CN105011957A - X射线影像设备、靶区成像系统及靶区成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X射线影像设备、靶区成像系统及靶区成像方法，其中X射线影像设备包括X射线影像机体、机器人平台和移动平台，机器人平台的下端端部连接于移动平台上，机器人平台上端端部与X射线影像机体连接；所述X射线影像机体包括弧形臂和设置于弧形臂上的两套X射线影像装置，每套X射线影像装置包括一个X射线源和与该X射线源对应设置的一个X射线平板探测器，所述X射线源通过X射线源支架安装于弧形臂上，所述X射线平板探测器通过X射线平板探测器支架安装于弧形臂上。本发明可以实现二维、三维等多种方式成像，并且提高了成像操作的灵活性。

Description

X射线影像设备、靶区成像系统及靶区成像方法

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种X射线影像设备、靶区成像系统及靶区成像方法。

背景技术

影像设备对于医生而言，犹如眼睛对于人体的功能。在精准医学发展的背景下，各类先进的影像设备层出不穷。而纵观各类影像设备的技术发展，重点着眼于两个方面：(1)改变影像成像的介质，提高成像质量。如超声影像、X射线影像、核磁影像等。(2)提高成像系统支撑装置的灵活性或成像方式的灵活性，从而提高影像设备的成像空间和成像范围。

而现有的X射线影像设备还多为采用了一个X射线源和一个X射线平板探测器的C臂影像系统，其成像方式以单平面成像较为常见。用于放射治疗系统中的C臂影像系统，主要的目的在于对患者进行摆位引导或者定位、靶区追踪，因此，C臂系统的等中心要求的定位精度较高，要求的成像的质量要好。于是，部分厂家和单位提出了采用机器人技术与C臂影像系统结合的机器人C臂影像系统。如专利CN103417229B，提出了一种具有并联结构的X射线成像机器人，但该方案中只有一套影像系统，即一个X射线源和一个X射线平板探测器，成像方式的灵活性并没有得到提高，且并联机构的控制等问题相比于串联机器人也较为复杂；此外，该方案C臂自转运动的实现是通过圆弧轨道的方式实现，为了保证等中心的精度，圆弧轨道的精度要求会比较高。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种X射线影像设备、靶区成像系统及靶区成像方法，可以实现二维、三维等多种方式成像，并且提高了成像操作的灵活性。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种X射线影像设备，包括X射线影像机体、机器人平台和移动平台，机器人平台的下端端部连接于移动平台上，机器人平台上端端部与X射线影像机体连接；所述X射线影像机体包括弧形臂和设置于弧形臂上的两套X射线影像装置，每套X射线影像装置包括一个X射线源和与该X射线源对应设置的一个X射线平板探测器，所述X射线源通过X射线源支架安装于弧形臂上，所述X射线平板探测器通过X射线平板探测器支架安装于弧形臂上；所述机器人平台具有六个旋转关节，用于对X射线影像机体的高度、方位、倾斜度调节。

为了更好地实现本X射线影像设备，所述两套X射线影像装置包括第一套X射线影像装置和第二套X射线影像装置，第一套X射线影像装置的X射线源设置于弧形臂中心线的一侧，第一套X射线影像装置的X射线平板探测器设置于弧形臂中心线的另一侧；第二套X射线影像装置的X射线源设置于弧形臂中心线的一侧，第二套X射线影像装置的X射线平板探测器设置于弧形臂中心线的另一侧；所述第一套X射线影像装置的X射线源与第一套X射线影像装置的X射线平板探测器之间的连线与第二套X射线影像装置的X射线源与第二套X射线影像装置的X射线平板探测器之间的连线相互垂直。

本X射线影像设备优选的X射线影像机体与机器人平台之间的连接结构如下：所述X射线影像机体与机器人平台连接处设有支架，所述机器人平台的上端端部通过法兰与支架连接，所述支架为弧形轨道传动机构。

