CN107469238B - 医用电子直线加速器防碰系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医用电子直线加速器防碰系统及控制方法，属于医用电子直线加速器领域，包括激光扫描器，激光扫描器分别通过运动控制板的防碰联锁电路和防碰警告电路连接MCU板，MCU板连接加速器上位机，MCU板还通过硬件联锁电路连接加速器上位机；MCU板分别通过机架使能电路和机架电机驱动电路连接机架电机驱动器，机架电机驱动器连接机架电机；MCU板分别通过治疗头使能电路和治疗头电机驱动电路连接治疗头电机驱动器，治疗头电机驱动器连接治疗头电机；MCU板通过蜂鸣器控制电路连接蜂鸣器。本发明能够实时监测患者身体部位与加速器治疗头的距离，在危险距离内发出警告，在发生碰撞时发出联锁并停止机架和治疗头的运动，保证患者的安全。

Description

医用电子直线加速器防碰系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种医用电子直线加速器防碰系统及控制方法，属于医用电子直线加速器领域。

背景技术

医用电子直线加速器具有坚硬的金属结构，并具有很大的运动惯性，使用医用电子直线加速器治疗患者过程中，如果与患者发生碰撞，将发生人身伤害，甚至造成巨大的医疗事故。加速器使用过程中最易与患者发生碰撞的部位是治疗头，针对治疗头防碰功能，目前常用的结构多为机头防撞圈与微动开关的组合，这种结构只有在物体与加速器治疗头发生碰撞时才起作用，不能提前发出警告，避免产生碰撞。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种能够实时监测患者身体部位与加速器治疗头的距离，在危险距离内发出警告，在发生碰撞时发出联锁并停止机架和治疗头的运动，保证患者的安全的医用电子直线加速器防碰系统及控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

所述的医用电子直线加速器防碰系统，包括激光扫描器，激光扫描器通过激光扫描器支架固定在加速器旋转支架上；激光扫描器的信号输出端分别通过运动控制板的防碰联锁电路和防碰警告电路连接MCU板的信号输入端，MCU板的通讯端口连接加速器上位机，MCU板还通过硬件联锁电路连接加速器上位机；

MCU板的控制输出端分别通过机架使能电路和机架电机驱动电路连接机架电机驱动器，机架电机驱动器连接机架电机；MCU板的控制输出端分别通过治疗头使能电路和治疗头电机驱动电路连接治疗头电机驱动器，治疗头电机驱动器连接治疗头电机；MCU板的控制输出端通过蜂鸣器控制电路连接蜂鸣器。

医用电子直线加速器防碰系统可以在加速器旋转机架的不同位置固定多个激光扫描器，对加速器治疗头附近的立体空间进行实时距离检测，增大加速器防碰的保护范围，在危险距离内发出警告，在发生碰撞时发出联锁并停止机架和治疗头的运动，保证患者的安全，具有较强的实用性。

进一步的优选，防碰联锁电路包括与激光扫描器相连接的电容C56、电阻R24和二极管Z8，二极管Z8连接光耦U23，光耦U23通过上拉电阻R36和反向器U4A连接MCU板。

进一步的优选，机架使能电路采用光耦U13，MCU板的控制输出端连接光耦U13的1端口，光耦U13的4端口连接机架电机驱动器。

进一步的优选，机架电机驱动电路包括与MCU板相连接的反向器U4C、与门U65A和与门U65B，与门U65A和与门U65B分别通过光耦U25和光耦U26连接电阻和极性电容组成的PWM转换电路，PWM转换电路分别通过电压跟随器U55A和电压跟随器U55B连接机架电机驱动器。

进一步的优选，MCU板的控制输出端通过机架制动电路连接机架电机。

进一步的优选，激光扫描器支架包括屏蔽罩，屏蔽罩底部设置底罩，屏蔽罩后部设置倒V型调整支架，屏蔽罩内侧设置安装调整支架，屏蔽罩前端设置激光发射窗，激光扫描器通过安装调整支架固定在屏蔽罩内，激光扫描器的激光发射点与激光发射窗相对应。方便激光扫描器的安装和固定。

