医疗质子仪治疗舱的旋转环

摘要

本发明公开了一种医疗质子仪治疗舱的旋转环，包括内环、外环以及两个呈环状的法兰盖板，法兰盖板分别位于内环和外环之间，法兰盖板的内圆周面和外圆周面均设置成坡面；在所述外圆周面上的坡面与外环之间的坡口，以及外圆周面上的根部钝边与外环之间的间隙，通过单面焊的形式进行填充，使法兰盖板的外圆周面与外环紧固为一体；在内圆周面上的坡面与内环之间的坡口，以及内圆周面上的根部钝边与内环之间的间隙，通过单面焊的方式进行填充，使法兰盖板的内圆周面与内环紧固为一体；焊接后，外环、内环以及两块盖板围成一个封闭的腔体。本发明具有制作方便、可靠性好的优点。

权利要求

1.医疗质子仪治疗舱的旋转环，其特征在于：包括内环、外环以及两个呈环状的法兰盖板，法兰盖板分别位于内环和外环之间，法兰盖板的内圆周面和外圆周面均设置成坡面；

所述坡面包括第一坡面、第一过渡面、第二坡面，第一过渡面为弧形或者梯形的过渡面，第一坡面的一端相交于法兰盖板的第一轴向端面，第一坡面通过第一过渡面与第二坡面的一端连接，第二坡面的另一端与法兰盖板的第二轴向端面之间的部分形成根部钝边；

所述外圆周面上的坡面与外环之间形成坡口，外圆周面上的根部钝边与外环之间留有间隙，所述内圆周面上的坡面与内环之间形成坡口，内圆周面上的根部钝边与内环之间留有间隙；

在所述外圆周面上的坡面与外环之间的坡口，以及外圆周面上的根部钝边与外环之间的间隙，通过单面焊的形式进行填充，使法兰盖板的外圆周面与外环熔合为一体；在内圆周面上的坡面与内环之间的坡口，以及内圆周面上的根部钝边与内环之间的间隙，通过单面焊的方式进行填充，使法兰盖板的内圆周面与内环熔合为一体；焊接后，外环、内环以及两块盖板围成一个封闭的腔体，所述坡口的入口朝向所述腔体的外侧。

2.根据权利要求1所述的医疗质子仪治疗舱的旋转环，其特征在于：第二坡面与法兰盖板轴向之间的夹角为50-55度。

3.根据权利要求1或2所述的医疗质子仪治疗舱的旋转环，其特征在于：所述第二坡面与法兰盖板轴向之间的夹角，大于第一坡面与法兰盖板轴向之间的夹角。

4.根据权利要求1所述的医疗质子仪治疗舱的旋转环，其特征在于：所述外圆周面上的根部钝边与外环之间的间隙为3-5mm，内圆面周上的根部钝边与内环之间的间隙为3-5mm。

5.根据权利要求1所述的医疗质子仪治疗舱的旋转环，其特征在于：所述根部钝边的高度为2-3mm。

6.根据权利要求1所述的医疗质子仪治疗舱的旋转环，其特征在于：第二坡面由坡面本体以及与该坡面本体连成一体的第二过渡面组成，所述根部钝边由第二过渡面与法兰盖板的第二轴向端面之间的部分所形成。

