CN214751403U - 用于医用电子直线加速器的运动图像引导控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及医用电子直线加速器技术领域，具体涉及一种用于医用电子直线加速器的运动图像引导控制系统。包括上位机控制平台，所述上位机控制平台包括互相通讯连接的加速器上位机、CBCT上位机；加速器上位机通过CAN通信与固定机架控制系统和旋转机架控制系统连接，固定机架控制系统和旋转机架控制系统分别与固定机架驱动电器箱连接，固定机架控制系统和固定机架驱动电器箱分别与机架控制组件连接；旋转机架控制系统和固定机架驱动电器箱分别与治疗头控制组件连接；旋转机架控制系统还与EPID控制组件、CBCT控制组件连接。本实用新型可将CBCT运动和EPID运动以及机架运动和治疗头运动集成控制，集成后控制更便捷，工作更稳定，信号电路更简洁。

Description

用于医用电子直线加速器的运动图像引导控制系统

技术领域

本实用新型涉及医用电子直线加速器技术领域，具体涉及一种用于医用电子直线加速器的运动图像引导控制系统。

背景技术

目前在治疗患者时，在治疗前对患者进行摆位确认，利用在线影像和参考图像进行配准，得到当前摆位与实际病灶的偏差，如果偏差超出预设范围，就需要重新摆位，确保照射的准确性，提高治疗精度。目前引导方式有CBCT、EPID、超声引导系统、植入磁感应粒子引导系统和光学表面成像引导系统等，其中EPID和CBCT最为常用。EPID是利用加速器出束，在平板参测器上成像，来获取图像，再与计划DRR图像进行配准，得到位置偏差。但EPID存在对患者辐射剂量大、拍摄图像质量差的缺陷。CBCT是由X射线源于平板探测器同步围绕等中心旋转一定角度，在旋转过程中每隔一定的角度采集数字影像，然后计算机对采集到的图像序列进行重建，从而得到CT图像，然后再与参考图像配准得到位置偏差，单纯的CBCT也存在一定的缺陷，目前很多公司的图像引导系统，虽然包含CBCT和EPID，但这两个系统是独立的两个系统，机架和治疗头控制系统也是独立的，都没有进行运动集成化。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于医用电子直线加速器的运动图像引导控制系统，其可将CBCT运动和EPID运动以及机架运动和治疗头运动集成控制，集成后控制更便捷，工作更稳定，信号电路更简洁。

本实用新型为解决现存的技术问题，进行了以下的技术方案设计：提供一种用于医用电子直线加速器的运动图像引导控制系统，包括上位机控制平台，所述上位机控制平台包括互相通讯连接的加速器上位机、CBCT上位机；加速器上位机通过CAN通信与固定机架控制系统和旋转机架控制系统连接，固定机架控制系统和旋转机架控制系统分别与固定机架驱动电器箱连接，固定机架控制系统和固定机架驱动电器箱分别与机架控制组件连接；旋转机架控制系统和固定机架驱动电器箱分别与治疗头控制组件连接；旋转机架控制系统还与EPID控制组件、CBCT控制组件连接。

优选的，所述固定机架控制系统包括固定机架控制箱，加速器上位机通过CAN总线连接所述固定机架控制箱；固定机架控制箱分别与固定机架驱动电器箱、机架控制组件连接；

所述固定机架驱动电器箱驱动机架控制组件带动机架运动，机架上设有绝对值编码器，绝对值编码器与固定机架控制系统连接。

优选的，所述旋转机架控制系统包括旋转机架控制箱,加速器上位机通过CAN总线连接所述旋转机架控制箱,旋转机架控制箱分别与固定机架驱动电器箱、治疗头控制组件、EPID控制组件、CBCT控制组件连接；所述固定机架驱动电器箱与治疗头控制组件连接。

优选的，所述CBCT控制组件用于驱动平板和球管运动并且采集其位置；

所述EPID控制组件用于控制EPID平板的运动及位置采集。

所述治疗头控制组件用于控制治疗头旋转运动、均整转盘到位运动、反光镜运动、移动靶运动。

优选的，还包括旋转机架手控器，旋转机架手控器与旋转机架控制箱连接。

优选的，还包括加速器手控器，加速器手控器通过CAN总线与加速器上位机通讯连接。与现有技术相比本实用新型有以下的优点:

本实用新型将CBCT运动控制系统，EPID控制系统，机架及治疗头控制系统集成化，同时简化了CBCT控制机架运动时机架角度的不一致性，使采集图像更清晰，更准确，同时采用PWM电路，优于老式的继电器切换电压的电路，可实现各运动轴的无极变速。

