準直器定位組件以及其定位方法與流程

本發明涉及醫療設備領域，具體而言，涉及醫用直線加速器領域，更具體地，涉及用于醫用直線加速器上的準直器定位組件以及定位方法。

背景技術：

加速管在醫用直線加速器中，用于對病人進行治療的X射線在輻射野范圍內需要一定的均勻性，不均勻的X射線會增加皮膚劑量，對病人產生危害。而醫用直線加速器實際產生的X射線的能量分布并不均勻，而是集中分布在入射方向上很小的角度范圍內，不符合臨床對射線能量分布的要求。所以在直線加速器中用均整器對產生的X射線進行均整。

不同能量的X射線對應形狀不同的均整器。對于中能或高能加速器，需要提供若干個適于不同能量的均整器以供選擇。在實際使用中需要通過機構實現均整器的切換，并需要保證切換后均整器位置的重復一致性。

另外，現有的直線加速器除了光子治療模式外還存在電子治療模式，因此，適合于對光子進行均整的均整器并不適合于電子。而且，通常情況下，電子治療模式下不設置均整器而允許電子直接通過準直器。

技術實現要素：

根據本發明的一個方面，公開了一種準直器定位組件，其固定到基板上，所述準直器定位組件包括：驅動器；由所述驅動器驅動的載體，所述載體上限定有能對準射束的至少兩個準直位置，所述載體上還限定有與所述至少兩個準直位置分別對應的截面大體為V形的凹槽；以及鎖定組件，其包括固定到所述基板上的套筒、布置于所述套筒內的彈性件以及被所述彈性件壓置以從所述套筒內部分地露出并抵靠到所述載體上的大體球形的致動件；其中，當所述載體的至少兩個準直位置中的一個與所述射束對準時，所述鎖定組件的所述致動件被所述彈性件壓置到與所述準直位置對應的凹槽內。

具體地，所述驅動器為伺服電機。

具體地，所述彈性件為彈簧。

具體地，所述致動件為球狀。更具體地，該致動件為鋼珠。

具體地，所述至少兩個準直位置包括光子治療用準直位置或電子治療用準直位置。

選擇性地，所述至少兩個準直位置包括第一能級準直位置和不同于第一能級的第二能級準直位置。

具體地，所述凹槽具有進入斜面和退出斜面，其中，所述進入斜面和所述退出斜面共同形成的截面大體成V形，當所述載體的至少兩個準直位置中的一個與所述射束對準時，所述鎖定組件的所述致動件被所述彈性件壓置以分別接合所述進入斜面和退出斜面。

選擇性地，所述載體為圓盤形形狀，并且所述載體由所述驅動器驅動以使所述載體繞著其中心轉動。

更具體地，所述凹槽被限定在所述載體的周向端面或徑向端面上。

根據本發明的另一個方面，公開了一種準直器定位組件，其固定到基板上，所述準直器定位組件包括：驅動器；由所述驅動器驅動而運動的載體，所述載體上限定有能對準射束的至少兩個準直位置；位置初始化組件，其用于當所述載體運動時設定所述載體的零位；編碼器，其與所述載體耦合以檢測所述載體相對所述零位運動的第一實際位置信息；位置確認組件，其用于當所述載體在任一準直位置時反饋第二實際位置信息；存儲器，其存儲有任一準直位置相對所述零位的第一預定位置信息以及在任一準直位置處所述位置確認組件所對應的唯一的第二預定位置信息；以及控制器，其耦接到所述驅動器、所述編碼器、所述位置初始化組件和所述位置確認組件，用于根據所述編碼器檢測的第一實際位置信息與所述存儲器存儲的與待定位的準直位置所對應的第一預定位置信息來控制所述驅動器驅動所述載體直至所述編碼器檢測的第一實際位置信息與所述存儲器存儲的與待定位的準直位置所對應的第一預定位置信息一致；并且根據所述位置確認組件反饋的第二實際位置信息與所述存儲器存儲的與待定位的準直位置所對應的第二預定位置信息比對以反饋校驗信息。

具體地，所述位置初始化組件包括耦接到所述基板的第一元件以及耦接到所述載體的第二元件，其中，所述第一元件和第二元件耦合時反饋所述載體的零位信號。

更具體地，所述第一元件為位置初始化開關，所述第二元件為布置在所述載體上的凸起。

具體地，所述位置確認組件包括一組位置開關和與所述一組位置開關在任一準直位置分別對應的多組開關觸發件，其中，所述位置開關固定到所述基板上，所述開關觸發件被設置到所述載體上，并且當所述載體運動時，在任一準直位置，所述位置開關與所述多組開關觸發件的一組因觸發事件而反饋第二實際位置信號。

