專利名稱:多自由度錐束ct成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種CT成像技術領域的多自由度錐束CT成像系統(tǒng)，包括：六軸機械臂、帶有平移裝置的C型支架、帶有雙平移裝置和旋轉裝置的平板探測器支架和X射線光源，其中：六軸機械臂末端與C型支架連接，C型支架兩端分別與平板探測器支架和X射線光源連接。本實用新型所涉及的裝置具有高度靈活性，可實現(xiàn)錐束CT軸掃描、螺旋掃描和非共面掃描多種掃描模式，以及成像幾何參數(shù)在線實時調整等功能，具有掃描方式靈活、掃描范圍廣泛、成像參數(shù)可調等突出優(yōu)點，適用于術中精準導航與自適應放射治療以及早期腫瘤篩查與診斷等應用場合。
【專利說明】
多自由度錐束CT成像系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及的是一種醫(yī)療器械技術領域的裝置，具體是一種多自由度錐束CT成像系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]安裝在治療床邊的X射線錐束CT是當今圖像引導的重要實現(xiàn)手段。目前錐束CT系統(tǒng)掃描軌跡有限，一般只進行圓形軌跡單次掃描，因此縱向空間覆蓋低，一般大約為15cm，也無法實現(xiàn)非共面掃描策略。縱向覆蓋率低導致頭頸腫瘤治療時會采用“步進-曝光”模式，即完成一次圓軌跡掃描后平移病床到下一個體位，再進行一次掃描以覆蓋整個頭頸部位。這樣會增加一倍的輻射劑量，且后續(xù)圖像拼接融合也很繁瑣。而缺乏非共面掃描能力使得錐束CT難以在立體定位放射手術(如腦腫瘤和肺腫瘤的立體放療)過程中進行圖像引導，降低治療效果。多自由度錐束CT成像系統(tǒng)解決當前錐束CT成像系統(tǒng)有限掃描軌跡的制約，使錐束CT用于術中精準導航與自適應放射治療，以及早期腫瘤篩查與診斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種多自由度錐束CT成像系統(tǒng)，解決錐束CT成像系統(tǒng)掃描軌跡受限的問題，具有掃描方式靈活、掃描范圍廣泛、成像參數(shù)可調等特點，對于高端醫(yī)學圖像引導如術中精準導航與自適應放射治療以及早期腫瘤篩查與診斷等具有重要的應用價值。
[0004]本實用新型是通過以下技術方案實現(xiàn)的:一種多自由度錐束CT成像系統(tǒng)，包括:六軸機械臂、帶有平移裝置的C型支架、帶有雙平移裝置和旋轉裝置的平板探測器支架和X射線光源，其中:六軸機械臂末端與C型支架連接，C型支架兩端分別與平板探測器支架和X射線光源連接。
[0005]進一步地，所述的六軸機械臂可實現(xiàn)空間六自由度運動。
[0006]進一步地，所述的C型支架包括:支撐座、平板探測器支撐臂、X射線光源支撐臂和平移裝置，其中:平板探測器支撐臂固定于支撐座一端，X射線光源支撐臂固定于支撐座另一端，平移裝置設置于平板探測器支撐臂同一端。
[0007]進一步地，所述的支撐座與六軸機械臂末端固定連接。
[0008]進一步地，所述的支撐座為空心結構，平移裝置設置于支撐座內(nèi)部。
[0009]進一步地，所述的平移裝置包括:電機一、聯(lián)軸器一、絲杠一、螺母一、導軌一、滑塊一和連接件，其中:電機一固定于支撐座上，電機一、聯(lián)軸器一、絲杠一依次連接，螺母一和絲杠一相配合，連接件固定于螺母一上，并與平板探測器支撐臂固定連接，導軌一固定于支撐座上，導軌一上設有滑塊一，滑塊一固定于平板探測器支撐臂上。
[0010]進一步地，所述的平板探測器支架包括:支撐背板、縱向平移裝置、橫向平移裝置、旋轉裝置和平板探測器，其中:縱向平移裝置設置于支撐背板兩側，橫向平移裝置與縱向平移裝置連接，旋轉裝置與橫向平移裝置連接，平板探測器固定于旋轉裝置上。
[0011]進一步地，所述的支撐背板與平板探測器支撐臂固定連接。
