一種醫療設備的準直系統及運動單元位置精度監測方法與流程

2023-04-29 03:58:22

本發明涉及醫療器械技術領域，尤其涉及一種醫療設備的準直系統及應用於該準直系統的運動單元位置精度監測方法。

背景技術：

醫療器械行業涉及到醫藥、機械、電子、塑料等多個行業，是一個多學科交叉、知識密集、資金密集的高技術產業。隨著國內外企業研發力量的快速提高，以及市場重心從高科技向普及型轉移，對醫療器械的精度要求也越來越高。

計算機斷層掃描(computedtomography，ct)是一種通過x線束對人體的某一部分按一定厚度的層面進行掃描，將人體反射的射線信號通過計算機處理轉化為圖像的一種設備，ct設備包括x射線球管和探測器，x射線球管發出的x射線經過人體後被探測器探測到，計算機對探測到的數據信息進行處理和圖像重建。為了控制x射線束的寬度和厚度，ct設備還包括切片系統，切片系統的切片上形成有供x射線束穿過的開口，在進行人體特定部位的掃描前，需要先驅動切片系統的開口部位運動至患者待掃描部位。因此為了保證掃描質量，必須保證驅動裝置的驅動精度。

現有技術中的切片的絕對位置一般是通過帶編碼器反饋的電機和一個固定位置的零位開關得到的。首先要確定零點位置，驅動切片運動的電機旋轉到零位開關位置或電機驅動切片運動到零位開關位置，並將此位置標記為零點位置；之後切片運動到的所有位置參數均是相對零點位置確定的。此種方法的缺點是，當零位開關信號受到電氣幹擾出現異常、或者編碼器計數晶片失效、或者線纜老化斷裂、又或者機械件零件長期運動磨損出現大間隙，就會導致切片的絕對位置的測量出現異常，無法實現預定的定位精度。

現有技術中的解決方法一般是再增加一套位置反饋系統。但這種反饋方式本身結構複雜，成本高，而且對環境要求也很嚴苛。

技術實現要素：

本發明的第一目的在於提出一種能夠檢測運動單元的位置精度的醫療設備的準直系統。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

一種醫療設備的準直系統，包括執行組件、驅動所述執行組件沿導向機構運動的驅動組件以及用於監測所述執行組件運動位置精度的監測機構，所述監測機構包括：

位置反饋裝置，所述位置反饋裝置與驅動組件連接；

開關組件和和用於觸發所述開關組件的觸發器，所述開關組件和所述觸發器中的一個隨所述執行組件運動，其中，所述開關組件包括第一開關和第二開關，所述第一開關和所述第二開關均與所述觸發器配合；

控制器，所述控制器分別與所述第一開關、所述第二開關和所述位置反饋裝置電連接，所述控制器用於接收所述第一開關、第二開關和所述位置反饋裝置的反饋信號，以對所述執行組件運動位置精度進行監測。

其中，所述開關組件和所述觸發器中的任一個連接於所述執行組件、另一個鄰近設置於所述導向機構側旁，且所述開關組件被布置為能夠與所述觸發器按照不同的順序相配合。

其中，所述驅動組件包括傳動組件和電機，所述電機的輸出軸與傳動組件連接，所述傳動組件與所述執行組件連接並帶動所述執行組件沿所述導向機構運動，所述電機連接所述位置反饋裝置。

其中，所述傳動組件包括絲槓和螺母，所述絲槓與所述電機的輸出軸通過聯軸器連接，所述螺母與所述絲槓配合併與所述執行組件連接；或所述傳動組件包括齒輪和齒條，所述齒輪與所述電機的輸出軸連接，所述齒條與所述齒輪配合併與所述執行組件連接。

其中，所述開關組件為霍爾傳感器，所述觸發器為與所述霍爾傳感器配合的磁片；或所述觸發器和所述開關組件中一個為紅外光電傳感器發射端，另一個為紅外光電傳感器接收端；或所述觸發器為遮擋片，所述開關組件包括相對設置的紅外光電傳感器發射端和紅外光電傳感器接收端，所述觸發器由所述紅外光電傳感器發射端和所述紅外光電傳感器接收端之間穿過。

其中，還包括極限位置開關及報警器，所述極限位置開關設置於所述導向機構的一側並靠近所述導向機構的端部，所述極限位置開關和所述報警器均與所述控制器電連接，當觸發器觸發所述極限位置開關後，所述控制器向所述報警器發送報警信號。

其中，還包括限位裝置，所述限位裝置設置於所述導向機構的端部，所述限位裝置用於防止所述執行組件脫離所述導向機構。

其中，所述限位裝置包括限位塊，所述限位塊朝向所述導向機構的一側設置有緩衝層。

其中，所述醫療設備為ct設備，所述執行組件為切片。

本發明的第二目的在於提出一種能夠檢測運動單元位置精度的監測方法。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

