本發(fā)明涉及醫(yī)療領(lǐng)域，尤其涉及一種用于手術(shù)治療及醫(yī)學(xué)影像采集的醫(yī)用床臺(tái)。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們的生活水平不斷提高，過去難以診斷和治療的疾病正在不斷攻克，醫(yī)療水平的不斷提高，進(jìn)而促進(jìn)醫(yī)療器械的不斷發(fā)展。

醫(yī)用床臺(tái)是醫(yī)療機(jī)構(gòu)最常用的醫(yī)療器械之一，是用于患者保持診斷和治療所需體位的支撐裝置。隨著醫(yī)療領(lǐng)域不斷向精準(zhǔn)化和智能化方向發(fā)展，醫(yī)用床臺(tái)不再局限于承載病人的作用，開始提供精確的位置調(diào)節(jié)功能，便于使患者進(jìn)入醫(yī)生需要手術(shù)體位和影像體位。

應(yīng)該注意的是，由于現(xiàn)有技術(shù)基于液壓缸控制，導(dǎo)致其存在控制繁瑣、反饋控制精度低的問題?，F(xiàn)有技術(shù)采用液壓缸作為床體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，但是液壓缸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)需布置大量液壓管路，致使該床體存在體積龐大笨重、運(yùn)動(dòng)靈活性欠缺、容易出現(xiàn)液體泄漏故障降低可靠性增加維護(hù)難度和維護(hù)成本等諸多缺陷。

此外，現(xiàn)有的醫(yī)用床臺(tái)運(yùn)動(dòng)自由度少，使其體位調(diào)節(jié)功能有限，手術(shù)治療或影像拍攝時(shí)往往需要醫(yī)生多次手動(dòng)調(diào)整才能到達(dá)需要的體位，增加了工作難度，延長(zhǎng)了手術(shù)治療或影像采集的時(shí)間，在“時(shí)間就是生命”的現(xiàn)代醫(yī)療領(lǐng)域，迫切需要更快更精準(zhǔn)的多自由度智能床臺(tái)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述問題，本發(fā)明提供一種醫(yī)用床臺(tái)及其控制方法，其中運(yùn)動(dòng)控制方法簡(jiǎn)單、精度高，運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)可靠性高故障率低、維護(hù)方便、成本低的，該床臺(tái)體積小、結(jié)構(gòu)緊湊靈活，還能夠多自由度運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明提供了一種醫(yī)用床臺(tái)。所述床臺(tái)包括立柱、支撐板、床面板以及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其中，

所述立柱包括橫向運(yùn)動(dòng)滑軌；

所述支撐板設(shè)置在所述橫向運(yùn)動(dòng)滑軌上，并能夠橫向移動(dòng)；

所述床面板設(shè)置在所述支撐板上，能夠和所述支撐板一同橫向移動(dòng)；

所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括控制面板、伺服電機(jī)、傳動(dòng)單元與控制器，其中，

所述控制器接收所述控制面板的運(yùn)動(dòng)指令，并傳遞給所述伺服電機(jī)；

所述伺服電機(jī)根據(jù)接收到的運(yùn)動(dòng)指令轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)單元，帶動(dòng)所述支撐板橫向移動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述支撐板兩側(cè)具有縱向滑軌，所述床面板設(shè)置在所述支撐板的縱向滑軌上，并能夠縱向移動(dòng)；其中，

所述控制器接收所述控制面板的運(yùn)動(dòng)指令，并傳遞給所述伺服電機(jī)；所述伺服電機(jī)根據(jù)接收到的運(yùn)動(dòng)指令轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)單元帶動(dòng)所述床面板縱向移動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述立柱底部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸，其與所述傳動(dòng)單元相連，其中，

所述控制器接收所述控制面板的運(yùn)動(dòng)指令，并傳遞給所述伺服電機(jī)；所述伺服電機(jī)根據(jù)接收到的運(yùn)動(dòng)指令轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)單元帶動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，所述橫向運(yùn)動(dòng)滑軌下方設(shè)置有可升降機(jī)構(gòu)，其與所述傳動(dòng)單元相連，其中，

