CN105311755B - 医用直线加速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医用直线加速器，包括：固定机架，旋转机架，治疗床，以及加速器控制系统，所述旋转机架上包括有治疗头，加速器控制系统控制所述旋转机架相对所述固定机架转动以调整所述治疗头对应所述治疗床的不同位置；其中，在所述治疗头运动方向的两侧分别设定有碰撞停止区域，所述治疗床的上方设定有碰撞保护区域，该加速器控制系统被设置为：当所述碰撞停止区域与所述碰撞保护区域的上表面相重合时，控制所述旋转机架停止运动。本发明在治疗头的两侧分别限定有保护平面，一旦治疗床或治疗床上的患者进入保护平面，那么加速器控制系统控制切断运动部件电源或发出预警信息，避免旋转机架与治疗床或床上的患者发生碰撞。

Description

医用直线加速器

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种防碰撞的医用直线加速器。

背景技术

医用直线加速器是一种生物学上用来对肿瘤进行放射治疗的粒子加速器。在患者摆位或者治疗过程中需要移动医用直线加速器的旋转机架和治疗床达到定位和精确治疗的目的。而在机架旋转过程中，有时会由于人为疏忽而使机架在旋转过程中与治疗床或治疗床上的患者发生碰撞，从而导致患者受伤或医疗设备损坏。具体地，如图1所示，当治疗床13’与旋转机架垂直时，旋转机架12’可360°旋转而不会与治疗床13’发生碰撞；当治疗床13’与旋转机架12’平行(如图2所示)或治疗床13’与旋转机架12’存在较大角度时(如图3所示)，旋转机架12’与治疗床13’存在碰撞可能性，如不及时制止碰撞，有可能给患者带来严重伤害或造成医疗设备损坏。

为了防止此类不必要情况的发生，现有技术通过人工摆位和运动模拟来实现，具体地，操作者在治疗室内使用受控器进行摆位，对于弧形治疗的过程，通过采取先模拟运动，人为确认无误后开始治疗。然而这种方式在摆位和模拟运动的过程中时间较长、效率低，而且存在人为操作失误。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种可实时监控以防止碰撞的医用直线加速器以解决上述技术问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种医用直线加速器，包括：固定机架，旋转机架，治疗床，以及加速器控制系统，所述旋转机架上包括有治疗头，所述加速器控制系统控制所述旋转机架相对所述固定机架转动以调整所述治疗头对应所述治疗床的不同位置；

其中，在所述治疗头运动方向的两侧分别设定有碰撞停止区域，所述治疗床的上方设定有碰撞保护区域，所述加速器控制系统被设置为：当所述碰撞停止区域与所述碰撞保护区域的上表面相重合时，控制所述旋转机架停止运动。

本发明医用直线加速器的进一步改进在于，在所述治疗头运动方向的两侧进一步设定有碰撞预警区域，所述加速器控制系统被设置为：当所述碰撞预警区域与所述碰撞保护区域的上表面相重合时，发出预警信息。

本发明医用直线加速器的进一步改进在于，所述碰撞预警区域和所述碰撞停止区域分别为一平面区域，所述碰撞保护区域为一立体保护区域，所述立体保护区域至少可容纳一个人的体积。

本发明医用直线加速器的进一步改进在于，所述加速器控制系统通过3D扫描仪扫描患者以获取患者的体型数据，进而建立所述碰撞保护区域。

本发明医用直线加速器的进一步改进在于，所述治疗头同一侧的所述碰撞停止区域相对所述碰撞预警区域更加靠近所述治疗头。

本发明医用直线加速器的进一步改进在于，所述旋转机架、所述治疗头和所述治疗床上分别设置有至少一个位置编码器，所述加速器控制系统用于根据所述位置编码器的位置，在所述治疗头的两侧分别建立所述碰撞预警区域和所述碰撞停止区域。