一種運動單元位置精度監測方法，包括：

s1：驅動組件驅動執行組件沿導向機構運動，帶動觸發器觸發第一開關和第二開關；

s2：控制器以第一開關的觸發位置為零點、以第二開關的觸發位置為校驗點，獲取零點與校驗點之間位置反饋裝置讀數的變化值；

s3：控制器將上述變化值與預存的零點與校驗點之間位置反饋裝置的讀數變化的標準值進行比較，判斷運動的位置精度是否正常。

其中，步驟s3具體包括：

若位置反饋裝置讀數的變化值與預設的標準值不同或超出預設的閥值範圍，控制器記錄獲取的編碼器的讀數變化值並報警；若位置反饋裝置讀數的變化值與預設的標準值相同或未超出預設的閥值範圍，控制器記錄獲取的位置反饋裝置的讀數變化值，驅動組件正常工作。

其中，步驟s3具體包括：

若位置反饋裝置讀數的變化值與預設的標準值不同或超出預設的閥值範圍，重複步驟s1和步驟s2，控制器比較兩次獲得的位置反饋裝置的讀數變化值，若相同，則控制器報警；若不同，則重複步驟s1-步驟s3。

有益效果：本發明提供了一種醫療設備的準直系統及運動單元位置精度監測方法。醫療設備的準直系統包括執行組件、驅動所述執行組件沿導向機構運動的驅動組件，以及用於監測所述執行組件運動位置精度的監測機構，所述監測機構包括位置反饋裝置、開關組件、觸發器及控制器，所述位置反饋裝置與驅動組件連接；觸發器用於觸發所述開關組件，所述開關組件和所述觸發器中的一個隨所述執行組件運動，其中，所述開關組件包括第一開關和第二開關，所述第一開關和所述第二開關均與所述觸發器配合；所述控制器分別與所述第一開關、所述第二開關和所述位置反饋裝置電連接，所述控制器用於接收所述第一開關、第二開關和所述位置反饋裝置的反饋信號，以對所述執行組件運動位置精度進行監測。準直系統通電後，驅動組件首先驅動執行組件沿導向機構運動，使觸發器分別觸發第一開關和第二開關，以第一開關的位置為零點位置，控制器將第二開關相對零點位置的位置反饋裝置讀數與預設的標準值對比，判斷執行組件的位置精度是否正常，從而防止由於第一開關信號異常、位置反饋裝置反饋信號異常或機械部件長期磨損而導致的運動精度問題，保證了系統的安全性和穩定性。

附圖說明

圖1是本發明實施例1提供的醫療設備的準直系統的俯視圖；

圖2是本發明實施例1提供的醫療設備的準直系統的結構示意圖一；

圖3是本發明實施例1提供的醫療設備的準直系統的結構示意圖二；

圖4是本發明實施例2提供的運動單元位置精度監測方法的流程圖。

其中：

1、執行組件；11、觸發器；

2、驅動組件；21、電機；221、絲槓；222、螺母；23、聯軸器；

3、開關組件；31、第一開關；32、第二開關。

具體實施方式

為使本發明解決的技術問題、採用的技術方案和達到的技術效果更加清楚，下面結合附圖並通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

實施例1

如圖1-圖3所示，本實施例提供了一種醫療設備的準直系統，包括執行組件1、驅動執行組件1沿導向機構運動的驅動組件2以及用於監測執行組件1運動位置精度的監測機構，監測機構包括位置反饋裝置、開關組件3、用於觸發開關組件3的觸發器11、以及控制器，位置反饋裝置與驅動組件2連接，驅動組件2驅動執行組件1沿導向機構運動，導向機構可以固定在底座上；開關組件3包括第一開關31和第二開關32，開關組件3和觸發器11中任一個可以隨執行組件1運動，第一開關31和第二開關32與觸發器11配合，使執行組件1沿導向機構運動時，觸發器11可以觸發第一開關31和第二開關32；控制器分別與第一開關31、第二開關32和位置反饋裝置電連接，控制器用於接收開關組件3和位置反饋裝置的反饋信號，以對執行組件1的運動位置精度進行監測。

開關組件3和觸發器11中的任一個可以連接於執行組件1以便隨執行組件1運動、另一個鄰近設置於導向機構側旁，只要使觸發器11可以觸發開關組件3即可，且開關組件3被布置為能夠與觸發器11按照不同的順序相配合。觸發器11可以先觸發第一開關31，再觸發第二開關32，也可以先觸發第二開關32，再觸發第一開關31，觸發器11觸發開關組件3的順序不影響本實施例提供的準直系統的正常工作。選取開關組件3中任一個作為零位開關、另一個作為校驗開關，以零位開關的觸發位置為零點、校驗開關的觸發位置為校驗點，控制器將校驗點相對零點的位置反饋裝置的讀數的差值與預設的標準值進行對比，從而判斷執行組件1的運動精度是否正常，從而防止現有技術中僅設置的零位開關信號異常、位置反饋裝置反饋信號異常或機械部件長期磨損而導致的運動精度問題，保證了系統的安全性和穩定性。