所述控制器接收所述控制面板的運(yùn)動(dòng)指令，并傳遞給所述伺服電機(jī)；所述伺服電機(jī)根據(jù)接收到的運(yùn)動(dòng)指令轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)單元帶動(dòng)所述可升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述橫向運(yùn)動(dòng)滑軌下方設(shè)置有傾斜傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其與所述傳動(dòng)單元相連，其中，

所述控制器接收所述控制面板的運(yùn)動(dòng)指令，并傳遞給所述伺服電機(jī)；所述伺服電機(jī)根據(jù)接收到的運(yùn)動(dòng)指令轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)單元帶動(dòng)所述傾斜傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生傾斜運(yùn)動(dòng)。

具體地，所述伺服電機(jī)包括用于測(cè)量所述伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速的編碼器。

本發(fā)明還提供了一種上述床臺(tái)的控制方法，所述方法包括以下步驟：

通過所述控制面板發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，指定所述床面板的位置；

經(jīng)由所述控制器接收所述控制面板的運(yùn)動(dòng)指令，經(jīng)過所述控制器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)控制模型計(jì)算、分析，并傳遞給所述伺服電機(jī)；

所述伺服電機(jī)根據(jù)接收到的指令轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)單元，帶動(dòng)所述床面板到達(dá)指定的位置。

進(jìn)一步地，所述方法還包括以下步驟：

利用所述伺服電機(jī)內(nèi)的編碼器測(cè)量所述伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，反饋到所述控制器；

所述控制器通過運(yùn)動(dòng)控制模型對(duì)所述伺服電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)反饋運(yùn)動(dòng)控制，至所述床面板到達(dá)指定的位置。

具體地，所述方法還包括以下步驟：

利用所述伺服電機(jī)內(nèi)的編碼器測(cè)量所述伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速與所述床面板的位置運(yùn)動(dòng)信息，并反饋到所述控制面板，對(duì)控制進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

此外，所述方法還包括手動(dòng)操作所述控制面板上的操縱桿，直接控制所述伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)單元，帶動(dòng)所述床面板運(yùn)動(dòng)到位。

本發(fā)明還提供一種多自由度床臺(tái)。所述床臺(tái)包括：立柱、支撐板以及床面板，其中，

所述立柱包括橫向運(yùn)動(dòng)滑軌，所述支撐板兩側(cè)具有縱向滑軌；

所述支撐板設(shè)置在所述橫向運(yùn)動(dòng)滑軌上，并能夠橫向移動(dòng)；

所述床面板設(shè)置在所述支撐板的縱向滑軌上，并能夠縱向移動(dòng)；

所述立柱還包括設(shè)置在所述橫向運(yùn)動(dòng)滑軌下方的可升降機(jī)構(gòu)與傾斜傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以及設(shè)置在所述立柱底部的旋轉(zhuǎn)軸，所述立柱能夠帶動(dòng)所述床面板和所述支撐板進(jìn)行上下、傾斜與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明所述的醫(yī)療床臺(tái)采用伺服電機(jī)控制，運(yùn)動(dòng)控制方法簡(jiǎn)單、精度高、運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)可靠性高故障率低、維護(hù)方便、成本低，此外，本發(fā)明所述的醫(yī)療床臺(tái)運(yùn)動(dòng)自由度高、到達(dá)體位更多、無(wú)死角，同時(shí)本發(fā)明所述的多自由度醫(yī)療床臺(tái)體積小、結(jié)構(gòu)緊湊靈活。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述醫(yī)療床臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所述醫(yī)療床臺(tái)的控制方法的流程圖。

圖3是本發(fā)明所述醫(yī)療床臺(tái)控制方法的反饋控制模型的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說明的目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。

由于現(xiàn)有技術(shù)基于上述液壓缸控制，導(dǎo)致其存在控制繁瑣、反饋控制精度低的不足。因此，在醫(yī)學(xué)影像臨床應(yīng)用及手術(shù)治療應(yīng)用中，為實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確完成臨床要求的擺位，并盡量減少患者配合擺位所做的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)可配合不同影像設(shè)備和手術(shù)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明提供了一種醫(yī)用床臺(tái)及其控制方法。

