CN209075885U - 旋转式实验平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于医疗器械领域，提供了一种旋转式实验平台，包括承载平台，承载平台的中心处设置有用于支撑承载平台、且能够驱动承载平台转动的支撑柱，支撑柱上连接有载物台，承载平台上设置有射线发生器和用于接收第一方向上的扫描射线并成像的第一探测器，射线发生器和第一探测器相对设置在载物台的两侧、且共同在同一直线上，承载平台位于垂直射线发生器和探测器连线的方向上还设置有用于接收散射的扫描射线并成像的第二探测器。本实用新型所提供的一种旋转式实验平台，能够同时呈现并处理CT影像主要投影和散射光投影，而且能够放大旋转机械误差，确保成像质量，并且能进行模块化设计，可适配多种成像设备，满足多种测试需求。

Description

旋转式实验平台

技术领域

本实用新型属于医疗器械领域，尤其涉及一种旋转式实验平台。

背景技术

影像引导放射治疗技术是目前精准放疗中的非常重要的体内病灶临床监测及高精度成像手段，该技术可以提供精确的甚至是动态实时性追踪的四维影像信息，已经在当代微创手术设备运动精度测试和放射治疗平台校准中广泛使用。

目前，已有的实现方案主要为平行延伸式CBCT实验平台或单载物台CT-PET组合平台旋转式实验平台。申请号为201310689751.4的专利中提出了一种旋转平台设计方法，其核心部分为围绕旋转台面均匀安装的CT系统、荧光成像系统和PET系统；在三种采集模式结束后运用采集计算机接收图像并对其进行处理，最终得到待成像物体的三维图像。该项专利同时提出一种光学多模态成像方法，可用于小动物预临床实验中对小动物等待成像物体进行同机融合三维光学成像。又如申请号为201610608514.4的专利申请中提供了一种自适应多模态X线CT成像科研实验平台，其通过导轨连接X射线发生器和X射线探测器验平台。该平台可以在单一光路下完成影像采集，是目前在临床诊断前端测试中常用的实验平台。

旋转平台机械误差较小，但对成像质量造成影响，可能会出现运动伪影。虽然已有的CT实验平台在直线运动的控制基础上已经实现精准运动控制，其控制精度可达0.01‐0.1mm，但在曲线运动控制方面仍不能达到此要求，同样其旋转稳定性也受到影响。而现有实验平台单一光路检测存在不全面性，无法同时使用CT成像设备检测被检测模体康普顿散射X射线。同时，现有的实验平台模块化低，可供更改方案少，系统灵活性低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种旋转式实验平台，能够同时呈现并处理CT影像主要投影和散射光投影，而且能够放大旋转机械误差，确保成像质量，并且能进行模块化设计，可适配多种成像设备，满足多种测试需求。

本实用新型是这样实现的：一种旋转式实验平台，包括承载平台，所述承载平台的中心处设置有用于支撑所述承载平台、且能够驱动所述承载平台转动的支撑柱，所述支撑柱上连接有用于放置待扫描物品的载物台，所述承载平台上设置有用于发出扫描射线的射线发生器和用于接收第一方向上的扫描射线并成像的第一探测器，所述射线发生器和所述第一探测器相对设置在所述载物台的两侧、且共同在同一直线上，所述承载平台位于垂直所述射线发生器和所述第一探测器连线的方向上还设置有用于接收散射的扫描射线并成像的第二探测器。

可选地，所述第一探测器、所述第二探测器和所述射线发生器与所述承载平台之间均设置有用于朝向所述载物台方向往复调节工作位置的第一调位组件。

可选地，所述第一调位组件包括设置在所述承载平台上的第一滑轨和用于供被调节物体连接的第一滑块，所述第一滑块滑动连接在所述第一滑轨上，所述第一滑块上连接有用于驱动所述第一滑块往复移动的第一调位驱动件。

可选地，所述第一滑块上连接有第二滑轨，所述第二滑轨上设置有用于供被调节物体连接的第二滑块，所述第二滑块上连接有用于驱动所述第二滑块往复移动的第二调位驱动件。

可选地，所述第一探测器和所述第二探测器均分别包括支撑座和显示屏，所述支撑座连接在所述第二滑块上，所述显示屏连接在所述支撑座上。

可选地，所述显示屏和所述支撑座之间设置有支架，所述显示屏连接在所述支架上，所述支架和所述支撑座之间设置有用于调节所述支架垂直于所述第一滑轨运动方向往复移动的第二调位组件。