进一步的优选，底罩通过螺钉固定在屏蔽罩的底部，倒V型调整支架通过螺钉、平垫圈和弹簧垫圈固定在屏蔽罩的后部，倒V型调整支架内侧中间位置设置加强板。固定连接方便。

进一步的优选，倒V型调整支架后部设置调整固定槽孔，倒V型调整支架的V型夹角为50°。方便激光扫描器位置的调整。

所述的医用电子直线加速器防碰系统的控制方法，包括以下步骤：

1)激光扫描器检测到有物体接近医用电子加速器治疗头时，在警告范围内先发出警告信号，警告信号通过运动控制板的防碰警告电路接收后发送至MCU板，MCU板接收到警告信号后，将警告信号发送至加速器上位机，通过加速器上位机显示“碰撞警告”联锁，同时，将警告信号通过运动控制板的蜂鸣器控制电路发送信号至蜂鸣器，控制蜂鸣器响，提示有碰撞风险，预防发生碰撞事故；

2)激光扫描器检测到物体进入到联锁范围内，激光扫描器发出碰撞联锁信号，碰撞联锁信号通过运动控制板的防碰联锁电路接收后发送至MCU板，MCU板接收到碰撞联锁信号后，将碰撞联锁信号发送至加速器上位机，通过加速器上位机显示“碰撞”联锁，同时，将碰撞联锁信号通过运动控制板的蜂鸣器控制电路发送信号至蜂鸣器，控制蜂鸣器响，提示已发生碰撞；MCU板在发送碰撞联锁信号的同时，MCU板控制运动控制板的机架使能电路断开机架电机驱动器的使能信号，机架电机驱动电路断开机架电机驱动器的速度信号，治疗头使能电路断开治疗头电机驱动器的使能信号，治疗头电机驱动电路断开治疗头电机驱动器的速度信号，使机架电机和治疗头电机停止工作，MCU板同时发送碰撞联锁信号至硬件联锁电路，通过硬件联锁电路将信号传送至加速器上位机，加速器上位机收到硬件联锁电路发送的联锁信号后控制加速器所有模块停束或退出出束状态。

所述的步骤2)中，MCU板在发送碰撞联锁信号的同时，MCU板控制运动控制板的机架制动电路制动机架电机。

本发明所具有的有益效果是：

1、本发明所述的医用电子直线加速器防碰系统及控制方法设计合理，实用性强，在患者进入加速器治疗头碰撞区域时，能进行快速识别并通过蜂鸣器发出警告，在发生碰撞时发出联锁并停止机架和治疗头的运动，保证患者的安全。

2、本发明所述的医用电子直线加速器防碰系统及控制方法还能够通过MCU板和加速器上位机的配合，实时显示患者与治疗头的危险距离和警告、联锁状态，并通过加速器上位机的联锁，在发生碰撞时，控制加速器所有模块停束或退出出束状态，提高安全性。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图；

图2为本发明的防碰联锁电路图；

图3为本发明的机架使能电路图；

图4为本发明的机架电机驱动电路图；

图5为本发明的激光扫描器支架结构示意图；

图6为本发明的激光扫描器支架的前视图；

图7为本发明的激光扫描器支架的俯视图；

图中，1、激光扫描器；2.运动控制板；3、MCU板；4、防碰联锁电路；5、激光扫描器支架；6、防碰警告电路；7、加速器上位机；8、硬件联锁电路；9、机架使能电路；10、机架电机驱动电路；11、机架电机驱动器；12、机架电机；13、机架制动电路；14、治疗头使能电路；15、治疗头电机驱动电路；16、治疗头电机驱动器；17、治疗头电机；18、蜂鸣器控制电路；19、蜂鸣器；20、屏蔽罩；21、安装调整支架；22、底罩；23、倒V型调整支架；24、激光发射点；25、激光发射窗；26、调整固定槽孔；27、加强板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