7.根据权利要求6所述的医疗质子仪治疗舱的旋转环，其特征在于：第一过渡面所对应的半径大于第二过渡面所对应的半径。

8.根据权利要求7所述的医疗质子仪治疗舱的旋转环，其特征在于：第一过渡面所对应的半径为R1为10-20mm，第二过渡面所对应的半径为R2为2-4mm。

9.根据权利要求1所述的医疗质子仪治疗舱的旋转环，其特征在于：所述坡口的入口处宽度为L1为32-50mm。

10.根据权利要求1所述的医疗质子仪治疗舱的旋转环，其特征在于：所述外环的外径为5283mm，内环的外径为4347mm，法兰盖板的厚度为60mm。

说明书

医疗质子仪治疗舱的旋转环

技术领域

[0001] 本发明涉及肿瘤或癌症医疗设备领域，具体涉及一种医疗质子仪治疗舱的大型旋转环。

背景技术

[0002] 目前肿瘤治疗基本上有手术治疗、药物治疗、光子治疗、质子治疗、重离子治疗、热治疗等治疗方法。早期癌症治疗以手术治疗为主，末期癌症以药物治疗为主。传统放射治疗技术所使用的x射线或r射线是以指数形式衰减，其射程无法控制，所以对正常组织的损伤较大，这就限制了肿瘤的治疗剂量，使肿瘤无法得到根治性治疗。与此同时，目前肿瘤药物治疗的进展也不大。

[0003] 经研究发现，质子射线在能量释放过程中会出现博拉格峰，用自动化技术可人为控制其能量释放的方向和部位，这种“定点爆破”技术，可以显著提高肿瘤的治疗剂量，而对肿瘤组织以外的正常组织损害极小。此外，质子还有半影小、旁散射少等优良特性，从而提高了肿瘤治疗的精确度。与常规放射治疗相比，质子治疗可以使肿瘤的治疗剂量提高20％-30％，大大提高了肿瘤的局部控制率和治愈率，减少并发症的发生。对此，目前发达国家的科研人员正在研发一种用于肿瘤以及癌症的医疗质子仪的设备，该种医疗质子仪大致由质子加速器、能量选择系统、束流运输系统、旋转治疗舱、治疗头、剂量验证系统、治疗计划系统、定位准直系统、治疗控制系统和治疗安全系统构成。采用回旋加速器生产高能质子射束，质子束经过一系列装置引入到专用治疗室，进入旋转治疗舱，与定位床配合对病人实施极其准确定位、精准治疗。

[0004] 对于上述医疗质子仪，由于病人在治疗时是位于旋转治疗舱内的，因此旋转治疗舱的安全性和可靠性对病人来说非常重要。旋转治疗舱至少包括治疗舱本体以及两个旋转环，治疗舱本体的两端分别支撑在旋转环上，旋转治疗舱有内舱和外舱构成，工作时，外舱转动，内舱不动，病人位于内舱内。旋转环承担了治疗舱本体的动力传递、重量承载和旋转定位等核心功能，因此旋转环的成功制造成为旋转治疗舱制造的关键，因为旋转环是旋转治疗舱一个核心部件。

[0005] 由于旋转环的体积非常庞大，焊缝很长，并且出于安全的考虑，不但要求两个旋转环的同轴度不大于0.1mm，而且对旋转环自身的焊缝等级为ISO5817-B(该焊缝要求等级为国际焊接标准最高级别)，因此对于设计和制造旋转环均存在很高的难度。国际顶级质子仪研发企业曾委托我国一家大型企业生产质子仪旋转治疗舱，由于二个旋转环的焊接质量始终达不到要求，所以历时二年多均未获成功。

发明内容

[0006] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可靠性好的医疗质子仪治疗舱的旋转环。

[0007] 解决上述技术问题的技术方案如下：

[0008] 医疗质子仪治疗舱的旋转环，包括内环、外环以及两个呈环状的法兰盖板，法兰盖板分别位于内环和外环之间，法兰盖板的内圆周面和外圆周面均设置成坡面；

[0009] 所述坡面包括第一坡面、第一过渡面、第二坡面，第一过渡面为弧形或者梯形的过渡面，第一坡面的一端相交于法兰盖板的第一轴向端面，第一坡面通过第一过渡面与第二坡面的一端连接，第二坡面的另一端与法兰盖板的第二轴向端面之间的部分形成根部钝边；所述外圆周面上的坡面与外环之间形成坡口，外圆周上的根部钝边与外环之间留有间隙，所述内圆周面上的坡面与内环之间形成坡口，内圆周上的根部钝边与内环之间留有间隙；