[0012]進一步地，所述的縱向平移裝置包括:電機二、聯(lián)軸器二、齒輪一、齒條一、導軌二、滑塊二和支撐縱梁，其中:電機二固定于支撐縱梁上，電機二、聯(lián)軸器二、齒輪一依次連接，齒條一和齒輪一相配合，齒條一固定于支撐背板上，導軌二固定于支撐縱梁上，導軌二上設有滑塊二，滑塊二固定于支撐背板側面。
[0013]進一步地，所述的橫向平移裝置包括:電機三、聯(lián)軸器三、帶傳動部件、齒輪二、齒條二、導軌三、滑塊三和支撐橫梁，其中:電機三固定于支撐縱梁上，電機三、聯(lián)軸器三、帶輪傳動部件、齒輪二依次連接，齒條二和齒輪二相配合，齒條二固定于支撐橫梁上，導軌三固定于支撐橫梁上，導軌三上設有滑塊三，滑塊三固定于支撐縱梁上。
[0014]進一步地，所述的旋轉裝置包括:底板、旋轉驅動裝置和旋轉平臺，其中:底板固定于支撐橫梁上，旋轉驅動裝置固定于底板上，旋轉平臺與旋轉驅動裝置連接。
[0015]進一步地，所述的平板探測器與旋轉平臺固定連接。
[0016]本裝置工作原理如下:
[0017]六軸機械臂具有空間六自由度運動的能力，其末端搭載C型支架、平板探測器支架和X射線光源，可實現(xiàn)平板探測器和X射線光源繞三個坐標軸的轉動自由度和沿三個坐標軸方向的移動自由度。其中，繞病床水平縱軸的旋轉運動可用于軸掃描;繞病床水平橫軸的旋轉運動可用于非共面掃描；沿病床水平縱軸的平移運動可用于選擇掃描部位以及螺旋掃描;沿病床水平橫軸的平移運動可用于調整掃描中心區(qū)域;沿豎直軸的平移運動可用于調整病床在成像區(qū)域中的位置。
[0018]C型支架的平移裝置通過電機一帶動絲杠一做正反向連續(xù)轉動，以實現(xiàn)螺母一和平板探測器支撐臂、平板探測器支架沿導軌一的往復直線運動，由此可以調整平板探測器至IJX射線光源的距離。平板探測器支架的縱向平移裝置通過電機二帶動齒輪一做正反向連續(xù)運動，以實現(xiàn)支撐縱梁相對于支撐背板沿導軌二的往復直線運動，由此可以調整平板探測器投影中心的縱向位置。平板探測器支架的橫向平移裝置通過電機三帶動齒輪二做正反向連續(xù)運動，以實現(xiàn)支撐橫梁相對于支撐縱梁沿導軌三的往復直線運動，由此可以調整平板探測器投影中心的橫向位置。平板探測器支架的旋轉驅動裝置帶動旋轉平臺做正反向連續(xù)轉動，以實現(xiàn)平板探測器成像平面內(nèi)的轉動，由此可以調整平板探測器與病床縱軸之間的偏轉角度。
[0019]本實用新型可實現(xiàn)多種錐束CT成像模式:錐束CT成像裝置(平板探測器和X射線光源)繞病床水平縱軸旋轉運動，實現(xiàn)360度軸掃描;錐束CT成像裝置繞病床水平縱軸旋轉運動，同時沿病床水平縱軸平移運動，實現(xiàn)360度螺旋掃描;錐束CT成像裝置繞病床水平橫軸旋轉一定角度，再繞病床水平縱軸旋轉運動，同時沿病床水平縱軸平移運動，實現(xiàn)非共面掃描。
[0020]本實用新型可調整多項錐束CT成像參數(shù):成像旋轉中心的位置;成像物體在掃描區(qū)域中的位置;平板探測器和X射線光源之間的距離;平板探測器投影中心的縱向位置;平板探測器投影中心的橫向位置。
【附圖說明】

[0021]圖1為實施例1的結構示意圖。
[0022]圖2為C型支架的結構示意圖，(a)為剖視圖，(b)為側視圖。
[0023]圖3為C型支架平移裝置的結構示意圖，(a)為主視圖，(b)為側視圖。
[0024]圖4、圖5和圖6為平板探測器支架的結構示意圖。
[0025]圖中:I六軸機械臂、2C型支架、3平板探測器支架、4X射線光源、5支撐座、6平板探測器支撐臂、7X射線光源支撐臂、8平移裝置、9電機一、10聯(lián)軸器一、11絲杠一、12螺母一、13導軌一、14滑塊一、15連接件、16支撐背板、17縱向平移裝置、18橫向平移裝置、19旋轉裝置、20平板探測器、21電機二、22聯(lián)軸器二、23齒輪一、24齒條一、25導軌二、26滑塊二、27支撐縱梁、28電機三、29聯(lián)軸器三、30帶傳動部件、31齒輪二、32齒條二、33導軌三、34滑塊三、35支撐橫梁、36底板、37旋轉驅動裝置、38旋轉平臺。
【具體實施方式】
