CN102743180B - C形臂x射线机的防碰撞方法、装置以及c形臂x射线机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种C形臂X射线机及其防碰撞装置和防碰撞方法。其中，防碰撞装置包括：用于存储没有碰撞发生时与C形臂的运动位置及运动方向相对应的马达驱动器工作电流的参考信号值表的存储单元、用于确定C形臂的当前运动位置的位置检测单元、用于检测所对应的马达驱动器的当前工作电流并得到对应的检测信号值的电流检测单元、以及用于确定C形臂的当前运动方向及对应的检测信号值，并从所述参考信号值表中查找到对应所述当前运动方向及运动位置的参考信号值，将所述检测信号值与所述参考信号值进行比较，在所述检测信号值偏离所述参考信号值设定数值时，确定碰撞发生的控制单元。本发明所公开的技术方案，能够防止障碍物和C形臂本身之间的严重碰撞。

Description

C形臂X射线机的防碰撞方法、装置以及C形臂X射线机

技术领域

本发明涉及X射线成像系统的领域，特别是一种C形臂X射线机的防碰撞方法和防碰撞装置，以及对应的C形臂X射线机。

背景技术

C形臂X射线机作为一种医疗仪器在医学领域得到了广泛的应用。在C形臂X射线机中，X射线源和X射线接收器对置的安装在一个C形臂上，使得X射线源产生的X射线入射到X射线接收器上并由其检测。

进行X射线检测时，将被检测物体，如人体，置于X射线源和X射线接收器之间，通过改变C形臂的位置及角度，改变X射线源和X射线接收器与被检测物体之间的相对位置，从而使得X射线机可从多个不同的位置及角度对被检测物体进行X射线检查，而不需要反复改变被检测物体的位置。

为了能够多方位的改变C形臂，C形臂通常具有多个自由度。图1示出了现有技术中的一种C形臂X射线机的结构示意图，以图1所示的X射线机为例，该X射线机的C形臂101本身被安装成使其具有两个自由度的方式。首先，该C形臂101具有沿自身形状设置的导轨，并且该C形臂101导轨可滑动地安装在支撑构件102上以便可相对于该支撑构件102运动，即C形臂101可进行如图1中所示的轨道运动(Orbital)A；其次，该支撑构件102可带动C形臂101绕其轴线转动，即C形臂101还可进行如图1中所示的旋转运动(Angular)B。此外，图1所示C形臂101还具有沿地面水平运动的第三个自由度和可向上、向下运动的第四个自由度。

由于C形臂101具有多个自由度的运动，因此有时会由于人员没留意C形臂101的运动或C形臂101被误操作等原因，造成C形臂101与病人、医务人员、轮床或其他障碍物等发生碰撞，这样一方面有可能会造成对人员的伤害，另一方面也可能会造成对C形臂101或障碍物的损坏。因此为了使得C形臂X射线机对于病人及医务人员更安全并减少对于C形臂本身造成损坏的可能性，需要对C形臂X射线机进行防碰撞设计。

中国专利CN100415167C公开了一种用于C形臂X射线成像机的防碰撞方法和设备，以便防止对于成像设备造成损坏以及对病人和医务人员造成伤害，该装置包括：测力计、微分缓存器和积分器、模拟数字转换器和控制马达驱动器的微控制器。该专利还提供通过微控制器控制该设备的方法，该方法包括以下步骤：启动上/下开关，读取并将数值与表值比较，如果表值和记录值之间的差值超过极限值，停止C形臂，并反转该设备。

发明内容

有鉴于此，本发明一方面提出了一种C形臂X射线机的防碰撞方法和装置，另一方面提出了一种C形臂X射线机，用以有效防止病人、操作者及其他障碍物和C形臂本身之间的严重碰撞。

本发明所提供的C形臂X射线机的防碰撞装置中，所述C形臂能够在不同的马达驱动器及马达的驱动下沿不同自由度的运动方向运动，该装置包括：存储单元、控制单元、位置检测单元、以及与驱动C形臂沿待检测方向运动的马达驱动器对应设置的电流检测单元；其中，

所述存储单元用于存储没有碰撞发生时与C形臂的运动位置及运动方向相对应的马达驱动器工作电流的参考信号值表；

所述位置检测单元用于确定C形臂的当前运动位置；

所述电流检测单元用于检测所对应的马达驱动器的当前工作电流，得到对应所述当前工作电流的检测信号值；

所述控制单元用于确定C形臂的当前运动方向、及驱动C形臂沿当前运动方向运动的当前马达驱动器，并从所述参考信号值表中查找到与所述当前运动方向及当前运动位置相对应的参考信号值，将所述当前马达驱动器的检测信号值与所述参考信号值进行比较，在所述检测信号值偏离所述参考信号值设定数值后时，控制当前马达驱动器停止C形臂的运动。

较佳地，所述位置检测单元进一步用于在没有碰撞发生时确定C形臂的当前运动位置；

每个电流检测单元进一步用于在没有碰撞发生时检测所对应的马达驱动器的当前工作电流，得到对应所述当前工作电流的参考信号值；

所述控制单元进一步用于在没有碰撞发生时确定C形臂的当前运动方向、及驱动C形臂沿当前运动方向运动的当前马达驱动器，并将所述当前马达驱动器的参考信号值与当前运动方向及当前运动位置对应地存储在所述参考信号值表中。