[0010] 在所述外圆周面上的坡面与外环之间的坡口，以及外圆周面上的根部钝边与外环之间的间隙，通过单面焊的形式进行填充，使法兰盖板的外圆周面与外环熔合为一体；在内圆周面上的坡面与内环之间的坡口，以及内圆周面上的根部钝边与内环之间的间隙，通过单面焊的方式进行填充，使法兰盖板的内圆周面与内环熔合为一体；焊接后，外环、内环以及两块盖板围成一个封闭的腔体。

[0011] 优选地，第二坡面与法兰盖板轴向之间的夹角为50—55度。

[0012] 优选地，所述第二坡面与法兰盖板轴向之间的夹角，大于第一坡面与法兰盖板轴向之间的夹角。

[0013] 优选地，所述外圆周上的根部钝边与外环之间的间隙为3—5mm，内圆周上的根部钝边与内环之间的间隙为3—5mm。

[0014] 优选地，所述根部钝边的高度为2-3mm。

[0015] 优选地，第二坡面由坡面本体以及与该坡面本体连成一体的第二过渡面组成，所述根部钝边由第二过渡面与法兰盖板的第二轴向端面之间的部分所形成。

[0016] 优选地，第一过渡面所对应的半径大于第二过渡面所对应的半径。

[0017] 优选地，第一过渡面所对应的半径为R1为10-20mm，第二过渡面所对应的半径为R2为2-4mm。

[0018] 优选地，所述坡口的入口处宽度为L1为32-50mm。

[0019] 优选地，所述外环的外径为5283mm，内环的外径为4347mm，法兰盖板的厚度为60mm。

[0020] 采用了上述方案，在所述外圆周面上的坡面与外环之间的坡口，以及外圆周上的根部钝边与外环之间的间隙，通过单面焊的形式进行填充，使法兰盖板的外圆周面与外环熔合为一体；在内圆周面上的坡面与内环之间的坡口，以及内圆周面上的根部钝边与内环之间的间隙，通过单面焊的方式进行填充，使法兰盖板的内圆周面与内环熔合为一体；焊接后，外环、内环以及两块盖板围成一个封闭的腔体。根据本发明的旋转环的结构和结合到实际的焊接过程可以获知，本发明的旋转环有以下难点：

[0021] 第一，旋转环的结构为封闭腔形，操作人员无法进入到封闭腔内部进行焊接，并且，焊缝均采用全熔透焊缝，不允许加垫板焊接，因此，在焊接时只能在外部采用单面焊接而达到双面成型的方式，这导致要达到焊缝质量等级为ISO5817-B的国际标准的最高级增加了难度。

[0022] 第二，按照ISO5817-B级要求，单面焊双面成型时，根据该旋转环实际尺寸计算得出，该旋转环的根部余高最大3mm,根部回缩最大0.5mm。这对于板厚达60mm、焊缝总长60.5米的T型接头的手工焊接来说不亚于在针尖上绣花。

[0023] 根据以上难点可以看出，如何在法兰盖板上设计出一个合理的坡面，是决定能否达到ISO5817-B的国际标准的决定性因素，本申请人通过将法兰盖板的坡面分成第一坡面、第一过渡面、第二坡面，并围绕旋转环的结构对各个坡面的参数进行了大量试验，最终获得了较为合理的焊接接头并一举焊接成功，且焊接完成后，由IBA公司聘请第三方检验机构对所有焊缝进行100％UT探伤，保证产品百分之百符合技术要求。

[0024] 虽然从外表上看，本发明的旋转环结构比较简单，但是由于只能采用单面焊接且双面成型，且要达到ISO5817-B级要求，因此法兰盖板与内环和外环焊接处的设计是旋转环成功制造的关键，也是制造整个治疗舱的关键部件。目前本申请人研制已获IBA公司13套治疗舱的制造合同(每一个治疗舱的价格在500万元以上)，同时还获得了日本日立公司和三菱公司的订单，因此，在经济上获得了非常显著地收益。