如图1所示，本发明所述的医用电子直线加速器防碰系统，包括激光扫描器1，激光扫描器1通过激光扫描器支架5固定在加速器旋转支架上；激光扫描器1的信号输出端分别通过运动控制板2的防碰联锁电路4和防碰警告电路6连接MCU板3的信号输入端，MCU板3的通讯端口连接加速器上位机7，MCU板3还通过硬件联锁电路8连接加速器上位机7；

MCU板3的控制输出端分别通过机架使能电路9和机架电机驱动电路10连接机架电机驱动器11，机架电机驱动器11连接机架电机12，MCU板3的控制输出端通过机架制动电路13连接机架电机12；MCU板3的控制输出端分别通过治疗头使能电路14和治疗头电机驱动电路15连接治疗头电机驱动器16，治疗头电机驱动器16连接治疗头电机17；MCU板3的控制输出端通过蜂鸣器控制电路18连接蜂鸣器19。

如图2所示，所述的防碰联锁电路4包括与激光扫描器1相连接的电容C56、电阻R24和二极管Z8，二极管Z8连接光耦U23，光耦U23通过上拉电阻R36和反向器U4A连接MCU板3。激光扫描器1发出的防碰联锁信号LASERPT进入防碰联锁电路4，通过滤波、限值保护后通过高速光耦U23输出，再经过上拉电阻R36和反向器U4A发送到MCU板3的PF11引脚，MCU板3控制运动控制板2强制机架电机12和治疗头电机17停止运动，并控制蜂鸣器19响。防碰警告电路6与图2所示电路相同。

如图3所示，所述的机架使能电路9采用光耦U13，MCU板3的控制输出端连接光耦U13的1端口，光耦U13的4端口连接机架电机驱动器11。MCU板3的PF11引脚在接收到信号后，通过PE6引脚发出信号，经过高速光耦U13后产生机架使能信号GANTEN。机架使能电路9与治疗头使能电路14相似，根据所用驱动器的不同，治疗头使能电路14在机架使能电路9的基础上增加了继电器控制，可以输出与机架使能电路9不同电压值的使能信号。硬件联锁电路8也采用相同的电路结构。

如图4所示，所述的机架电机驱动电路10包括与MCU板3相连接的反向器U4C、与门U65A和与门U65B，与门U65A和与门U65B分别通过光耦U25和光耦U26连接电阻和极性电容组成的PWM转换电路，PWM转换电路分别通过电压跟随器U55A和电压跟随器U55B连接机架电机驱动器11。当PB1为低电平时，与门U65A和U65B输出低电平，高速光耦U25和U26不导通，后续电路不工作，输出信号GANTCON+和GANTCON-都为低电平，机架速度为零；当PB1为高电平，PE2引脚输出PWM信号，一路经过反向器U4C进入与门U65A，一路直接进入与门U65B，MCU板3输出到PE2引脚的PWM信号可调，不同占空比的PWM信号使U65A和U65B的导通时间不同，当占空比趋向于1时，与门U65B趋向于完全导通，高速光耦U26趋向于完全导通，与门U65A趋向于完全不导通，高速光耦U25趋向于完全不导通，GANTCON-输出幅值+11V，GANTCON+输出赋值0V，反之，当PE2引脚的PWM信号占空比趋向于0时，GANTCON-输出幅值0V，GANTCON+输出赋值+11V，当PE2引脚的PWM信号占空比介于0和1之间时，反向器U65A和U65B分别有一段时间导通，对应的高速光耦U25和U26分别有一段时间导通，PWM信号经过U25到U55A之间的PWM转换电路和U26到UU55B之间的PWM转换电路后，输出幅值不同的电压信号，GANTCON+与GANTCON-之间的电压差在±11V之间变化，GANTCON+与GANTCON-信号输出到机架电机驱动器11，控制机架电机12的转动速度及方向。当MCU板3收到激光扫描器1发来的碰撞联锁信号后，控制PE2引脚输出为PWM信号占空比为1/2，PB1引脚输出为0，使机架电机速度为0。所述治疗头电机驱动电路与机架电机驱动电路相同。

