CN116747462B - 一种治疗床检测及校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种治疗床检测及校准方法，在床面板前端安装黑白颜色检测探头，前述探头的对称中心处还设有至少一个激光发生器；治疗床的检测区域采用光源投影，形成待测光野区域；获取待测光野区域的最大宽度；于投影发生装置上设置激光接收器，配合前述激光发生器以保证床面板前端高度与待测光野区域等高；探头进行床面板的侧倾和俯仰方向修正校准，在治疗床面侧倾角度的两种黑白色探测器安装结构，偏差出现后电控系统调整床面侧倾角直到编码恢复到容许区域，以实时对床面板的自动检测，实时补偿侧倾角度，无需对患者增加要求，改善体验感。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种治疗床检测及校准方法。
背景技术
医用直线加速器是放疗领域中主要设备之一，其工作原理就是通过束流系统产生X线，对患者肿瘤的区域进行照射，起到杀死癌细胞的作用，并通过铅门，多叶准直器等设备阻挡部分射线，进而保护患者正常细胞组织，随着放疗技术的发展，为更好地保障患者的健康，提高治疗精度成为所有加速器制造厂家的一个主要研究方向，治疗床作为承载患者的载体，其各个维度的精度对于患者摆位，到达治疗计划预设的初始治疗位置至关重要；
常规治疗床的床面材料主要是由碳纤维加木板组成的，为图像采集或治疗需要，治疗床面板需要伸出，但其强度有限，如图1和图2所示，由于受病人体重的压力和重心的偏移可能会出现床面板侧倾的现象，放射治疗需要设备中心与患者病灶中心一致，设备中心根据设备能量大小选定，是一个固定位置，这就需要根据影像结果将患者病灶中心调整到设备中心处，然而，不同的患者具有不同的体重，且治疗部位不尽相同，因此床面板的侧倾量是一个很难预测的值；
目前的技术方案是采用摄像头图像捕捉的方式，在床侧，天花板或者机架上固定摄像头，在患者身体上安装标的物，获取患者身体某些特征位置的图像，进而得到一条特征位置连线，根据床板伸出前和伸出后的特征连线的变化，进而得到床面侧翻的角度值，但是需要至少一个图像采集系统，导致成本偏高，同时还需要给患者安装标的物，会显著提升治疗时间，影响患者体验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种治疗床检测及校准方法，以实现对床面板的实时自动检测，并实时补偿侧倾角度，同时减少对患者的要求。
为实现上述目的，本发明提供了一种治疗床检测及校准方法，包括如下步骤：
S1：在床面板前端安装黑白颜色检测探头，前述探头关于床面板前端中心点左右和上下对称，于前述探头的对称中心处还设有至少一个激光发生器；
请参阅图3和图4，将4个探头关于床板前端中心点左右和上下分别对称，共有两种实现方式，第一实现方式在床板前端在前向方向投影内布置，第二实现方式在前向方向投影外布置，在前向方向投影内布置时，固定探头的固定点与探头不在一个平面上，方便探头安装和更换，在前向方向投影外布置时，固定点与探头可以在一个平面上，不做限制，每个结构上都有两个固定点，用于将探头固定到床面板上，并且保障固定探头的机械结构不会发生偏转，激光发生器用于同步床面高度与投影机构高度，探头中心点距离床水平中心线距离为h1，距离垂直中心线距离为L，床最大允许侧翻角度为α；
S2：治疗床的检测区域采用光源投影，光源通过可调节高度的支架固定，并在光源前端设有两个可在滑轨范围内上下滑动的遮光片，调整两个所述遮光片的位置以形成待测光野区域；