本发明医用直线加速器的进一步改进在于，所述加速器控制系统还用于根据所述位置编码器判断所述碰撞预警区域和所述碰撞停止区域分别与所述碰撞保护区域的相对位置。

本发明医用直线加速器的进一步改进在于，所述加速器控制系统还用于在判断出所述碰撞预警区域与所述碰撞保护区域相重合时，控制预警模块发出预警信息；还用于在所述碰撞停止区域与所述碰撞保护区域的上表面相重合时，控制所述旋转机架停止运动。

本发明医用直线加速器的进一步改进在于，所述旋转机架还包括机架主体，所述治疗头沿所述机架主体弯折延伸出；所述加速器还包括设置于所述机架主体相对治疗床一侧面的第一检测装置和第二检测装置、第四检测装置和第五检测装置；其中，所述治疗头两侧的所述碰撞停止区域分别由所述第一检测装置和所述第二检测装置所形成，所述治疗头两侧的所述碰撞预警区域分别由所述第四检测装置和所述第五检测装置所形成。

本发明医用直线加速器的进一步改进在于，还包括设置于所述机架主体相对治疗床的侧面上的第三检测装置，在所述治疗头朝下时，所述第三检测装置处于横向；其中，所述第三检测装置形成有碰撞检测区域，当所述治疗床被控制调节高度时，所述碰撞检测区域检测到障碍物，所述加速器控制系统控制所述治疗床停止运动。

本发明医用直线加速器的进一步改进在于，在所述治疗头朝下时，所述碰撞检测区域的高度不高于所述碰撞预警区域的最低高度。

与现有技术相比，本发明的医用直线加速器中旋转机架与治疗床之间设定有相对的安全距离，即在治疗头的两侧分别限定有碰撞停止区域，一旦旋转机架与治疗床的之间的距离小于安全距离，则会直接切断运动部件电源，使旋转机架停止运动，避免旋转机架与治疗床或床上的患者发生碰撞。

附图说明

图1为医用直线加速器中治疗床与旋转机架垂直状态结构示意图；

图2为医用直线加速器中治疗床与旋转机架平行状态结构示意图；

图3为医用直线加速器中治疗床与旋转机架存在角度状态结构示意图；

图4为本发明医用直线加速器的结构示意图；

图5为本发明医用直线加速器一实施例中碰撞预警状态时的一状态结构示意图；

图6为本发明医用直线加速器一实施例中碰撞预警状态时的又一状态结构示意图；

图7为本发明医用直线加速器一实施例中碰撞停止状态时的一状态结构示意图；

图8为本发明医用直线加速器一实施例中碰撞停止状态时的又一状态结构示意图；

图9为本发明医用直线加速器一实施例中医用直线加速器的结构示意图；

图10为本发明医用直线加速器一实施例中碰撞停止状态时的结构示意图；

图11为本发明医用直线加速器又一实施例中医用直线加速器的结构示意图；

图12为本发明医用直线加速器又一实施例中医用直线加速器防碰撞时状态结构示意图；

图13为本发明医用直线加速器又一实施例中第三检测装置调整状态示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

如图4所示，图4为本发明医用直线加速器的结构示意图。本发明通过在医用直线加速器上建立防碰撞区域，使加速器各运动部件保持在相对安全的运动范围，在直线加速器运转过程中，可以在发生碰撞前提前预警或者直接切断运动部件的电源，达到保护患者或者医疗设备的目的。

本发明的医用直线加速器包括：固定机架11，旋转机架12，治疗床13，以及加速器控制系统。其中，旋转机架12上包括有治疗头122，该治疗头122用于发射治疗射线，在加速器初始状态时，该治疗头122竖直向下发射治疗射线，治疗床13正对于治疗头122的下方，该治疗床13可被控制的旋转或者上升和下降，而旋转机架12在加速器控制系统的控制下相对固定机架11转动，从而可以调整治疗头122对应治疗床13的不同位置。具体地，该旋转机架12可以相对固定机架11进行360°转动，因此，旋转机架12在旋转过程中会有可能碰撞到治疗床13或治疗床13上的患者。