为了减小本X射线影像设备的X射线影像机体与机器人平台在连接处的偏心力矩：所述X射线影像机体与机器人平台安装位置处的下部设有配重机构。

为了保证本X射线影像设备的装配精度，所述X射线源支架或/和X射线平板探测器支架上配合设有微调机构。

作为优选，所述弧形臂整体形状呈C型或U型或G型。

为了进一步提高X射线影像设备的运动灵活性，所述移动平台的底部安装有若干个麦克纳姆轮，并且所述麦克纳姆轮的轮轴上连接有减速器，减速器的一端连接驱动电机，所述驱动电机用于使得移动平台具有水平面的横向移动和自旋转运动。

一种X射线影像设备靶区成像系统，其特征在于：包括X射线影像设备、治疗床和治疗头，所述X射线影像设备包括X射线影像机体、机器人平台和移动平台，机器人平台的下端端部连接于移动平台上，机器人平台上端端部与X射线影像机体连接；所述X射线影像机体包括弧形臂和设置于弧形臂上的两套X射线影像装置，每套X射线影像装置包括一个X射线源和与该X射线源对应设置的一个X射线平板探测器，所述X射线源通过X射线源支架安装于弧形臂上，所述X射线平板探测器通过X射线平板探测器支架安装于弧形臂上；所述机器人平台具有六个旋转关节，用于对X射线影像机体的高度、方位、倾斜度调节；所述治疗床包括有机器手机械臂A和与机器手机械臂A连接的治疗床板，治疗床板在机器手机械臂A作用下进入或退出弧形臂的检测空腔内；所述治疗头包括治疗组件、机器手机械臂B和与机器手机械臂B通过法兰连接的直线加速器，直线加速器在机器手机械臂B的作用下围绕在弧形臂检测靶区的周围空间实施治疗。治疗头的头部在机器手机械臂B、直线加速器的作用下进入或退出弧形臂的检测空腔内。

本发明提供一种优选的X射线影像设备靶区成像系统是：所述两套X射线影像装置包括第一套X射线影像装置和第二套X射线影像装置，第一套X射线影像装置的X射线源设置于弧形臂中心线的一侧，第一套X射线影像装置的X射线平板探测器设置于弧形臂中心线的另一侧；第二套X射线影像装置的X射线源设置于弧形臂中心线的一侧，第二套X射线影像装置的X射线平板探测器设置于弧形臂中心线的另一侧；所述第一套X射线影像装置的X射线源与第一套X射线影像装置的X射线平板探测器之间的连线与第二套X射线影像装置的X射线源与第二套X射线影像装置的X射线平板探测器之间的连线相互垂直。

一种X射线影像设备靶区成像方法，包括X射线影像设备靶区成像系统，其方法步骤如下：

A、按照X射线影像设备靶区成像系统完成对整个成像系统的安装，对患者的治疗区域划分若干个治疗靶区，治疗靶区分别为第一靶区、第二靶区、…第N靶区；

B、使得X射线影像设备靶区成像系统的两套X射线影像装置的成像中心与第一靶区的中心重合；机器人平台末端按照预定圆弧路径匀速运动，圆弧路径的圆心点与两套X射线影像装置的成像中心重合，此时与机器人平台连接的X射线影像机体也会绕着成像中心旋转，两套X射线影像装置对第一靶区进行成像操作；

C、当完成第一靶区成像之后，接着对第二靶区成像时，控制机器人平台或移动平台变换位置，使得两套X射线影像装置的成像中心与第二靶区的中心重合，设置机器人平台末端按照圆弧路径匀速运动，圆弧路径的圆心点与两套X射线影像装置的成像重心重合，机器人平台末端按照预定圆弧路径匀速运动，圆弧路径的圆心点与两套X射线影像装置的成像中心重合，此时与机器人平台连接的X射线影像机体也会绕着成像中心旋转，两套X射线影像装置对第二靶区进行成像操作；

D、按照步骤C的方法依次类推并完成第N靶区的成像操作。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明采用两套X射线影像装置，可以实现二维、三维等多种方式成像，并且提高了成像操作的灵活性。

(2)本发明采用机器人平台和移动平台组合结构，极大地扩大了X射线影像机器人的空间成像灵活性和成像范围，可以实现多靶点X射线成像；特别是在针对一些较大较长的肿瘤，如全脑肿瘤，需要照射全脑与脊椎，或者同一患者身体上出现了多个肿瘤时，优势较为显著。