[0026]以下結合附圖對本實用新型的實施例作詳細說明，本實施例在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。
[0027]實施例1
[0028]如圖1所示，本實例包括:六軸機械臂1、帶有平移裝置的C型支架2、帶有雙平移裝置和旋轉裝置的平板探測器支架3和X射線光源4，其中:六軸機械臂I末端與C型支架2連接，C型支架2兩端分別與平板探測器支架3和X射線光源4連接。
[0029]所述的六軸機械臂I可實現(xiàn)空間六自由度運動。
[0030]如圖2所示，所述的C型支架2包括:支撐座5、平板探測器支撐臂6、X射線光源支撐臂7和平移裝置8，其中:平板探測器支撐臂6固定于支撐座5—端，X射線光源支撐臂7固定于支撐座5另一端，平移裝置8設置于平板探測器支撐臂6同一端。
[0031 ]所述的支撐座5與六軸機械臂I末端固定連接。
[0032]所述的支撐座5為空心結構，平移裝置8設置于支撐座5內(nèi)部。
[0033]如圖3所示，所述的平移裝置8包括:電機一9、聯(lián)軸器一 10、絲杠一 11、螺母一 12、導軌一 13、滑塊一 14和連接件15，其中:電機一9固定于支撐座5上，電機一9、聯(lián)軸器一 10、絲杠一 11依次連接，螺母一 12和絲杠一 11相配合，連接件15固定于螺母一 12上，并與平板探測器支撐臂6固定連接，導軌一 13固定于支撐座5上，導軌一 13上設有滑塊一 14，滑塊一 14固定于平板探測器支撐臂6上。
[0034]如圖4所示，所述的平板探測器支架3包括:支撐背板16、縱向平移裝置17、橫向平移裝置18、旋轉裝置19和平板探測器20，其中:縱向平移裝置17設置于支撐背板16兩側，橫向平移裝置18與縱向平移裝置17連接，旋轉裝置19與橫向平移裝置18連接，平板探測器20固定于旋轉裝置19上。
[0035]所述的支撐背板16與平板探測器支撐臂6固定連接。
[0036]如圖5所示，所述的縱向平移裝置17包括:電機二21、聯(lián)軸器二22、齒輪一23、齒條一24、導軌二25、滑塊二26和支撐縱梁27，其中:電機二21固定于支撐縱梁27上，電機二21、聯(lián)軸器二 22、齒輪一23依次連接，齒條一24和齒輪一23相配合，齒條一24固定于支撐背板16上，導軌二 25固定于支撐縱梁27上，導軌二 25上設有滑塊二 26，滑塊二 26固定于支撐背板16側面。
[0037]如圖5、6所示，所述的橫向平移裝置18包括:電機三28、聯(lián)軸器三29、帶傳動部件30、齒輪二31、齒條二32、導軌三33、滑塊三34和支撐橫梁35，其中:電機三28固定于支撐縱梁27上，電機三28、聯(lián)軸器三29、帶輪傳動部件30、齒輪二 31依次連接，齒條二 32和齒輪二 31相配合，齒條二 32固定于支撐橫梁35上，導軌三33固定于支撐橫梁35上，導軌三33上設有滑塊三34，滑塊三34固定于支撐縱梁27上。
[0038]如圖6所示，所述的旋轉裝置19包括:底板36、旋轉驅動裝置37和旋轉平臺38，其中:底板36固定于支撐橫梁35上，旋轉驅動裝置37固定于底板36上，旋轉平臺38與旋轉驅動裝置37連接。
[0039]所述的平板探測器20與旋轉平臺38固定連接。
[0040]本裝置工作過程如下:
[0041]六軸機械臂I具有空間六自由度運動的能力，其末端搭載C型支架2、平板探測器支架3和X射線光源4，可實現(xiàn)平板探測器20和X射線光源4繞三個坐標軸的轉動自由度和沿三個坐標軸方向的移動自由度。其中，繞病床水平縱軸的旋轉運動可用于軸掃描;繞病床水平橫軸的旋轉運動可用于非共面掃描;沿病床水平縱軸的平移運動可用于選擇掃描部位以及螺旋掃描;沿病床水平橫軸的平移運動可用于調整掃描中心區(qū)域;沿豎直軸的平移運動可用于調整病床在成像區(qū)域中的位置。