其中，在本发明中，在旋转机架12的治疗头122运动方向的两侧，分别设定有碰撞停止区域20，该碰撞停止区域20与治疗头122始终处于相对固定的位置，即在治疗头122运动时也随之一并运动。其中，该碰撞停止区域20与治疗头122之间具有预设的安全间距，以使在特殊情况时旋转机架12在碰撞前具有停止运动的缓冲空间。治疗床13的上方限定有碰撞保护区域40，该碰撞保护区域40则与治疗床13处于相对固定的位置。该加速器控制系统被设置为：当探测到碰撞停止区域20与碰撞保护区域40的上表面相重合时，控制旋转机架12停止运动，一个可能的实现方式为，加速器控制系统通过切断旋转机架12的电源，从而可以使旋转机架12停止运动。其中，本发明中区域与区域相重合包括两个区域之间部分重合或者全部重合的情况。

进一步地，在本发明的又一实施例中，在旋转机架12的治疗头122运动方向的两侧还可以进一步设定有碰撞预警区域30，同样地，该碰撞预警区域30与治疗头122处于相对固定的位置，因此，碰撞预警区域30与碰撞停止区域20也处于相对固定的位置，加速器控制系统被设置为：当碰撞预警区域30与碰撞保护区域40上表面相重合时，发出预警信息，从而可以提醒操作者及时控制运动部件。优选地，在发出预警信息后，还将运动部件的速度降低到最低速度，避免在后续控制停止时惯性太大造成碰撞，本实施例中的预警信息具体可以包括声光报警提示，语音报警等。

一个可能的实现方式中，所述碰撞预警区域30和碰撞停止区域20分别为一由激光发生器发出的激光形成的平面区域，当然也可能为其他形态的平面区域，在此不作限制。碰撞保护区域40为一立体保护区域，该立体保护区域至少可容纳一个人的体积。通常情况下，该立体保护区域的高度要大于人平躺下的高度，从而避免运动部件在被控制停止后具有一定的缓冲而碰撞到患者。

一个可行的实施方式中，当碰撞保护区域40为立体保护区域时，该立体保护区域40为与治疗床13同长同宽的长方体，该立体保护区域的高则可具体根据人体平躺后的高度的经验值而设定。在另一个可行的实施方式中，该立体保护区域40还可以通过3D扫描仪扫描患者所形成，具体地，该3D扫描仪通过扫描人体获取患者的体型数据，并可将患者的体型数据发送给加速器控制系统，加速器控制系统则可根据患者的体型数据建立碰撞保护区域40的范围，如此，可以使加速器控制系统更加精准的确定患者的碰撞保护区域40的范围。

其中，治疗头122同一侧的碰撞停止区域20相对碰撞预警区域30更加靠近治疗头122，该碰撞预警区域30与碰撞停止区域20之间具有一定的间距，以使发出预警信息后旋转机架12具有一定的降速缓冲空间。如此，旋转机架12在转动过程中与治疗床13之间的位置关系可以分为两个阶段。其一，在旋转机架12转动过程中越来越靠近治疗床13时，碰撞预警区域30与治疗床13上方的碰撞保护区域40相重合，加速器的预警模块发出预警信息，本发明的一个可能的实现方式中是通过声光警告提醒操作者，此时操作者可以根据具体情况对加速器进行控制管理。其二，若操作者未能及时发现该情况，加速器还可以在发出预警信息的同时，并控制旋转机架12转动速度降低，旋转机架12还可以继续沿同一方向转动，那么该碰撞停止区域20则与碰撞保护区域40重合，此时加速器控制系统切断旋转机架12的电源，旋转机架12停止运动。当然，在本发明的又一实施例中，也可以只限定有碰撞停止区域20，没有碰撞预警区域30，在碰撞停止区域20与碰撞保护区域40重合时，直接就控制旋转机架12停止运动。