(3)本发明不同于一般的C臂影像设备中C臂自转运动的实现是通过圆弧轨道的方式，本发明所述的X射线影像机器人通过机器人平台末端按照圆弧轨迹行走来实现X射线影像机体自转，更加容易保证精度。

附图说明

图1为X射线影像设备的结构示意图；

图2为X射线影像设备靶区成像系统的结构示意图；

图3为X射线影像机体使用时的结构示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－X射线影像机体,2－机器人平台,3－弧形臂,4－X射线影像装置，41－X射线源,42－X射线平板探测器，43－X射线源支架,44－X射线平板探测器支架,6－支架,7－配重机构,8－移动平台,9－麦克纳姆轮，10－治疗床，101－治疗床板,102－机器手机械臂A,11－治疗头，111－直线加速器,112－机器手机械臂B,12－第一靶区，13－第二靶区

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例

如图1～图3所示，一种X射线影像设备，包括X射线影像机体1、机器人平台2和移动平台8，机器人平台2的下端端部连接于移动平台8上，机器人平台2上端端部与X射线影像机体1连接；X射线影像机体1包括弧形臂3和设置于弧形臂3上的两套X射线影像装置4，每套X射线影像装置4包括一个X射线源41和与该X射线源41对应设置的一个X射线平板探测器42，X射线源41通过X射线源支架43安装于弧形臂3上，X射线平板探测器42通过X射线平板探测器支架44安装于弧形臂3上；机器人平台2具有六个旋转关节，用于对X射线影像机体1的高度、方位、倾斜度调节。

如图1所示，本发明中的两套X射线影像装置4包括第一套X射线影像装置和第二套X射线影像装置，第一套X射线影像装置的X射线源41设置于弧形臂3中心线的一侧，第一套X射线影像装置的X射线平板探测器42设置于弧形臂3中心线的另一侧；第二套X射线影像装置的X射线源41设置于弧形臂3中心线的一侧，第二套X射线影像装置的X射线平板探测器42设置于弧形臂3中心线的另一侧；第一套X射线影像装置的X射线源41与第一套X射线影像装置的X射线平板探测器42之间的连线与第二套X射线影像装置的X射线源41与第二套X射线影像装置的X射线平板探测器42之间的连线相互垂直。本实施例的两套X射线影像装置4呈交叉90度安装在弧形臂段3上。为了保护X射线平板探测器42不受外界设备碰撞和外界射线照射，在X射线影像机体1上安装有防护板，防护板可以平移以遮挡和露出X射线平板探测器42。

根据本发明的一个优选实施例，X射线影像机体1与机器人平台2连接处设有支架6，机器人平台2的上端端部通过法兰与支架6连接，支架6为弧形轨道传动机构。

根据本发明的一个优选实施例，X射线影像机体1与机器人平台2安装位置处的下部设有配重机构7，以减小X射线影像机体1重心偏离机器人平台2连接点的距离，从而减小连接处的偏心力矩。

根据本发明的一个优选实施例，X射线源支架43或/和X射线平板探测器支架44上配合设有微调机构，通过微调机构可以进行对X射线源支架43或/和X射线平板探测器支架44的位置微调。

根据本发明的一个优选实施例，弧形臂3整体形状呈C型或U型或G型。

根据本发明的一个实施例，移动平台8的底部安装有若干个麦克纳姆轮9，并且麦克纳姆轮9的轮轴上连接有减速器，减速器的一端连接驱动电机，驱动电机用于使得移动平台8具有水平面的横向移动和自旋转运动。移动平台8提高了X射线影像机器人的成像范围和运动空间。

