用于放疗设备的对接系统及放疗设备的制作方法

1.本实用新型属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种用于放疗设备的对接系统及放疗设备。


背景技术：

2.肿瘤放射治疗是利用放射线治疗肿瘤的一种局部治疗方法。放射线包括放射性同位素产生的α、β、γ射线和各类x射线治疗机或加速器产生的x射线、电子线、质子束及其他粒子束等。大约70％的癌症患者在治疗癌症的过程中需要用放射治疗，约有40％的癌症可以用放疗根治。放射治疗在肿瘤治疗中的作用和地位日益突出，已成为治疗恶性肿瘤的主要手段之一。
3.在放疗过程中，用于产生放射线的治疗头必须与置于病人的病灶处的限光筒进行对接，以保护限光筒外的病人正常组织不受到放射线的辐射影响。目前，治疗头和限光筒的对接过程主要是采用物理硬件的“硬连接”方式，但是限光筒同时与病人和治疗头连接，如果病人或治疗头发生移动，限光筒可能会对病人造成伤害。此外，治疗头可能会使用高电压或者强电流，“硬连接”方式会使病人和治疗头有产生直接电连接的风险。


技术实现要素：

4.针对现有技术的上述缺陷或不足，本实用新型提供了一种用于放疗设备的对接系统及放疗设备，以避免治疗头和限光筒进行物理硬件连接，消除对病人存在损伤风险的目的。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供一种用于放疗设备的对接系统，用于放疗设备的对接系统包括：治疗装置、限束装置和对接装置；治疗装置用于射出治疗射线；限束装置用于对齐病人的病灶处，且限束装置形成有将病灶与治疗装置对接的限束孔；对接装置包括设置在治疗装置上的图像控制单元和至少三个发光件以及设置在限束装置上的至少三个标识件，图像控制单元被配置为获取至少三个发光件在限束装置上的光斑位置以及至少三个标识件的标识位置，并根据光斑位置和标识位置控制治疗装置进行旋转和平移以使治疗装置与限束孔对接。
6.在本实用新型的实施例中，限束装置包括形成限束孔的限光筒、以及设置在限光筒的外侧的定位板，至少三个标识件设置在定位板上。
7.在本实用新型的实施例中，定位板环绕限光筒的一端设置，且至少三个标识件以限束孔的中心线为轴线呈圆周阵列间隔设置在定位板上。
8.在本实用新型的实施例中，发光件的数量与标识件的数量相等，至少三个发光件以治疗装置释出治疗射线的束轴为轴线呈圆周阵列间隔设置在治疗装置上。
9.在本实用新型的实施例中，治疗装置包括连接框、盖板和用于释出治疗射线的治疗头，盖板设置在连接框上，治疗头设置在连接框内，盖板上开设有供治疗射线射出的安装孔，至少三个发光件以治疗头射出治疗射线的束轴为轴线呈圆周阵列间隔设置在盖板上，
图像控制单元设置在连接框上。
10.在本实用新型的实施例中，图像控制单元包括设置在连接框上的图像采集单元、以及与图像采集单元信号连接的图像处理单元，图像采集单元的数量与发光件的数量相等，且每个图像采集单元分别对应采集位置相近的一个发光件的光斑图像和一个标识件的图像，图像处理单元用于根据每个图像采集单元采集的光斑图像和标识件的图像确定每个发光件的光斑位置和标识件的标识位置。
11.在本实用新型的实施例中，治疗装置还包括环绕安装孔的周缘设置在盖板上的束流筒。
12.在本实用新型的实施例中，限束装置上还开设有与发光件数量相等的检测槽，检测槽与发光件一一对应设置，且检测槽与标识件依次交错间隔设置。
13.在本实用新型的实施例中，限束装置还包括设置在限光筒上的支撑架，支撑架用于安装于手术台上。
14.此外，本实用新型还提供一种放疗设备，放疗设备包括如上所述的用于放疗设备的对接系统。
15.通过上述技术方案，本实用新型实施例所提供的用于放疗设备的对接系统具有如下的有益效果：
16.对接装置包括设置在治疗装置上的图像控制单元和至少三个发光件以及设置在限束装置上的至少三个标识件，则在控制治疗装置与限束装置对接的过程中，可以通过图像控制单元获取至少三个发光件在限束装置上的光斑位置以及至少三个标识件的标识位置，计算出治疗装置需要偏转的角度以及需要移动的距离，进而控制机械臂带动治疗装置运动至与限束孔对接，实现“软对接”，从而无需采用治疗装置与限束装置进行物理硬件的“硬连接”的方式，达到消除“硬连接”方式对病人存在损伤风险的目的。
17.本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
18.附图是用来提供对本实用新型的理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
