用于多自由度放疗模拟治疗床的控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于多自由度放疗模拟治疗床的控制系统，包括电控柜内的控制子系统、电机驱动子系统与电流传感器，集成于治疗床内的五个伺服电机及其配套的编码器、制动器、离合器和安装在治疗床运动导轨上用于极限位置限制的行程开关，放置于控制室内的上位机、操作台。其有益效果是：采用五个交流伺服电机来驱动五个自由度的运动机构，结合MCU内嵌控制程序算法，实现治疗床在升降、回转、横向或纵向移动、倾斜转动过程中的同步独立控制，有效提高治疗床定位的准确性和定位精度，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。

The control system of the simulated treatment bed for MDOF radiotherapy

【技术实现步骤摘要】
用于多自由度放疗模拟治疗床的控制系统
本专利技术涉及治癌过程中运用的医疗设备，特别是一种用于多自由度放疗模拟治疗床的控制系统。
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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于多自由度放疗模拟治疗床的控制系统，包括电控柜内的控制子系统、电机驱动子系统与电流传感器，集成于治疗床内的五个伺服电机及其配套的编码器、制动器、离合器和安装在治疗床运动导轨上用于极限位置限制的行程开关，放置于控制室内的上位机、操作台，由市电经电控柜内的电机驱动子系统后为五个伺服电机及其配套设备、控制子系统和控制室内设备提供所需电能，控制子系统接收控制室发出的控制指令并结合各运动机构状态检测值进行处理和运算，根据运算结果发送控制信号给电机驱动子系统以对五个伺服电机的驱动、调速、制动进行控制，进而实现治疗床五个自由度的运动控制；其特征在于：治疗床的横向、纵向、升降、回转、倾斜运动机构分别...

【技术特征摘要】
1.一种用于多自由度放疗模拟治疗床的控制系统，包括电控柜内的控制子系统、电机驱动子系统与电流传感器，集成于治疗床内的五个伺服电机及其配套的编码器、制动器、离合器和安装在治疗床运动导轨上用于极限位置限制的行程开关，放置于控制室内的上位机、操作台，由市电经电控柜内的电机驱动子系统后为五个伺服电机及其配套设备、控制子系统和控制室内设备提供所需电能，控制子系统接收控制室发出的控制指令并结合各运动机构状态检测值进行处理和运算，根据运算结果发送控制信号给电机驱动子系统以对五个伺服电机的驱动、调速、制动进行控制，进而实现治疗床五个自由度的运动控制；其特征在于：治疗床的横向、纵向、升降、回转、倾斜运动机构分别由一个带编码器的伺服电机驱动以实现治疗床的多自由度运动，为避免各运动机构之间的相互关联影响，在横向、纵向驱动伺服电机与运动机构之间设置离合器，横向、纵向、升降、回转运动机构的导轨极限位置均安装有行程开关以保证治疗床在姿态调整过程中的安全，治疗床姿态调整完成后通过五个制动器锁定对应的运动机构以保持治疗床姿态，系统所用制动器、离合器均为电磁式；控制子系统用于接收控制室发出的控制指令，采集电流传感器、编码器、行程开关的信号，经预处理后由内嵌控制算法程序进行运算得到控制输出并发送给电机驱动子系统；电机驱动子系统通过市电提供系统所需工作电源，根据控制子系统传输的控制信号执行各伺服电机的驱动、调速、停止控制和制动器、离合器的控制；放疗模拟治疗床的五个自由度中，升降运动、回转运动、横向或纵向运动、倾斜运动相互独立，但横向运动与纵向运动相互关联，需通过离合器控制来进行选择性调整；放疗模拟治疗床在姿态调整过程中，首先由上位机根据放疗模拟任务进行规划决策得到控制指令并发送给控制子系统，控制子系统结合各运动机构检测值经内嵌控制算法程序后输出控制信号到电机驱动子系统，然后电机驱动子系统控制制动器松开，接着同步进行治疗床的升降、回转、横向或纵向、倾斜的姿态调整，有效降低各个电机之间存在的耦合性，提高治疗床调节的自由度和定位精度，实现病灶部位和治疗辐射野位置的精确定位，使治疗所需的射野形状、靶区中心处于最佳，减少患者重要器官对辐射剂量的吸收。


2.根据权利要求1所述的用于多自由度放疗模拟治疗床的控制系统，其特征在于：所述控制子系统以内部集成有ADC、PWM、正交编码脉冲单元QEP、I/O口、SCI接口的MCU为核心，外围设置有3个光隔输入电路、2个信号调理电路、光隔输入输出电路、通信接口、用于治疗床运行失控或设备故障警示的报警电路，由电机驱动子系统提供DC5V工作电源；控制室内的上位机经通信接口与MCU内的SCI接口连接，控制室内操作台上按键开关通过光隔输入3电路与MCU内的I/O口连接、摇杆装置通过信号调理2电路与MCU内的ADC连接，控制系统具有通过操作台上按键开关切换的自动、手动控制功能，手动控制由操作台上按键开关与摇杆装置配合给控制子系统内MCU发送操作指令来完成，用于治疗床检修调试、掉电后手动归位、粗调的控制，手动控制由上位机根据放疗模拟任务经通信接口向控制子系统内MCU发送操作指令来自动执行；光隔输入1电路向MCU内的I/O口接入治疗床各运动机构上的行程开关信号，用于运动机...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄采伦，朱俊玮，田勇军，张凯旋，易雄胜，黄华曦，张钰杰，戴长城，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43