请参阅图3，检测区域采用光源投影的方式，灯具源形式不限，前端放置两个遮光片，可以在其滑轨范围内上下滑动，在装机阶段，调整两个遮光片的位置形成如图7中的待检测区域(后面统称待测光野)，该光源投射装置可以通过一个可以调节高度的支架固定在固定机架，天花板或者地面上，在装机过程中调节其投影高度和中间投影宽度h2。由于光源不能为理论点光源，所以遮光片需要尽量宽，可以将除图6中h2部分以外的区域全部挡住，亦可在遮光区外侧漏出部分光线，不做强制要求。
S3：调整所述遮光片在滑轨的位置以获取待测光野区域的最大宽度；
根据几何关系，被检测区域的最大宽度应该为：
使用matlab软件仿真，假定L从1到100mm，最大允许侧倾角为0.5°，h1从1到10，在h1固定的情况下，可以发现h2与L基本上呈现线性关系，整体趋势L越大h2越大，另外h越大h2也增大。
S4：于投影发生装置上设置激光接收器，配合前述激光发生器以保证床面板前端高度与待测光野区域等高；
实际使用中治疗床有升降和横移运动的需求，所以如图9所示，在投影发生装置上安装激光接收器，当激光接收器接收中激光发射器发出的光束，说明二者在进床方向位置重叠，如果床面升降或者横移，该激光接收器接收不到激光束，两种情况下，激光接收器输出的电平是不同的，在安装设备过程中，手动调整升随动机构直到激光接收器可以接收到激光束，调整完成，在床体使用过程中，床体控制系统可以通过传感器检测到床体升降和横移的信息，如运动方向和运动距离等，控制系统根据床体运动信息同步运动投影设备随动机构，直到激光接收器到激光束后停止运动。
S5：探头根据检测到的黑白颜色传回电信号，以进行床面板的侧倾和俯仰方向修正校准。
如发生侧倾角大于容许角度，则探头会进入到两侧被遮住区域，以探头检测白色为0，黑色为1为例，如果两个探头信号传回的电信号从00变化为10(上探头在前)为+1，由10变化为11，为+2，11变为01为+3，再由01变为00为+4。相应的，从00变化为01为-1，由01变化为11为-2，11变为10为-3，再由10变为00为-4；
较小的一侧则为侧倾方向，需要采用侧倾方向调节的控制系统进行修正，使两侧的数值相同，另外，如果两侧加和小于0，则说明床面板有沉降发生，需要采用俯仰方向调节的控制系统进行修正，不在本发明中讨论。
其中，所述黑白颜色检测探头设置床面板前端前向方向投影内，且固定点与探头不在同一平面上。
其中，所述黑白颜色检测探头设置床面板前端前向方向投影外。
其中，配合前述激光发生器以保证床面板前端高度与待测光野区域等高包括如下步骤：
若床面板升降或横移，激光接收器输出的电平与接收到激光发生器时输出电平不同；
手动调整随动机构，直至激光接收器可以接收到激光束，以完成调整。
图11为床面侧倾系统控制框图，传感器即为第1流程中提到的检测探头，通过码值切换计算得到的偏移量计数，与设定值(一般可以设置为0)做差即可得到偏移量，正常情况下，偏移量较小，且为保证患者体验舒适，对于控制系统的快速性要求不高，使用常规的PI控制器保证驱动机构能够驱动床面角度调整即可，由于本方案将偏移量数字化，所以可以保证稳态误差为0。
其中，装机安装步骤如下：
将床面升高到等中心平面，安装激光发生器及探头；
将激光接收器，光源发生装置及随动机构安装到投影面及床体之间；
打开激光发生器，手动方式调整随动机构直到激光接收装置接收到激光束；
打开光源发生装置，调整遮光片的宽度；
根据床面升降的范围安装遮光板，保证待测光束都能在上下两个遮光板范围内。
目前主流的直线加速器有环形机架和C形臂机架两种，如图9所示，环形机架可以考虑将光源安装到固定机架部分，天花板或者地面上。如图10所示，C型臂机架可以将光源安装到地面上，遮光板用于遮挡室内的其它光源，增加后可以使待测光野更为清晰。
