CN110090036A - 多功能射线摄影装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多功能射线摄影装置及控制方法,其包括两个相对设置的机械臂,设置在两机械臂之间的多姿态床台,以及分别对应固定设置在机械臂上的发射单元和接收单元,所述的机械臂受所述的控制台驱动带动发射单元和接收单元按预定轨迹运动或运行至预定位置。本发明的多功能射线摄影装置,如X射线DR机器人由两台受控机械臂对应带动管球单元和平板探测单元,同时,通过多姿态床台进行人体定位,机械臂能够接受程序的指令,精确定位到空间上任意一点,通过对机械臂的控制实现不同姿态的调整,配合可调整姿态的床台,可以实现多体位拍片空间位置静态和动态的全覆盖。基本可以实现目前所有X射线机的功能。

Description

多功能射线摄影装置及控制方法
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域,特别是涉及一种多功能射线摄影装置及控制方法。
背景技术
目前医院普遍使用的X射线产品比较分散种类繁多,包括X射线平床DR、C型臂X射线机、UC臂DR、悬吊DR系统、CT系统;25床胃肠机等。以上机器检查的体位及检查的重点,各有不同,功能使用上各有利弊,不能实现所有体位的检测。而且机器种类繁多,由于每台机器的操作使用都不相同,给医院的操作人员使用、参数的调节等带来了困难。而且机器种类繁多,医院需要提供出足够的场地。占用了大量的空间。造成场地的紧缺。综合成本大大增加。
综合以上,考虑到降低医院操作人员对设备的使用、设备的购买成本、医院设备使用和空间的利用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷,而提供一种多功能射线摄影装置。
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷,而提供一种多功能射线摄影装置的控制方法。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是:
一种多功能射线摄影装置,包括两个相对设置的机械臂,设置在两机械臂之间的多姿态床台,以及分别对应固定设置在机械臂上的发射单元和接收单元,所述的机械臂受所述的控制台驱动带动发射单元和接收单元按预定轨迹运动或运行至预定位置。
在上述技术方案中,发射单元和接收单元分别为管球单元和平板探测单元。
在上述技术方案中,所述的机械臂上设置有防护单元。
在上述技术方案中,所述的防护单元包括设置在机械臂上的距离传感器,以及至少设置在管球单元和平板探测单元上的压力传感器。
在上述技术方案中,所述的距离传感器为超声波传感器,所述的压力传感器为包覆在突出位置的片状压力传感器。
在上述技术方案中,在所述的压力传感器外侧包覆有弹性胶皮。
在上述技术方案中,所述的多姿态床台与所述的控制台可控连接。
在上述技术方案中,所述的机械臂为六自由度机械臂,至少一个所述的机械臂的底座与地面间设置有轨道。
一种所述的多功能射线摄影装置的控制方法,包括以下步骤;
1)驱动两个机械臂进入对应的检测姿态,多姿态床台进入预设姿态;
2)发射单元和接收单元对应工作进行拍摄。
在上述技术方案中,还包括驱动机械臂进行对应同步的连续或间断的姿态调整同时进行对应拍摄的步骤。
在上述技术方案中,所述的多姿态床台为平放态,发射单元和接收单元的距离不变且旋转中心始终同轴并匀速运动,同时进行连续或间断式拍摄以执行CT或C型臂功能。
