CN1279053A - 患者定位平台用的多轴平面机制 - Google Patents

Abstract

多向患者定位平台包括患者平台、底座、第一、第二和第三传动机构。第一传动机构有一端连结患者平台,另一端连结底座。第二传动机构其一端连结患者平台,另一端连结底座。第三传动机构的一端连结到第一传动机构,另一端连结底座。

Description

患者定位平台用的多轴平面机制

患者定位平台允许医务工作者在患者进行某种医疗检查时，诸如XR、CT、核子及PET等，将患者调节到适当的位置上。最初，这些定位平台比较简单，仅在供患者躺着的台面上增加了调节其高度的设备。早期患者平台也不允许纵向位置改变，即使允许倾斜也仅是绕定点旋转。实际上，早期患者平台仅提供一个自由度的运动，因此明显限制了医务人员将患者的位置调节到其它的方向。

过去的患者平台使得某些患者，比如残疾和坐轮椅的病人，初始就位既不方便，也很困难。此外，还使得在医疗检查中，适当和精确地定位俯伏患者的过程十分复杂。特别是早期的平台不允许独立或组合调整平台的高度、倾角和纵向位置。

早期患者平台除了使患者定位困难外，同时也限制了医务人员接近患者，而在完成对患者的监控、定位、诊断的过程中，这是一个非常重要的因素。然而高度可改变的患者平台通常设计成“C”型构造，支撑件妨碍了医务人员至少从平台一边去接近患者。

综上，长期以来就存在着制造一种新的、改进的患者定位平台的需求，以克服上述困难和其它原有不足之处。

在本发明优选实施方案中，多向患者定位平台包括患者平台，底座。第一个传动机构，它有两个末端，其中第一个末端连到患者平台，第二个末端连到底座。第二个传动装置位于沿第一个传动机构的纵向位置上，其一端连到患者平台，另一端连到底座。此外还包括第三个传动机构，它的第一末端和第一个传动机构的第一个末端在同一纵向位置上，第二个末端和第二个传动机构的第二个末端在同一纵向位置上。

在本发明可选实施方案中，多向患者定位平台包括一个患者平台和一个底座。第一个传动机构有两个末端，其中第一末端连到患者平台，第二个末端连到底座。第二个传动机构基本与第一个传动机构平行，它的第一末端连到患者平台，第二末端连到底座。此外，还包括第三个传动机构，它的第一末端连到第一传动机构，第二末端连到底座。

优选实施方案的一些优点是：第一、第二、第三传动机构可以独立伸缩，从而允许在三个自由度方向运动。特别是这种结构允许独立或组合地调整高度、倾角和纵向位置。本发明的其它特性和优点在下面论述中可以清楚地看到。

本发明的其它部件和特性叙述如下并结合附图进一步阐明优选实施方案。

图1示意性表示沿三个自由度作平面运动的刚体；

图2是患者定位平台一个实施方案的侧视图；

图3是患者定位平台可选实施方案的侧视图；

图4是患者定位平台实施方案的正视图，示意性表示传动机构的位置和相关的支撑件；

图5是患者平台定位方法的流程图。

图1在惯性坐标系100上表示了一个刚体102及其上一点P。惯性坐标系100包括X和Y坐标轴，刚体102上的P点位于X轴坐标X_P和Y轴坐标Y_P处。角度θ表示刚体102相对惯性坐标系旋转的度数，规定θ为相对Z轴(图中未表示)反时针旋转的角度。P点的坐标X_P和Y_P连同角度θ形成了一套表征刚体102在平面上位置的独立的三个参数，它相对XY平面有三个独立的自由度(X、Y、θ)。X方向指纵向，Y为高度方向，θ表示倾斜角度。

图2示意性表示全方位患者定位平台200实施方案图。该全方位患者定位平台包括患者平台202，底座204。第一传动机构206，其可变长度为R2，第二传动机构210，其可变长度为R4，第一传动机构和第二传动机构在患者平台202上彼此距离为r3，在底座204上的彼此距离为r1，第三个传动机构220，其可变长度为R0，它的一端212置于第一传动机构206的a处，另一端放置214在沿底座204距离为B处。距离B是可变的，任选的虚拟倾斜中心(P)具有坐标X、Y、θ，类似上述图1中的点P。倾斜中心(P)定位在与第一传动机构206沿患者平台202距离为P处。