附图说明

图1是本实用新型连接示意图；

图2是本实用新型MCU控制芯片电路原理图；

图3是本实用新型通讯接口电路原理图；

图4是本实用新型IO接口电路原理图；

图5是本实用新型PWM运动控制电路图；

图6是本实用新型固定机架驱动电器箱电路图；

图7是本实用新型治疗头旋转组件电路图；

图8是本实用新型EPID翻转组件电路图；

图9是本实用新型运动控制连接电路图；

图10是本实用新型运动控制连接电路图二

具体实施方式

利用说明书附图对本实用新型实施例做进一步描述：

实施例1：

如图所示，所述的一种用于医用电子直线加速器的运动图像引导控制系统，包括上位机控制平台，所述上位机控制平台包括互相通讯连接的加速器上位机、CBCT上位机；加速器上位机通过CAN通信与固定机架控制系统和旋转机架控制系统连接，固定机架控制系统和旋转机架控制系统分别与固定机架驱动电器箱连接，固定机架控制系统和固定机架驱动电器箱分别与机架控制组件连接；旋转机架控制系统和固定机架驱动电器箱分别与治疗头控制组件连接；旋转机架控制系统还与EPID控制组件、CBCT控制组件连接。

所述固定机架控制系统包括固定机架控制箱，加速器上位机通过CAN总线连接所述固定机架控制箱；固定机架控制箱分别与固定机架驱动电器箱、机架控制组件连接；

所述固定机架驱动电器箱驱动机架控制组件带动机架运动，机架上设有绝对值编码器，绝对值编码器与固定机架控制系统连接。

所述旋转机架控制系统包括旋转机架控制箱,加速器上位机通过CAN总线连接所述旋转机架控制箱,旋转机架控制箱分别与固定机架驱动电器箱、治疗头控制组件、EPID控制组件、CBCT控制组件连接；所述固定机架驱动电器箱与治疗头控制组件连接。

所述CBCT控制组件用于驱动平板的纵向运动、横向运动和球管纵向运动，并且采集其位置；

所述EPID控制组件用于控制EPID平板的翻转运动、纵向运动及位置采集。

所述治疗头控制组件用于控制治疗头旋转运动、均整转盘到位运动、反光镜运动、移动靶运动。

还包括旋转机架手控器，旋转机架手控器与旋转机架控制箱连接。

还包括加速器手控器，加速器手控器通过CAN总线与加速器上位机通讯连接。

实施例2：

在实施例1的基础上，提供基于实施例1的电路连接原理：CBCT上位机通过以太网连接加速器上位机并且通知加速器上位机不同的运动模式；加速器上位机通过CAN通信控制机架运动，治疗头各运动轴运动，CBCT各运动轴运动，EPID各运动轴运动。

对于机架运动的控制：

加速器上位机通过CAN总线连接固定机架控制箱内MCU板的J5连接器的2脚和7脚，J5连接器通过CAN接口电路将信号传输到STM32F103ZET6控制芯片的114脚和115脚，STM32F103ZET6控制芯片的127脚、128脚、129脚通过数字接口电路将信号送到MCU板上的连接器J13的2脚、3脚、4脚以及连接器J14的2脚，连接器J13的4脚和连接器J14的2脚通过机架PWM控制电路GantCN+和GantCN-与连接器3J2211的1脚和3JMD1B的4脚连接，将3J2211的1脚信号通过机架限位开关3S1的常闭触点与机架电机驱动器上连接器CN1的21脚连接，并且将3JMD1B的4脚信号送到机架电机驱动器的连接器CN1的20脚，机架电机驱动器设置在固定机架驱动电器箱内；

将连接器J13的2脚、3脚信号送到驱动电路U4A的5脚和7脚，通过驱动电路U4A将信号GantBC和GS-ON送到连接器3JMD1B的6脚和3JMD1A的3脚，再将3JMD1A的3脚和4脚信号送到机架电机的CN1刹车接口，将机架电机驱动器的EN1接头和CNB接头分别接到机架电机的CN2接头和CN1接头，从而使机架电机运动。

机架编码器通过CAN总线将信号送入到STM32F103ZET6控制芯片中，得到机架实时角度，以实现对机架精准到位的控制，并且从机架电位器的S端和CCW端读取电位器信号，用来判断机架实际位置是否准确，如果机架编码器采集机架角度与电位器采集机架角度偏差较大，STM32F103ZET6控制芯片通过CAN总线上报给加速器上位机机架角度联锁。