本實施例中開關組件3鄰近設置於導向機構的側部，觸發器11設置於執行組件1上，當執行組件1運動時帶動觸發器11移動，且第一開關31和第二開關32均在觸發器11的運動軌跡上，從而保證觸發器11在隨執行組件1運動時可以觸發第一開關31和第二開關32。第一開關31和第二開關32可以位於導向機構的一側，也可以分別位於導向機構的兩側。當第一開關31和第二開關32位於導向機構的同一側時，觸發器11可以僅設置一個，第一開關31和第二開關32沿導向機構的延伸方向分布；當第一開關31和第二開關32分別位於導向機構的兩側時，執行組件1上需要設置兩個觸發器11，且第一開關31和第二開關32分別對應與一個觸發器11配合。當然，也可以是開關組件3設置於執行組件1，觸發器11設置於導向機構的側部，工作原理與上述基本相同，此處不再贅述。

本實施例一個具體的實現方式中，導向機構為設置於底座上的導軌，第一開關31和第二開關32可以固定於導軌側旁的底座上，且位於觸發器11的運動路徑上。

在本實施例中的執行組件1可以沿導向機構作直線運動，也可以作曲線運動，執行組件1的運動方式不影響準直系統中的監測機構正常工作，此處不作限制。

驅動組件2包括傳動組件和電機21，電機21的輸出軸與傳動組件連接，傳動組件與執行組件1連接並帶動執行組件1沿導向機構運動，驅動組件2連接位置反饋裝置。當準直系統通電後，驅動組件2首先驅動執行組件1沿導向機構運動，使觸發器11分別觸發第一開關31和第二開關32，以第一開關31的位置為零點，以第二開關32的位置為校驗點，將零點與校驗點間對應的位置反饋裝置讀數的變化值發送至控制器，控制器將上述變化值與預存的零點與校驗點之間位置反饋裝置的讀數變化的標準值進行比較，判斷執行組件1的位置精度是否正常，從而防止由於第一開關31信號異常、位置反饋裝置反饋信號異常或機械部件長期磨損而導致的運動精度問題，保證了系統的安全性和穩定性。

其中，觸發器11可以先觸發第一開關31，再觸發第二開關32，也可以先觸發第二開關32後，再觸發第一開關31，觸發第一開關31和第二開關32對監測機構的判斷結果無影響，只要讀取零點和校驗點之間位置反饋裝置的讀數的變化值即可。本實施例中位置反饋裝置可以為編碼器、旋轉變壓器、光柵尺或電位器等，只要可以得到零點和校驗點之間測量數據的變化值即可判斷執行組件1的位置精度是否正常。

具體而言，位置反饋裝置為編碼器，電機21可以選取為帶有編碼器的電機，也可以是將電機與編碼器連接。以下以執行組件1沿導向機構作直線運動為例具體分析，本實施例中的傳動組件可以包括絲槓221和螺母222，絲槓221與電機21的輸出軸通過聯軸器23連接，螺母222與絲槓221配合併與執行組件1連接；本實施例另一種具體實現方式中，傳動組件包括齒輪和齒條，齒輪與電機21的輸出軸連接，齒條與齒輪配合併與執行組件1連接。傳動組件也可以是其它結構，只要可以將電機21的轉動轉化為直線運動，從而帶動執行組件1沿導向機構運動即可。

本實施例其他具體實現方式中，採用其他位置反饋裝置，比如與電機相配合的旋轉變壓器、電位器等，或者是光柵尺傳感器。其中，該光柵尺傳感器包括光柵尺和與光柵尺配合使用的讀頭，讀頭設置於執行組件1，光柵尺設置於導向機構所在的底座上，且平行於導向機構設置。只要可以反饋觸發器11觸發第一開關31和第二開關32時執行組件1的位置即可，本實施例對於所採用的位置反饋裝置的具體類型不做限定。

開關組件3中的第一開關31和第二開關32可以為霍爾傳感器，觸發器11可以為與霍爾傳感器配合的磁片，當觸發器11觸發第一開關31或第二開關32時，第一開關31和第二開關32分別向控制器發送信號，以位置反饋裝置為與電機配合使用的編碼器為例，控制器以第一開關31的位置為零點位置，並將觸發器11觸發第二開關32時編碼器讀數發送至控制器，控制器將編碼器讀數與控制器內存儲的標準值或閾值範圍進行比較，當控制器接收到的觸發器11觸發第二開關32時編碼器讀數的變化值與標準值出現差異或超出閾值範圍時，執行組件1的位置精度已經不能滿足使用需求，此時控制器將記錄觸發器11觸發第二開關32時編碼器讀數，並報警，通知工作人員及時維修處理；當控制器接收到的觸發器11觸發第二開關32時編碼器讀數與標準值相同或位於閾值範圍內時，執行組件1的位置精度能夠滿足使用需求，此時驅動組件2將驅動執行組件1繼續工作。根據比較結構判斷當前執行組件1的位置精度是否準確，從而避免出現位置精度異常的現象。

