CN107132239B - 一种医疗设备的准直系统及运动单元位置精度监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种医疗设备的准直系统及运动单元位置精度监测方法。准直系统包括执行组件、驱动执行组件沿导向机构运动的驱动组件以及用于监测执行组件运动位置精度的监测机构，监测机构包括位置反馈装置、开关组件、触发器及控制器，位置反馈装置与驱动组件连接；触发器用于触发开关组件，开关组件和触发器中的一个随执行组件运动，开关组件包括第一开关和第二开关，第一开关和第二开关均与触发器配合；控制器分别与第一开关、第二开关和位置反馈装置电连接，控制器用于接收第一开关、第二开关和位置反馈装置的反馈信号，以对执行组件运动位置精度进行监测。控制器将第二开关相对第一开关的位置反馈装置读数与标准值对比判断位置精度是否正常。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种医疗设备的准直系统及应用于该准直系统的运动单元位置精度监测方法。
背景技术
医疗器械行业涉及到医药、机械、电子、塑料等多个行业，是一个多学科交叉、知识密集、资金密集的高技术产业。随着国内外企业研发力量的快速提高，以及市场重心从高科技向普及型转移，对医疗器械的精度要求也越来越高。
计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)是一种通过X线束对人体的某一部分按一定厚度的层面进行扫描，将人体反射的射线信号通过计算机处理转化为图像的一种设备，CT设备包括X射线球管和探测器，X射线球管发出的X射线经过人体后被探测器探测到，计算机对探测到的数据信息进行处理和图像重建。为了控制X射线束的宽度和厚度，CT设备还包括切片系统，切片系统的切片上形成有供X射线束穿过的开口，在进行人体特定部位的扫描前，需要先驱动切片系统的开口部位运动至患者待扫描部位。因此为了保证扫描质量，必须保证驱动装置的驱动精度。
现有技术中的切片的绝对位置一般是通过带编码器反馈的电机和一个固定位置的零位开关得到的。首先要确定零点位置，驱动切片运动的电机旋转到零位开关位置或电机驱动切片运动到零位开关位置，并将此位置标记为零点位置；之后切片运动到的所有位置参数均是相对零点位置确定的。此种方法的缺点是，当零位开关信号受到电气干扰出现异常、或者编码器计数芯片失效、或者线缆老化断裂、又或者机械件零件长期运动磨损出现大间隙，就会导致切片的绝对位置的测量出现异常，无法实现预定的定位精度。
现有技术中的解决方法一般是再增加一套位置反馈系统。但这种反馈方式本身结构复杂，成本高，而且对环境要求也很严苛。
发明内容
本发明的第一目的在于提出一种能够检测运动单元的位置精度的医疗设备的准直系统。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种医疗设备的准直系统，包括执行组件、驱动所述执行组件沿导向机构运动的驱动组件以及用于监测所述执行组件运动位置精度的监测机构，所述监测机构包括：
位置反馈装置，所述位置反馈装置与驱动组件连接；
开关组件和和用于触发所述开关组件的触发器，所述开关组件和所述触发器中的一个随所述执行组件运动，其中，所述开关组件包括第一开关和第二开关，所述第一开关和所述第二开关均与所述触发器配合；
控制器，所述控制器分别与所述第一开关、所述第二开关和所述位置反馈装置电连接，所述控制器用于接收所述第一开关、第二开关和所述位置反馈装置的反馈信号，以对所述执行组件运动位置精度进行监测。
其中，所述开关组件和所述触发器中的任一个连接于所述执行组件、另一个邻近设置于所述导向机构侧旁，且所述开关组件被布置为能够与所述触发器按照不同的顺序相配合。
其中，所述驱动组件包括传动组件和电机，所述电机的输出轴与传动组件连接，所述传动组件与所述执行组件连接并带动所述执行组件沿所述导向机构运动，所述电机连接所述位置反馈装置。
其中，所述传动组件包括丝杠和螺母，所述丝杠与所述电机的输出轴通过联轴器连接，所述螺母与所述丝杠配合并与所述执行组件连接；或所述传动组件包括齿轮和齿条，所述齿轮与所述电机的输出轴连接，所述齿条与所述齿轮配合并与所述执行组件连接。
其中，所述开关组件为霍尔传感器，所述触发器为与所述霍尔传感器配合的磁片；或所述触发器和所述开关组件中一个为红外光电传感器发射端，另一个为红外光电传感器接收端；或所述触发器为遮挡片，所述开关组件包括相对设置的红外光电传感器发射端和红外光电传感器接收端，所述触发器由所述红外光电传感器发射端和所述红外光电传感器接收端之间穿过。