一种X射线影像设备靶区成像系统，包括X射线影像设备、治疗床10和治疗头11，X射线影像设备包括X射线影像机体1、机器人平台2和移动平台8，机器人平台2的下端端部连接于移动平台8上，机器人平台2上端端部与X射线影像机体1连接；X射线影像机体1包括弧形臂3和设置于弧形臂3上的两套X射线影像装置4，每套X射线影像装置4包括一个X射线源41和与该X射线源41对应设置的一个X射线平板探测器42，X射线源41通过X射线源支架43安装于弧形臂3上，X射线平板探测器42通过X射线平板探测器支架44安装于弧形臂3上；机器人平台2具有六个旋转关节，用于对X射线影像机体1的高度、方位、倾斜度调节；治疗床10包括有机器手机械臂A102和与机器手机械臂A102连接的治疗床板101，治疗床板101在机器手机械臂A102作用下进入或退出弧形臂3的检测空腔内；治疗头11包括治疗组件、机器手机械臂B112和与机器手机械臂B112通过法兰连接的直线加速器111，直线加速器111在机器手机械臂112的作用下围绕在弧形臂3检测靶区的周围空间实施治疗。治疗头11的头部在机器手机械臂B112、直线加速器111的作用下进入或退出弧形臂3的检测空腔内。

两套X射线影像装置4包括第一套X射线影像装置和第二套X射线影像装置，第一套X射线影像装置的X射线源41设置于弧形臂3中心线的一侧，第一套X射线影像装置的X射线平板探测器42设置于弧形臂3中心线的另一侧；第二套X射线影像装置的X射线源41设置于弧形臂3中心线的一侧，第二套X射线影像装置的X射线平板探测器42设置于弧形臂3中心线的另一侧；第一套X射线影像装置的X射线源41与第一套X射线影像装置的X射线平板探测器42之间的连线与第二套X射线影像装置的X射线源41与第二套X射线影像装置的X射线平板探测器42之间的连线相互垂直。

一种X射线影像设备靶区成像方法，包括X射线影像设备靶区成像系统，其方法步骤如下：

A、按照X射线影像设备靶区成像系统完成对整个成像系统的安装，对患者的治疗区域划分若干个治疗靶区，治疗靶区分别为第一靶区、第二靶区、…第N靶区；

B、使得X射线影像设备靶区成像系统的两套X射线影像装置4的成像中心与第一靶区的中心重合；机器人平台2末端按照预定圆弧路径匀速运动，圆弧路径的圆心点与两套X射线影像装置4的成像中心重合，此时与机器人平台2连接的X射线影像机体1也会绕着成像中心旋转，两套X射线影像装置4对第一靶区进行成像操作；

C、当完成第一靶区12成像之后，接着对第二靶区成像时，控制机器人平台2或移动平台8变换位置，使得两套X射线影像装置4的成像中心与第二靶区的中心重合，设置机器人平台2末端按照圆弧路径匀速运动，圆弧路径的圆心点与两套X射线影像装置的成像重心重合，机器人平台2末端按照预定圆弧路径匀速运动，圆弧路径的圆心点与两套X射线影像装置4的成像中心重合，此时与机器人平台2连接的X射线影像机体1也会绕着成像中心旋转，两套X射线影像装置4对第二靶区进行成像操作；

D、按照步骤C的方法依次类推并完成第N靶区的成像操作。

一种X射线影像设备的实施例如下：

如图1所示，为本发明所述的一种X射线影像机器人的一个实施例，该X射线影像机器人包括X射线影像机体1和连接于所述X射线影像机体1的机器人平台2，所述X射线影像机体1与机器人平台2连接的方式为法兰连接。所述X射线影像机体1包含弧形臂段3和两套X射线影像装置4，所述弧形臂段3为C型臂段，所述两套X射线影像装置4交叉90度安装在弧形臂段3上；每一套X射线影像装置4包含一个X射线源41和一个X射线平板探测器42，X射线源41和X射线平板探测器42相对安装；所述X射线影像机体1上安装有防护板，防护板可以平移以遮挡和露出X射线平板探测器42。

本实施例中，为了保证装配精度，使X射线源41和X射线平板探测器42的方向正对，在X射线源支架43上或X射线平板探测器支架44上安装有微调机构。更进一步，为了提高X射线影像机器人的成像范围和运动空间，所述机器人平台2安装在移动平台8上，所述移动平台8下端安装有麦克纳姆轮9，麦克纳姆轮9轮轴上连接减速器，减速器一端连接驱动电机，使得移动平台具有水平面的横向移动自由度和自旋转自由度。

