基于多伺服控制的放疗模拟治疗床制造技术

本发明专利技术公开了一种基于多伺服控制的放疗模拟治疗床，包括

Radiotherapy simulation treatment bed based on multi servo control

【技术实现步骤摘要】
基于多伺服控制的放疗模拟治疗床
本专利技术涉及一种用于放射治疗过程中的模拟治疗设备，特别是基于多伺服控制的放疗模拟治疗床。
技术介绍
恶性肿瘤是威胁人类健康的主要疾病之一，癌症仍是导致死亡的第一疾病。放射治疗肿瘤的方法已经成为治疗肿瘤的最重要手段之一。在治疗肿瘤的过程当中，癌症治疗床具有高精度是治愈癌症病人的前提。精确放疗是在治疗机上执行的一种全新的肿瘤放疗技术。随着肿瘤发病率的增加，已经有很多专家学者对有关治疗癌症的课题进行了深入的研究，癌症治疗床就是其中之一。我国每百万人口所拥有的癌症治疗床台数远远小于发达国家，治疗床作为承载病人的机械工具，只有足够高精度的治疗床，才可使治疗达到预期效果，如今已步入“精确放疗的时代”，治疗床的高精度是保证肿瘤治疗效果的关键因素，而精确放疗用治疗床会达到更好的治疗效果。中国每年新发癌症患者超过220万，约占全球癌症发病率的20.3%，有很多癌症患者需要被治疗。在治癌过程中，治疗床是影响治癌的一个关键环节，它的升降机构包括多种形式，例如剪叉式、顶升式、机械臂式等，其中剪叉式在放疗模拟机治疗床中应用是最多的，而且也是非常常用的一种机械结构形式并应用在多种场合的升降装置，因为它在高空作业和承载能力方面具有独特的优势。虽然剪叉式机构有很多优点，但在使用过程中的安全性是最不允许被忽视的，且提高剪叉机构稳定性是保证其安全性的一个前提条件。放疗模拟机中的剪叉式治疗床是承载特殊群体的装置，使得特殊群体可在有效的射野范围内得到治疗，这将使得在模拟放疗过程中对对剪叉式治疗床的控制精度、平稳性和安全性有很高的要求，特别是对射野形状大小、靶区中心的定位精度和重复定位精度要求更为严格。因为在放疗过程中被照射的病灶部位和治疗辐射野的位置和大小误差过大，将会增加重要器官吸收剂量。现有对放疗模拟治疗床的研究主要集中在对机械结构改进和、升降机构组件控制、运动过程分析等方面，而缺乏对治疗床整体控制的研究。然而在治疗过程中对病灶部位和辐射野区域、位置的精准确定需要治疗床整体运动才能实现最精准的定位，对执行电机和控制MCU的选择都将对治疗床控制稳定性、定位准确性以及后期设备维修提供便利。
技术实现思路
为了克服现有放疗模拟治疗床在定位精准度方面的不足，本专利技术公开了一种基于多伺服控制的放疗模拟治疗床。本专利技术的技术方案是：一种基于多伺服控制的放疗模拟治疗床，包括x向移动机构（Ⅰ）、y向移动机构（Ⅱ）、z向升降机构（Ⅲ）、旋转机构（Ⅳ）、治疗床床板（Ⅴ）、治疗床下支撑架（Ⅵ）六个部分，由驱动电源提供电能，上位机经CAN总线连接x向伺服驱动器、y向伺服驱动器、z向伺服驱动器、旋转伺服驱动器以实现对x向移动机构（Ⅰ）、y向移动机构（Ⅱ）、z向升降机构（Ⅲ）、旋转机构（Ⅳ）的并行控制，从而实现对治疗床床板（Ⅴ）的精准控制；其中，x向伺服驱动器与x向伺服电机（1-1）、用于速度检测和移动定位的x向伺服电机编码器（1-2）、用于移动超出安全范围保护的x向下限位行程开关（1-3）和x向上限位行程开关（1-4）之间通过导线连接，实现x向移动机构（Ⅰ）的移动控制、定位检测、安全保护；y向伺服驱动器与y向伺服电机（2-1）、用于速度检测和移动定位的y向伺服电机编码器（2-2）、用于移动超出安全范围保护的y向下限位行程开关（2-3）和y向上限位行程开关（2-4）之间通过导线连接，实现y向移动机构（Ⅱ）的移动控制、定位检测、安全保护；z向伺服驱动器与z向伺服电机（3-1）、用