本发明的一种治疗床检测及校准方法，在现有技术的基础上，在治疗床面侧倾角度的两种黑白色探测器安装结构，在待测光野生成时需要两个可以滑动的遮光片，在装机阶段调节其安装位置，并通过调节遮光片的距离调节容许区域，根据编码变化得到床侧倾的方向性描述，偏差出现后电控系统调整床面侧倾角直到编码恢复到容许区域，形成闭环控制系统，以实时对床面板的自动检测，实时补偿侧倾角度，闭环系统实现简单，操作简便，无需对患者增加要求，改善体验感。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术的系统侧视结构简图。
图2是现有技术的系统后视结构简图。
图3是本发明一种治疗床检测及校准方法的第一实现方式和第二实现方式的探头位置示意图。
图4是本发明一种治疗床检测及校准方法的第一实现方式和第二实现方式的示意图。
图5是本发明一种治疗床检测及校准方法的第一实现方式的立体结构示意图。
图6是本发明一种治疗床检测及校准方法的探测光源部分结构示意图。
图7是本发明一种治疗床检测及校准方法的投影区域示意图。
图8是本发明一种治疗床检测及校准方法的最大宽度曲线图。
图9是本发明一种治疗床检测及校准方法的光源发生装置、随动机构及激光接收器示意图。
图10是本发明一种治疗床检测及校准方法的待检测区域与检测点示意图。
图11是本发明一种治疗床检测及校准方法的床角度补偿系统示意图。
图12是本发明一种治疗床检测及校准方法的环型机架的结构图。
图13是本发明一种治疗床检测及校准方法的C型机架的结构图。
图14是本发明一种治疗床检测及校准方法的环型机架的结构图。
1-床面板、2-探头、3-激光发生器、4-固定点、5-光源、6-滑轨、7-遮光片、8-激光接收器、9-随动机构。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1至图14，本发明提供了一种治疗床检测及校准方法，包括如下步骤：
S1：在床面板1前端安装黑白颜色检测探头2，前述探头2关于床面板1前端中心点左右和上下对称，于前述探头2的对称中心处还设有至少一个激光发生器3；
将4个探头2关于床板前端中心点左右和上下分别对称，共有两种实现方式，第一实现方式在床板前端在前向方向投影内布置，第二实现方式在前向方向投影外布置，在前向方向投影内布置时，固定探头2的固定点4与探头2不在一个平面上，方便探头2安装和更换，在前向方向投影外布置时，固定点4与探头2可以在一个平面上，不做限制，每个结构上都有两个固定点4，用于将探头2固定到床面板1上，并且保障固定探头2的机械结构不会发生偏转，激光发生器3用于同步床面高度与投影机构高度，探头2中心点距离床水平中心线距离为h1，距离垂直中心线距离为L，床最大允许侧翻角度为α；
S2：治疗床的检测区域采用光源5投影，光源5通过可调节高度的支架固定，并在光源5前端设有两个可在滑轨6范围内上下滑动的遮光片7，调整两个所述遮光片7的位置以形成待测光野区域；
检测区域采用光源5投影的方式，灯具源形式不限，前端放置两个遮光片7，可以在其滑轨6范围内上下滑动，在装机阶段，调整两个遮光片7的位置形成待检测区域(后面统称待测光野)，该光源5投射装置可以通过一个可以调节高度的支架固定在固定机架，天花板或者地面上，在装机过程中调节其投影高度和中间投影宽度h2。由于光源5不能为理论点光源5，所以遮光片7需要尽量宽，可以将除图7中h2部分以外的区域全部挡住，亦可在遮光区外侧漏出部分光线，不做强制要求。
S3：调整所述遮光片7在滑轨6的位置以获取待测光野区域的最大宽度；
根据几何关系，被检测区域的最大宽度应该为：
使用matlab软件仿真，假定L从1到100mm，最大允许侧倾角为0.5°，h1从1到10，在h1固定的情况下，可以发现h2与L基本上呈现线性关系，整体趋势L越大h2越大，另外h越大h2也增大。