19.图1是本根据实用新型一实施例放疗设备的立体结构示意图；
20.图2是根据本实用新型一实施例用于放疗设备的对接系统的立体结构示意图；
21.图3是根据本实用新型一实施例限束装置和标识件的立体结构示意图；
22.图4是根据本实用新型一实施例计算距离d的原理示意图；
23.图5是根据本实用新型一实施例三个发光件和三个图像采集单元的位置排布示意图；
24.图6是根据本实用新型一实施例三个标识件的位置排布示意图。
25.附图标记说明
[0026]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
治疗装置
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
机械臂
[0027]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
连接框
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
13
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
盖板
[0028]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
束流筒
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
限束装置
[0029]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
限光筒
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
211
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
限束孔
[0030]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
定位板
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
221
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
检测槽
[0031]
23
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
支撑架
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
图像采集单元
[0032]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
发光件
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
标识件
[0033]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
病人
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
手术台
具体实施方式
[0034]
以下结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0035]
下面参考附图描述根据本实用新型的用于放疗设备的对接系统。
[0036]
如图1和图2所示，在本实用新型的实施例中，提供一种用于放疗设备的对接系统，用于放疗设备的对接系统包括：
[0037]
治疗装置1，用于射出治疗射线；
[0038]
限束装置2，限束装置2用于对齐病人6的病灶处，且限束装置2形成有将病灶与治疗装置1对接的限束孔211；
[0039]
对接装置，对接装置包括设置在治疗装置1上的图像控制单元和至少三个发光件4以及设置在限束装置2上的至少三个标识件5，图像控制单元被配置为获取至少三个发光件4在限束装置2上的光斑位置以及至少三个标识件5的标识位置，并根据光斑位置和标识位置控制治疗装置1进行旋转和平移以使治疗装置1与限束孔211对接。
[0040]
在本实用新型的实施例中，对接装置包括设置在治疗装置1上的图像控制单元和至少三个发光件4、以及设置在限束装置2上的至少三个标识件5，则在控制治疗装置1与限束装置2对接的过程中，可以通过图像控制单元获取至少三个发光件4在限束装置2上的光斑位置以及至少三个标识件5的标识位置，计算出治疗装置1需要偏转的角度以及需要移动的距离，进而控制机械臂11带动治疗装置1运动至与限束孔211对接，实现“软对接”，从而无需采用治疗装置1与限束装置2进行物理硬件的“硬连接”的方式，以达到消除“硬连接”方式对病人6存在损伤风险的目的。