具體地，所述驅動器為伺服電機。

具體地，所述一組位置開關中位置開關的數目是根據所述準直位置的數目而預定的。

具體地，所述一組位置開關中的位置開關的數目為3個。

具體地，所述開關觸發件為布置在所述載體的凸起。

具體地，所述載體大體上為圓盤形形狀，并且所述載體由所述驅動器驅動以使所述載體繞著其中心轉動。更具體地，所述凸起被布置在所述載體的周向端面上。更具體地，所述凸起是沿著徑向向外突出的。

根據本發明的另一個方面，公開了一種準直器定位組件的定位方法，包括：驅動器驅動載體運動以使所述載體運動到特定位置處時向控制器反饋初始化零位信息；根據所述載體上待定位的準直位置相對所述零位的第一預定位置信息以及與所述載體耦合的編碼器反饋的所述載體相對所述零位的第一實際位置信息，控制器控制所述驅動器驅動所述載體直到所述第一實際位置信息與所述第一預定位置信息一致；位置確認組件反饋其檢測到的所述載體的第二實際位置信息；以及根據所述位置確認組件反饋的第二實際位置信息與待定位的準直位置所對應的第二預定位置信息比對以反饋校驗信息。

具體地，所述校驗信息包括當所述位置確認組件反饋的第二實際位置信息與待定位的準直位置所對應的第二預定位置信息一致時的確認信號以及當所述位置確認組件反饋的第二實際位置信息與待定位的準直位置所對應的第二預定位置信息不一致時的自鎖信號。

具體地，所述驅動器驅動載體運動以使所述載體運動到特定位置處時向控制器反饋初始化零位信息中，所述初始化零位信息是通過所述載體上的初始化開關觸發件與基板上的位置初始化開關觸發而產生的。

具體地，當所述位置確認組件反饋的第二實際位置信息與待定位的準直位置所對應的第二預定位置信息一致后，還包括，通過鎖定組件將所述載體鎖定的步驟。

本發明提供的準直器定位組件中，在機械上采用彈簧鎖進行定位，設計簡單可調，無需額外電氣控制操作，而且重復定位精度很高。

本發明提供的準直器定位組件中，在電氣上采用伺服電機和編碼器作為一套檢測裝置，控制圓盤形載體運動到目標準直位置，再使用位置確認組件檢測圓盤形載體的實際位置信息以與預存儲的預定位置信息對比，藉此，該目標準直位置可被再次核對，因此，定位更加可靠。

附圖說明

圖1是本發明的一種實施方式的準直器定位組件的透視圖；

圖2是圖1的準直器定位組件的圓盤形載體的透視圖；

圖3是圖2的圓盤形載體的俯視圖；

圖4是圖1的準直器定位組件的鎖定組件的透視圖；

圖5是圖4的鎖定組件的截面圖；

圖6是圖1的準直器定位組件的輔助定位開關和位置初始化開關的透視圖；以及

圖7是根據本發明的一種實施方式的準直器定位組件的定位方法。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例作詳細地說明。