可选地，所述第二调位组件包括凸设在所述支撑座上的导轨和设置在所述支架上的滑槽，所述导轨滑动设置在所述滑槽内，所述支撑座上还设置有齿条，所述支架上对应设置有用于与所述齿条配合而实现驱动所述支架整体水平往复移动的支架调位驱动件。

可选地，所述射线发生器包括底座和射线发生本体，所述底座和所述射线发生本体之间设置有用于驱使所述射线发生本体上下升降的升降调位驱动件，所述底座连接在所述第二滑块上。

可选地，所述支撑柱上连接有环形线轨，所述承载平台上固定连接有多个支撑杆，所述支撑杆的另一端滑动设置在所述环形线轨内，多个所述支撑杆均布在所述承载平台上。

可选地，所述载物台和所述支撑柱之间设置有用于驱使所述载物台上下升降的载物调位驱动件。

本实用新型所提供的一种旋转式实验平台，通过在承载平台上同时设置有第一探测器和第二探测器，实现了可以在完成图像采集的同时亦能针对康普顿散射影像进行实时捕捉，在此信息基础上有利于对影像的蒙特卡洛模拟，提升成像质量。而且，将承载平台设置成可旋转，便放大现有机械平台的旋转误差，能够实现平台精准运动定位及图像精准捕捉，为实现四维影像重建搭建了良好的操作平台。同时，可在该承载平台上进行模块化设计，可适配多种成像设备，满足多种测试需求。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的旋转式实验平台的立体结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的旋转式实验平台另一方位上的立体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

如图1和图2所示，本实用新型实施例中所提供的一种旋转式实验平台1，包括承载平台11，在承载平台11的中心处设置有用于支撑承载平台11、且能够驱动承载平台11转动的支撑柱12，在支撑柱12上连接有用于放置待扫描物品的载物台13，在承载平台11上设置有用于发出扫描射线的射线发生器14和用于接收第一方向上的扫描射线并成像的第一探测器15A，而且将射线发生器14和第一探测器15A相对设置在载物台13的两侧，使射线发生器14、载物台13和第一探测器15A在同一直线上，并且在承载平台11位于垂直射线发生器14和第一探测器15A连线的方向上、还设置有用于接收散射的扫描射线并成像的第二探测器15B。通过这样的设置，待扫描的物体放置在载物台13上，射线发生器14产生的扫描射线经过物体后被第一探测器15A在接收并成像，第一探测器15A接与射线发生器14位置正对，因而能够接收到主要的扫描射线。而第二探测器15B设置的位置与第一探测器15A的位置之间的夹角为90°，用于接收散射的扫描射线,因而在第二探测器15B上形成散射光投影。此种设置方式下，实现了垂直双光路检测，即能够同时呈现并处理CT影像的主要投影和散射光投影，进而可以在完成图像采集的同时亦能针对康普顿散射影像进行实时捕捉，可以在此信息基础上有利于对影像的蒙特卡洛模拟。而且，此种双光路、双探测器垂直检测方式，可以满足X射线康普顿效应散射影像成像，也可以满足其他成像角度，并不仅限于此。

同时，如图1和图2所示，将该承载平台11设置成可转动，即以支撑柱12上的转动结构驱动承载平台11转动，能够以支撑柱12为旋转中心完成360°圆周运动，而载物台13为不可转动的形式，从而能够将传统的旋转载物台13的微小机械误差放大为承载平台11的旋转机械误差，机械误差可放大五至十倍，便于影像后期的修正，为4D‐CBCT(4‐DimensionCone‐beam CT,)图像的后期模拟及机械误差校正提供了良好的平台支撑基础。传统的旋转平台的微小机械误差，如振动、抖动等会发生在旋转机构处，机械误差的线度大约是10um至100微米级别，难以被及时发现并消除，而通过将承载平台11设置成可旋转式，便可将承载平台11带来的机械误差完全放大至整个试验台表面，有利于后期重建过程中即使捕捉该显著机械误差并在后期影像的分析处理作空间补偿修正。还可以将该实验平台用于满足其它成像模态需求的设备,如PET‐CT\EMCCD等，并不仅限于此。

