Гамма-терапевтическая система, размещенная на манипуляторе

Лучевая терапия – является областью медицины, которая отвечает за наука использование терапевтического воздействия на организм для лечения злокачественных новообразований [1, с. 165]. Инструментами лучевой терапии являются источники квантового (состоящее из фотонов) или корпускулярного излучения (состоящее из частиц), которые будут обеспечивать подведение терапевтической дозы излучения обеспечивающих требуемого объема тканей, для облучения необходимо подведение оптимальной дозы, которая выбирается лечащим врачом [2, с. 95]. В этой связи лучевая терапия, как хирургический и лекарственный метод лечения, является важной частью комплексного лечения злокачественных новообразований [3, с. 376].

Лучевая терапия ставит основной задачей контроль терапии первичного очага опухоли, также допустимо сочетание с хирургическим или химиотерапевтическим вмешательством. Оптимальность величины дозы, подводимой в опухоль, является главной задачей для лучевой терапии, так как необходимо минимизировать ионизирующее излучение, поступающее на здоровые ткани.

По происхождению различают природные и искусственные источники ионизирующего излучения. Природными источниками, используемыми в медицинских целях, являются разные радиоактивные элементы (например, Со-60). Именно они определяют радиоактивность среды – естественный радиационный фон. Основными источниками ионизирующего изучения в медицины являются искусственные радиоактивные нуклиды. От природных радиоактивных элементов они отличаются тем, что получили свойство радиоактивности посредством технических средств, таких как ядерные реакторы, ускорители заряженных частиц и радионуклидные генераторы. Примером гамма-терапевтической установки, используемой для лечения, может служить гамма аппарат типа «Рокус», который представлен на (рис. 1) [3, с. 356].

Рис. 1. Схема гамма-терапевтического аппарата

Однако гамма аппарат обладает ограниченным числом степеней свободы, что накладывает определённые ограничения на подведение терапевтического облучения. Избавится от таких ограничений предполагается применением специализированного манипулятора.

Для наиболее лучшего подведения ионизирующего излучения к опухоли предлагается использование манипулятора, состоящего из 6 звеньев. Все сочленения между звеньями, являются вращателями 5-го класса, которые обеспечивают одну степень свободы. Структурная схема манипулятора представлена на (рис. 2).

L1, L2, L3, L4, L5, L6 – длины звеньев; θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6 – углы поворота
Рис. 2. Структурная схема манипулятора

Осевые сочленения используются для поворота вокруг оси звеньев, а угловые сочленения позволяют изменять угол, под которым сходятся соединенные с ними звенья. Сочленения 1, 4 и 6 ответственны за осевой поворот, а сочленения 2, 3 и 5 за угловой.

Важно для расчета кинематических характеристик манипулятора определить число возможных степеней свободы W, которое рассчитывается по формуле:

W=6⋅n-p1-2⋅p2-3⋅p3-4⋅p4-5⋅p5

где n – число подвижных звеньев кинематической цепи;

p_i – количество звеньев i-го класса.

Для наиболее лучшего подведения ионизирующего излучения предложенный манипулятор состоит из 6 звеньев, соединения которых являются вращательными сочленениями, которые имеют одну степень свободы.

Расчета кинематических характеристик предложенного манипулятора

W=6⋅6-5⋅5=6

Расчёт маневренности манипулятора представляет собой M, которая определяет подвижность при фиксации в пространстве головки с радионуклидным источником:

M=W-6=0

На конце манипулятора размещается терапевтическая защитная головка, содержащая в себе закрытый радионуклидый источник. Поэтому возникает ряд требований к конструкции манипулятора:

• необходимо соблюсти небольшой вес, габаритные размеры и защитный свойства защитной головки;
• необходимо также предусмотреть размещение на защитной головке коллимационной системы.

Для выполнения требований к конструкции манипулятора была рассчитана длина каждого звена, которая представлена в (табл.).

Таблица

Расчетные звенья манипулятора

Полученные расчетные длинны звеньев являются оптимальными для соблюдения требований к размещению защитной головки, содержащей в себе закрытый радионуклидный источник. Звено 6 является фактически держателем головки.

На основе предложенной методики решения размещения головки с закрытым радионуклиды источников было также получено графическое представление решения прямой задачи кинематики. Решение для манипулятора представлено на (рис. 3).

Рис. 3. Графическое представление прямой задачи кинематики