上述具体的实现方式包括如下两种实施例。

实施例一：

如图4至图8所示，在该实施例中，所述碰撞停止区域20和碰撞保护区域40为虚拟保护区域，具体地，本申请的医用直线加速器是通过在旋转机架12的治疗头122两侧和治疗床13上分别各设置有至少一个位置编码器(未图示)。加速器控制系统根据多个位置编码器的位置信息，在治疗头122的两侧预先分别建立碰撞预警区域30和碰撞停止区域20，以及在治疗床13的上方建立碰撞保护区域40，即在加速器的控制界面上通过应用程序实时监控位置编码器的位置而建立虚拟的碰撞预警区域30、碰撞停止区域20、以及碰撞保护区域40的模型。在旋转机架12转动过程中，碰撞预警区域30、碰撞停止区域20、以及碰撞保护区域40随着与之对应的位置编码器的位置移动而移动。如此设置以通过检测两个相对运动部件之间设定的平面与平面之间的位置关系，从而便于准确的判断运动部件之间的精准位置关系。

进一步地，所述加速器控制系统还用于根据位置编码器的位置判断碰撞预警区域30所在平面区域和碰撞停止区域20所在平面区域与碰撞保护区域40所在平面区域的相对位置，从而可以实时地监控运动部件之间的相对位置关系。

进一步地，所述加速器控制系统还用于在判断出碰撞预警区域30与碰撞保护区域40相重合时，控制预警模块发出预警信息；在碰撞停止区域20与碰撞保护区域40相重合时，控制旋转机架12停止运动。简单地说，该加速器控制系统根据预编程进行相应的操作，从而不需要操作者时刻关注着治疗进度，实现自动化控制，避免人工操作造成的失误。当然，在本发明的其他实施例中，也可以由操作者在治疗室内利用遥控器通过加速器控制系统所发出的提示信息对旋转机架12及治疗床13进行控制，即由操作者手动控制运动部件的运动过程。

本发明的加速器控制系统是在控制台的计算机中运行的，具体地，通过应用程序根据加速器各个部件上的位置编码器实时反馈各自的位置信息，根据预先设定的碰撞预警区域30、碰撞预警区域20、碰撞保护区域40，然后通过判断确定各个部件的具体位置及相对位置关系，从而控制各运动部件的运动，进而实现直线加速器在治疗患者过程中防止发生碰撞。

在本发明中，通过各个运动部件的位置编码器可以确定旋转机架12的当前角度，加速器控制系统在治疗头122的两侧各建立虚拟的碰撞预警区域30和碰撞停止区域20。在旋转机架12旋转时，根据旋转机架12上的位置编码器获取当前角度值进而获取旋转机架12的实时位置。根据治疗床13的高度位置编码器和床的横移即纵移位置编码器的位置值确定床板的实时位置。当加速器控制系统在预编程运动过程中，通过实时监测各个部件位置的位置编码器的位置值，并计算各个区域是否存在重叠，例如：当存在碰撞保护区域(20、40)重叠(包括部分重叠和全部重叠的情况)时，加速器控制系统控制直接切断运动部件电源，以使运动部件停止运动，从而解除碰撞的危险。此时，为使患者脱离碰撞的危险区域，操作者还可以进一步采用以下两种方式：方法一，操作者使用遥控器发出反向运动命令，旋转机架12重新上电，并反向运动，加速器控制系统通过位置编码器监控旋转机架12的运动方向，如果运动方向正确则继续运动；如果方向错误则立即控制重新切断旋转机架12的电源，使其停止运动。方法二，操作者还可以通过手动方式移动治疗床13或者通过计算机控制中心控制治疗床13，将患者移出危险区域，加速器控制系统确认部件之间不会发生碰撞危险后恢复电源供电。

实施例二：

本实施例中的碰撞预警区域30、碰撞停止区域20等由光电传感器所形成。具体地，如图9至图13所示，旋转机架12由机架主体121及从该机架主体121上端弯折延伸出的治疗头122所组成。本实施例的直线加速器还包括设置于机架主体121相对治疗床13一侧面的第一检测装置141和第二检测装置142、第四检测装置144和第五检测装置145，其中，治疗头122两侧的碰撞停止区域20分别由第一检测装置141和第二检测装置142所形成，治疗头122两侧的碰撞预警区域30分别由第四检测装置144和第五检测装置145所形成。