[0041]
参见图2和图3，在本实用新型的实施例中，限束装置2包括形成限束孔211的限光筒21、以及设置在限光筒21的外侧的定位板22，至少三个标识件5设置在定位板22上。通过设置有至少三个标识件5的定位板22设置在限光筒21的外侧，则可以使得治疗射线无遮挡地射入限束孔211内，保证治疗效果。更具体地，定位板22可以是设置在限光筒21远离病人6的一端。需要特别说明的是，在本实用新型中，标识件5包括但不限于为正三角形块。
[0042]
参见图2、图3和图6，在本实用新型的实施例中，定位板22环绕限光筒21的一端设置，且至少三个标识件5以限束孔211的中心线为轴线呈圆周阵列间隔设置在定位板22上。即至少三个标识件5处于同一圆周上，且至少三个标识件5所在圆的中心线与限束孔211的中心线相同，从而能够有利于布局的合理性以及对接位置的计算。更具体地，限光筒21和限束孔211可以为同轴的圆柱形，定位板22可以为圆环状，从而便于标识组件的均匀布置。
[0043]
在本实用新型的实施例中，发光件4的数量与标识件5的数量相等，至少三个发光件4以治疗装置1释出出治疗射线的束轴为轴线呈圆周阵列间隔设置在治疗装置1上。即至少三个发光件4也处于同一圆周上，且至少三个发光件4所在圆的中心线与治疗头射出治疗射线的束轴相同，即当至少三个发光件4所在圆的中心线与至少三个标识件5所在圆的中心
线重合时，则治疗头射出的束轴与限束孔211的中心线也是重合，从而能够也可以进一步便于对接位置的计算。此外，至少三个发光件4所在圆的半径与至少三个标识件5的半径可以相等。需要特别说明的是，在本实用新型中，发光件4包括但不限于为激光器。
[0044]
请再次参见图1和图2，在本实用新型的实施例中，治疗装置1包括与机械臂11连接的连接框12、设置在连接框12上的盖板13以及用于释出治疗射线的治疗头，治疗头设置在连接框12内，且盖板13上开设有供治疗射线射出的安装孔，至少三个发光件4以治疗头射出治疗射线的束轴为轴线呈圆周阵列间隔设置在盖板13上，图像控制单元设置在连接框12上。即在将治疗头与限束孔211进行对接的过程中，至少三个发光件4和至少三个标识件5均位于图像控制单元的下方，以便于图像控制单元获取至少三个发光件4的光斑位置和至少三个标识件5的标识位置。
[0045]
在本实用新型的实施例中，图像控制单元包括设置在连接框12上的图像采集单元3、以及与图像采集单元3信号连接的图像处理单元，图像采集单元3的数量与发光件4的数量相等，且每个图像采集单元3分别对应采集位置相近的一个发光件4的光斑图像和一个标识件5的图像，图像处理单元用于根据每个图像采集单元3采集的光斑图像和标识件5的图像确定每个发光件4的光斑位置和标识件5的标识位置。即当发光件4和标识件5的数量均为三个时，图像采集单元3的数量也可以是三个，且三个图像采集单元3可以环绕连接框12间隔设置，以使得每个图像采集单元3可以对应采集与其位置相近的一个发光件4的光斑图像和一个标识件5的图像，从而保证图像处理单元确定的每个发光件4的光斑位置和每个标识件5的标识位置的准确性。需要特别说明的是，在本实用新型中，图像采集单元3包括但不限于为摄像头。
[0046]
此外，图像采集单元3的拍摄方向、发光件4的光线射出方向与治疗装置1的治疗射线的释出方向相互平行设置。从而便于对摄像头3获取的图像进行分析。当然，本实用新型不限于此，图像采集单元3的拍摄方向、发光件4的光线射出方向与治疗装置1的治疗射线的释出方向不是相互平行设置也是可以的，因为图像采集单元3、发光件4与治疗装置1的安装位置均可以进行预先设置，只是在对后续图像采集单元3采集的图像进行位置分析时需要进行一系列的位置换算。
[0047]
在本实用新型的实施例中，治疗装置1还包括环绕安装孔的周缘设置在盖板13上的束流筒14。通过束流筒14的设置，可以防止治疗头射出的治疗射线产生偏斜。
[0048]
请再次参见图2和图3，在本实用新型的实施例中，限束装置2上还开设有与发光件4数量相等的检测槽221，检测槽221与发光件4一一对应设置，且且检测槽221与标识件5依次交错间隔设置。具体地，检测槽221可以开设于限束装置2的定位板22上。即当治疗头的位置调整到位后，发光件4与检测槽221可以是一一上下对应设置的，通过检测发光件4与检测槽221之间的距离，并将检测得到的距离与预设距离比较，以判断治疗头是否到达正确的对接位置，当检测得到的距离与预设距离相等时，治疗头到达正确的对接位置，可以进行治疗；当检测得到的距离与预设距离不相等时，治疗头未到达正确的对接位置，停止治疗。从而可以进一步保证定位对接的准确性。而检测槽221与标识件5依次交错间隔设置，也表明发光件4落入定位板22上的光斑与标识件5也是依次交错间隔设置，从而有便于图像的识别。