较佳地，所述运动位置包括：旋转运动位置和轨道运动位置；

所述检测方向包括：轨道运动正方向、轨道运动反方向、旋转运动正方向和旋转运动反方向中的任意一个或多个进行反方向旋转运动时，对应不同轨道运动位置和旋转运动位置的参考信号值。

较佳地，所述位置检测单元包括：与各待检测方向所属自由度对应设置的电位器或编码器，用于确定C行臂在对应自由度上的运动位置。

较佳地，所述存储单元中存储的参考信号值与所述电流检测单元得到的检测信号值均为模拟量；

或者，所述存储单元中存储的参考信号值为数字量，所述电流检测单元得到的检测信号值为模拟量，则所述装置进一步包括模数转换单元，用于将所述电流检测单元得到的检测信号值由模拟量转换为数字量。

较佳地，所述电流检测单元包括：串联在对应的马达驱动器回路中的变送器；

或者，所述电流检测单元包括：串联在对应的马达驱动器回路中的变送器和与所述变送器并联的分流器。

较佳地，所述装置进一步包括：并联在马达驱动器上的负载单元；

所述电流检测单元通过检测所述马达驱动器的工作电流与所述负载单元的电流之和，间接检测所述马达驱动器的工作电流。

较佳地，所述电流检测单元包括：串联在对应的马达驱动器回路中的互感器和与所述互感器的输出相连的变送器。

本发明所提供的C形臂X射线机，包括如上所述任一具体实现方式的C形臂X射线机的防碰撞装置。

本发明所提供的C形臂X射线机的防碰撞方法，所述C形臂能够在不同的马达驱动器及马达的驱动下沿不同运动方向运动，该方法包括：

确定C形臂的当前运动方向及运动位置，在所述当前运动方向为任一检测方向时，检测所述当前运动方向对应的马达驱动器的当前工作电流，得到对应所述当前工作电流的检测信号值；

检索预先存储的没有碰撞发生时与C形臂的运动位置及运动方向相对应的马达驱动器工作电流的参考信号值表，得到对应所述当前运动方向及当前运动位置的参考信号值；

将所述检测信号值与所述参考信号值进行比较，在所述检测信号值偏离所述参考信号值设定数值时，停止C形臂的运动。

较佳地，所述运动位置包括：旋转运动位置和轨道运动位置；

所述检测方向包括：轨道运动正方向、轨道运动反方向、旋转运动正方向和旋转运动反方向中的任意一个或多个。

较佳地，所述预先存储的没有碰撞发生时与C形臂的运动位置及运动方向相对应的马达驱动器工作电流的参考信号值表通过如下方法得到：

所述检测方向包括轨道运动正方向时，在没有碰撞发生时，检测C形臂在各个旋转运动位置下进行轨道运动正方向的运动时对应马达驱动器的工作电流，得到各个轨道运动位置下对应所述工作电流的参考信号值，将所述参考信号值与对应的旋转运动位置和轨道运动位置对应存储在参考信号值表中；

所述检测方向包括轨道运动反方向时，在没有碰撞发生时，检测C形臂在各个旋转运动位置下进行轨道运动反方向的运动时对应马达驱动器的工作电流，得到各个轨道运动位置下对应所述工作电流的参考信号值，将所述参考信号值与对应的旋转运动位置和轨道运动位置对应存储在参考信号值表中；

所述检测方向包括旋转运动正方向时，在没有碰撞发生时，检测C形臂在各个轨道运动位置下进行旋转运动正方向的运动时对应马达驱动器的工作电流，得到各个旋转运动位置下对应所述工作电流的参考信号值，将所述参考信号值与对应的轨道运动位置和旋转运动位置对应存储在参考信号值表中；

所述检测方向包括旋转运动反方向时，在没有碰撞发生时，检测C形臂在各个轨道运动位置下进行旋转运动反方向的运动时对应马达驱动器的工作电流，得到各个旋转运动位置下对应所述工作电流的参考信号值，将所述参考信号值与对应的轨道运动位置和旋转运动位置对应存储在参考信号值表中。

较佳地，所述对应不同旋转运动位置和轨道运动位置的参考信号值包括：将旋转运动方向上C形臂的运动轨迹划分为m个第一位置参考段，将轨道运动方向上C形臂的运动轨迹划分为n个第二位置参考段时，对应不同第一位置参考段和第二位置参考段的参考信号值；其中m、n为大于或等于1的整数。

较佳地，所述m、n的取值根据负载变化的斜率确定。

较佳地，所述参考信号值为：所对应的第一位置参考段和第二位置参考段内各采样点工作电流对应的信号值的平均值或最大值或中间位置值。

较佳地，所述当前运动方向对应的马达驱动器位于直流回路中；

所述检测当前运动方向对应的马达驱动器的当前工作电流包括：在马达驱动器上并联负载单元，利用变送器或者利用分流器和变送器检测所述马达驱动器的电流与所述负载单元的电流之和，根据检测结果得到所述马达驱动器的当前工作电流。