并且，如图1和图2所示，该承载平台11通过在其上设置安装槽位10，然后将第一探测器15A、第二探测器15B和射线发生器14采用嵌入的方式装入到相应的安装槽位10内，安装方便快捷，实现模块化装配。而且，承载平台11上还能预留有安装槽位10，便可以根据不同的使用要求来用于安装射线发生器14或探测器等其它设备，便实现其它形式的模块化设计，满足不同的测试需求。如在承载平台11的预留的安装槽位10上安装射线发生器14，此时两个探测器均分别正对有一个射线发生器14，便可实现同时双光路成像，便于分析模体相对检测设备运动状态(二者相差为π/2相位)，便于后期精确四维重建工作。此种采用多模块实验仪器组合设置方式，并匹配检测方法，可以在后期采用蒙特卡洛模拟的图像处理方法进行模拟，也可以利用其它影像优化的方法，但不限于此。

本实用新型实施例中所提供的旋转式实验平台1，通过采用设置能够转动的承载平台11，即全平台能够转动，从而实现了放大使用过程中的旋转误差，便于后期对机械误差所造成的伪影进行修正，提升图像的质量。而通过在承载平台11上设置有第一探测器15A和第二探测器15B，实现了CT影像的主要投影和散射光投影的功能，而且此种双探测器可实现垂直双向检测，有利于康普顿效应散射成像。同时，该旋转式实验平台1的模块化平台设计，可在LabView环境下重复开发的多模块化检测方式，可适配多种成像设备，满足多种测试需求。

优选地，该射线发生器14为Varian多模态X射线源，并由EMD高压发生器供能，使用可靠性高。(Varian和EMD均为公司名称缩写)。当然，可以理解地，也可以是其它规格型号的射线发生器14，在此并不做限制。

可选地，如图1和图2所示，在本实用新型实施例中，该第一探测器15A、第二探测器15B和射线发生器14与承载平台11之间均设置有用于朝向载物台13方向往复调节工作位置的第一调位组件16。由于在实际使用过程当中，根据不同的待成像物体、不同的成像需求，便对测试过程中的第一探测器15A、第二探测器15B与载物台13之间的位置距离、角度存在不同的使用需求。因而，将该三者都通过调位组件连接在承载平台11上，便可以实现对工作位置的调整，满足不同的扫描成像的使用需求，应用范围得到提升。

可选地，如图1和图2所示，该第一调位组件16包括设置在承载平台11上的第一滑轨161和用于供被调节物体连接的第一滑块162，第一滑块162滑动连接在第一滑轨161上，第一滑块162上连接有用于驱动第一滑块162往复移动的第一调位驱动件(图中未示出)。这样，通过第一调位驱动件带动第一滑块162在第一滑轨161上往复移动便可实现位置的调整。如此，将第一探测器15A、第二探测器15B和射线发生器14分别安装在对应的第一滑块162上，通过第一滑块162位置的移动便可以实现位置调整。而通过滑块和滑轨的配合来实现位置的调整，位置调整稳定性好，也便于控制。该第一调位驱动件可以是气缸或电机丝杆等能够实现往复移动的结构。

可选地，如图1和图2所示，在本实用新型实施例中，为提高朝向载物台13移动的范围，在该第一滑块162上连接有第二滑轨164，第二滑轨164上设置有用于供被调节物体连接的第二滑块165，第二滑块165上连接有用于驱动第二滑块165往复移动的第二调位驱动件(图中未示出)。这样设置，实现了双层轨道设计，而双层轨道设计不仅可以减少运动控制机构占据承载平台11上的使用面积，同时还可以作用是保证运动精度的前提下实现运动行程的延伸，从而与载物台13之间的位置调整范围具有更大的空间，更能满足使用需求。同样，该第二调位驱动件可以是气缸或电机丝杆等能够实现往复移动的结构。

可选地，如图1和图2所示，为了确保位置调整的稳定性和精度，第一滑轨161相对设置有两个，那么第二滑轨164也对应设置有两个，并可通过连接板来连接成为一个整体，确保整体结构的稳定性。这样，被调节的物体便可以架设在两个滑块之间，位置调整稳定性好。另外，并不仅仅限定只是设置有第一滑轨161和第二滑轨164两层结构，还可以根据不同的使用需求而设置成不同的层数。