对于治疗头运动的控制：

治疗头运动包括治疗头旋转运动，均整转盘到位运动，反光镜运动，移动靶运动。治疗头旋转运动控制与反光镜运动控制、移动靶运动控制电路相同，本实施例以治疗头旋转运动控制为例，其余不赘述。

加速器上位机通过CAN总线连接旋转机架控制箱内MCU板的J5连接器的2脚和7脚，通过CAN接口电路将信号传输到MCU板上STM32F103ZET6控制芯片的114脚和115脚；STM32F103ZET6控制芯片的140脚和56脚通过数字接口电路与MCU板连接器J14的12脚和J13的16脚连接，然后与旋转机架控制箱内部PWM控制板的1J712的5脚和6脚连接，通过PWM控制电路，输出信号COLLOUTA,COLLOUTB,通过连接器1J711的5脚和6脚送回到旋转机架控制板，再经过保护电路，通过连接器3BJ81的9、10、11、12脚送到治疗头运动电机3M1的正极和治疗头限位开关3CR14的NO触点，从而控制治疗头电机的运动。联锁是通过采集治疗头编码器信息和电位器信息，读取治疗头角度，来判断治疗头角度联锁。

对于均整转盘运动的控制：

首先加速器上位机通过CAN总线连接旋转机架控制箱MCU板的J5连接器的2脚和7脚，通过CAN接口电路将信号传输到STM32F103ZET6控制芯片的114脚和115脚，旋转机架控制箱内STM32F103ZET6控制芯片126、127、139脚信号通过数字接口电路与MCU板连接器J13的4、5脚以及连接器J14的11脚连接，再连接到旋转机架控制板的3JA13的4、5脚以及3JA14的11脚，通过步进驱动电路将FlatPU、FlatDR、FlatMF信号送到3JMD3的8、10、12脚，在通过3JMD3送到步进电机驱动的FlatPU、FlatDR、FlatMF信号，步进电机驱动将AC、BC、+A、+B、-A、-B信号通过3JMD3连接器传输到旋转机架控制板3JMD3的1-6脚，再通过3JMD1将信号传输到步进电机，使步进电机运动。

对于CBCT运动的控制

CBCT运动控制包括CBCT平板纵向1级运动控制，平板纵向2级运动控制，平板横向运动控制，球管纵向运动控制。

CBCT上位机通过以太网将通讯信号传输给加速器上位机，加速器上位机根据CBCT上位机传输的数据通过CAN通讯传输给旋转机架控制箱MCU板的J5连接器的2脚和7脚，通过CAN接口电路将信号传法相同。

对于EPID运动的控制：

EPID运动控制包括翻转运动和平板纵向运动，具体的，加速器上位机根据CBCT上位机传输的数据通过CAN通讯传输给旋转机架控制箱MCU板J5连接器的2脚和7脚，J5连接器通过CAN接口电路与STM32F103ZET6控制芯片的114脚和115脚连接，然后STM32F103ZET6控制芯片128、125、124、136、137脚通过数字接口电路与MCU板上连接器J13的3、6、7脚以及J14的9、10脚，连接器J13与连接器J14连接旋转机架控制板上3JA13的3、6、7脚以及3JA14的9、10脚，3JA13的3脚信号通过刹车控制电路输出EPID_TURNBR信号到3BJ41，再到EPID刹车从而控制翻转刹车，打开刹车信号可以翻转运动，关闭刹车信号则不能翻转运动，3JA13的6脚、7脚以及3JA14的9脚10脚信号通过3BJ72的1脚2脚3脚4脚将信号送到PWM控制板的1J712的1脚2脚3脚4脚，经过电路处理，在通过1J711的1脚2脚3脚4脚将控制信号送到旋转机架转接板的保护电路，在通过连接器3BJ82的9脚到16脚将信号送到EPID翻转运动装置和平板运动装置，结合EPID刹车信号实现EPID翻转运动和平板纵向运动。

实施例3：

本实施例在实施例2的基础上做出如下改进，加速器上位机直接通过CAN总线连接固定机架控制箱MCU板的J5连接器的2脚和7脚，通过CAN接口电路将信号传输到STM32F103ZET6控制芯片的114脚和115脚，其余控制电路与联锁与实施例2一致。