从上述方案中可以看出，由于本发明中对应马达驱动器设置了电流检测单元，用于在C形臂的运动过程中检测对应的马达驱动器的工作电流，得到对应该工作电流的检测信号值，并将检测信号值与对应的反映没有碰撞发生时的马达驱动器工作电流的参考信号值进行比较，在检测信号值偏离对应的参考信号值设定数值时，确定碰撞发生，并控制当前运动方向对应的马达驱动器停止C形臂的运动，从而使得当C形臂的任意位置与病人、操作者、轮床或其他障碍物碰撞时及时停止C形臂，从而可以防止病人、操作者、轮床或其他障碍物和C形臂本身之间的严重碰撞，避免对障碍物或C形臂造成伤害或损坏。

进一步地，本发明中可通过自学习过程自动产生并记录参考信号值，因此无需人工计算及录入参考信号值。

进一步地，本发明中通过对各个不同运动方向上的负载电流进行检测，可以防止各个运动方向上的碰撞发生，从而最大限度的保护C形臂、病人及医务人员不受碰撞的伤害。

进一步地，通过为直流回路增设负载电路，可进一步提高碰撞检测的准确度。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为现有技术中的一种C形臂X射线机的结构示意图。

图2为本发明实施例中C形臂X射线机的防碰撞装置的结构示意图。

图3为本发明一个具体示例中C形臂X射线机的防碰撞装置的结构示意图。

图4a为进行轨道运动正方向的运动时，对应不同旋转运动位置和轨道运动位置的参考信号值。

图4b为进行轨道运动反方向的运动时，对应不同旋转运动位置和轨道运动位置的参考信号值。

图5为与图4a和图4b所示参考信号值相对应的参考信号值曲线图。

图6为本发明又一个具体示例中C形臂X射线机的防碰撞装置的结构示意图。

图7为本发明实施例中C形臂X射线机的防碰撞方法的流程示意图。

图中：

101-C形臂  102-支撑构件  201-存储单元  202-控制单元  203-位置检测单元

204-电流检测单元  205-模数转换单元  301-微机控制器  302-轨道运动马达驱动器

303-旋转运动马达驱动器  304-分流器  305-变送器  306-轨道运动马达

307-旋转运动马达  308-负载单元

701、702、703为步骤

具体实施方式

本发明中的发明人，考虑C形臂1本身的两个自由度所对应的运动，即轨道运动A和旋转运动B，分别受不同的马达驱动器和马达驱动；并且，经过仔细分析后得到，随着C形臂1在两个运动的运动方向上所处位置的变化，其负载转矩也随之不断变化，相应地，驱动当前运动的马达驱动器的工作电流也随之相应变化，且位置相同而运动方向不同(如轨道运动正转方向(也称轨道运动正方向)、轨道运动反转方向(也称轨道运动反方向)、旋转运动正转方向(也称旋转运动正方向)及旋转运动反转方向(也称旋转运动反方向))时，对应的负载扭矩和对应的马达驱动器的工作电流也不同；此外，还发现当C形臂1在运动的过程中发生碰撞时，其负载扭矩会随之增大，相应地，马达驱动器的工作电流也随之相应的增大。

因此，本发明中考虑通过测量驱动当前运动的马达驱动器的工作电流来检测是否有碰撞发生。例如，可在系统中首先存储没有碰撞发生时对应C形臂各运动方向及各个运动位置(包括不同的轨道运动位置和旋转运动位置)时对应的马达驱动器的工作电流所对应的信号值，并将该信号值作为参考信号值；之后，在C形臂的实际使用过程中实时测量驱动当前运动的马达驱动器的工作电流，得到对应当前运动方向及运动位置的马达驱动器工作电流的检测信号值；将得到的检测信号值与对应运动方向及运动位置的参考信号值进行比较，在所述检测信号值偏离所述参考信号值设定数值后，确定碰撞发生，此时可停止C形臂的运动。

具体实现时，可在轨道运动正方向、轨道运动反方向、旋转运动正方向和旋转运动反方向四个运动方向上均设置碰撞检测，即检测方向包括上述四个运动方向；或者也可在上述四个运动方向中的任一个或多个的运动方向上设置碰撞检测，即检测方向包括上述四个运动方向中的任一个或多个。具体对哪个运动方向进行碰撞检测，可根据实际需要进行确定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

图2为本发明实施例中C形臂X射线机的防碰撞装置的结构示意图。如图2所示，该装置包括：存储单元201、控制单元202、位置检测单元203、以及与驱动C形臂沿各待检测方向运动的马达驱动器对应设置的电流检测单元204。为简化描述，本发明中将驱动轨道运动的马达驱动器简称为轨道运动马达驱动器，将驱动旋转运动的马达驱动器简称为旋转运动马达驱动器。其中，检测方向可以包括：轨道运动正方向、轨道运动反方向、旋转正方向和旋转运动反方向中的任意一个或多个。若检测方向包括轨道运动正方向和/或轨道运动反方向，则对应轨道运动马达驱动器设置一个电流检测单元204；若检测方向包括旋转正方向和/或旋转运动反方向，则对应旋转运动马达驱动器设置一个电流检测单元204。