可选地，如图1和图2所示，在本实用新型实施例中，通过各滑轨与各滑块的配合实现扫描位置的调整，滑块与轨道间的线轨精准运动控制的运动模式(范围、速度等)可经过线轨控制软件在控制台终端设备进行高分辨率运动控制操作，并将运动数据、方向、范围做精准记录，以配合成像物理空间尺度进行机械误差运动精度修正，亦可通过后期模拟算法测试后进行初步建模及多次修正模型，但不限于此。线轨可保证运动操纵精度在100微米/秒，从而减少由平面运动非匀速带来的影像伪影。同时，滑轨与滑块组合形成的线轨结构具有良好的可调节性和可延伸性，线轨操作运动机构可根据成像需要进行灵活匹配，适度延伸或缩减运动行程，调整范围灵活。

可选地，如图1和图2所示，第一探测器15A和第二探测器15B均分别包括支撑座151和显示屏152，而且，由于调节结构设置为双层结构，因而将支撑座151连接在第第二滑块165上，显示屏152连接在支撑座151上。这样，通过显示屏152来接收通过射线发生器14释放的X射线信号，并实现CT成像。优选地，该显示屏152为Varian PACSCAN平板探测器，使用性能稳定可靠。当然，可以理解地，也可以是其它规格型号的显示屏，在此并不做限制。

可选地，如图1和图2所示，显示屏152可以是直接安装固定在支撑座151上，而在本实用新型实施例中，在显示屏152和支撑座151之间设置有支架153，显示屏152连接在支架153上，支架153和支撑座151之间设置有用于调节支架153垂直于第一滑轨161运动方向往复移动的第二调位组件17。这样，便可以通过第二调位组件17来水平调节显示屏152在垂直于第一滑轨161运动方向的工作位置，从而提高了使用范围，能够满足不同情况下的使用需求。

优选地，如图1和图2所示，该第二调位组件17包括凸设在支撑座151上的导轨171和设置在支架153上的滑槽(图中未标示)，导轨171滑动设置在滑槽内，支撑座151上还设置有齿条173，支架153上对应设置有用于与齿条173配合而实现驱动支架153整体水平往复移动的支架调位驱动件174。这样，通过支架调位驱动件174与齿条173上的各齿纹间的相互配合，当支架调位驱动件174转动，便能在反作用力的带动下使支架153能够移动，进而实现了显示屏152位置的调整。此种结构设置，设计巧妙，位置移动调整稳定性好。而支架调位驱动件174可以是电机或气动马达等能够提供旋转运动的构件。

可选地，如图1和图2所示，在本实用新型实施例中，显示屏152与支架153之间为活动连接，显示屏152可以在支架153上往复升降运动。即可调节显示屏152作垂直承载平台11的水平面往复升降运动。这样设置，结合第一调位组件16和第二调位组件17，便实现了显示屏152相对于载物台13在上下、左右、前后方向上的位置调整，使该显示屏152具有三个自由度，从而能够满足不同情况下的使用需求。

可选地，如图1和图2所示，该射线发生器14包括底座141和射线发生本体142，底座141和射线发生本体142之间设置有用于驱使射线发生本体142上下升降的升降调位驱动件143，底座141与第二滑块165连接而实现安装固定。扫描时通过射线发生本体142发出射线来扫描放置在载物台13上物体，经过扫描后的射线便被各方向上的显示屏152接收而实现成像。同时，在需要对射线发生本体142的位置高度进行调整时，便通过升降调位驱动件143来驱动底座141上下升降，从而能够满足不同情况下的扫描需求。该升降调位驱动件143可以是气缸或丝杆电机等能够提供往复升降运动的机构。

可选地，如图1和图2所示，在本实用新型实施例中，为对承载平台11提供可靠支撑，使整个承载平台11能够可靠实现圆周转动，便采用在支撑柱12上连接有环形线轨18，在承载平台11上固定连接有多个支撑杆111，而且支撑杆111的另一端滑动设置在环形线轨18内，多个支撑杆111均布在承载平台11上。这样，通过支撑杆111与环形线轨18的配合支撑，确保了承载平台11结构的稳定性。而且，在承载平台11转动的过程当中，支撑杆111能够沿着环形线轨18的形状而可靠滑动，确保支撑性能的可靠性。