如圖1所示，圖1示出了根據本發明的一種實施方式的準直器定位組件100的透視圖。該準直器定位組件100固定到基板200上，該準直器定位組件100包括：控制器(未示出)、驅動器102、編碼器104、圓盤形載體106、開關組件108以及鎖定組件110。具體地，該圓盤形載體106分為上下兩部分，上部分為圓盤形載體主體106a。圓盤形載體主體106a的中心部分設置有中心通孔，圍繞該中心通孔，均勻地布置有七個定位孔，每個定位孔為一個準直位置，這些定位孔為大體錐形的定位孔，這些定位孔的大小和形狀根據需要被定位的元件的類型和規格可以是不同的。例如，這些定位孔中有的是為了準直光子治療用射束的，有的是為了準直電子治療用射束的，而且，還可以根據射束能級的不同在特定的定位孔內布置特定的準直元件。在此，應當可以理解，有的定位孔不必定位具體元件于其內，例如，對于某些電子束治療，可以讓來自射束源的射束直接通過通孔。該圓盤形載體106的下部分106b的直徑比圓盤形載體主體106a的直徑略大但厚度比圓盤形載體主體106a的厚度小，在該下部分106b的周向外側均勻地布置有齒。雖然未示出，然而可以理解，該圓盤形載體106的下部分106b也限定有定位孔和中心通孔，而且其形狀和位置與上部106a的定位孔和中心通孔的形狀和位置是彼此對應的。如圖所示，圓盤形載體106的上部分106a和下部分106b彼此對準，且通過穿過它們中心通孔的球軸承一起可轉動地固定到下方的基板200上。驅動器102典型地為伺服電機，該伺服電機的輸出軸固定有小齒輪，該小齒輪與圓盤形載體106的下部分106b的齒彼此相嚙合從而當伺服電機接收來自控制器的信號而轉動時可以通過小齒輪帶動圓盤形載體106隨之轉動。編碼器104固定到基板200上，其外側也設置有小齒輪，該小齒輪也與圓盤形載體106的下部分106b的齒彼此相嚙合以便于當圓盤形載體106轉動時可以帶動小齒輪轉動從而編碼器可以對小齒輪的轉動圈數計數從而計算圓盤形載體的轉動角度并反饋給控制器。

圖2示出了圓盤形載體106的上部分106a的透視圖，圖3示出了圓盤形載體106的上部分106a的俯視圖，圖6示出了圖1的準直器定位組件的輔助定位開關和位置初始化開關的透視圖。結合圖1、圖2、圖3和圖6，開關組件108包括多個位置開關，多個位置開關被固定到平板112上，該平板112通過柱114固定到基板200上。具體地，在該示例性實施方式中，位置開關中包括位置初始化開關，SW0，其表征初始化零位；另外該位置開關中還包括三個能組合起來以表征具體位置的輔助定位開關，它們分別是SW1、SW2、SW3，其環繞圓盤形載體主體106a的上部依次布置，并且，在該示例性實施方式中，輔助定位開關SW1與位置初始化開關SW0在上下方向上并列布置。

參見圖4和圖5，鎖定組件110包括固定到基板200上的座體1102以及固定到座體1102上的套筒1104，其中，套筒1104內布置有彈性件1106以及被彈性件1106偏置開的致動件1108。如圖所示，該彈性件1106為彈簧，該致動件1108為大體為球形的鋼珠，并且該鋼珠的數目為兩個。

前述位置開關中的位置初始化開關SW0的位置初始化信號反饋給控制器，編碼器104獲知該圓盤形載體106相對初始零位已經轉動的角度，控制器將編碼器104反饋的位置信息與預定的目標位置比較，并且當圓盤形載體106到達目標位置時，該圓盤形載體106應該被前述鎖定組件110鎖定，并且在鎖定時應由前述位置開關中的輔助定位開關檢測具體位置以反饋給控制器進行校驗。因此，該圓盤形載體106應布置有與位置開關108以及鎖定組件110相對應的結構。下面，具體敘述這種結構。

該圓盤形載體106的上部分106a，即，圓盤形載體主體，其周向環形端面分為上下兩部分，上部分主要用于配合前述位置開關108進行輔助位置檢測，下部分主要用于配合前述鎖定組件110在具體位置處被鎖定。具體地，在周向環形端面的上部分，同樣被分為上下兩部分，在上部分，與位置初始化開關SW0的位置相對應地設置有一個凸起作為位置初始化開關SW0的開關觸發件，從而，當該圓盤形載體106轉動時，該凸起可以與前述的位置初始化開關SW0接觸以使位置初始化開關置1；在下部分，間隔開地布置有多組開關觸發件，每組開關觸發件包括一個或多個凸起，所述一個或者多個凸起與輔助位置檢測開關的一個或多個彼此對應，從而，當圓盤形載體106轉動時該一個或多個凸起可以與對應的輔助位置檢測開關接觸并反饋給控制器具體的開關閉合情況。

該圓盤形載體106的上部分106a的下部分，間隔地限定有用于與鎖定組件110的致動件1108接合的凹槽，在示例性實施方式中，該凹槽為大致呈V形的凹槽。因為在示例性實施方式中布置在圓盤形載體106上的七個定位孔的位置是均勻的，即，兩兩之間的角度是相同的，所以，對于凹槽而言，兩兩之間的角度也是相同的。而且，一方面，每個凹槽相對于位置初始化開關和凸起P所限定的零位的角度都是特定化的，另一方面，與一個或多個凸起以及被前述凸起觸發的特定輔助位置開關所表征的具體位置也是相互對應的，易言之，當表征某具體位置的一個或多個凸起與對應的輔助定位開關接觸時，鎖定組件110的致動件與對應的特定凹槽相接合。