其中，存储单元201用于存储反映没有碰撞发生时与C形臂的运动位置及运动方向相对应的马达驱动器工作电流的参考信号值表。

具体实现时，参考信号值表中可仅存储与检测方向相对应的参考信号值，例如，对于上述提到的检测方向，参考信号值表可包括如下参考信号值组中与检测方向相对应的一组或组合：

进行轨道运动正方向的运动时，对应不同旋转运动位置和轨道运动位置的参考信号值；

进行轨道运动反方向的运动时，对应不同旋转运动位置和轨道运动位置的参考信号值；

进行旋转运动正方向的运动时，对应不同轨道运动位置和旋转运动位置的参考信号值；

进行旋转运动反方向的运动时，对应不同轨道运动位置和旋转运动位置的参考信号值。

或者，也可以不管具体检测方向包括哪些，参考信号值表中均包括对应各运动方向及各运动位置的参考信号值。即本实施中，也可不管具体检测方向是否均包括上述四个检测方向，但参考信号值表中均包括上述四组参考信号值。

位置检测单元203用于确定C形臂的当前运动位置，并将所确定的C形臂的当前运动位置输出给控制单元202。

电流检测单元204用于检测所对应的马达驱动器的当前工作电流，得到对应所述当前工作电流的检测信号值。例如，若对应轨道运动马达驱动器设置了电流检测单元204，则对应轨道运动马达驱动器设置的电流检测单元204用于检测该轨道运动马达驱动器的工作电流；如果对应旋转运动马达驱动器设置了电流检测单元204，则对应旋转运动马达驱动器设置的电流检测单元204用于检测该旋转运动马达驱动器的工作电流。

具体实现时，该电流检测单元204得到的检测信号值可以为模拟量，此时若存储单元201中存储的参考信号值也为模拟量，则电流检测单元204可直接将得到的检测信号值输出给控制单元202；若存储单元201中存储的参考信号值为数字量，则该装置中可进一步包括模数转换单元205，用于将电流检测单元204得到的检测信号值由模拟量转换为数字量。

这种情况下，可在装置中仅设置一个模数转换单元205，用于将每个电流检测单元204得到的检测信号值由模拟量转换为数字量后输出给控制单元202，此时，该模数转换单元205也可与控制单元202设置在同一个实体中。或者，也可在每个电流检测单元204中分别设置一个模数转换单元205，用于将检测得到的检测信号值由模拟量转换为数字量后输出给控制单元202。

控制单元202用于确定C形臂的当前运动方向、及驱动C形臂沿当前与所述运动方向运动的当前马达驱动器对应的检测信号值，并根据所述C形臂的当前运动方向及当前运动位置从所述参考信号值表中查找到对应所述当前运动方向及当前运动位置的参考信号值，将所述当前马达驱动器的检测信号值与所述参考信号值进行比较，在所述检测信号值偏离所述参考信号值设定数值后时，确定碰撞发生，并控制当前马达驱动器停止C形臂的运动；否则，可不停止C形臂的运动。其中，设定数值通常可根据实际需求进行确定，例如可设定为40N的碰撞阻力对应的数值等。此外，将所述检测信号值与所述参考信号值进行比较时，可以二者做差，也可以二者做除等，具体可根据实际需要确定。实际应用中，在确定碰撞发生时，也可以控制当前马达驱动器向相反的方向运动，如向相反方向进行微动。

具体实现时，存储单元201中存储的参考信号值表可以根据计算值或经验值等预先存储，或者也可以预先在没有碰撞发生的情况下，由图2所示防碰撞装置自学习得到。即：预先在没有障碍物的情况下通过在其整个运动范围内操作C形臂并记录不同位置下的值来产生参考值。相应地：

所述位置检测单元203可进一步在没有碰撞发生的情况下确定C形臂的当前运动位置，并将所确定的C形臂的当前运动位置输出给控制单元202。

所述电流检测单元204可进一步在没有碰撞发生的情况下检测所对应的马达驱动器的当前工作电流，得到对应所述当前工作电流的参考信号值。其中，若存储单元201中需要存储模拟量，则电流检测单元204可直接将得到的参考信号值输出给控制单元202。若装置中包括模数转换单元205，则该模数转换单元205进一步将电流检测单元204得到的参考信号值由模拟量转换为数字量后输出给控制单元202。

所述控制单元202可进一步在没有碰撞发生的情况下确定C形臂的当前运动方向及驱动C形臂沿当前运动方向运动的当前马达驱动器，并将所述当前马达驱动器的参考信号值与当前运动方向及当前运动位置对应地存储在所述存储单元201的参考信号值表中。

本实施例中，参考信号值表中所存储的对应各运动位置的参考信号值，可以是对应各个位置采样点的参考信号值，也可以是为了降低存储量而将各个自由度的运动所对应的运动轨迹进行分段后对应各段的参考信号值，且该参考信号值可以是该段内各采样点对应的参考信号值的平均值或最大值或中间位置值等。例如，可将旋转运动方向上C形臂的运动轨迹划分为m个第一位置参考段，将轨道运动方向上C形臂的运动轨迹划分为n个第二位置参考段，其中m、n为大于或等于1的整数。具体实现时，m、n的取值根据负载变化的斜率确定。例如，可尽量保证分段后每段内电流值的变化尽可能的小(即其最大值和最小值之差尽可能的小)，以提高碰撞精度。之后，检测各第一位置参考段和第二位置参考段内各采样点的信号值，并可将该段内各采样点对应的信号值的平均值或最大值或中间位置值等作为对应该段的参考信号值。