可选地，为确保支撑杆111在环形线轨18内滑动的顺畅和可靠性，可在支撑杆111与环形线轨18相接触的一端设置有轴承，从而能够提升支撑杆111在转动过程当中运动的平稳可靠性。

可选地，如图1和图2所示，在本实用新型实施例中，为满足不同情况下的扫描成像需求，在载物台13和支撑柱12之间设置有用于驱使载物台13上下升降的载物调位驱动件19。这样，通过载物调位驱动件19来驱使载物台13上下升降，满足不同位置高度情况下的扫描成像需求。该载物调位驱动件19可以是气缸或丝杆电机等能够提供往复升降运动的机构。

可选地，在本实用新型实施例中，该承载平台11为矩形结构，全长2000mm，全宽1500mm，环形线轨18直径为2140mm，载物台13直径为400mm；第一调位组件16调节最大水平运动行程为700mm，上升运动行程为300mm；第一探测器15A与射线发生器14之间可调整范围为800mm‐2400mm，第二探测器15B可调整范围为300‐500mm；载物调位驱动件19上升的行程范围最大为160mm，相对放置平面高度1225‐1385mm；承载平台11相对地面高度920mm；升降调位驱动件143上升的行程范围最大为160mm。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转式实验平台，其特征在于，包括承载平台，所述承载平台的中心处设置有用于支撑所述承载平台、且能够驱动所述承载平台转动的支撑柱，所述支撑柱上连接有用于放置待扫描物品的载物台，所述承载平台上设置有用于发出扫描射线的射线发生器和用于接收第一方向上的扫描射线并成像的第一探测器，所述射线发生器和所述第一探测器相对设置在所述载物台的两侧、且共同在同一直线上，所述承载平台位于垂直所述射线发生器和所述第一探测器连线的方向上还设置有用于接收散射的扫描射线并成像的第二探测器。

2.如权利要求1所述的旋转式实验平台，其特征在于，所述第一探测器、所述第二探测器和所述射线发生器与所述承载平台之间均设置有用于朝向所述载物台方向往复调节工作位置的第一调位组件。

3.如权利要求2所述的旋转式实验平台，其特征在于，所述第一调位组件包括设置在所述承载平台上的第一滑轨和用于供被调节物体连接的第一滑块，所述第一滑块滑动连接在所述第一滑轨上，所述第一滑块上连接有用于驱动所述第一滑块往复移动的第一调位驱动件。

4.如权利要求3所述的旋转式实验平台，其特征在于，所述第一滑块上连接有第二滑轨，所述第二滑轨上设置有用于供被调节物体连接的第二滑块，所述第二滑块上连接有用于驱动所述第二滑块往复移动的第二调位驱动件。

5.如权利要求4所述的旋转式实验平台，其特征在于，所述第一探测器和所述第二探测器均分别包括支撑座和显示屏，所述支撑座连接在所述第二滑块上，所述显示屏连接在所述支撑座上。

6.如权利要求5所述的旋转式实验平台，其特征在于，所述显示屏和所述支撑座之间设置有支架，所述显示屏连接在所述支架上，所述支架和所述支撑座之间设置有用于调节所述支架垂直于所述第一滑轨运动方向往复移动的第二调位组件。

7.如权利要求6所述的旋转式实验平台，其特征在于，所述第二调位组件包括凸设在所述支撑座上的导轨和设置在所述支架上的滑槽，所述导轨滑动设置在所述滑槽内，所述支撑座上还设置有齿条，所述支架上对应设置有用于与所述齿条配合而实现驱动所述支架整体水平往复移动的支架调位驱动件。

8.如权利要求4所述的旋转式实验平台，其特征在于，所述射线发生器包括底座和射线发生本体，所述底座和所述射线发生本体之间设置有用于驱使所述射线发生本体上下升降的升降调位驱动件,所述底座连接在所述第二滑块上。

9.如权利要求1至8中任一项所述的旋转式实验平台，其特征在于，所述支撑柱上连接有环形线轨，所述承载平台上固定连接有多个支撑杆，所述支撑杆的另一端滑动设置在所述环形线轨内，多个所述支撑杆均布在所述承载平台上。

10.如权利要求1至8中任一项所述的旋转式实验平台，其特征在于，所述载物台和所述支撑柱之间设置有用于驱使所述载物台上下升降的载物调位驱动件。