更具體地，參見圖1，當該圓盤形載體106處于如圖1所處的位置時，鎖定組件110與凹槽A接合，因圓盤形載體106上沒有設置與輔助定位開關SW1相對應的凸起，故輔助定位開關SW1處于開啟狀態，同時，輔助定位開關SW2、SW3分別與一個凸起接觸因而均處于閉合狀態，從而反饋信號011給控制器，其中，0代表SW1的開啟信號、中間的1代表SW2的閉合信號、后面的1代表SW3的閉合信號；參見圖3，當圓盤形載體106轉動到鎖定組件110與凹槽B接合的位置時，只有輔助定位開關SW3與圓盤形載體106的一個凸起接觸并閉合，從而反饋信號001給控制器；當圓盤形載體106轉動到鎖定組件110與凹槽C接合的位置時，只有輔助定位開關SW2與圓盤形載體106的一個凸起接觸并閉合，從而反饋信號010給控制器；當圓盤形載體106轉動到鎖定組件110與凹槽D接合的位置時，只有輔助定位開關SW1與圓盤形載體106的一個凸起接觸并閉合，從而反饋信號100給控制器；當圓盤形載體106轉動到鎖定組件110與凹槽E接合的位置時，三個輔助定位開關SW1、SW2、SW3分別與圓盤形載體106的一個凸起接觸并閉合，從而反饋信號111給控制器；當圓盤形載體106轉動到鎖定組件110與凹槽F接合的位置時，兩個輔助定位開關SW1、SW2分別與圓盤形載體106的一個凸起接觸并閉合，從而反饋信號110給控制器；當圓盤形載體106轉動到鎖定組件110與凹槽G接合的位置時，三個輔助定位開關SW1、SW3分別與圓盤形載體106的一個凸起接觸并閉合，從而反饋信號101給控制器。本領域普通技術人員熟知的，上述反饋信號011、001、010、100、111、110、101所表征的二進制信息是不同的，當其與圓盤形載體的特定位置相關聯時，計算機可以根據反饋得到的二進制信息來確定圓盤形載體所處的特定位置。在存儲器內，預存儲有各個孔位與各反饋信號的對應關系。

另外，參見圖2可知，凸起P被配置用于與位置初始化開關SW0接觸以使該開關閉合，從而反饋初始化信號給控制器，初始化位置與前述的被鎖定組件與凹槽E接合的位置相差恰好360度。本領域普通技術人員可以理解，該凸起P的設定位置并不是限定性的，其可以任意地設定到該圓盤形載體106的上部106a的上部分，其也可以任意性地設定該圓盤形載體106的下部106b但需要避開鎖定組件110的致動件運行路線，然而，也可以理解，如果該凸起P的位置變更，那么對應的位置初始化開關SW0的位置也需要做出調整。

容易理解，存儲器內預存有該圓盤形載體上的各個孔位相對于初始化零位的具體位置關系，例如，角度。

當運行時，假定在圖1的位置時與來自射線源的射束對準的孔位為H1，而根據射束情況，需要轉換到與H1相鄰的孔位H2時，控制器會首先指令驅動器驅動該圓盤形載體106轉動并直到位置初始化開關SW0與凸起P接觸從而得到零位信號，在此過程中，編碼器104一直根據其小齒輪轉動過的圈數計算圓盤形載體106轉動過的角度并反饋給控制器，當控制器得到零位信號后，編碼器104的輸出數據也被置零。控制器指令驅動器102繼續驅動圓盤形載體106，同時，將預存儲在存儲器內的零位與H2孔位之間的角度信息與來自編碼器104的圓盤形載體106轉動過的角度信息進行對比。在前述歸零的轉動過程以及隨后繼續向H2孔位轉動過程中，鎖定組件110的致動件1108由于彈性件1106的彈性力的作用一直抵壓到圓盤形載體106的表面，并且在遇到凹槽時，由于驅動器102的驅動力遠大于彈性件1106對凹槽的致動力，故鎖定組件110的致動件1108可以進入并隨后越過凹槽。當來自編碼器104的圓盤形載體106轉動過的角度信息接近預存儲在存儲器內的零位與H2孔位之間的角度信息尤其當鎖定組件110的致動件1108與V形凹槽的邊緣開始接觸時，例如，與H2孔位所對應的凹槽的中心僅相差0.5度，控制器指令驅動器102釋放(或移除)其驅動力，此時，鎖定組件110的致動件1108在彈性件1106的作用下從套筒1104中持續地伸出以抵靠到該V形凹槽的斜面，一直到該致動件1108不能再向外伸出為止。在該致動件1108的作用下，該圓盤形載體106在沒有驅動器的驅動的情況下轉動很小的角度后被鎖定到孔位H2。在該位置處，輔助定位開關中只有開關SW3與圓盤形載體106對應的凸起接觸并閉合從而向控制器的反饋信號001。控制器將該反饋信號001與預存儲在存儲器內的應反饋信號信息001對比，結果是相同的，則確認該H2孔位。如果前述的實際反饋信號不是001而是其他信號，則對比結果就是不同的，則控制器發出自鎖指令，等待維護人員進行維護。