如圖1所示，所述床臺(tái)包括立柱1、支撐板2、床面板(未示出)以及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)3。所述床面板的材質(zhì)可選碳纖維，使其對(duì)于X射線的最大衰減當(dāng)量小于1.0mmAl，加床墊不大于1.7mmAl，以保證X射線的強(qiáng)度。

如圖1所示，所述立柱1包括橫向運(yùn)動(dòng)滑軌11；所述支撐板2設(shè)置在所述橫向運(yùn)動(dòng)滑軌11上，并能夠橫向移動(dòng)，橫向可定義為與床面板的長(zhǎng)邊垂直的方向；所述床面板設(shè)置在所述支撐板2上，能夠和所述支撐板2一同橫向移動(dòng)。其中立柱1可通過埋入地下的槽鋼和螺栓固定，其在地上的部分托起支撐板2和床面板，使床臺(tái)可承重大于等于350千克。

如圖1所示，所述床臺(tái)的支撐板2兩側(cè)還可具有縱向滑軌21，所述床面板設(shè)置在所述支撐板2的縱向滑軌21上，并能夠縱向移動(dòng)，縱向可定義為沿著床面板的長(zhǎng)邊的方向。

如圖1所示，再者，所述立柱1的底部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸12，其與所述立柱1埋入地下的部分固定在一起，整個(gè)床臺(tái)可繞該旋轉(zhuǎn)軸12進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

如圖1所示，所述橫向運(yùn)動(dòng)滑軌11的下方設(shè)置有可升降機(jī)構(gòu)13，也就是說，可升降結(jié)構(gòu)13嵌套在立柱1上，床臺(tái)通過可升降機(jī)構(gòu)13進(jìn)行上下升降運(yùn)動(dòng)，其中所述可升降機(jī)構(gòu)13通常有絲杠、皮帶、蝸輪蝸桿及匹配的齒輪等結(jié)構(gòu)供選擇。

如圖1所示，所述橫向運(yùn)動(dòng)滑軌11的下方設(shè)置有傾斜傳動(dòng)機(jī)構(gòu)14，該傾斜傳動(dòng)機(jī)構(gòu)14可使得整個(gè)床臺(tái)發(fā)生一定角度的前后傾斜，其中所述傾斜傳動(dòng)機(jī)構(gòu)14通常有絲杠、皮帶、蝸輪蝸桿及匹配的齒輪等結(jié)構(gòu)供選擇。

上述床臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)置使得床臺(tái)具有多個(gè)自由度，其可以發(fā)生橫向、縱向、上下升降運(yùn)動(dòng)，還可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或傾斜運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)臨床要求的擺位。

如圖1和2所示，特別地，所述床臺(tái)還包括運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)3，該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)3具體包括控制面板31、伺服電機(jī)32、傳動(dòng)單元33與控制器34?？刂泼姘?1可安裝在支撐板2的側(cè)面，操作人員可通過控制面板31上的操縱桿和按鈕操作床臺(tái)運(yùn)動(dòng)，并可通過控制面板31上的顯示屏和指示燈監(jiān)視床臺(tái)的運(yùn)動(dòng)和狀態(tài)；所述伺服電機(jī)32包括用于測(cè)量所述伺服電機(jī)32的轉(zhuǎn)速的編碼器；控制器34可以是一種可編程控制器(Programmable Logic Controller,簡(jiǎn)稱PLC)，也可以選擇單片機(jī)、ARM或其它微處理器，控制器34內(nèi)部載有反饋控制模型，用于控制整個(gè)床臺(tái)的多自由度運(yùn)動(dòng)。