一种X射线影像设备靶区成像系统的实施例如下

如图2所示，一种X射线影像设备靶区成像系统除了包括上述的X射线影像设备，还进一步还包括：用于支撑患者的治疗床10，所述治疗头11为基于机器人平台的治疗头，包含一个直线加速器111和机器手机械臂B112，直线加速器111和机器手机械臂B112之间为法兰连接；用于产生高能射线，照射靶区的治疗头11，所述治疗头11为基于机器人平台的治疗头，包含一个直线加速器111和机器手机械臂B112，直线加速器111和机器手机械臂B112之间为法兰连接；控制系统，用于控制X射线影像机器人、治疗床11和治疗头12，实现对患者进行摆位、定位和靶区照射。

本实施例所述X射线影像机体1与机器人平台2连接的方式为X射线影像机体1上设置有支架6，机器人平台2通过法兰连接于支架6上，且所述支架6为弧形导轨传动机构。所述X射线影像机体1与机器人平台2安装点的下部设置有配重机构7，以减小X射线影像机体1重心偏离机器人平台2连接点的距离，从而减小连接处的偏心力矩。

如图1-3所示，本实施例为了减小弧形臂段3的半径，弧形臂段3上设置有X射线源支架43和X射线平板探测器支架44，X射线源41安装在X射线源支架43上，X射线平板探测器42安装在X射线平板探测器支架44上。

本实施例的一种X射线影像设备靶区成像系统在进行多个治疗靶区三维成像时，转动一定成像角度的方法为：两套X射线影像装置4的成像重心与第一靶区12等中心重合；如图2所示，机器人平台2末端按照预定圆弧路径匀速运动，圆弧路径的圆心点与两套X射线影像装置4的成像重心重合，则与机器人平台2连接的X射线影像机体也会绕着成像中心旋转；当完成第一靶区12成像，需要对下一个靶区成像时，控制机器人平台2或移动平台8变换位置，使得X射线影像机器人成像中心对准下一靶区，设置机器人平台2末端按照圆弧路径匀速运动，圆弧路径的圆心点与两套X射线影像装置的成像重心重合，即可实现X射线影像机体1绕着第二靶区13旋转，进而进行第二靶区13成像。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种X射线影像设备，其特征在于：包括X射线影像机体(1)、机器人平台(2)和移动平台(8)，机器人平台(2)的下端端部连接于移动平台(8)上，机器人平台(2)上端端部与X射线影像机体(1)连接；所述X射线影像机体(1)包括弧形臂(3)和设置于弧形臂(3)上的两套X射线影像装置(4)，每套X射线影像装置(4)包括一个X射线源(41)和与该X射线源(41)对应设置的一个X射线平板探测器(42)，所述X射线源(41)通过X射线源支架(43)安装于弧形臂(3)上，所述X射线平板探测器(42)通过X射线平板探测器支架(44)安装于弧形臂(3)上；所述机器人平台(2)具有六个旋转关节，用于对X射线影像机体(1)的高度、方位、倾斜度调节。

2.按照权利要求1所述的X射线影像设备，其特征在于：所述两套X射线影像装置(4)包括第一套X射线影像装置和第二套X射线影像装置，第一套X射线影像装置的X射线源(41)设置于弧形臂(3)中心线的一侧，第一套X射线影像装置的X射线平板探测器(42)设置于弧形臂(3)中心线的另一侧；第二套X射线影像装置的X射线源(41)设置于弧形臂(3)中心线的一侧，第二套X射线影像装置的X射线平板探测器(42)设置于弧形臂(3)中心线的另一侧；所述第一套X射线影像装置的X射线源(41)与第一套X射线影像装置的X射线平板探测器(42)之间的连线与第二套X射线影像装置的X射线源(41)与第二套X射线影像装置的X射线平板探测器(42)之间的连线相互垂直。

3.按照权利要求1所述的X射线影像设备，其特征在于：所述X射线影像机体(1)与机器人平台(2)连接处设有支架(6)，所述机器人平台(2)的上端端部通过法兰与支架(6)连接，所述支架(6)为弧形轨道传动机构。