其中，还包括极限位置开关及报警器，所述极限位置开关设置于所述导向机构的一侧并靠近所述导向机构的端部，所述极限位置开关和所述报警器均与所述控制器电连接，当触发器触发所述极限位置开关后，所述控制器向所述报警器发送报警信号。
其中，还包括限位装置，所述限位装置设置于所述导向机构的端部，所述限位装置用于防止所述执行组件脱离所述导向机构。
其中，所述限位装置包括限位块，所述限位块朝向所述导向机构的一侧设置有缓冲层。
其中，所述医疗设备为CT设备，所述执行组件为切片。
本发明的第二目的在于提出一种能够检测运动单元位置精度的监测方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种运动单元位置精度监测方法，包括：
S1：驱动组件驱动执行组件沿导向机构运动，带动触发器触发第一开关和第二开关；
S2：控制器以第一开关的触发位置为零点、以第二开关的触发位置为校验点，获取零点与校验点之间位置反馈装置读数的变化值；
S3：控制器将上述变化值与预存的零点与校验点之间位置反馈装置的读数变化的标准值进行比较，判断运动的位置精度是否正常。
其中，步骤S3具体包括：
若位置反馈装置读数的变化值与预设的标准值不同或超出预设的阀值范围，控制器记录获取的编码器的读数变化值并报警；若位置反馈装置读数的变化值与预设的标准值相同或未超出预设的阀值范围，控制器记录获取的位置反馈装置的读数变化值，驱动组件正常工作。
其中，步骤S3具体包括：
若位置反馈装置读数的变化值与预设的标准值不同或超出预设的阀值范围，重复步骤S1和步骤S2，控制器比较两次获得的位置反馈装置的读数变化值，若相同，则控制器报警；若不同，则重复步骤S1-步骤S3。
有益效果：本发明提供了一种医疗设备的准直系统及运动单元位置精度监测方法。医疗设备的准直系统包括执行组件、驱动所述执行组件沿导向机构运动的驱动组件，以及用于监测所述执行组件运动位置精度的监测机构，所述监测机构包括位置反馈装置、开关组件、触发器及控制器，所述位置反馈装置与驱动组件连接；触发器用于触发所述开关组件，所述开关组件和所述触发器中的一个随所述执行组件运动，其中，所述开关组件包括第一开关和第二开关，所述第一开关和所述第二开关均与所述触发器配合；所述控制器分别与所述第一开关、所述第二开关和所述位置反馈装置电连接，所述控制器用于接收所述第一开关、第二开关和所述位置反馈装置的反馈信号，以对所述执行组件运动位置精度进行监测。准直系统通电后，驱动组件首先驱动执行组件沿导向机构运动，使触发器分别触发第一开关和第二开关，以第一开关的位置为零点位置，控制器将第二开关相对零点位置的位置反馈装置读数与预设的标准值对比，判断执行组件的位置精度是否正常，从而防止由于第一开关信号异常、位置反馈装置反馈信号异常或机械部件长期磨损而导致的运动精度问题，保证了系统的安全性和稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的医疗设备的准直系统的俯视图；
图2是本发明实施例1提供的医疗设备的准直系统的结构示意图一；
图3是本发明实施例1提供的医疗设备的准直系统的结构示意图二；
图4是本发明实施例2提供的运动单元位置精度监测方法的流程图。
其中：
1、执行组件；11、触发器；
2、驱动组件；21、电机；221、丝杠；222、螺母；23、联轴器；
3、开关组件；31、第一开关；32、第二开关。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
如图1-图3所示，本实施例提供了一种医疗设备的准直系统，包括执行组件1、驱动执行组件1沿导向机构运动的驱动组件2以及用于监测执行组件1运动位置精度的监测机构，监测机构包括位置反馈装置、开关组件3、用于触发开关组件3的触发器11、以及控制器，位置反馈装置与驱动组件2连接，驱动组件2驱动执行组件1沿导向机构运动，导向机构可以固定在底座上；开关组件3包括第一开关31和第二开关32，开关组件3和触发器11中任一个可以随执行组件1运动，第一开关31和第二开关32与触发器11配合，使执行组件1沿导向机构运动时，触发器11可以触发第一开关31和第二开关32；控制器分别与第一开关31、第二开关32和位置反馈装置电连接，控制器用于接收开关组件3和位置反馈装置的反馈信号，以对执行组件1的运动位置精度进行监测。