觸發器11和開關組件3也可以通過紅外光電傳感工作，例如觸發器11為紅外光電傳感器發射端，開關組件3中的第一開關31和第二開關32為紅外光電傳感器接收端，當觸發器11運動至開關組件3位置時，將觸發相應的開關；觸發器11還可以是遮擋片，開關組件3中的第一開關31和第二開關32均包括相對設置的紅外光電傳感器發射端和紅外光電傳感器接收端，觸發器11由紅外光電傳感器發射端和紅外光電傳感器接收端之間通過，遮擋開關組件3之間的信號，從而向控制器反饋信號。當然，也可以是觸發器11為紅外光電傳感器接收端、開關組件3為紅外光電傳感器發射端，此處不作限制。

在此基礎上，本實施例提供的監測機構還包括極限位置開關和報警器，極限位置開關可以設置於導向機構的一側並靠近導向機構的端部，極限位置開關和報警器均與控制器電連接，當觸發器11觸發極限位置開關後，控制器向報警器發送報警信號，以防止執行組件1繼續沿導向機構運動後與導向機構脫離，反之出現事故，提高執行組件1的安全性。

為進一步防止執行組件1與導向機構脫離，監測機構還包括限位裝置，限位裝置設置於導向機構的端部，將執行組件1限制在直線軌道內，防止執行組件1脫離導向機構。限位裝置可以為設置在導向機構端部的限位塊，限位塊朝嚮導向機構的一側還可以設置有緩衝層，防止執行組件1與限位塊碰撞損壞。

本實施例提供的準直系統可以為ct設備中的切片系統，執行組件1為切片系統中的切片，該切片的開口限定x射束的厚度。利用監測機構可以判斷切片系統的切片運動精度是否正常，從而保證切片的開口部位可以準確地運動至患者的待掃描部位，從而保證ct設備的掃描質量。本實施例提供的準直系統也可以為其他醫療設備中的準直系統，例如可以為放療設備中的準直系統，執行組件1為準直系統中用於限定射束形狀的葉片。

實施例2

如圖4所示，本實施例提供了一種應用於實施例1中的準直系統的運動單元位置精度監測方法，包括：

s1：驅動組件2驅動執行組件1沿導向機構運動，帶動觸發器11觸發第一開關31和第二開關32；

s2：控制器以第一開關31的觸發位置為零點、以第二開關32的觸發位置為校驗點，獲取零點與校驗點之間位置反饋裝置讀數的變化值；

s3：控制器將上述變化值與預存的零點與校驗點之間位置反饋裝置的讀數變化的標準值進行比較，判斷運動的位置精度是否正常。

本實施例中位置反饋裝置可以為編碼器、旋轉變壓器、光柵尺或電位器等，只要可以得到零點和校驗點之間測量數據的變化值即可判斷執行組件1的位置精度是否正常。本實施例將以位置反饋裝置為編碼器為例具體分析。

若編碼器讀數的變化值與預設的標準值不同或超出預設的參數範圍，則執行組件1的位置精度已經不能滿足使用需求，控制器記錄獲取的編碼器的讀數變化值並報警，通知工作人員及時維修處理；若編碼器讀數的變化值與預設的標準值相同或未超出預設的參數範圍，執行組件1的位置精度能夠滿足使用需求，控制器記錄獲取的編碼器的讀數變化值，驅動組件2正常工作。根據比較結果判斷當前執行組件1的位置精度是否準確，從而避免出現位置精度異常的現象。控制器將記錄每次校驗時獲取的編碼器讀數的變化值，以備工作人員查詢。

為避免因偶然因素引起的編碼器讀數不準確而造成的誤判，當零點與校驗點之間編碼器讀數的變化值與預設的標準值不同或超出預設的參數範圍時，可以重複步驟s1和步驟s2，重新獲得新的編碼器讀數的變化值，並比較兩次獲得的編碼器的讀數變化值，若相同，則說明監測結果準確，執行組件1的位置精度確實不能滿足使用需求，控制器報警，執行組件1停止工作；若兩次獲得的編碼器的讀數變化值不同，說明某一次的監測結果不準確，此時可以重複上述步驟，再次獲得新的編碼器讀數的變化值，重新對比編碼器的讀數變化值和預設的標準值，判斷執行組件1的位置精度是否正常。

以上內容僅為本發明的較佳實施例，對於本領域的普通技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。