如图5-图7所示，所述的激光扫描器支架5包括屏蔽罩20，屏蔽罩20底部设置底罩22，屏蔽罩20后部设置倒V型调整支架23，倒V型调整支架23后部设置调整固定槽孔26，倒V型调整支架23的V型夹角为50°，屏蔽罩20内侧设置安装调整支架21，屏蔽罩20前端设置激光发射窗25，激光扫描器1通过安装调整支架21固定在屏蔽罩20内，激光扫描器1的激光发射点24与激光发射窗25相对应。所述的底罩22通过螺钉固定在屏蔽罩20的底部，倒V型调整支架23通过螺钉、平垫圈和弹簧垫圈固定在屏蔽罩20的后部，倒V型调整支架23内侧中间位置设置加强板27。

所述的医用电子直线加速器防碰系统的控制方法，包括以下步骤：

1)激光扫描器1检测到有物体接近医用电子加速器治疗头时，在警告范围内先发出警告信号，警告信号通过运动控制板2的防碰警告电路6接收后发送至MCU板3，MCU板3接收到警告信号后，将警告信号发送至加速器上位机7，通过加速器上位机7显示“碰撞警告”联锁，同时，将警告信号通过运动控制板2的蜂鸣器控制电路18发送信号至蜂鸣器19，控制蜂鸣器19响，提示有碰撞风险。

2)激光扫描器1检测到物体进入到联锁范围内，激光扫描器1发出碰撞联锁信号，碰撞联锁信号通过运动控制板2的防碰联锁电路4接收后发送至MCU板3，MCU板3接收到碰撞联锁信号后，将碰撞联锁信号发送至加速器上位机7，通过加速器上位机7显示“碰撞”联锁，同时，将碰撞联锁信号通过运动控制板2的蜂鸣器控制电路18发送信号至蜂鸣器19，控制蜂鸣器19响，提示已发生碰撞；MCU板3在发送碰撞联锁信号的同时，MCU板3控制运动控制板2的机架使能电路9断开机架电机驱动器11的使能信号，机架电机驱动电路10断开机架电机驱动器11的速度信号，MCU板3控制运动控制板2的机架制动电路13制动机架电机12，治疗头使能电路14断开治疗头电机驱动器16的使能信号，治疗头电机驱动电路15断开治疗头电机驱动器16的速度信号，使机架电机12和治疗头电机17停止工作，MCU板3同时发送碰撞联锁信号至硬件联锁电路8，通过硬件联锁电路8将信号传送至加速器上位机7，加速器上位机7收到硬件联锁电路8发送的联锁信号后控制加速器所有模块停束或退出出束状态。

本发明能够实时监测患者身体部位与加速器治疗头的距离，在危险距离内发出警告，避免产生碰撞，在发生碰撞时发出联锁并停止机架和治疗头的运动，保证患者的安全，具有较强的实用性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种医用电子直线加速器防碰系统，其特征在于：包括激光扫描器(1)，激光扫描器(1)通过激光扫描器支架(5)固定在加速器旋转支架上；

激光扫描器(1)的信号输出端分别通过运动控制板(2)的防碰联锁电路(4)和防碰警告电路(6)连接MCU板(3)的信号输入端，MCU板(3)的通讯端口连接加速器上位机(7)，MCU板(3)还通过硬件联锁电路(8)连接加速器上位机(7)；

MCU板(3)的控制输出端分别通过机架使能电路(9)和机架电机驱动电路(10)连接机架电机驱动器(11)，机架电机驱动器(11)连接机架电机(12)；

MCU板(3)的控制输出端分别通过治疗头使能电路(14)和治疗头电机驱动电路(15)连接治疗头电机驱动器(16)，治疗头电机驱动器(16)连接治疗头电机(17)；