第一传动机构206连结到底座204和患者平台202上。第二传动机构210的一端在r1处连到底座204，第二传动机构的另一端在r3处连到患者平台202。在图2的实施方案中，第二传动机构210与第一传动机构206基本上是平行的。然而，第二传动机构210并不限于这一方向。最后，第三传动机构220一端214连结到底座204的B处，另一端212连结到第一传动机构206的“a”处，第一、第二和第三传动机构在组合或独立方式下通过伸长或缩短来实现患者平台202沿三个独立自由度方向的运动。这样就可以用独立或组合方式调节患者平台202的高度(y)，倾角(theta)和纵向位置(x)。

第一传动机构206，第二传动机构210，第三传动机构220的长度分别为R2、R4、和R0，它们由下列传递函数控制。 $R2=\sqrt{{(Y-P\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right))}^2+{(X-P\·\cos \left(\mathrm{\θ}\right))}^2}$ $R4=\sqrt{{(Y+(r3-P)\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right))}^2+{((X-r1)+(r3-P)\·\cos \mathrm{\θ})}^2}$ $\mathrm{RO}=\sqrt{a^2+B^2-2\·a\·B\frac{(X-P\·\cos \left(\mathrm{\θ}\right))}{\sqrt{{(Y-P\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right))}^2+{(X-P\·\cos \left(\mathrm{\θ}\right))}^2}}}$

换句话说，给定患者平台需要的x、y、theta值，联合控制系统根据传递函数可以确定传动机构的伸长R0、R2和R4。然后，控制系统能控制传动机构206、210和220达到确定的R0、R2和R4值。

图中还表明了可以通过使用单点连结到患者平台202实现患者平台滚动的附加自由度。在这可选的实施方案中，第一传动机构206在其末端216处以单点连结方式连至患者平台202，在另一末端208以两点建立的旋转轴连至底座204，第二传动机构210分为两个分离的传动机构(R4，R5)，在一端218处以单点连结方式连结到患者平台，第三传动机构220定位方法如上所述。通过改变四个传动机构(R0、R2、R3和R4)连结到患者平台的长度可以实现患者平台附加的滚动自由度。

图三示意性表示全方位患者定位平台300，全方位患者定位平台包括患者平台302和底座304。第一传动机构306其可变长度为R2，第二传动机构310其可变长度为R4。第一传动机构306和第二传动机构310的末端在患者平台302上的相对距离为r3，在底座304上的相对距离为r1。第三传动机构318其可变长度为R0，它的一端和第一传动机构308的第一末端大致在同一纵向位置上，它的另一端和第二传动机构312的第二个末端大致在同一纵向位置上。具有坐标x，y，theta的任选虚拟倾斜中心(P)相当于上述图1中的P点，倾斜中心(P)和第一传动机构306沿患者平台302的距离为P。

第一传动机构306的两端分别联结到底座304和患者平台302。第二传动机构310的一端在r1处连到底座304，另一端在r3处连到患者平台302。第三传动机构318在与第二传动机构的第二个末端的大致同一纵向位置处连到底座304，另一端在与第一传动机构308的第一个末端的大致同一纵向位置处连到患者平台302。任选虚拟倾斜中心(P)位于患者平台302。第一，第二和第三传动机构在组合或独立方式下通过伸长或缩短来实现患者平台302沿三个独立自由度方向的运动。这样就可以用独立或组合方式调节患者平台的高度(y)，倾角(theta)和纵向位置(x)。第一传动机构306、第二传动机构310、第三传动机构318的长度分别为R2、R4和R0，它们由下列传递函数控制。 $R2=\sqrt{{(Y-P\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right))}^2+{(X-P\·\cos \left(\mathrm{\θ}\right))}^2}{}^{}$ $R4=\sqrt{{(Y+(r3-P)\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right))}^2+{((X-r1)+(r3-P)\·\cos \mathrm{\θ})}^2}$ $\mathrm{RO}=\sqrt{a^2+B^2-2\·a\·B\frac{(X-P\·\cos \left(\mathrm{\θ}\right))}{\sqrt{{(Y-P\·\sin \left(\mathrm{\θ}\right))}^2+{(X-P\·\cos \left(\mathrm{\θ}\right))}^2}}}$ 其中，B=r1，a=R2。

此外，通过使用单点连结到患者平台302可以实现患者平台滚动的附加自由度。在这可选的实施方案中，第一传动机构306以单点连结314连至患者平台302，第二传动机构310分为两个分离的传动机构(R4，R5)，两者通过单点连结316连至患者平台302，第三传动机构318定位方法如上所述。通过改变四个传动机构(R0、R2、R3和R4)连结到患者平台的长度可以实现患者平台附加的滚动自由度。