附图说明

[0025] 图1为本发明的医疗质子仪治疗舱的旋转环的剖面结构图；

[0026] 图2为法兰盖板的部分示意图；

[0027] 图3为图1中法兰盖板与外环焊接前的示意图；

[0028] 图4为图1中法兰盖板与外环焊接后的示意图；

[0029] 图5为实验过程中的另一种坡口的示意图；

[0030] 图6为采用图5所示的坡口制成的旋转环；

[0031] 1为内环，2为外环，3为法兰盖板，3a为第一轴向端面，3b为第二轴向端面，4为第一坡面，5为第一过渡面，6为坡面本体，7为第二过渡面，8为根部钝边，9为坡口，10为腔体。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：

[0033] 如图1至图4所示，本发明的医疗质子仪治疗舱的旋转环，包括内环1、外环2以及两个呈环状的法兰盖板3，法兰盖板3分别位于内环1和外环2之间，法兰盖板3的内圆周面与内环1焊接固定，法兰盖板3的外圆周面与外环2焊接固定。内环1的外径为4347mm，外环2的外径为5283mm，法兰盖板的厚度为60mm。焊接前，内环1、外环2以及两个呈环状的法兰盖板3之间的部分为一个非封闭的环形腔体，但焊接人员无法进入到该环形腔体中进行焊接操作。焊接后，内环1、外环2以及两个呈环状的法兰盖板3之间的部分为一个封闭的环形腔体。这种结构的旋转环保证了其结构的稳定性，运转过程中的平稳性，以及满足使用过程中人员进出的安全性等要求。

[0034] 为了满足焊接达到ISO5817-B的国际标准，在法兰盖板3的内圆周面和外圆周面均设置成坡面。坡面的具体结构如下：

[0035] 如图2所示，所述坡面包括第一坡面4、第一过渡面5、第二坡面，第一坡面4为倾斜于法兰盖板3轴向的斜面，第一过渡面5为弧形或者梯形的过渡面，优选地，第一过渡面5为弧形的过渡面，第二坡面由坡面本体6以及与该坡面本体连成一体的第二过渡面7组成，坡面本体6为倾斜于法兰盖板3轴向的斜面，第二过渡面7为弧形或者梯形的过渡面，优选地，第二过渡面7为弧形的过渡面，第一过渡面所对应的半径R1大于第二过渡面所对应的半径R2，第一过渡面所对应的半径R1为10-20mm，第二过渡面所对应的半径R2为2-4mm，优选地，第一过渡面所对应的半径R1为15mm，第二过渡面所对应的半径R2为2mm。

[0036] 如图2所示，第一坡面4的一端相交于法兰盖板3的第一轴向端面3a，第一坡面4通过第一过渡面5与第二坡面的一端连接，第二坡面的另一端与法兰盖板3的第二轴向端面3b之间的部分形成根部钝边8。所述第一轴向端面3a和第二轴向端面3b分别为法兰盖板3相对的两个轴向端面，第一过渡面5具体与第二坡面的连接为，第一过渡面5与坡面本体6的一端连接，坡面本体6的另一端与第二过渡面7连接，所述根部钝边8由第二过渡面7与法兰盖板3的第二轴向端面3b之间的部分所形成。所述根部钝边8的高度c为2-3mm，根部钝边8的高度c优选值为2.5mm，根部钝边8的宽度优选值为2mm。

[0037] 如图2所示，由于坡面本体6为倾斜于法兰盖板3轴向的斜面，第二坡面与法兰盖板3之间形成夹角α，第二坡面与法兰盖板轴向之间的夹角α为50—55度(该夹角α为根部角度)，具体地，第二坡面与法兰盖板轴向之间的夹角α由坡面本体6与法兰盖板3轴向所形成，优选地，夹角α为53度。由于第一坡面4为倾斜于法兰盖板3轴向的斜面，因此，第一坡面4与法兰盖板3之间形成夹角β，所述第二坡面与法兰盖板轴向之间的夹角α，大于第一坡面4与法兰盖板3轴向之间的夹角β，优选地，夹角β为20度。