开关组件3和触发器11中的任一个可以连接于执行组件1以便随执行组件1运动、另一个邻近设置于导向机构侧旁，只要使触发器11可以触发开关组件3即可，且开关组件3被布置为能够与触发器11按照不同的顺序相配合。触发器11可以先触发第一开关31，再触发第二开关32，也可以先触发第二开关32，再触发第一开关31，触发器11触发开关组件3的顺序不影响本实施例提供的准直系统的正常工作。选取开关组件3中任一个作为零位开关、另一个作为校验开关，以零位开关的触发位置为零点、校验开关的触发位置为校验点，控制器将校验点相对零点的位置反馈装置的读数的差值与预设的标准值进行对比，从而判断执行组件1的运动精度是否正常，从而防止现有技术中仅设置的零位开关信号异常、位置反馈装置反馈信号异常或机械部件长期磨损而导致的运动精度问题，保证了系统的安全性和稳定性。
本实施例中开关组件3邻近设置于导向机构的侧部，触发器11设置于执行组件1上，当执行组件1运动时带动触发器11移动，且第一开关31和第二开关32均在触发器11的运动轨迹上，从而保证触发器11在随执行组件1运动时可以触发第一开关31和第二开关32。第一开关31和第二开关32可以位于导向机构的一侧，也可以分别位于导向机构的两侧。当第一开关31和第二开关32位于导向机构的同一侧时，触发器11可以仅设置一个，第一开关31和第二开关32沿导向机构的延伸方向分布；当第一开关31和第二开关32分别位于导向机构的两侧时，执行组件1上需要设置两个触发器11，且第一开关31和第二开关32分别对应与一个触发器11配合。当然，也可以是开关组件3设置于执行组件1，触发器11设置于导向机构的侧部，工作原理与上述基本相同，此处不再赘述。
本实施例一个具体的实现方式中，导向机构为设置于底座上的导轨，第一开关31和第二开关32可以固定于导轨侧旁的底座上，且位于触发器11的运动路径上。
在本实施例中的执行组件1可以沿导向机构作直线运动，也可以作曲线运动，执行组件1的运动方式不影响准直系统中的监测机构正常工作，此处不作限制。
驱动组件2包括传动组件和电机21，电机21的输出轴与传动组件连接，传动组件与执行组件1连接并带动执行组件1沿导向机构运动，驱动组件2连接位置反馈装置。当准直系统通电后，驱动组件2首先驱动执行组件1沿导向机构运动，使触发器11分别触发第一开关31和第二开关32，以第一开关31的位置为零点，以第二开关32的位置为校验点，将零点与校验点间对应的位置反馈装置读数的变化值发送至控制器，控制器将上述变化值与预存的零点与校验点之间位置反馈装置的读数变化的标准值进行比较，判断执行组件1的位置精度是否正常，从而防止由于第一开关31信号异常、位置反馈装置反馈信号异常或机械部件长期磨损而导致的运动精度问题，保证了系统的安全性和稳定性。
其中，触发器11可以先触发第一开关31，再触发第二开关32，也可以先触发第二开关32后，再触发第一开关31，触发第一开关31和第二开关32对监测机构的判断结果无影响，只要读取零点和校验点之间位置反馈装置的读数的变化值即可。本实施例中位置反馈装置可以为编码器、旋转变压器、光栅尺或电位器等，只要可以得到零点和校验点之间测量数据的变化值即可判断执行组件1的位置精度是否正常。
具体而言，位置反馈装置为编码器，电机21可以选取为带有编码器的电机，也可以是将电机与编码器连接。以下以执行组件1沿导向机构作直线运动为例具体分析，本实施例中的传动组件可以包括丝杠221和螺母222，丝杠221与电机21的输出轴通过联轴器23连接，螺母222与丝杠221配合并与执行组件1连接；本实施例另一种具体实现方式中，传动组件包括齿轮和齿条，齿轮与电机21的输出轴连接，齿条与齿轮配合并与执行组件1连接。传动组件也可以是其它结构，只要可以将电机21的转动转化为直线运动，从而带动执行组件1沿导向机构运动即可。
本实施例其他具体实现方式中，采用其他位置反馈装置，比如与电机相配合的旋转变压器、电位器等，或者是光栅尺传感器。其中，该光栅尺传感器包括光栅尺和与光栅尺配合使用的读头，读头设置于执行组件1，光栅尺设置于导向机构所在的底座上，且平行于导向机构设置。只要可以反馈触发器11触发第一开关31和第二开关32时执行组件1的位置即可，本实施例对于所采用的位置反馈装置的具体类型不做限定。