MCU板(3)的控制输出端通过蜂鸣器控制电路(18)连接蜂鸣器(19)；

所述的防碰联锁电路(4)包括与激光扫描器(1)相连接的电容C56、电阻R24和二极管Z8，二极管Z8连接光耦U23，光耦U23通过上拉电阻R36和反向器U4A连接MCU板(3)；

所述的机架使能电路(9)采用光耦U13，MCU板(3)的控制输出端连接光耦U13的1端口，光耦U13的4端口连接机架电机驱动器(11)；

所述的机架电机驱动电路(10)包括与MCU板(3)相连接的反向器U4C、与门U65A和与门U65B，与门U65A和与门U65B分别通过光耦U25和光耦U26连接电阻和极性电容组成的PWM转换电路，PWM转换电路分别通过电压跟随器U55A和电压跟随器U55B连接机架电机驱动器(11)；

所述的MCU板(3)的控制输出端通过机架制动电路(13)连接机架电机(12)；

所述的激光扫描器支架(5)包括屏蔽罩(20)，屏蔽罩(20)底部设置底罩(22)，屏蔽罩(20)后部设置倒V型调整支架(23)，屏蔽罩(20)内侧设置安装调整支架(21)，屏蔽罩(20)前端设置激光发射窗(25)，激光扫描器(1)通过安装调整支架(21)固定在屏蔽罩(20)内，激光扫描器(1)的激光发射点(24)与激光发射窗(25)相对应；

所述的底罩(22)通过螺钉固定在屏蔽罩(20)的底部，倒V型调整支架(23)通过螺钉、平垫圈和弹簧垫圈固定在屏蔽罩(20)的后部，倒V型调整支架(23)内侧中间位置设置加强板(27)；

所述的倒V型调整支架(23)后部设置调整固定槽孔(26)，倒V型调整支架(23)的V型夹角为50°。

2.一种如权利要求1所述的医用电子直线加速器防碰系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)激光扫描器(1)检测到有物体接近医用电子加速器治疗头时，在警告范围内先发出警告信号，警告信号通过运动控制板(2)的防碰警告电路(6)接收后发送至MCU板(3)，MCU板(3)接收到警告信号后，将警告信号发送至加速器上位机(7)，通过加速器上位机(7)显示“碰撞警告”联锁，同时，将警告信号通过运动控制板(2)的蜂鸣器控制电路(18)发送信号至蜂鸣器(19)，控制蜂鸣器(19)响，提示有碰撞风险，预防发生碰撞事故；

2)激光扫描器(1)检测到物体进入到联锁范围内，激光扫描器(1)发出碰撞联锁信号，碰撞联锁信号通过运动控制板(2)的防碰联锁电路(4)接收后发送至MCU板(3)，MCU板(3)接收到碰撞联锁信号后，将碰撞联锁信号发送至加速器上位机(7)，通过加速器上位机(7)显示“碰撞”联锁，同时，将碰撞联锁信号通过运动控制板(2)的蜂鸣器控制电路(18)发送信号至蜂鸣器(19)，控制蜂鸣器(19)响，提示已发生碰撞；MCU板(3)在发送碰撞联锁信号的同时，MCU板(3)控制运动控制板(2)的机架使能电路(9)断开机架电机驱动器(11)的使能信号，机架电机驱动电路(10)断开机架电机驱动器(11)的速度信号，治疗头使能电路(14)断开治疗头电机驱动器(16)的使能信号，治疗头电机驱动电路(15)断开治疗头电机驱动器(16)的速度信号，使机架电机(12)和治疗头电机(17)停止工作，MCU板(3)同时发送碰撞联锁信号至硬件联锁电路(8)，通过硬件联锁电路(8)将信号传送至加速器上位机(7)，加速器上位机(7)收到硬件联锁电路(8)发送的联锁信号后控制加速器所有模块停束或退出出束状态。

3.根据权利要求2所述的医用电子直线加速器防碰系统的控制方法，其特征在于：所述的步骤2)中，MCU板(3)在发送碰撞联锁信号的同时，MCU板(3)控制运动控制板(2)的机架制动电路(13)制动机架电机(12)。