[0038] 如图1、图3和图4所示，所述外圆周面上的坡面与外环2之间形成坡口9，外圆周面上的根部钝边与外环之间留有间隙b(该间隙为法兰盖板3根部与外环之间的根部间隙b),所述外圆周面上的根部钝边与外环之间的间隙b为3—5mm，所述内圆周面上的坡面与内环之间形成坡口(由于图3为局部图，因此，未将内圆周面与内环之间的部分进行示意)，内圆周面上的根部钝边与内环之间留有间隙(同样该间隙为根部间隙)，内圆周面上的根部钝边与内环之间的间隙为3—5mm，优选地，该间隙为4mm。所述外圆周上的第一坡面的与法兰盖板第一轴向端面相交的端部，与外环之间的间距L1为32-50mm，所述内圆周面上的第一坡面的与法兰盖板第一轴向端面相交的端部，与内环之间的间距为32-50mm，即上述的坡口的入口处宽度为32-50mm，坡口的入口处宽度值优选为40.5mm。

[0039] 如图1、图3和图4所示，在所述外圆周面上的坡面与外环2之间的坡口9，以及外圆周上的根部钝边与外环之间的间隙b，通过单面焊的形式进行填充，使法兰盖板的外圆周面与外环熔合为一体，在内圆周面上的坡面与内环之间的坡口，以及内圆周面上的根部钝边与内环之间的间隙，通过单面焊的方式进行填充，使法兰盖板的内圆周面与内环熔合为一体；焊接后，外环2、内环1以及两块法兰盖板3围成一个封闭的腔体10。

[0040] 按照ISO5817-B级要求，根据本发明的旋转环实际尺寸计算得出，该旋转环的根部余高最大3mm,根部回缩最大0.5mm，且为了达到全熔透焊缝、单面焊双面成形的要求，结合实践做了大量的对比试验，其结果如表1：

[0041] 表1

[0042]

[0043]

[0044] 从以上试验结果看，本发明的坡口能满足焊缝要求的原因分析：

[0045] 对于现设计的焊接接而言能获得较好的全熔透焊缝主要原因有：

[0046] 其一、根部钝边达2-3mm，而根部间隙为3-5mm，这在常用焊接方法(气保焊、钨极氩弧焊等)的熔合深度内，从而使其焊透；

[0047] 其二、根部角度50-55度，由于常用的焊接设备的气罩能深入至根部并保证其有效的电极伸出长，从而也就将根熔透并保证其焊接质量。

[0048] 另外，除了设计图4所示结构的旋转环外，还设计了图5和图6所示的旋转环，对图5和图6所示结构的旋转环同样进行了焊接实验，其具体参数如下表2所示，试验结果得出无法满足全熔透焊缝的要求，更无法达到ISO5817-B的焊接要求。

[0049] 表2

[0050]根部角度α,度 根部钝边c,mm 根部间隙b,mm
20 12 0

[0051] 图5所示的坡口形式不能满足焊缝要求的原因分析：

[0052] 其一、根部钝边达12mm而根部间隙为0，这对焊接方法而言其有效熔合深度一般为2-3mm，故均不能熔透。其二、根部角度仅20度，由于常用的焊接设备的气罩(通常为22-
24mm)无法深入至根部从而也就无法使根熔透。总之采用这样的接头型式焊后会在坡口的对面留有约10mm的未焊透或未熔合缺陷。

[0053] 最后，通过将图4和图5两种不同形状的坡口对比不难发现，对于法兰盖板上的根部钝边和根部间隙需要有一个较为合适的配比关系才能获得合格全熔透焊缝，即在一定范围内根部钝边大和根部间隙也大，反之根部钝边小和根部间隙也小。

[0054] 根部钝边和根部间隙对获得全熔透焊缝有一个较为合适的比例关系：根部钝边越大和根部间隙越小，则根部回缩就越大，甚至产生未焊透；反之根部钝边越小和根部间隙越大，则根部余高就越大，甚至产生烧穿。