4.按照权利要求3所述的X射线影像设备，其特征在于：所述X射线影像机体(1)与机器人平台(2)安装位置处的下部设有配重机构(7)。

5.按照权利要求1所述的X射线影像设备，其特征在于：所述X射线源支架(43)或/和X射线平板探测器支架(44)上配合设有微调机构。

6.按照权利要求1所述的X射线影像设备，其特征在于：所述弧形臂(3)整体形状呈C型或U型或G型。

7.按照权利要求1所述的X射线影像设备，其特征在于：所述移动平台(8)的底部安装有若干个麦克纳姆轮(9)，并且所述麦克纳姆轮(9)的轮轴上连接有减速器，减速器的一端连接驱动电机，所述驱动电机用于使得移动平台(8)具有水平面的横向移动和自旋转运动。

8.一种X射线影像设备靶区成像系统，其特征在于：包括X射线影像设备、治疗床(10)和治疗头(11)，所述X射线影像设备包括X射线影像机体(1)、机器人平台(2)和移动平台(8)，机器人平台(2)的下端端部连接于移动平台(8)上，机器人平台(2)上端端部与X射线影像机体(1)连接；所述X射线影像机体(1)包括弧形臂(3)和设置于弧形臂(3)上的两套X射线影像装置(4)，每套X射线影像装置(4)包括一个X射线源(41)和与该X射线源(41)对应设置的一个X射线平板探测器(42)，所述X射线源(41)通过X射线源支架(43)安装于弧形臂(3)上，所述X射线平板探测器(42)通过X射线平板探测器支架(44)安装于弧形臂(3)上；所述机器人平台(2)具有六个旋转关节，用于对X射线影像机体(1)的高度、方位、倾斜度调节；所述治疗床(10)包括有机器手机械臂A(102)和与机器手机械臂A(102)连接的治疗床板(101)，治疗床板(101)在机器手机械臂A(102)作用下进入或退出弧形臂(3)的检测空腔内；所述治疗头(11)包括治疗组件、机器手机械臂B(112)和与机器手机械臂B(112)通过法兰连接的直线加速器(111)，直线加速器(111)在机器手机械臂B(112)的作用下围绕在弧形臂(3)检测靶区的周围空间实施治疗。

9.按照权利要求8所述的X射线影像设备靶区成像系统，其特征在于：所述两套X射线影像装置(4)包括第一套X射线影像装置和第二套X射线影像装置，第一套X射线影像装置的X射线源(41)设置于弧形臂(3)中心线的一侧，第一套X射线影像装置的X射线平板探测器(42)设置于弧形臂(3)中心线的另一侧；第二套X射线影像装置的X射线源(41)设置于弧形臂(3)中心线的一侧，第二套X射线影像装置的X射线平板探测器(42)设置于弧形臂(3)中心线的另一侧；所述第一套X射线影像装置的X射线源(41)与第一套X射线影像装置的X射线平板探测器(42)之间的连线与第二套X射线影像装置的X射线源(41)与第二套X射线影像装置的X射线平板探测器(42)之间的连线相互垂直。

10.一种X射线影像设备靶区成像方法，其特征在于：包括X射线影像设备靶区成像系统，其方法步骤如下：

A、将患者的治疗区域划分若干个治疗靶区，治疗靶区分别为第一靶区、第二靶区、…第N靶区；

B、使得X射线影像设备靶区成像系统的两套X射线影像装置(4)的成像中心与第一靶区的中心重合；机器人平台(2)末端按照预定圆弧路径匀速运动，圆弧路径的圆心点与两套X射线影像装置(4)的成像中心重合，此时与机器人平台(2)连接的X射线影像机体(1)也会绕着成像中心旋转，X射线影像装置(4)对第一靶区进行成像操作；

C、当完成第一靶区(12)成像之后，接着对第二靶区成像时，控制机器人平台(2)或/和移动平台(8)变换位置，使得X射线影像装置(4)的成像中心与第二靶区的中心重合，设置机器人平台(2)末端按照圆弧路径匀速运动，圆弧路径的圆心点与两套X射线影像装置的成像重心重合，机器人平台(2)末端按照预定圆弧路径匀速运动，圆弧路径的圆心点与两套X射线影像装置(4)的成像中心重合，此时与机器人平台(2)连接的X射线影像机体(1)也会绕着成像中心旋转，X射线影像装置(4)对第二靶区进行成像操作；

D、按照步骤C的方法依次类推并完成第N靶区的成像操作。