开关组件3中的第一开关31和第二开关32可以为霍尔传感器，触发器11可以为与霍尔传感器配合的磁片，当触发器11触发第一开关31或第二开关32时，第一开关31和第二开关32分别向控制器发送信号，以位置反馈装置为与电机配合使用的编码器为例，控制器以第一开关31的位置为零点位置，并将触发器11触发第二开关32时编码器读数发送至控制器，控制器将编码器读数与控制器内存储的标准值或阈值范围进行比较，当控制器接收到的触发器11触发第二开关32时编码器读数的变化值与标准值出现差异或超出阈值范围时，执行组件1的位置精度已经不能满足使用需求，此时控制器将记录触发器11触发第二开关32时编码器读数，并报警，通知工作人员及时维修处理；当控制器接收到的触发器11触发第二开关32时编码器读数与标准值相同或位于阈值范围内时，执行组件1的位置精度能够满足使用需求，此时驱动组件2将驱动执行组件1继续工作。根据比较结构判断当前执行组件1的位置精度是否准确，从而避免出现位置精度异常的现象。
触发器11和开关组件3也可以通过红外光电传感工作，例如触发器11为红外光电传感器发射端，开关组件3中的第一开关31和第二开关32为红外光电传感器接收端，当触发器11运动至开关组件3位置时，将触发相应的开关；触发器11还可以是遮挡片，开关组件3中的第一开关31和第二开关32均包括相对设置的红外光电传感器发射端和红外光电传感器接收端，触发器11由红外光电传感器发射端和红外光电传感器接收端之间通过，遮挡开关组件3之间的信号，从而向控制器反馈信号。当然，也可以是触发器11为红外光电传感器接收端、开关组件3为红外光电传感器发射端，此处不作限制。
在此基础上，本实施例提供的监测机构还包括极限位置开关和报警器，极限位置开关可以设置于导向机构的一侧并靠近导向机构的端部，极限位置开关和报警器均与控制器电连接，当触发器11触发极限位置开关后，控制器向报警器发送报警信号，以防止执行组件1继续沿导向机构运动后与导向机构脱离，反之出现事故，提高执行组件1的安全性。
为进一步防止执行组件1与导向机构脱离，监测机构还包括限位装置，限位装置设置于导向机构的端部，将执行组件1限制在直线轨道内，防止执行组件1脱离导向机构。限位装置可以为设置在导向机构端部的限位块，限位块朝向导向机构的一侧还可以设置有缓冲层，防止执行组件1与限位块碰撞损坏。
本实施例提供的准直系统可以为CT设备中的切片系统，执行组件1为切片系统中的切片，该切片的开口限定X射束的厚度。利用监测机构可以判断切片系统的切片运动精度是否正常，从而保证切片的开口部位可以准确地运动至患者的待扫描部位，从而保证CT设备的扫描质量。本实施例提供的准直系统也可以为其他医疗设备中的准直系统，例如可以为放疗设备中的准直系统，执行组件1为准直系统中用于限定射束形状的叶片。
实施例2
如图4所示，本实施例提供了一种应用于实施例1中的准直系统的运动单元位置精度监测方法，包括：
S1：驱动组件2驱动执行组件1沿导向机构运动，带动触发器11触发第一开关31和第二开关32；
S2：控制器以第一开关31的触发位置为零点、以第二开关32的触发位置为校验点，获取零点与校验点之间位置反馈装置读数的变化值；
S3：控制器将上述变化值与预存的零点与校验点之间位置反馈装置的读数变化的标准值进行比较，判断运动的位置精度是否正常。
本实施例中位置反馈装置可以为编码器、旋转变压器、光栅尺或电位器等，只要可以得到零点和校验点之间测量数据的变化值即可判断执行组件1的位置精度是否正常。本实施例将以位置反馈装置为编码器为例具体分析。
若编码器读数的变化值与预设的标准值不同或超出预设的参数范围，则执行组件1的位置精度已经不能满足使用需求，控制器记录获取的编码器的读数变化值并报警，通知工作人员及时维修处理；若编码器读数的变化值与预设的标准值相同或未超出预设的参数范围，执行组件1的位置精度能够满足使用需求，控制器记录获取的编码器的读数变化值，驱动组件2正常工作。根据比较结果判断当前执行组件1的位置精度是否准确，从而避免出现位置精度异常的现象。控制器将记录每次校验时获取的编码器读数的变化值，以备工作人员查询。
为避免因偶然因素引起的编码器读数不准确而造成的误判，当零点与校验点之间编码器读数的变化值与预设的标准值不同或超出预设的参数范围时，可以重复步骤S1和步骤S2，重新获得新的编码器读数的变化值，并比较两次获得的编码器的读数变化值，若相同，则说明监测结果准确，执行组件1的位置精度确实不能满足使用需求，控制器报警，执行组件1停止工作；若两次获得的编码器的读数变化值不同，说明某一次的监测结果不准确，此时可以重复上述步骤，再次获得新的编码器读数的变化值，重新对比编码器的读数变化值和预设的标准值，判断执行组件1的位置精度是否正常。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种医疗设备的准直系统，包括执行组件(1)、驱动所述执行组件(1)沿导向机构运动的驱动组件(2)以及用于监测所述执行组件(1)运动位置精度的监测机构，其特征在于，所述监测机构包括：