可选的，如图9和图10所示，在一个可行的实施方式中，该加速器仅包括有第一检测装置141和第二检测装置142，该第一检测装置141与第二检测装置142在机架主体121上的形状呈倒八字型。该第一检测装置141和第二检测装置142分别形成有碰撞停止区域20。加速器控制系统通过检测碰撞停止区域20与障碍物的上表面(即碰撞保护区域限定于与障碍物的外轮廓重合，该障碍物的上表面可以为治疗床13的上表面或治疗床13上的患者的上表面)是否发生干涉，来控制旋转机架12是否继续进行旋转运动，从而可以防止加速器的旋转机架12与治疗床13及治疗床13上的患者发生碰撞。其中，该第一检测装置141和第二检测装置142由多个光电传感器组成，在本实施方式中，该光电传感器的数量至少为3个。具体地，该旋转机架12对应第一检测装置141的位置开设有窗口以供光电传感器，例如：激光发生器发出激光线，进而形成碰撞停止区域20。该第一检测装置141和第二检测装置142与加速器控制系统连接，在检测过程中，启动激光发生器发射出激光线组成碰撞停止区域20，当检测到有障碍物(即碰撞保护区域)时，由于障碍物会遮挡激光线，此时，加速器控制系统会输出旋转机架12停止运动的控制信号，以控制旋转机架12停止运动。简单来说，即当旋转机架12旋转过程中有患者或者治疗床13进入到碰撞停止区域20时，加速器控制系统会输出控制信号，以切断旋转机架12的运动电源，从而达到保护患者和/或医疗设备的目的。

优选地，如图11和图12所示，在本实施例的又一实施例中，本发明医用直线加速器还可以在具有第一检测装置141和第二检测装置142的基础上，增设有第四检测装置144和第五检测装置145，其中，该第四检测装置144和第五检测装置145分别形成有碰撞预警区域30，两个碰撞预警区域30分别位于治疗头122的两侧，在治疗头122的同一侧的碰撞停止区域20相对碰撞预警区域30靠近治疗头122，即碰撞预警区域30优先检测到障碍物。具体地，当检测到有障碍物进入到碰撞预警保护区域30后，加速器控制系统会发送控制信号，以使加速器控制系统控制预警模块发出预警信息。通过预警信息提醒操作者，此时操作者可以根据具体情况对加速器进行控制管理，另外，若操作者未能及时发现该情况，加速器还可以在发出预警信息的同时，并控制旋转机架12转动速度降低，旋转机架12还可以继续沿同一方向转动，而后该碰撞停止区域20则会检测到障碍物，此时加速器控制系统切断旋转机架12的电源，使旋转机架12停止运动。

进一步地，加速器还包括设置于机架主体121相对治疗床13的侧面上的第三检测装置143，在治疗头122朝下时，第三检测装置143处于横向，该第三检测装置143也由多个光电传感器组成。其中，第三检测装置143形成有碰撞检测区域50，该碰撞检测区域50也为一平面，当治疗床13被控制调节高度时，碰撞检测区域50检测到障碍物(治疗床13或者位于治疗床13上的患者)，加速器控制系统控制治疗床13停止运动。可选的，在仅有碰撞停止区域20且治疗头122朝下时，该碰撞检测区域50的高度不高于碰撞停止区域20的最低高度；在具有碰撞停止区域20及碰撞预警区域30时，该碰撞检测区域50的高度不高于碰撞预警区域30的最低高度。如图13所示，另外，由于治疗头122的下方需要根据治疗计划挂接相应附件，存在挂接附件会遮挡第三检测装置143的问题，因此该第三检测装置143所形成的碰撞检测区域50可以根据挂接附件的长度不同自动选择碰撞检测区域50下倾，与水平面形成一定的角度。