于速度检测和移动定位的z向伺服电机编码器（3-2）、用于移动超出安全范围保护的z向下限位行程开关（3-3）和z向上限位行程开关（3-4）之间通过导线连接，实现z向移动机构（Ⅲ）的移动控制、定位检测、安全保护；旋转伺服驱动器与旋转伺服电机（4-1）、用于转速检测和旋转定位的旋转伺服电机编码器（4-2）、用于旋转超出安全范围保护的旋转顺时针限位行程开关（4-3）和旋转逆时针限位行程开关（4-4）之间通过导线连接，实现旋转机构（Ⅳ）的旋转控制、定位检测、安全保护；上位机根据病灶部位在治疗床床板（Ⅴ）的实际坐标、结合辐射野区域坐标按误差最小原则计算得出控制量，经CAN总线发送到x向伺服驱动器、y向伺服驱动器、z向伺服驱动器、旋转伺服驱动器，控制x向移动机构（Ⅰ）、y向移动机构（Ⅱ）、z向升降机构（Ⅲ）、旋转机构（Ⅳ）按所给控制指标并行运动，实现病灶部位和治疗辐射野区域的最小误差重合，使治疗所需的射野形状、靶区中心处于最佳，最大限度地减少患者重要器官对辐射剂量的吸收。在本专利技术中，所述的放疗模拟治疗床以治疗床下支撑架（Ⅵ）作为整体支撑，旋转伺服电机（4-1）、圆形转动导轨（4-7）与治疗床下支撑架（Ⅵ）同中心并紧固于治疗床下支撑架（Ⅵ）上，圆形转动导轨（4-7）与圆形转动盘（4-8）采用多滚珠滚动连接，旋转驱动杆（4-6）连接于圆形转动盘（4-8）的中心位置，旋转伺服电机（4-1）通过旋转轴减速器（4-5）与旋转驱动杆（4-6）机械连接，以驱动圆形转动盘（4-8）的旋转来实现放疗模拟治疗床的整体旋转；圆形转动盘（4-8）与剪叉支撑板（3-11）紧固成一体，z向伺服电机（3-1）、z向运动导轨（3-7）固定于剪叉支撑板（3-11）之上，剪叉固定支撑架（3-9）与剪叉活动支撑架（3-10）在交叉处设置有活动关节，剪叉固定支撑架（3-9）的上端固定于x向运动导轨（1-7）的下部、下端固定于z向运动导轨（3-7）的上部，剪叉活动支撑架（3-10）的上端固定于x向运动导轨（1-7）的下部、下端为置于z向运动导轨（3-7）内的z向滑动杆（3-8），z向滑动杆（3-8）与z向驱动杆（3-6）机械连接，z向伺服电机（3-1）通过z向联轴器（3-5）与z向驱动杆（3-6）机械连接，以启动z向滑动杆（3-8）在z向运动导轨（3-7）内水平运动，再通过剪叉支撑架转换为治疗床床板（Ⅴ）的升降运动，从而实现治疗床床板（Ⅴ）在z向的位置调节；治疗床床板（Ⅴ）的一边与y向滑动杆（2-8）固定连接、一边与y向运动导轨（2-7）滑动连接，y向滑动杆（2-8）与y向驱动杆（2-6）机械连接，y向伺服电机（2-1）通过y向联轴器（2-5）与y向驱动杆（2-6）机械连接，以实现治疗床床板（Ⅴ）在y向的位置调节；y向运动导轨（2-7）的左边与x向滑动杆（1-8）固定连接、右边与x向运动导轨（1-7）滑动连接，x向滑动杆（1-8）与x向驱动杆（1-6）机械连接，x向伺服电机（1-1）通过x向联轴器（1-5）与x向驱动杆（1-6）机械连接，以实现治疗床床板（Ⅴ）在x向的位置调节。在本专利技术中，所述x向伺服驱动器、y向伺服驱动器、z向伺服驱动器、旋转伺服驱动器采用相同的伺服驱动器，该伺服驱动器以内部集成有ADC、PWM、I/O口、正交编码脉冲电路、CAN接口的MCU为核心，外围设置有整流滤波电路、DC/DC模块、逆变与驱动模块、电压检测电路、电流检测电路、输出光隔电路、输入光隔电路、速度与位置检测电路、限位行程开关检测电路，通过CAN总线、CAN通信适配器与上位机连接；交流电源AC220V整流滤波电路后得到+300V直流电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多伺服控制的放疗模拟治疗床，包括