如圖1和2所示，具體地，伺服電機(jī)32內(nèi)的編碼器測(cè)量所述伺服電機(jī)32的轉(zhuǎn)速和床面板、支撐板2的運(yùn)動(dòng)信息并將其傳輸?shù)娇刂泼姘?1上顯示，同時(shí)將運(yùn)動(dòng)信息輸入給控制器34，控制器34內(nèi)部采用反饋控制模型將運(yùn)算結(jié)果輸出給伺服電機(jī)32進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，因此，所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)就構(gòu)成了一個(gè)精確的閉環(huán)反饋系統(tǒng)。其中，伺服電機(jī)32內(nèi)的編碼器根據(jù)控制精度要求可選擇8位到64位的編碼器。在本發(fā)明中，伺服電機(jī)32的運(yùn)動(dòng)信息除了反饋到控制面板31供操作人員觀看、監(jiān)控之外，還可外接到其它外部設(shè)備例如影像采集系統(tǒng)、手術(shù)機(jī)架系統(tǒng)、手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行特定的測(cè)控應(yīng)用。

如圖1和2所示，傳動(dòng)單元33與所述床臺(tái)的床面板、支撐板2、旋轉(zhuǎn)軸12、可升降機(jī)構(gòu)13、傾斜傳動(dòng)機(jī)構(gòu)14分別相連，所述伺服電機(jī)32通過傳動(dòng)單元33可控制床面板、支撐板2、旋轉(zhuǎn)軸12、可升降機(jī)構(gòu)13、傾斜傳動(dòng)機(jī)構(gòu)14的運(yùn)動(dòng)。其中，傳動(dòng)單元33通常有絲杠、皮帶、蝸輪蝸桿及匹配的齒輪等結(jié)構(gòu)供選擇，本發(fā)明的實(shí)施例中采用選擇絲杠和皮帶的傳動(dòng)單元。

如圖1和2所示，所述控制器34接收所述控制面板31的橫向運(yùn)動(dòng)指令，并傳遞給所述伺服電機(jī)32。所述伺服電機(jī)32根據(jù)接收到的運(yùn)動(dòng)指令轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)單元33，帶動(dòng)所述支撐板2沿著橫向運(yùn)動(dòng)滑軌11橫向移動(dòng)，直至所述支撐板2(或床面板1)到達(dá)指定的位置。在本發(fā)明中，橫向移動(dòng)行程不小于±180mm，控制精度為1mm。

如圖1和2所示，所述控制器34接收所述控制面板31的運(yùn)動(dòng)指令，并傳遞給所述伺服電機(jī)32；所述伺服電機(jī)32根據(jù)接收到的運(yùn)動(dòng)指令轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)單元33帶動(dòng)所述床面板沿著縱向運(yùn)動(dòng)滑軌21縱向移動(dòng)，直至所述床面板1到達(dá)指定的位置。在本發(fā)明中，縱向移動(dòng)行程不小于±1400mm，速度不小于250mm/s，控制精度達(dá)到0.1mm。

如圖1和2所示，所述控制器34接收所述控制面板31的運(yùn)動(dòng)指令，并傳遞給所述伺服電機(jī)32；所述伺服電機(jī)32根據(jù)接收到的運(yùn)動(dòng)指令轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)單元33帶動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)軸12旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)床臺(tái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，直至到達(dá)指定位置。在本發(fā)明中，旋轉(zhuǎn)角度范圍為-90°至180°，控制精度為±1°并且旋轉(zhuǎn)速度不宜過快，但通常不小于4°/s。

如圖1和2所示，所述控制器34接收所述控制面板31的運(yùn)動(dòng)指令，并傳遞給所述伺服電機(jī)32；所述伺服電機(jī)32根據(jù)接收到的運(yùn)動(dòng)指令轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)單元33帶動(dòng)所述可升降機(jī)構(gòu)13進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)床臺(tái)進(jìn)行上下升降運(yùn)動(dòng)，直至到達(dá)指定位置。在本發(fā)明中，最低高度不大于750mm，上下升降行程不小于350mm，升降速度不小于40mm/s。