S4：于投影发生装置上设置激光接收器8，配合前述激光发生器3以保证床面板1前端高度与待测光野区域等高；
实际使用中治疗床有升降和横移运动的需求，所以如图9所示，在投影发生装置上安装激光接收器8，当激光接收器8接收中激光发射器发出的光束，说明二者在进床方向位置重叠，如果床面升降或者横移，该激光接收器8接收不到激光束，两种情况下，激光接收器8输出的电平是不同的，在安装设备过程中，手动调整升随动机构9直到激光接收器8可以接收到激光束，调整完成，在床体使用过程中，床体控制系统可以通过传感器检测到床体升降和横移的信息，如运动方向和运动距离等，控制系统根据床体运动信息同步运动投影设备随动机构9，直到激光接收器8到激光束后停止运动。
S5：探头2根据检测到的黑白颜色传回电信号，以进行床面板1的侧倾和俯仰方向修正校准。
如发生侧倾角大于容许角度，则探头2会进入到两侧被遮住区域，以探头2检测白色为0，黑色为1为例，如果两个探头2信号传回的电信号从00变化为10(上探头2在前)为+1，由10变化为11，为+2，11变为01为+3，再由01变为00为+4。相应的，从00变化为01为-1，由01变化为11为-2，11变为10为-3，再由10变为00为-4；
较小的一侧则为侧倾方向，需要采用侧倾方向调节的控制系统进行修正，使两侧的数值相同，另外，如果两侧加和小于0，则说明床面板1有沉降发生，需要采用俯仰方向调节的控制系统进行修正，不在本发明中讨论。
进一步的，所述黑白颜色检测探头2设置床面板1前端前向方向投影内，且固定点4与探头2不在同一平面上。
进一步的，所述黑白颜色检测探头2设置床面板1前端前向方向投影外。
进一步的，配合前述激光发生器3以保证床面板1前端高度与待测光野区域等高包括如下步骤：
若床面板1升降或横移，激光接收器8输出的电平与接收到激光发生器3时输出电平不同；
手动调整随动机构9，直至激光接收器8可以接收到激光束，以完成调整。
图11为床面侧倾系统控制框图，传感器即为第1流程中提到的检测探头2，通过码值切换计算得到的偏移量计数，与设定值(一般可以设置为0)做差即可得到偏移量，正常情况下，偏移量较小，且为保证患者体验舒适，对于控制系统的快速性要求不高，使用常规的PI控制器保证驱动机构能够驱动床面角度调整即可，由于本方案将偏移量数字化，所以可以保证稳态误差为0。
进一步的，装机安装步骤如下：
将床面升高到等中心平面，安装激光发生器3及探头2；
将激光接收器8，光源5发生装置及随动机构9安装到投影面及床体之间；
打开激光发生器3，手动方式调整随动机构9直到激光接收装置接收到激光束；
打开光源5发生装置，调整遮光片7的宽度；
根据床面升降的范围安装遮光板，保证待测光束都能在上下两个遮光板范围内。
目前主流的直线加速器有环形机架和C形臂机架两种，如图9所示，环形机架可以考虑将光源5安装到固定机架部分，天花板或者地面上。如图10所示，C型臂机架可以将光源5安装到地面上，遮光板用于遮挡室内的其它光源5，增加后可以使待测光野更为清晰。
设备使用方法：
当床体发生升降或横移，激光接收装置检测不到激光束，随动机构9控制系统自动根据床体运动方向移动，直到激光接收装置检测到激光束停止调整
当随动控制系统调整完成后，检测系统发现探头2的检测电平发生变化，侧倾控制系统自动根据检测编码值变化调整侧倾角，直到探头2的检测码值恢复到00为止。
具体实施例：
请参阅图14，在每台设备装机阶段，在床面板1前侧中心轴处对称安装一对激光发生器3，光源5发生装置与前面方案相同，操作者根据两个激光束的偏转角度，通过人机界面或者手控器等手工调整床面侧倾角，直到两个激光源5都在待测光野的中间区域内。