在上述技术方案中,多姿态床台为直立或倾斜态,发射单元和接收单元的距离不变且沿床台的长度方向匀速运动,同时进行连续或间断式拍摄以执行透视机或肠胃机功能。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明的多功能射线摄影装置,如X射线DR机器人由两台受控机械臂对应带动管球单元和平板探测单元,同时,通过多姿态床台进行人体定位,机械臂能够接受程序的指令,精确定位到空间上任意一点,通过对机械臂的控制实现不同姿态的调整,配合可调整姿态的床台,可以实现多体位拍片空间位置静态和动态的全覆盖。基本可以实现目前所有X射线机的功能。
附图说明
图1所示为本发明的多功能射线摄影装置的执行C型臂功能示意图。
图2所示为本发明的多功能射线摄影装置的执行CT机态功能示意图。
图3所示为本发明的多功能射线摄影装置的执行肠胃机功能示意图。
图4所示为本发明的多功能射线摄影装置的执行透视机功能示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例一
本发明的多功能射线摄影装置包括控制台,两个相对设置的机械臂1和2,如六自由度机械臂,对应设置在机械臂之间的多姿态床台5,如导管床等,以及分别对应固定设置在机械臂上的发射单元3和接收单元4,如管球单元3和平板探测单元4,所述的机械臂受所述的控制台驱动带动管球单元和平板探测单元至匹配的检查位置,即按设定轨迹移动或移动至设定位置。多功能射线摄影装置,即机器人DR对被检者检测时,由于摆位的需要借助辅助的床台。辅助多姿态床台有导管床的功能、同时具有升降和旋转功能,配合机械臂使用。可与机械臂联动,实现一机多用的功能。
射线摄影用机械臂包括底盘,设置在底盘上且受驱动相对底盘转动的腰旋转部,下端与腰旋转部连接且受驱动相对腰旋转部上下摆动的支撑大臂,设置在支撑大臂上端且受驱动相对支撑大臂上下摆动的支撑小臂,以及设置在支撑小臂端部且受驱动旋转或上下摆动的头端部,以及与所述的头端部固定连接的功能单元,如发射单元或接收单元。
具体地,机械臂的腰旋转部,内部结构为一套伺服电机和减速机组,涡轮蜗杆传动结构,结构紧凑,传动平稳,传动扭矩大。可以实现动力空间上的垂直传递。腰部旋转的驱动方向为:伺服电机→减速器→涡轮、蜗杆齿轮副→旋转运动。
支撑大臂外壳材质为铝合金,支撑大臂的驱动结构包括伺服电机与减速机组,齿轮轴通过联轴器连接到正齿轮副。齿轮副中一个齿轮与支撑大臂的旋转支撑件连接。主动齿轮驱动从动齿轮,从动齿轮连同旋转支撑件一起转动。伺服电机内部设置有编码器,可以实时监测输出的齿轮旋转角度和位置。实现精准运动。支撑大臂上下摆动的驱动为:伺服电机→减速器→减速机输出轴(键连接)→齿轮副(正齿轮)→支撑大臂上下摆动。
支撑小臂的驱动机构包括设置在支撑大臂内的伺服电机和减速箱组,其为旋转提供动力。减速箱输出轴直接与小齿轮连接,小齿轮与大齿轮啮合,电机旋转通过齿轮啮合传递给长轴,长轴头端装有锥形伞齿轮。锥形伞齿轮与另外一对与其传动轴垂直的锥形伞齿轮连接。将电机的轴向转动转换为径向转动。锥形伞齿轮带动肘关节旋转。从而实现肘关节运动即带动支撑小臂上下摆动,肘关节的精确运动同样通过伺服电机控制。
支撑小臂的旋转驱动为伺服电机→减速器→传动轴→锥形副齿轮副→关节摆动即带动支撑小臂上下摆动。支撑小臂外壳同样为铝合金材质,用以连接肘关节总成和头端部。支撑小臂的内部尾端为正齿轮副传动,头端为锥形伞齿轮副传动和旋转。三个伺服电机位于肘关节内,分别为,支撑小臂转动伺服电机组、头部俯仰伺服电机组、头端旋转伺服电机组。分别控制支撑小臂的转动、头部俯仰、头端转动。支撑小臂的转动为伺服电机+减速机组驱动齿轮副转动,小齿轮驱动、大齿轮从动,且大齿轮与支撑小臂外壳连接,实现小臂的转动。头端部的俯仰同样为伺服电机+减速机驱动一对正齿轮副,小齿轮主动轮、大齿轮为从动轮。大齿轮与传动长轴连接,长轴与头端的锥形齿轮副连接,其中的一个锥形齿轮与头部外壳连接。实现头部俯仰。头端部的转动同头部俯仰长轴旋转传递动力部分,结构类似。区别在于头端的锥形伞齿轮与一对正齿轮副连接,锥形齿轮带动正齿轮转动,正齿轮副旋转带动轴转动,轴上再安装一对锥形伞状齿轮副。实现转动方向的改变,达到头端的旋转。上述机械臂,六轴机器人DR共有六个方向的自由度,分别是腰转、肩转、肘转、小臂转、头部俯仰、头端旋转。六个关节可以协调运动,可以六个关节同时运动,也可以其中某些关节联动或单动,2个机械臂通过运动控制程序可以协调配合,实现联动,完成复杂轨迹的精准运动。