具体实现时，存储单元201可以与控制单元202设置在一个实体内，例如，二者可同时设置在微机控制器中。或者，存储单元201也可是一个单独的存储设备。

具体实现时，位置检测单元203可包括：与各检测方向所属自由度的运动对应设置的电位器或编码器，用于确定C行臂在对应自由度上的当前运动位置。例如，本实施例中，可对应轨道运动和旋转运动分别设置一个电位器或编码器，对应轨道运动设置的电位器或编码器，用于确定C行臂的当前轨道运动位置，对应旋转运动设置的电位器或编码器，用于确定C行臂的当前旋转运动位置。

此外，根据不同的应用场景，电流检测单元204也可有不同的内部实现形式。例如，若对应的马达驱动器处于直流回路中，则电流检测单元204可包括变送器，该变送器串联在对应的马达驱动器回路中，或者进一步包括与所述变送器并联的分流器。其中，考虑到现有变送器的测量范围，一般对于小电流，如0～5A的电流，的直流回路，可直接采用变送器进行测量；而对于大电流，如5A以上的电流，的直流回路，可先采用分流器进行分流后，再采用变送器进行测量。若对应的马达驱动器处于交流回路中，则电流检测单元204可包括串联在对应的马达驱动器回路中的互感器和与所述互感器的输出相连的变送器，即先利用互感器感应出交流回路的电信号后，再采用变送器进行测量。

通常情况下，变送器将检测到的电流信号转换成电流或电压模拟量，如有些型号的变送器的测量范围为0/4～20mA的电流或0～10V的电压。

图3示出了本发明一个具体示例中C形臂X射线机的防碰撞装置的结构示意图。如图3所示，本示例的防碰撞装置以马达驱动器处于回路中的情况为例，其中，存储单元201和控制单元202合设在微机控制器301中，对应轨道运动马达驱动器302和旋转运动马达驱动器303分别设置了一个电流检测单元204，且每个电流检测单元204分别具体包括一个分流器304和一个变送器305，对应轨道运动和旋转运动分别设置了一个电位器203作为对应的位置检测单元203。其中，变送器305串联在对应的马达驱动器回路中，分流器304与对应的变送器305并联。

本示例中的检测方向包括：轨道运动正方向、轨道运动反方向、旋转运动正方向和旋转运动反方向四个检测方向，相应地，参考信号值表包括如下四组参考信号值组：

进行轨道运动正方向的运动时，对应不同旋转运动位置和轨道运动位置的参考信号值；

进行轨道运动反方向的运动时，对应不同旋转运动位置和轨道运动位置的参考信号值；

进行旋转运动正方向的运动时，对应不同轨道运动位置和旋转运动位置的参考信号值；

进行旋转运动反方向的运动时，对应不同轨道运动位置和旋转运动位置的参考信号值。

本示例中，对应轨道运动的电位器203用于确定C形臂的当前轨道运动位置，并将所确定的当前轨道运动位置提供给微机控制器301；对应旋转运动的电位器203用于确定C形臂的当前旋转运动位置，并将所确定的当前旋转运动位置提供给微机控制器301。

对应轨道运动马达驱动器302设置的分流器304和变送器305用于检测所述轨道运动马达驱动器302的当前工作电流，得到对应所述轨道运动马达驱动器302当前工作电流的模拟量的检测信号值；所述模数转换单元205用于将所述模拟量的检测信号值转换为数字量的检测信号值后输出给微机控制器301；对应旋转运动马达驱动器302设置的分流器304和变送器305用于检测所述旋转运动马达驱动器302的当前工作电流，得到对应所述旋转运动马达驱动器302当前工作电流的模拟量的检测信号值；所述模数转换单元205用于将所述模拟量的检测信号值转换为数字量的检测信号值后输出给微机控制器301。通常情况下，未驱动当前运动的马达驱动器的电流仅为该马达驱动器的功耗电流。

微机控制器301用于确定C形臂的当前运动方向，并通过向相应的马达驱动器发送正转信号或反转信号控制相应的马达驱动器及马达驱动C形臂向对应的运动方向运动，例如，控制轨道运动驱动器302及马达306驱动C形臂进行轨道运动正、反方向的运动，或控制旋转运动驱动器303及马达307驱动C形臂进行旋转运动正、反方向的运动。相应地，微机控制器301可根据当前运动方向确定所接收的各马达驱动器的检测信号值中对应该当前运动方向的当前马达驱动器的检测信号值，并进一步地，根据所接收的各电位器203检测的C形臂的当前运动位置，检索预先存储的反映没有碰撞发生时对应马达驱动器工作电流的参考信号值表，得到对应所述当前运动方向及当前运动位置的参考信号值，将所述检测信号值与所述参考信号值进行比较，在所述检测信号值偏离所述参考信号值设定数值(本示例中以40N的碰撞阻力所对应的数值为例)时，确定碰撞发生，并向当前运动方向对应的马达驱动器发送停止信号，以控制该马达驱动器及对应的马达停止C形臂的当前运动。