本发明的一种治疗床检测及校准方法，在现有技术的基础上，在治疗床面侧倾角度的两种黑白色探测器安装结构，在待测光野生成时需要两个可以滑动的遮光片7，在装机阶段调节其安装位置，并通过调节遮光片7的距离调节容许区域，根据编码变化得到床侧倾的方向性描述，偏差出现后电控系统调整床面侧倾角直到编码恢复到容许区域，形成闭环控制系统，以实时对床面板1的自动检测，实时补偿侧倾角度，闭环系统实现简单，操作简便，无需对患者增加要求，改善体验感。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种治疗床检测及校准方法，其特征在于，
包括如下步骤：
在床面板前端安装黑白颜色检测探头，所述黑白颜色检测探头关于床板前端中心点左右和上下分别对称，于前述黑白颜色检测探头的对称中心处还设有至少一个激光发生器；
治疗床的检测区域采用光源投影，光源通过可调节高度的支架固定，并在光源前端设有两个可在滑轨范围内上下滑动的遮光片，调整两个所述遮光片的位置以形成待测光野区域；
调整所述遮光片在滑轨的位置以获取待测光野区域的最大宽度；
于投影发生装置上设置激光接收器，配合前述激光发生器以保证床面板前端高度与待测光野区域等高；
所述黑白颜色检测探头根据检测到的黑白颜色传回电信号，以进行床面板的侧倾和俯仰方向修正校准；
对两侧所述黑白颜色检测探头检测的电信号进行编码，编码值较小一侧为侧倾方向，采用侧倾方向调节的控制系统进行修正使两侧的数值相同，若两侧编码值加和小于0，说明床面板有沉降发生，采用俯仰方向调节的控制系统进行修正。
2.如权利要求1所述的治疗床检测及校准方法，其特征在于，
所述黑白颜色检测探头设置床面板前端前向方向投影内，且固定所述黑白颜色检测探头的固定点与所述黑白颜色检测探头不在同一平面上。
3.如权利要求1所述的治疗床检测及校准方法，其特征在于，
所述黑白颜色检测探头设置床面板前端前向方向投影外。
4.如权利要求1所述的治疗床检测及校准方法，其特征在于，
配合前述激光发生器以保证床面板前端高度与待测光野区域等高包括如下步骤：
若床面板升降或横移，激光接收器输出的电平与接收到激光发生器时输出电平不同；
手动调整随动机构，直至激光接收器可以接收到激光束，以完成调整。
5.如权利要求1所述的治疗床检测及校准方法，其特征在于，
装机安装步骤如下：
将床面升高到等中心平面，安装激光发生器及所述黑白颜色检测探头；
将激光接收器、光源发生装置及随动机构安装到投影面及床体之间；
打开激光发生器，手动方式调整随动机构直到激光接收装置接收到激光束；
打开光源发生装置，调整遮光片的宽度；
根据床面升降的范围安装遮光板，保证待测光束都能在上下两个遮光板范围内。
6.如权利要求1所述的治疗床检测及校准方法，其特征在于，
所述可调节高度的支架为环形机架或C形臂机架。
7.如权利要求1所述的治疗床检测及校准方法，其特征在于，
被检测区域的最大宽度为，式中，h 2 为中间投影宽度，所述黑白颜色检测探头中心点距离床水平中心线距离为h1，L为所述黑白颜色检测探头中心点距离垂直中心线距离。
8.如权利要求7所述的治疗床检测及校准方法，其特征在于，
所述黑白颜色检测探头中心点距离垂直中心线距离L为1~100mm。
9.如权利要求7所述的治疗床检测及校准方法，其特征在于，
所述黑白颜色检测探头中心点距离床水平中心线距离h1的范围为1~10mm。
10.如权利要求1所述的治疗床检测及校准方法，其特征在于，
所述黑白颜色检测探头根据检测到的黑白颜色传回电信号，以进行床面板的侧倾和俯仰方向修正校准具体包括如下步骤：
床体控制系统通过传感器检测到床体升降和横移的信息，获取运动方向和运动距离信息；
控制系统根据床体运动信息同步运动投影设备随动机构，直到激光接收器到激光束后停止运动。
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