如圖1和2所示，所述控制器34接收所述控制面板31的運(yùn)動(dòng)指令，并傳遞給所述伺服電機(jī)32；所述伺服電機(jī)32根據(jù)接收到的運(yùn)動(dòng)指令轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)單元33帶動(dòng)所述傾斜傳動(dòng)機(jī)構(gòu)14發(fā)生傾斜運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)床臺(tái)進(jìn)行傾斜運(yùn)動(dòng)，直至到達(dá)指定位置。在本發(fā)明中，傾斜角度為±15°，控制精度為±1°，速度不宜過快，但通常不小于4°/s。

操作人員也可直接使用控制面板31上的操縱桿，控制伺服電機(jī)32與傳動(dòng)單元33，此時(shí)一般需要操作人員的經(jīng)驗(yàn)比較豐富，對(duì)操作為熟練，根據(jù)實(shí)際需要，能夠準(zhǔn)確控制所述床面板運(yùn)動(dòng)到位。

如圖3所示，特別地，本發(fā)明所述的反饋控制模型首先獲得控制面板31的指令，得到指定位置(即期望位置)，并獲得編碼器采集到的轉(zhuǎn)速等運(yùn)動(dòng)信息，然后根據(jù)運(yùn)動(dòng)要求達(dá)到的指定位置和運(yùn)動(dòng)信息計(jì)算運(yùn)動(dòng)增量，將運(yùn)動(dòng)增量輸入比例器進(jìn)行比例運(yùn)算，將比例運(yùn)算結(jié)果輸入比較器，與比較器里設(shè)定的閾值比較后，如果不超過該閾值則返回執(zhí)行比例運(yùn)算直到超過該閾值則進(jìn)入微分-積分器，微分-積分器進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈⒎诌\(yùn)算和積分運(yùn)算后輸出結(jié)果與要求達(dá)到的位置進(jìn)行比較，本發(fā)明所述的反饋控制模型把要求的位置與實(shí)際位置的差值同設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若不超過該閾值則返回微分-計(jì)分器進(jìn)行計(jì)算直到超過該閾值即達(dá)到指定位置，輸出運(yùn)動(dòng)控制結(jié)果。所述伺服電機(jī)32以及傳動(dòng)單元33根據(jù)上述控制結(jié)果進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，最終，帶動(dòng)床臺(tái)到達(dá)指定位置，完成控制。本發(fā)明所述的反饋控制模型實(shí)現(xiàn)了更加準(zhǔn)確的閉環(huán)反饋控制，可實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單、精度高、多自由度運(yùn)動(dòng)控制。

實(shí)施例1

在脊柱外科介入手術(shù)場(chǎng)合，醫(yī)生需要避開患者的脊柱與肋骨的重疊角度以獲得目標(biāo)位置的臨床信息，此時(shí)，醫(yī)生可通過控制面板發(fā)送位置指令，通過對(duì)床臺(tái)的多自由度的調(diào)節(jié)，尤其是橫向、縱向、旋轉(zhuǎn)與傾斜運(yùn)動(dòng)，醫(yī)生可通過控制面板的顯示器實(shí)時(shí)觀察，直至最終找到最合適的位置，即到達(dá)了一個(gè)可避開患者的脊柱與肋骨重疊的角度，這樣才能降低手術(shù)難度，保證手術(shù)的成功率。

實(shí)施例2

在四肢血管介入、心臟介入等介入手術(shù)場(chǎng)合，需要在不改變病人體位的情況下，靈活調(diào)整探測(cè)器與病人之間的距離，以獲取更好的醫(yī)學(xué)圖像，這就需要手術(shù)過程中可調(diào)整源到像距離SID(Source to Image Distance,簡(jiǎn)稱SID)，此時(shí)，醫(yī)生可通過控制面板發(fā)送位置指令，通過對(duì)床臺(tái)的多自由度的調(diào)節(jié)，尤其是上下升降、旋轉(zhuǎn)與傾斜運(yùn)動(dòng)，醫(yī)生可通過控制面板的顯示器實(shí)時(shí)觀察，直至最終找到最合適的位置，只有位置合適，獲取到的醫(yī)學(xué)圖像才會(huì)更有參考價(jià)值。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分來(lái)使用。