其中，参考信号值表中所存储的对应各运动位置的参考信号值，可以是对应各个位置采样点的参考信号值，也可以是为了降低存储量而将各个自由度的运动所对应的运动轨迹进行分段后对应各段的参考信号值，且该参考信号值可以是该段内各采样点对应的参考信号值的平均值或最大值或中间位置值等。

例如，本示例中，以轨道运动的运动轨迹为45°～-90°，旋转运动的运动轨迹为-180°～180°的情况为例，则对两个运动的位置进行分段时，可根据负载变化的斜率决定分段的数量，例如，可将旋转运动分成8段，轨道运动分成9段。图4a和图4b中示出了进行轨道运动时，对应不同旋转运动位置和轨道运动位置的参考信号值。其中，图4a为进行轨道运动正方向的运动时，对应不同旋转运动位置和轨道运动位置的参考信号值；图4b为进行轨道运动反方向的运动时，对应不同旋转运动位置和轨道运动位置的参考信号值。图4a和图4b中，纵坐标为旋转运动位置，横坐标为轨道运动位置。其中，仅列出了旋转运动位置为0°时轨道运动至不同角度时的参考信号值。各参考信号值中的数字部分为轨道运动马达驱动器的工作电流值，符号“C”表示检测系数和模数转换系数之积。图4a和图4b中的参考信号值为每个轨道运动位置参考段内各采集点的马达驱动器工作电流的信号值的平均值。

图5为与图4a和图4b所示参考信号值相对应的参考信号值曲线图。其中，设定数值以碰撞阻力为40N时对应的信号值为例。当遇到碰撞阻力时，其检测信号值将会增大，而当碰撞阻力达到规定值(如40N)时，如图5中所示，将马上停止电机的运行。

实际应用中，对于马达驱动器处于直流回路中的情况，由于C形臂的运动特性，使得某些型号的X射线机的C形臂在运动过程中，在转矩方向发生变化时，易导致较大的电流值波动，使电流方向由正变为负，而这对于测量范围为0之上的取值的变送器来说，如测量范围为0/4～20mA的电流或0～10V的电压的变送器，就可能会出现检测不准确的情况。为了实现正确检测，本实施例中可在每个相应的马达驱动器上并联一个负载单元，使得电流检测单元通过检测所述马达驱动器的工作电流与所述负载单元的电流之和，间接检测所述马达驱动器的工作电流。其中，经过该负载单元的电流与对应马达驱动器的工作电流相加后应使总的电流值始终保持在0以上。

具体到如图3所示的示例中，可分别在轨道运动马达驱动器302和旋转运动马达驱动器303上并联一个负载单元308，如图6所示，此时，对应轨道运动马达驱动器302设置的分流器304和变送器305用于检测所述轨道运动马达驱动器302的当前工作电流I1和所述负载单元308的电流I2之和I，从而能够间接得到对应所述轨道运动马达驱动器302当前工作电流的模拟量的检测信号值，实现正确检测；同样，对应旋转运动马达驱动器302设置的分流器304和变送器305用于检测所述旋转运动马达驱动器302的当前工作电流和所述负载单元308的电流之和，从而能够间接得到对应所述旋转运动马达驱动器302当前工作电流的模拟量的检测信号值，实现正确检测。

以上对本发明实施例中C形臂X射线机的防碰撞装置进行了详细描述，本发明实施例中的C形臂X射线机为包括所述防碰撞装置的X射线机。下面再对本发明实施例中的C形臂X射线机的防碰撞方法进行详细描述。

图7为本发明实施例中C形臂X射线机的防碰撞方法的流程示意图。如图7所示，该方法包括如下步骤：

步骤701，确定C形臂的当前运动方向及当前运动位置，在所述当前运动方向为任一检测方向时，检测所述当前运动方向对应的马达驱动器的当前工作电流，得到对应所述当前工作电流的检测信号值。

步骤702，检索预先存储的反映没有碰撞发生时与C形臂的运动位置及运动方向相对应的马达驱动器工作电流的参考信号值表，得到对应所述当前运动方向及当前运动位置的参考信号值。

步骤703，将所述检测信号值与所述参考信号值进行比较，在所述检测信号值偏离所述参考信号值设定数值时，确定碰撞发生，并停止C形臂的运动；否则，可不停止C形臂的运动。或者，也可以控制C形臂向相反的方向运动。

具体实现时，上述运动位置通常包括：旋转运动位置和轨道运动位置。

相应地，检测方向可包括轨道运动正方向、轨道运动反方向、旋转运动正方向和旋转运动反方向中的任意一个或多个。参考信号值表包括如下参考信号值组中与所述检测方向相对应的一组或组合：