在本發明的示例性實施方式中，通過3個輔助位置開關配合圓盤形載體上的凸起對各具體位置進行確定，然而，可以理解，當圓盤形載體上的孔位較多時，可以采用多于3個的輔助位置開關配合圓盤形載體上的凸起對各具體位置進行確定，也可以理解，當圓盤形載體上的孔位較少時，可以采用兩個輔助位置開關配合圓盤形載體上的凸起對各具體位置進行確定。

為了在驅動器的作用下進入并退出凹槽，鎖定組件的致動件較優地選擇球形，然而，可以理解，類球形的、橢球形的、或者具有圓滑曲面形狀的致動件均可，在此，這些類球形的、橢球形的或者具有圓滑曲面形狀的形狀均可以視為大體球形形狀的均等范圍。同樣地，V形的凹槽形狀是較優的，然而可以理解，類似V形的、具有進入斜面和退出斜面的凹槽均是可行的。

也可以理解，在本發明示例性實施方式中的七個孔位可以在中心孔周圍不均勻地排布的。

在前述示例性實施方式中，位置初始化開關以及布置在載體上的作為開關觸發件的一個凸起共同構成了位置初始化組件以用于設定載體的零位。然而，也可以理解，該位置初始化組件也可以例如包括固定到基板上的激光發射器和以及固定到載體上的激光接收器組成，一旦載體被驅動器驅動而轉動并在載體處于特定位置時激光接收器恰好能接收來自激光發射器的激光時向控制器發出反饋信號并將載體的該即時位置作為零位。本領域普通技術人員也可以通過其他手段來完成位置初始化。

在前述示例性實施方式中，多組開關觸發件每組中的凸起和空位是被布置在載體的上部并且是橫向分布的。然而，可以理解，如果該載體較厚(即，載體具有更大的周向端面)，各組的凸起和空位可以沿著豎向布置，對應地，三個輔助位置開關沿著豎向并列布置。另外，用于鎖定組件的致動件接合的V形凹槽也可以限定到該載體的徑向端面上，相應地，可以理解，該鎖定組件的布置也有對應的變化。

在另一種實施方式中，該載體不是環形的，例如，可以是長方體形狀的，多個孔位可以均勻間隔開地或者非均勻間隔開地布置于其上；該載體也不是被可轉動地驅動，而是由例如伺服電機直線式地往復驅動，在此，伺服電機輸出的轉動可以通過諸如齒輪齒條等運動轉換機構耦接到載體；除了這些不同外，位置初始化開關、輔助位置開關、存儲器、編碼器、控制器、凹槽與鎖定組件的配合均可以與前面敘述的實施例相同或者基本相同，本領域普通技術人員在上文的基礎上是不難理解的。因此，根據這種變形的實施方式，本發明包括不僅包括上文中詳細敘述的以轉動方式來轉換準直器孔位時實現鎖定和位置檢測的發明思想，而且也包括在此簡略敘述的以平動方式來轉換準直器孔位時實現鎖定和位置檢測的發明思想。

也可以理解，在本發明的示例性實施方式中，以放射治療機器作為本發明的準直器定位組件的應用場合進行描述的，然而可以理解，本發明的準直器定位組件可以應用到醫學成像和治療的用于準直切換的任何場合中。

雖然本發明披露如上，但本發明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。