同时,为提高控制性,所述的机械臂,尤其是管球单元测的机械臂的底座与地面间设置有轨道,即底座内置伺服电机、齿轮箱、轴、齿轮、齿条、滑块,与所述的滑块匹配地直线导轨与地面预埋板连接,即可实现相对另一个机械臂的靠近或远离操作。
其中,所述的机械臂可以相向地固定设置在室内底面上,或者顶板或者侧壁上,不同的固定位置,能满足不同操作空间的要求,而且,具有更好的空间适应性。通过机械臂的高精度控制,使得管球单元和平板探测单元能到达匹配对应的位置,实现多功能式X射线拍摄。
控制台包含控制面板、电脑显示器等,是信息处理的中心,兼顾着输入信号的采集、机器人运动的处理、平板探测器开启和图像处理、管球曝光和高压主机千伏、毫安、秒的调整控制,是整套系统的大脑。
所述的管球单元包含管球和遮光器,X射线是由管球内的灯丝轰击靶面时产生。X射线经过限束器将多余的射线和散射线过滤掉。如可选择东芝、瓦里安等。所述的平板探测单元包括探测器和滤线栅组成,还可以附加AEC功能,即配备电离室。探测器可选择如东芝17x17、亦锐14x17、瓦里安14x17便携板等。平板探测器接收X射线经过身体后的成像,滤线栅将射线调整为同一方向,提高成像质量。而电离室控制自动曝光时计量的大小。平板探测器将图像传输到后处理软件中,对图像进行处理,得优质图像。
本发明的DR机器人由两台受控机械臂对应带动管球单元和平板探测单元,机械臂能够接受程序的指令,精确定位到空间上任意一点,通过对机械臂的控制实现不同姿态的调整,可以实现多体位拍片空间位置静态和动态的全覆盖。基本可以实现目前所有X射线机的功能。
实施例二
具体地,为提高防护性,所述的机械臂上设置有防护单元,作为其中一个具体实施方式,所述的防护单元包括设置在机械臂关节处的距离传感器,以及至少设置在管球单元和平板探测单元上的压力传感器,所述的距离传感器为超声波传感器,所述的压力传感器为包覆突出点的片状压力传感器。
采用在关节处设置距离传感器,可以在动作过程中未发生接触时即感测到障碍物或被检测者,及时停止动作以避免造成损伤,同时,在管球单元和平板探测单元上或者机械臂的其他突出位置等设置压力传感器,因为不同功能时不可避免地要用近距离甚至有轻微接触,采用压力传感器通过压力感测进行安全防护,能保证很近的安全距离且具有良好的操作性。优选地,在所述的压力传感器外侧包覆有弹性胶皮。所述的压力传感器主要设置在管球单元和平板探测单元上或者其他相对突出的部位。
同时,为提高设备智能性,还包括与所述的控制台通讯连结的人体检测单元,所述的人体检测单元包括体重计和摄像头,所述的体重计设置在底部,所述的摄像头设置在体重计顶部,通过对人体体型的扫描,可以进行分析身高、体宽体厚等,此与现有技术类似,在此不再展开描述。上述信息可以直接发送至控制器,控制器根据不同的体征即可进行相应的姿态调整。
同时,为适配不同的功能,如为便于进行拍片机功能,则在与所述的平板探测单元对应的机械臂上固定设置有手扶支架,便于姿态的控制。
实施例三
本发明一种所述的多功能射线摄影装置的控制方法,包括以下步骤;
1)控制台接收待检查者信息和检测部位;其中,检查者信息如姓名、性别、体重、身高、拍摄部位、需要体位等可以由医生手动录入或者选择,而体重和体征信息也可直接由人体检测单元直接传输至控制台,然后基于人体的基本信息进行分析计算被检测部位射线计量,即对应的KV、mA、s几项参数;