进行轨道运动正方向的运动时，对应不同旋转运动位置和轨道运动位置的参考信号值；

进行轨道运动反方向的运动时，对应不同旋转运动位置和轨道运动位置的参考信号值；

进行旋转运动正方向的运动时，对应不同轨道运动位置和旋转运动位置的参考信号值；

进行旋转运动反方向的运动时，对应不同轨道运动位置和旋转运动位置的参考信号值。

或者，也可不管检测方向包括哪些方向，而使参考信号值表同时包括上述4组参考信号值组。

其中，预先存储的反映没有碰撞发生时与C形臂的运动位置及运动方向相对应的马达驱动器工作电流的参考信号值表可通过多种方向得到，例如可通过经验值或计算值，或者也可通过如下方法自学习得到，即预先在没有障碍物的情况下通过在其整个运动范围内操作C形臂并记录不同位置下的值来产生参考值。具体可包括：

在检测方向包括轨道运动正方向时，在没有碰撞发生的情况下，检测C形臂在各个旋转运动位置下进行轨道运动正方向的运动时对应马达驱动器的工作电流，得到各个轨道运动位置下对应所述工作电流的参考信号值，将所述参考信号值与对应的旋转运动位置和轨道运动位置对应存储在参考信号值表中；

在检测方向包括轨道运动反方向时，在没有碰撞发生的情况下，检测C形臂在各个旋转运动位置下进行轨道运动反方向的运动时对应马达驱动器的工作电流，得到各个轨道运动位置下对应所述工作电流的参考信号值，将所述参考信号值与对应的旋转运动位置和轨道运动位置对应存储在参考信号值表中；

在检测方向包括旋转运动正方向时，在没有碰撞发生的情况下，检测C形臂在各个轨道运动位置下进行旋转运动正方向的运动时对应马达驱动器的工作电流，得到各个旋转运动位置下对应所述工作电流的参考信号值，将所述参考信号值与对应的轨道运动位置和旋转运动位置对应存储在参考信号值表中；

在检测方向包括旋转运动反方向时，在没有碰撞发生的情况下，检测C形臂在各个轨道运动位置下进行旋转运动反方向的运动时对应马达驱动器的工作电流，得到各个旋转运动位置下对应所述工作电流的参考信号值，将所述参考信号值与对应的轨道运动位置和旋转运动位置对应存储在参考信号值表中。

具体实现时，所述对应不同旋转运动位置和轨道运动位置的参考信号值可以是对应各个采用点的旋转运动位置和轨道运动位置的参考信号值，或者也可以是预先将各自由度的运动所对应的运动轨迹分段后对应各段位置的参考信号值，例如，可以是将旋转运动方向上C形臂的运动轨迹划分为m个第一位置参考段，将轨道运动方向上C形臂的运动轨迹划分为n个第二位置参考段时，对应不同第一位置参考段和第二位置参考段的参考信号值；其中m、n为大于或等于1的整数。具体实现时，所述m、n的取值根据负载变化的斜率确定。并且，所述参考信号值可以为：所对应的第一位置参考段和第二位置参考段内各采样点工作电流对应的信号值的平均值或最大值或中间位置值。

该方法可应用于C形臂X射线机中，并且应用该方法时，其主要控制及参考信号值与检测信号值的比较过程可由微机控制器实现，其参考信号值表可存储在存储单元中。C形臂的运动位置可利用电位器或编码器进行检测。

此外，若当前运动方向对应的马达驱动器位于直流回路中，则可利用变送器或这利用分流器和变送器进行电流检测；若当前运动方向对应的马达驱动器位于交流回路中，则可利用互感器和变送器进行电流检测。

具体实现时，对于马达驱动器位于直流回路中的情况，还可在马达驱动器上并联负载单元，利用变送器或者利用分流器和变送器检测所述马达驱动器的电流与所述负载单元的电流之和，根据检测结果得到所述马达驱动器的当前工作电流。

本发明实施例中的C形臂X射线机及其防碰撞装置和方法，可以防止对成像设备造成损坏以及对病人和医务人员造成伤害。并且无需在产生碰撞的位置安装检测设备。此外，由于其防碰撞装置不会发生像碰撞开关那样的碰撞，因此该防碰撞装置没有物理磨损，使用寿命长；而且本发明中的防碰撞装置还可以作为碰撞开关式装置的后备保护，进一步提高安全性。

进一步地，通过对各个不同运动方向上的负载电流进行检测，可以防止各个运动方向上的碰撞发生，从而最大限度的保护C形臂、病人及医务人员不受碰撞的伤害。

此外，通过为直流回路增设负载电路，可进一步提高碰撞检测的准确度。

因此，本发明实施例公开了一种C形臂X射线机及其防碰撞装置和防碰撞方法。其中，防碰撞装置包括：用于存储没有碰撞发生时与C形臂的运动位置及运动方向相对应的马达驱动器工作电流的参考信号值表的存储单元、用于确定C形臂的当前运动位置的位置检测单元、用于检测所对应的马达驱动器的当前工作电流并得到对应的检测信号值的电流检测单元、以及用于确定C形臂的当前运动方向及对应的检测信号值，并从所述参考信号值表中查找到对应所述当前运动方向及运动位置的参考信号值，将所述检测信号值与所述参考信号值进行比较，在所述检测信号值偏离所述参考信号值设定数值时，确定碰撞发生的控制单元。本发明所公开的技术方案，能够防止障碍物和C形臂本身之间的严重碰撞。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种C形臂X射线机的防碰撞装置，其中C形臂能够在不同的马达驱动器及马达的驱动下沿不同运动方向运动，其特征在于，该装置包括：存储单元(201)、控制单元(202)、位置检测单元(203)、以及与驱动C形臂沿待检测方向运动的马达驱动器对应设置的电流检测单元(204)；其中， 