本发明的医用直线加速器通过在治疗头的两侧分别设有保护面，保护面与治疗头之间具有安全距离，避免运动部件具有惯性而造成碰撞，加速控制系统通过监控保护面与治疗床或位于治疗床上的患者之间的位置关系，来监控是否发生碰撞，并且保护保护面检测到运动部件后控制旋转机架停止或减速运动以使操作人员可以及时作出相应处理，避免旋转机架与治疗床或床上的患者发生碰撞。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由本申请的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (11)

1.一种医用直线加速器，其特征在于，包括：固定机架，旋转机架，治疗床，以及加速器控制系统，所述旋转机架上包括有治疗头，所述加速器控制系统控制所述旋转机架相对所述固定机架转动以调整所述治疗头对应所述治疗床的不同位置；

其中，在所述治疗头运动方向的两侧分别设定有碰撞停止区域，所述治疗床的上方设定有碰撞保护区域，所述加速器控制系统被设置为：当所述碰撞停止区域与所述碰撞保护区域的上表面相重合时，控制所述旋转机架停止运动。

2.根据权利要求1所述的医用直线加速器，其特征在于，在所述治疗头运动方向的两侧进一步设定有碰撞预警区域，所述加速器控制系统被设置为：当所述碰撞预警区域与所述碰撞保护区域的上表面相重合时，发出预警信息。

3.根据权利要求2所述的医用直线加速器，其特征在于，所述碰撞预警区域和所述碰撞停止区域均为一平面区域，所述碰撞保护区域为一立体保护区域，所述立体保护区域至少可容纳一个人的体积。

4.根据权利要求3所述的医用直线加速器，其特征在于，所述加速器控制系统通过3D扫描仪扫描患者以获取患者的体型数据，进而建立所述碰撞保护区域。

5.根据权利要求3所述的医用直线加速器，其特征在于，所述治疗头同一侧的所述碰撞停止区域相对所述碰撞预警区域更加靠近所述治疗头。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的医用直线加速器，其特征在于，所述旋转机架、所述治疗头和所述治疗床上分别设置有至少一个位置编码器；所述加速器控制系统用于根据所述位置编码器的位置，在所述治疗头的两侧分别建立所述碰撞预警区域和所述碰撞停止区域。

7.根据权利要求6所述的医用直线加速器，其特征在于，所述加速器控制系统还用于根据所述位置编码器的位置判断所述碰撞预警区域和所述碰撞停止区域分别与所述碰撞保护区域的相对位置。

8.根据权利要求7所述的医用直线加速器，其特征在于，所述加速器控制系统还用于在判断出所述碰撞预警区域与所述碰撞保护区域相重合时，控制预警模块发出预警信息；还用于在所述碰撞停止区域与所述碰撞保护区域的上表面相重合时，控制所述旋转机架停止运动。

9.根据权利要求2至5中任一项所述的医用直线加速器，其特征在于，所述旋转机架还包括机架主体，所述治疗头沿所述机架主体弯折延伸出；所述加速器还包括设置于所述机架主体相对治疗床一侧面的第一检测装置和第二检测装置、第四检测装置和第五检测装置；其中，所述治疗头两侧的所述碰撞停止区域分别由所述第一检测装置和所述第二检测装置所形成，所述治疗头两侧的所述碰撞预警区域分别由所述第四检测装置和所述第五检测装置所形成。

10.根据权利要求9所述的医用直线加速器，其特征在于，还包括设置于所述机架主体相对所述治疗床的侧面上的第三检测装置，在所述治疗头朝下时，所述第三检测装置处于横向；其中，所述第三检测装置形成有碰撞检测区域，当所述治疗床被控制调节高度时，所述碰撞检测区域检测到障碍物，所述加速器控制系统控制所述治疗床停止运动。

11.根据权利要求10所述的医用直线加速器，其特征在于，在所述治疗头朝下时，所述碰撞检测区域的高度不高于所述碰撞预警区域的最低高度。