2)控制台驱动两个机械臂进入对应的检测姿态,并同时调整多姿态床台的姿态;达到预定的姿态后,通过指示灯或者声音等进行提醒,待检查者即可进入指定区域,机械臂感测到待检测者进入预定位置,发出反馈,如向医生发出声光提醒等,如指示灯从红色或橙色变化为绿色等,或者解锁某些功能的锁定,提示可以进行正常拍摄;
3)管球单元和平板探测单元对应工作进行拍摄,即高压主机控制管球曝光,从而实现自动、智能的曝光检测,同时被检者的图像信息被平板探测器感应到并传送至控制台进行信息下一步处理。
同时,针对不同的使用功能,还包括驱动机械臂进行对应的连续或间断的姿态调整同时进行对应拍摄的步骤。
具体地,多姿态床台为平放态,发射单元和接收单元的距离不变且旋转中心始终同轴并匀速运动,如发射单元从水平位置移动到A点,同时进行连续或间断式拍摄以执行CT或C型臂功能。可以实现手术的介入治疗、造影,可用于骨科、整骨、复位、打钉。由于机械臂的精准运动轨迹可以模拟C形臂的相对位置轨迹。可以替代C型臂来使用。而且较CT机使用便利,可进行特定部位重点拍摄也可进行全面拍摄,减少人体辐射承受。
作为另外一种应用,多姿态床台为直立或倾斜态,发射单元和接收单元的距离不变且沿床台的长度方向匀速运动,同时进行连续或间断式拍摄以执行透视机或肠胃机功能。
同时,在其中一个,如接收单元对应的机械臂上设置反射传感器,机械臂在执行设定功能时,首先机械臂从低点处按设定竖直上升并寻找反射传感器的变化值以测得人体肩高,然后再根据肩高进行两个机械臂的自动定位或按匹配的轨迹运行。即,利用机械臂的上升实现人体信息的采集,拓展其使用功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多功能射线摄影装置,其特征在于,包括两个相对设置的机械臂,设置在两机械臂之间的多姿态床台,以及分别对应固定设置在机械臂上的发射单元和接收单元,所述的机械臂受所述的控制台驱动带动发射单元和接收单元按预定轨迹运动或运行至预定位置。
2.如权利要求1所述的多功能射线摄影装置,其特征在于,发射单元和接收单元分别为管球单元和平板探测单元。
3.如权利要求1所述的多功能射线摄影装置,其特征在于,所述的机械臂上设置有防护单元。
4.如权利要求3所述的多功能射线摄影装置,其特征在于,所述的防护单元包括设置在机械臂上的距离传感器,以及至少设置在管球单元和平板探测单元上的压力传感器。
5.如权利要求4所述的多功能射线摄影装置,其特征在于,所述的距离传感器为超声波传感器。
6.如权利要求4所述的多功能射线摄影装置,其特征在于,所述的压力传感器为包覆在突出位置的片状压力传感器。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的多功能射线摄影装置的控制方法,其特征在于,包括以下步骤;
1)驱动两个机械臂进入对应的检测姿态,多姿态床台进入预设姿态;
2)发射单元和接收单元对应工作进行拍摄。
8.如权利要求7所述的多功能射线摄影装置的控制方法,其特征在于,还包括驱动机械臂进行对应同步的连续或间断的姿态调整同时进行对应拍摄的步骤。
9.如权利要求7所述的多功能射线摄影装置的控制方法,其特征在于,多姿态床台为平放态,发射单元和接收单元的距离不变且同步匀速运动并旋转中心始终同轴,同时进行连续或间断式拍摄以执行CT或C型臂功能。
10.如权利要求7所述的多功能射线摄影装置的控制方法,其特征在于,多姿态床台为直立或倾斜态,发射单元和接收单元的距离不变且沿床台的长度方向匀速运动,同时进行连续或间断式拍摄以执行透视机或肠胃机功能。
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