所述存储单元(201)用于存储没有碰撞发生时与C形臂的运动位置及运动方向相对应的马达驱动器工作电流的参考信号值表； 

所述位置检测单元(203)用于确定C形臂的当前运动位置； 

所述电流检测单元(204)用于检测所对应的马达驱动器的当前工作电流，得到对应所述当前工作电流的检测信号值； 

所述控制单元(202)用于确定C形臂的当前运动方向、及驱动C形臂沿当前运动方向运动的当前马达驱动器，并从所述参考信号值表中查找到与当前运动方向及当前运动位置相对应的参考信号值，将所述当前马达驱动器的检测信号值与所述参考信号值进行比较，在所述检测信号值偏离所述参考信号值设定数值时，控制当前马达驱动器停止C形臂的运动。 

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于， 

所述位置检测单元(203)进一步用于在没有碰撞发生时确定C形臂的当前运动位置； 

每个电流检测单元(204)进一步用于在没有碰撞发生时检测所对应的马达驱动器的当前工作电流，得到对应所述当前工作电流的参考信号值； 

所述控制单元(202)进一步用于在没有碰撞发生时确定C形臂的当前运动方向、及驱动C形臂沿当前运动方向运动的当前马达驱动器，并将所述当前马达驱动器的参考信号值与当前运动方向及当前运动位置对应地存储在所述参考信号值表中。 

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述运动位置包括：旋转运动位置和轨道运动位置； 

所述待检测方向包括：轨道运动正方向、轨道运动反方向、旋转运动正方向和旋转运动反方向中的任意一个或多个。 

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述位置检测单元(203)包括：与各待检测方向所属自由度对应设置的电位器或编码器，用于确定C形臂在对应自由度上的运动位置。 

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述存储单元(201)中存储的参考信号值与所述电流检测单元(204)得到的检测信号值均为模拟量； 

或者，所述存储单元(201)中存储的参考信号值为数字量，所述电流检测单元(204)得到的检测信号值为模拟量，则所述装置进一步包括模数转换单元(205)，用于将所述电流检测单元(204)得到的检测信号值由模拟量转换为数字量。 

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电流检测单元包括：串联在对应的马达驱动器回路中的变送器(305)； 

或者，所述电流检测单元包括：串联在对应的马达驱动器回路中的变送器(305)和与所述变送器(305)并联的分流器(304)。 

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括：并联在马达驱动器上的负载单元(308)； 

所述电流检测单元(204)通过检测所述马达驱动器的工作电流与所述负载单元(308)的电流之和，间接检测所述马达驱动器的工作电流。 

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电流检测单元包括：串联在对应的马达驱动器回路中的互感器和与所述互感器的输出相连的变送器(305)。 

9.一种C形臂X射线机，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的C形臂X射线机的防碰撞装置。 

10.一种C形臂X射线机的防碰撞方法，所述C形臂能够在不同的马达驱动器及马达的驱动下沿不同运动方向运动，其特征在于，该方法包括： 

确定C形臂的当前运动方向及运动位置，在所述当前运动方向为任一检测方向时，检测所述当前运动方向对应的马达驱动器的当前工作电流，得到对应所述当前工作电流的检测信号值(701)； 

检索预先存储的没有碰撞发生时与C形臂的运动位置及运动方向相对应的马达驱动器工作电流的参考信号值表，得到对应所述当前运动方向及当前运动位置的参考信号值(702)； 

将所述检测信号值与所述参考信号值进行比较，在所述检测信号值偏离所述参考信号值设定数值时，停止C形臂的运动(703)。 

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述运动位置包括：旋转运动位置和轨道运动位置； 

所述检测方向包括：轨道运动正方向、轨道运动反方向、旋转运动正方向和旋转运动反方向中的任意一个或多个。 

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述参考信号值包括：将旋转运动方向 上C形臂的运动轨迹划分为m个第一位置参考段，将轨道运动方向上C形臂的运动轨迹划分为n个第二位置参考段时，对应不同第一位置参考段和第二位置参考段的参考信号值；其中m、n为大于或等于1的整数。 

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述m、n的取值根据负载变化的斜率确定。 

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述参考信号值为：所对应的第一位置参考段和第二位置参考段内各采样点工作电流对应的信号值的平均值或最大值或中间位置值。 

15.根据权利要求10-14中任一项所述的方法，其特征在于，所述当前运动方向对应的马达驱动器位于直流回路中； 

所述检测当前运动方向对应的马达驱动器的当前工作电流包括：利用变送器或者利用分流器和变送器检测所述马达驱动器的电流与并联在所述马达驱动器上的负载单元的电流之和，根据检测结果得到所述马达驱动器的当前工作电流。 

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