图4是一个全方位患者定位平台400典型实施方案的正视图。全方位患者定位平台400包括患者平台402、底座404、患者平台支点412、和底座支点414。第一传动机构406与患者平台402的一端距离为Z。第三传动机构408一端在底座，另一端在第一传动机构406上。如图4所示，第一传动机构406置于支撑件410内，支撑件为患者平台402提供了横向稳定性。

第一传动机构406在一端412处连结到患者平台，另一端在414连至底座404。支撑件410连结患者平台402和底座404，并且为患者平台402提供了横向稳定性。患者平台402可以绕患者平台支点412和底座支点414转动。任选虚拟倾斜中心(P)位于距患者平台一边为Z处。

图5为患者平台定位方法优选实施方案的流程图500。该方法包括第一步选择所需的患者平台的位置(x，y，theta)。第二步确定传动机构的伸出长度，例如使用传递函数确定R0、R2和R4。第三步，在需要情况下，延伸连结底座和患者平台的第一传动机构和相应的横向传动机构。第四步，在需要情况下，延伸连结底座和患者平台的第二传动机构和相应的横向传动机构。第五步，在需要情况下，延伸连结底座和患者平台的第三传动机构和相应的横向传动机构。第一和第二传动机构的一端可以同时间或不同时间延伸不同长度或不同比率以实现患者平台的旋转或位置提升。类似地，第三传动机构可以和第一，第二传动机构同时间或不同时间延伸不同长度或不同比率以实现患者平台的旋转或纵向位置平移。以上，在一种实施方案中，根据其传递函数，通过改变传动机构的长度，展示了实践本发明的一种方法。

本发明由此提供了在多个独立自由度下定位患者平台的方法和设备。根据预定的传递函数R0、R2和R4通过改变多重传动机构的长度实现患者平台的定位。从而排除了以前在患者就位和患者平台移动范围方面的限制。

尽管本发明参考优选实施方案进行讲述，但是本领域的技术人员将会理解这样一种事实，即在不超出本发明范围的情况下，可对本发明做出各种改变和等效的替换。另外，在本发明的指导下，可进行特定材料的选择以及仪器最终状态的改变，而不超出本发明的范围。因此，本发明不只限于所述的特定实施方案，而应包括附加权利范围内所有的实施方案。

Claims (14)

1．多轴向患者定位平台包括

患者平台：

第一传动机构：它的第一末端与患者平台连结，第二末端与底座连结；

第二传动机构：它的第一末端与患者平台连结，第二末端与底座连结；

第三传动机构：它的第一末端与第一传动机构连结，第二末端与底座连结。

2．根据权利要求1的多轴向患者定位平台，其中第三传动机构的第一末端定位在与第一传动机构的第一末端基本相同的纵向位置上。

3．根据权利要求1的多向患者定位平台，其中第三传动机构的第二末端定位在与第二传动机构的第二末端基本相同的纵向位置上。

4．根据权利要求1的多向患者定位平台，其中第一、第二、第三传动机构选自机械、液压、气压传动机构。

5．根据权利要求1的多向患者定位平台，为提高横向稳定性，第一、第二、第三传动机构都安装在一个支撑件内。

6．多向患者定位平台包括

患者平台：

第一传动机构：它的第一末端与患者平台连结，第二末端与底座连结；

第二传动机构：它的第一末端与患者平台连结，第二末端与底座连结；

第三传动机构：它的第一末端定位在与第一传动机构第一末端基本相同的纵向位置上，第二末端定位在与第二传动机构的第二末端基本相同的纵向位置上。

7．根据权利要求6的多向患者定位平台，其中第三传动机构的第一末端连到第一传动机构的第一末端。

8．根据权利要求6的多向患者定位平台，其中第一、第二、第三传动机构选自机械、液压、气压传动机构。

9．根据权利要求6的多向患者定位平台，为提高横向稳定性，第一、第二、第三传动机构都安装在一个支撑件内。

10．患者平台定位方法：该方法包括以下步骤，伸出第一传动机构的一端到第一伸出长度，该传动机构的两端分别连到患者平台和底座；伸出第二传动机构的一端到第二伸出长度，该传动机构的两端分别连到患者平台和底座；伸出第三传动机构的一端到第三伸出长度，该传动机构连到第一传动机构上。

11．根据权利要求10，其中第一传动机构和第二传动机构的所述末端同时伸出，以实现患者平台的旋转和调节患者平台的高度。

12．根据权利要求11，其中第三传动机构也同时伸出，以实现患者平台的旋转和调节患者平台的纵向位置。

13．根据权利要求11，也包括以下步骤，即调节患者平台到一个所需要的位置(x，y，theta)。

14．根据权利要求13，至少根据一个传递函数确定第一、第二、第三伸出长度。

Images