位置反馈装置，所述位置反馈装置与驱动组件(2)连接；
开关组件(3)和用于触发所述开关组件(3)的触发器(11)，所述开关组件(3)和所述触发器(11)中的一个随所述执行组件(1)运动，其中，所述开关组件(3)包括第一开关(31)和第二开关(32)，所述第一开关(31)和所述第二开关(32)均与所述触发器(11)配合，所述第一开关(31)和所述第二开关(32)中的一个作为零位开关，另一个作为校正开关；以及
控制器，所述控制器分别与所述第一开关(31)、所述第二开关(32)和所述位置反馈装置电连接，所述控制器用于接收所述第一开关(31)、第二开关(32)和所述位置反馈装置的反馈信号，所述控制器根据所述位置反馈装置在所述第一开关(31)和所述第二开关(32)之间读数的变化值与预存的读数变化的标准值进行比较，以对所述执行组件(1)运动位置精度进行监测。
2.根据权利要求1所述的准直系统，其特征在于，所述开关组件(3)和所述触发器(11)中的任一个连接于所述执行组件(1)、另一个邻近设置于所述导向机构侧旁，且所述开关组件(3)被布置为能够与所述触发器(11)按照不同的顺序相配合。
3.如权利要求1所述的准直系统，其特征在于，所述驱动组件(2)包括传动组件和电机(21)，所述电机(21)的输出轴与传动组件连接，所述传动组件与所述执行组件(1)连接并带动所述执行组件(1)运动，所述电机(21)连接所述位置反馈装置。
4.如权利要求3所述的准直系统，其特征在于，所述传动组件包括丝杠(221)和螺母(222)，所述丝杠(221)与所述电机(21)的输出轴通过联轴器(23)连接，所述螺母(222)与所述丝杠(221)配合并与所述执行组件(1)连接；或所述传动组件包括齿轮和齿条，所述齿轮与所述电机(21)的输出轴连接，所述齿条与所述齿轮配合并与所述执行组件(1)连接。
5.如权利要求1-4任一项所述的准直系统，其特征在于，所述开关组件(3)为霍尔传感器，所述触发器(11)为与所述霍尔传感器配合的磁片；或所述触发器(11)和所述开关组件(3)中一个为红外光电传感器发射端，另一个为红外光电传感器接收端；或所述触发器(11)为遮挡片，所述开关组件(3)包括相对设置的红外光电传感器发射端和红外光电传感器接收端，所述触发器(11)由所述红外光电传感器发射端和所述红外光电传感器接收端之间穿过。
6.如权利要求1-4任一项所述的准直系统，其特征在于，还包括极限位置开关及报警器，所述极限位置开关设置于所述导向机构的一侧并靠近所述导向机构的端部，所述极限位置开关和所述报警器均与所述控制器电连接，当触发器(11)触发所述极限位置开关后，所述控制器向所述报警器发送报警信号。
7.如权利要求1-4任一项所述的准直系统，其特征在于，所述医疗设备为CT设备，所述执行组件(1)为切片。
8.一种运动单元位置精度监测方法，其特征在于，包括：
S1：驱动组件(2)驱动执行组件(1)沿导向机构运动，带动触发器(11)触发第一开关(31)和第二开关(32)；
S2：控制器以第一开关(31)的触发位置为零点、以第二开关(32)的触发位置为校验点，获取零点与校验点之间位置反馈装置读数的变化值；
S3：控制器将上述变化值与预存的零点与校验点之间位置反馈装置的读数变化的标准值进行比较，判断运动的位置精度是否正常。
9.如权利要求8所述的监测方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
若位置反馈装置读数的变化值与预设的标准值不同或超出预设的阀值范围，控制器记录获取的编码器的读数变化值并报警；若位置反馈装置读数的变化值与预设的标准值相同或未超出预设的阀值范围，控制器记录获取的位置反馈装置的读数变化值，驱动组件(2)正常工作。
10.如权利要求8所述的监测方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
若位置反馈装置读数的变化值与预设的标准值不同或超出预设的阀值范围，重复步骤S1和步骤S2，控制器比较两次获得的位置反馈装置的读数变化值，若相同，则控制器报警；若不同，则重复步骤S1-步骤S3。
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