[0049]
参件图1和图2，在本实用新型的实施例中，限束装置2还包括设置在限光筒21上的
支撑架23，支撑架23用于安装于手术台7上，即病人6可以躺在手术台7上进行放疗治疗。更具体地，支撑架23可以是可拆卸地安装于手术台7上，从而便于对限束装置2的位置进行调整。
[0050]
以下将以发光件4、标识件5、图像采集单元3和检测槽221的数量均为三个为例，对采用图像控制单元获取至少三个发光件4在限束装置2上的光斑位置以及至少三个标识件5的标识位置，计算出治疗装置1需要偏转的角度以及需要移动的距离的步骤进行详细说明：
[0051]
第一步是利用三个图像采集单元3采集的发光件4的光斑图像，计算出治疗头需要偏转的角度以及偏转到位后沿治疗头的z轴方向上移动的距离。
[0052]
具体计算原理：如图4所示，发光件4的出口位置a到定位板22的距离设为d，发光件4的出口位置a到光斑中心和图像采集单元3的镜片b中心的连线沿着平行于图像采集单元3的成像面c的方向上的距离为r0，光斑中心在图像采集单元3的成像面c上的坐标为r，镜片b到成像面c的距离为d0，则以上各量应满足：
[0053][0054]
则根据上式可以计算得出距离值d。
[0055]
特别地，如果考虑到图像采集单元3的成像面c的中心不确定，r值有常量偏差，或者表征治疗头沿着z轴的零点定义不在发光件4的出口位置处，则可以将上式变换为：
[0056][0057]
则也可以通过此式计算得出距离值d。
[0058]
式中的c1、c2和c3可以利用最小二乘法通过3组以上的数据进行标定得到。
[0059]
由此，由三个发光件4一共可以获取3个距离值d，记为d1、d2和d3。
[0060]
特别地，如图5所示，图中的e所示为治疗头，若三个发光件4均匀地分布在半径为r的圆上，且当d2所对应的发光件4位于治疗头的y轴上，则有：
[0061][0062][0063][0064]
据此可得治疗头应绕着x轴和y轴分别旋转的角度θ
x
和θy、以及沿着z轴移动的距离d。
[0065]
第二步是利用图像采集单元3采集的发光件4的光斑图像和标识件5的图像，计算出治疗头在xy平面内移动的距离。
[0066]
在治疗头绕着x轴和y轴分别旋转的角度θ
x
和θy、以及沿着z轴移动的距离d以后，图像采集单元3重新采集发光件4的光斑图像以及标识件5的图像，图像处理单元利用图像识
别算法可以获取发光件4新的光斑位置及标识件5的标识位置。
[0067]
具体计算原理：当三个标识件5的中心所在圆的圆心和三个发光件4的光斑位置所在圆的圆心在xy平面内的投影重合时，存在以下约束条件公式：
[0068][0069]
由于不同图像处理单元得到的坐标不在同一个坐标系下，每个图像处理单元获取的坐标需要通过一个旋转矩阵m和平移向量t转换到治疗头的参考坐标系下，因此根据约束条件公式得到以下第一变换公式：
[0070][0071]
特别地，如图5所示，三个图像采集单元3是均匀间隔设置在同一圆周上，且镜头朝向一致，三个图像采集单元3彼此之间可以通过平移运动到达，不涉及旋转运动，即各图像采集单元3的旋转矩阵m相等，则根据第一变换公式可以得到第二变换公式：
[0072][0073]
因此，根据第二变换公式则可以得到治疗头在xy平面内移动的坐标值计算公式为：
[0074][0075]
据此可得治疗头在xy平面内移动的坐标值。
[0076]
此外，本实用新型还提供一种放疗设备，放疗设备包括如上所述的用于放疗设备的对接系统。由于放疗设备采用了上述实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0077]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0078]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0079]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0080]
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。