[0042]C型支架2的平移裝置8通過電機一9帶動絲杠一11做正反向連續(xù)轉動，以實現(xiàn)螺母一 12和平板探測器支撐臂6、平板探測器支架3沿導軌一 13的往復直線運動，由此可以調整平板探測器20到X射線光源4的距離。平板探測器支架3的縱向平移裝置17通過電機二 21帶動齒輪一 23做正反向連續(xù)運動，以實現(xiàn)支撐縱梁27相對于支撐背板16沿導軌二 25的往復直線運動，由此可以調整平板探測器20投影中心的縱向位置。平板探測器支架3的橫向平移裝置18通過電機三28帶動齒輪二 31做正反向連續(xù)運動，以實現(xiàn)支撐橫梁35相對于支撐縱梁27沿導軌三33的往復直線運動，由此可以調整平板探測器20投影中心的橫向位置。平板探測器支架3的旋轉驅動裝置37帶動旋轉平臺38做正反向連續(xù)轉動，以實現(xiàn)平板探測器20成像平面內(nèi)的轉動，由此可以調整平板探測器20與病床縱軸之間的偏轉角度。
【主權項】
1.一種多自由度錐束CT成像系統(tǒng)，其特征在于，包括:六軸機械臂、帶有平移裝置的C型支架、帶有雙平移裝置和旋轉裝置的平板探測器支架和X射線光源，其中:六軸機械臂末端與C型支架連接，C型支架兩端分別與平板探測器支架和X射線光源連接。2.根據(jù)權利要求1所述的多自由度錐束CT成像系統(tǒng)，其特征是，所述的六軸機械臂可實現(xiàn)空間六自由度運動。3.根據(jù)權利要求1所述的多自由度錐束CT成像系統(tǒng)，其特征是，所述的C型支架包括:支撐座、平板探測器支撐臂、X射線光源支撐臂和平移裝置，其中:平板探測器支撐臂固定于支撐座一端，X射線光源支撐臂固定于支撐座另一端，平移裝置設置于平板探測器支撐臂同一端;支撐座與六軸機械臂末端固定連接。4.根據(jù)權利要求3所述的多自由度錐束CT成像系統(tǒng)，其特征是，所述的支撐座為空心結構，平移裝置設置于支撐座內(nèi)部。5.根據(jù)權利要求3所述的多自由度錐束CT成像系統(tǒng)，其特征是，所述的平移裝置包括:電機一、聯(lián)軸器一、絲杠一、螺母一、導軌一、滑塊一和連接件，其中:電機一固定于支撐座上，電機一、聯(lián)軸器一、絲杠一依次連接，螺母一和絲杠一相配合，連接件固定于螺母一上，并與平板探測器支撐臂固定連接，導軌一固定于支撐座上，導軌一上設有滑塊一，滑塊一固定于平板探測器支撐臂上。6.根據(jù)權利要求1所述的多自由度錐束CT成像系統(tǒng)，其特征是，所述的平板探測器支架包括:支撐背板、縱向平移裝置、橫向平移裝置、旋轉裝置和平板探測器，其中:縱向平移裝置設置于支撐背板兩側，橫向平移裝置與縱向平移裝置連接，旋轉裝置與橫向平移裝置連接，平板探測器固定于旋轉裝置上;支撐背板與平板探測器支撐臂固定連接。7.根據(jù)權利要求6所述的多自由度錐束CT成像系統(tǒng)，其特征是，所述的縱向平移裝置包括:電機二、聯(lián)軸器二、齒輪一、齒條一、導軌二、滑塊二和支撐縱梁，其中:電機二固定于支撐縱梁上，電機二、聯(lián)軸器二、齒輪一依次連接，齒條一和齒輪一相配合，齒條一固定于支撐背板上，導軌二固定于支撐縱梁上，導軌二上設有滑塊二，滑塊二固定于支撐背板側面。8.根據(jù)權利要求6所述的多自由度錐束CT成像系統(tǒng)，其特征是，所述的橫向平移裝置包括:電機三、聯(lián)軸器三、帶傳動部件、齒輪二、齒條二、導軌三、滑塊三和支撐橫梁，其中:電機三固定于支撐縱梁上，電機三、聯(lián)軸器三、帶輪傳動部件、齒輪二依次連接，齒條二和齒輪二相配合，齒條二固定于支撐橫梁上，導軌三固定于支撐橫梁上，導軌三上設有滑塊三，滑塊三固定于支撐縱梁上。9.根據(jù)權利要求6所述的多自由度錐束CT成像系統(tǒng)，其特征是，所述的旋轉裝置包括:底板、旋轉驅動裝置和旋轉平臺，其中:底板固定于支撐橫梁上，旋轉驅動裝置固定于底板上，旋轉平臺與旋轉驅動裝置連接;平板探測器與旋轉平臺固定連接。
【文檔編號】A61B6/03GK205697813SQ201620202968
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年3月16日
【發(fā)明人】王靜, 牛田野, 蔡秀軍
【申請人】浙江大學