实施例4：

本实施例在实施例2的基础上做出如下改进，加速器手控器通过CAN总线将控制信号发送给加速器上位机，加速器上位机直接通过CAN总线连接固定机架控制箱MCU板的J5连接器的2脚和7脚，通过CAN接口电路将信号传输到STM32F103ZET6控制芯片的114脚和115脚，其余控制电路与联锁与实施例2一致。

实施例5：

本实施例在实施例2的基础上做出如下改进，对于CBCT运动的控制：旋转机架手控器包括手控器STM32F101RCT6芯片，STM32F101RCT6芯片的42、43脚通过串口电路将连接3B3J12的1脚2脚，再连接到旋转机架控制箱MCU板J6的2、3脚，然后通过RS232串口电路与STM32F103ZET6控制芯片的69脚和70脚连接，其余控制电路与联锁与实施例2一致。

实施例6：

本实施例在实施例2的基础上做出如下改进，其余控制电路与联锁与实施例2一致，不同处在于对于EPID运动的控制，旋转机架手控器包括STM32F101RCT6控制芯片，STM32F101RCT6控制芯片的42、43脚通过串口电路与3B3J12的1、2脚连接，3B3J12的1、2脚再与旋转机架控制箱MCU板的J6的2脚3脚连接，J6再通过RS232串口电路与STM32F103ZET6控制芯片的69脚和70脚连接；STM32F103ZET6控制芯片的128、125、124、136、137脚通过数字接口电路连接到MCU板J13的3、6、7脚以及J14的9、10脚，J13和J14再连接到旋转机架控制板的3JA13的3脚、6脚、7脚以及3JA14的9脚10脚，3JA13的3脚信号通过刹车控制电路输出EPID_TURNBR信号到3BJ41，再到EPID刹车从而控制翻转刹车，刹车打开可以翻转运动，关闭刹车信号不能翻转运动，3JA13的6脚、7脚以及3JA14的9脚10脚信号通过3BJ72的1脚2脚3脚4脚与PWM控制板的1J712的1脚2脚3脚4脚连接，经过电路处理，再通过1J711的1脚2脚3脚4脚将控制信号送到旋转机架转接板的保护电路，通过连接器3BJ82的9脚到16脚将信号送到EPID翻转运动装置和平板运动装置，结合EPID刹车信号实现EPID翻转运动和平板纵向运动。

Claims (6)

1.一种用于医用电子直线加速器的运动图像引导控制系统，其特征在于，包括上位机控制平台，所述上位机控制平台包括互相通讯连接的加速器上位机、CBCT上位机；加速器上位机通过CAN通信与固定机架控制系统和旋转机架控制系统连接，固定机架控制系统和旋转机架控制系统分别与固定机架驱动电器箱连接，固定机架控制系统和固定机架驱动电器箱分别与机架控制组件连接；旋转机架控制系统和固定机架驱动电器箱分别与治疗头控制组件连接；旋转机架控制系统还与EPID控制组件、CBCT控制组件连接。

2.根据权利要求1所述的用于医用电子直线加速器的运动图像引导控制系统，其特征在于，所述固定机架控制系统包括固定机架控制箱，加速器上位机通过CAN总线连接所述固定机架控制箱；固定机架控制箱分别与固定机架驱动电器箱、机架控制组件连接；

所述机架控制组件带动机架运动，机架上设有绝对值编码器，绝对值编码器与固定机架控制系统连接。

3.根据权利要求1所述的用于医用电子直线加速器的运动图像引导控制系统，其特征在于，所述旋转机架控制系统包括旋转机架控制箱,加速器上位机通过CAN总线连接所述旋转机架控制箱,旋转机架控制箱分别与固定机架驱动电器箱、治疗头控制组件、EPID控制组件、CBCT控制组件连接。

4.根据权利要求3所述的用于医用电子直线加速器的运动图像引导控制系统，其特征在于，所述CBCT控制组件用于驱动平板和球管运动并且采集其位置；

所述EPID控制组件用于控制EPID平板的运动及位置采集；

所述治疗头控制组件用于控制治疗头旋转运动、均整转盘到位运动、反光镜运动、移动靶运动。

5.根据权利要求3所述的用于医用电子直线加速器的运动图像引导控制系统，其特征在于，还包括旋转机架手控器，旋转机架手控器与旋转机架控制箱连接。

6.根据权利要求1-5任一所述的用于医用电子直线加速器的运动图像引导控制系统，其特征在于，还包括加速器手控器，加速器手控器通过CAN总线与加速器上位机通讯连接。

Images