【技术特征摘要】
1.一种基于多伺服控制的放疗模拟治疗床，包括x向移动机构（Ⅰ）、y向移动机构（Ⅱ）、z向升降机构（Ⅲ）、旋转机构（Ⅳ）、治疗床床板（Ⅴ）、治疗床下支撑架（Ⅵ）六个部分，由驱动电源提供电能，上位机经CAN总线连接x向伺服驱动器、y向伺服驱动器、z向伺服驱动器、旋转伺服驱动器以实现对x向移动机构（Ⅰ）、y向移动机构（Ⅱ）、z向升降机构（Ⅲ）、旋转机构（Ⅳ）的并行控制，从而实现对治疗床床板（Ⅴ）的精准控制；其特征在于：x向伺服驱动器与x向伺服电机（1-1）、用于速度检测和移动定位的x向伺服电机编码器（1-2）、用于移动超出安全范围保护的x向下限位行程开关（1-3）和x向上限位行程开关（1-4）之间通过导线连接，实现x向移动机构（Ⅰ）的移动控制、定位检测、安全保护；y向伺服驱动器与y向伺服电机（2-1）、用于速度检测和移动定位的y向伺服电机编码器（2-2）、用于移动超出安全范围保护的y向下限位行程开关（2-3）和y向上限位行程开关（2-4）之间通过导线连接，实现y向移动机构（Ⅱ）的移动控制、定位检测、安全保护；z向伺服驱动器与z向伺服电机（3-1）、用于速度检测和移动定位的z向伺服电机编码器（3-2）、用于移动超出安全范围保护的z向下限位行程开关（3-3）和z向上限位行程开关（3-4）之间通过导线连接，实现z向移动机构（Ⅲ）的移动控制、定位检测、安全保护；旋转伺服驱动器与旋转伺服电机（4-1）、用于转速检测和旋转定位的旋转伺服电机编码器（4-2）、用于旋转超出安全范围保护的旋转顺时针限位行程开关（4-3）和旋转逆时针限位行程开关（4-4）之间通过导线连接，实现旋转机构（Ⅳ）的旋转控制、定位检测、安全保护；上位机根据病灶部位在治疗床床板（Ⅴ）的实际坐标、结合辐射野区域坐标按误差最小原则计算得出控制量，经CAN总线发送到x向伺服驱动器、y向伺服驱动器、z向伺服驱动器、旋转伺服驱动器，控制x向移动机构（Ⅰ）、y向移动机构（Ⅱ）、z向升降机构（Ⅲ）、旋转机构（Ⅳ）按所给控制指标并行运动，实现病灶部位和治疗辐射野区域的最小误差重合，使治疗所需的射野形状、靶区中心处于最佳，最大限度地减少患者重要器官对辐射剂量的吸收。


2.根据权利要求1所述的基于多伺服控制的放疗模拟治疗床，其特征在于：所述的放疗模拟治疗床以治疗床下支撑架（Ⅵ）作为整体支撑，旋转伺服电机（4-1）、圆形转动导轨（4-7）与治疗床下支撑架（Ⅵ）同中心并紧固于治疗床下支撑架（Ⅵ）上，圆形转动导轨（4-7）与圆形转动盘（4-8）采用多滚珠滚动连接，旋转驱动杆（4-6）连接于圆形转动盘（4-8）的中心位置，旋转伺服电机（4-1）通过旋转轴减速器（4-5）与旋转驱动杆（4-6）机械连接，以驱动圆形转动盘（4-8）的旋转来实现放疗模拟治疗床的整体旋转；圆形转动盘（4-8）与剪叉支撑板（3-11）紧固成一体，z向伺服电机（3-1）、z向运动导轨（3-7）固定于剪叉支...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小明，黄采伦，朱俊玮，
申请(专利权)人：吴小明，
类型：发明
国别省市：湖南;43