[發明專利]一種任意曲面放射治療床系統

有效

• 申請號: 201910001501.4
• 申請日: 2019-01-02
• 公開（公告）號: CN109621234B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 楊榮騫;鮑凱揚;鄭凌翔;李春田
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: A61N5/10
• 分類號: A61N5/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

1.一種任意曲面放射治療床系統，包括上位機軟件、下位機控制系統和治療床體，其特征在于：所述治療床體是由若干升降電機模組拼裝而成的立體機動裝置，經上位機軟件和下位機控制系統聯合控制后，該治療床體頂部能夠形變出任意曲面；

所述上位機軟件具有圖形用戶界面，方便操作，其包括以下功能模塊：

醫學圖像三維重建顯示模塊，用于將同一序列號的單張醫學圖像切片重建成三維立體圖形，然后提取該立體圖形的表面，并將體表面顯示于立體圖形顯示窗口；

立體圖像位姿調整模塊，用于在立體圖像顯示窗口內調整重建好的立體圖形位姿，位姿調整方向及方式包括：±x軸、±y軸、±z軸平移以及繞任意軸的順、逆時針旋轉；

電機模組上升路徑計算模塊，用于計算立體圖形顯示窗口中虛擬床體平面中每臺電機模組平頂的幾何中心到三維立體圖形表面的距離，并在圖形窗口中顯示出每臺電機模組平頂的幾何中心到三維立體圖形表面的垂線段；

串口通訊模塊，用于將計算好的虛擬床體平面中每臺電機模組平頂的幾何中心到三維立體圖形表面的距離數據通過串口通信方式發送給下位機控制系統；

通過上位機軟件的圖形用戶界面提示操作鼠標，將醫學圖像數據三維可視化顯示出來和計算出治療床體形變所需的相關數據并下發給下位機控制系統。

2.根據權利要求1所述的一種任意曲面放射治療床系統，其特征在于：所述下位機控制系統置于治療床體下方，由開關電源模塊、控制電路模塊、線性電源模塊以及電機驅動電路模塊組成；所述開關電源模塊能夠輸入220V交流電壓，輸出24V直流電壓，此24V直流電壓分別接入線性電源模塊的輸入端和電機驅動電路模塊的電機驅動電平引腳，獲得為主控MCU供電的3.3V穩定電壓和為電路中其它芯片供電的5V穩定電壓以及用來驅動電機的24V直流電壓；使用多路獨立PWM波信號對電機獨立控制；所述控制電路模塊采用了多片能夠輸出頻率可調的PWM波的MCU進行控制操作，并區分主、從部MCU，主部MCU同時負責與PC端上位機的數據通信和與從部MCU間的串口數據通信，數據通信內容包括床體形變所需的每臺電機模組上的滑塊運動距離；從部MCU只負責和主、從部MCU間的數據通信，PC端上位機與主、從部MCU之間的通信方式皆為串口通信，將MCU的多路PWM波輸出信道接入每一臺電機模組對應的電機驅動芯片的輸入信號引腳，從而實現對每一臺電機模組的獨立控制；所述電機驅動電路模塊由多塊電機驅動芯片構成，每一塊驅動芯片及其外圍電路構成一臺電機模組的驅動模塊，驅動模塊數量與電機模組數量一致，驅動模塊集中布局于電機模組的正下方，每個驅動模塊正上方即對應一臺電機模組，方便接口連接。

3.根據權利要求1所述的一種任意曲面放射治療床系統，其特征在于：所述電機模組包括步進電機、螺桿、推桿、滑塊、支撐塊及帶有直線導軌的滑臺，所述滑臺垂直安裝在鐵質框架中，所述螺桿安裝在滑臺上，并與直線導軌平行，所述滑塊套裝在螺桿上，由步進電機帶動螺桿旋轉，進而帶動滑塊在直線導軌上上下滑動，所述支撐塊通過推桿與滑塊連接，位于滑塊的上方，并外伸出鐵質框架頂部，在滑塊的帶動下實現支撐塊的位移變化，進而使得治療床體的所有電機模組的支撐塊能夠一起形成精準放射治療所需的擺位曲面；所述電機模組能夠完成1自由度的高精度直線運動，將多個電機模組按m×n方陣豎直整齊排列，并通過螺絲固定于鐵質框架內部的頂面留有的裝配孔上；其中，m為治療床體俯視圖中較長一邊的電機模組個數，n為治療床體俯視圖中較短一邊的電機模組個數，使治療床體形成貼合度盡可能高的任意曲面；

初始狀態時，每臺電機模組上的滑塊運動距離均為0mm，從而整個床體呈現出一個平面，待上位機軟件調整設置好并計算出每臺電機模組需要運動的距離后，下位機控制系統接收數據并控制每臺電機模組的滑塊上升到指定的距離，由此形成精準放射治療所需的擺位曲面。