防碰撞检测方法及装置、放射治疗设备的防碰撞检测方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种防碰撞检测方法及装置、放射治疗设备的防碰撞检测方法。

背景技术

目前，在利用医疗设备对病患进行诊断或治疗时，由于医疗设备上设置有多个活动部件，致使活动部件之间很容易产生碰撞，进而会对医疗设备造成损伤，甚至一些活动部件会碰撞到患者，从而还给患者带来一定的安全隐患。

发明内容

基于此，有必要提供一种防碰撞检测方法及装置、放射治疗设备的防碰撞检测方法，以避免医疗设备上的活动部件在运动过程中发生碰撞，进而提升医疗设备的安全性能，防止患者受到活动部件的伤害。

一种防碰撞检测方法，可应用于具有活动部件的医疗设备上，所述方法包括：

获取所述活动部件在预设时间段内的运动轨迹参数；

根据所述运动轨迹参数，判断所述活动部件是否在所述预设时间段内将要发生碰撞；

其中，判断所述活动部件在所述预设时间段内将要发生碰撞时停止驱动。

在上述的防碰撞检测方法中，通过利用所获取的在预设时间段内的运动轨迹参数，判断在该预设时间段内活动部件是否可能会发生碰撞，并在判断将要发生碰撞时，停止驱动将要发生碰撞的活动部件，进而能够有效的避免活动部件在运动过程中发生碰撞，以有效提升医疗设备的安全性能，同时还能防止患者受到活动部件的伤害。

在一个可选的实施例中，所述运动轨迹参数包括速度、运动方向和位置信息。

在一个可选的实施例中，所述运动轨迹参数包括规划运动轨迹参数和预测运动轨迹参数；所述获取所述活动部件在预设时间段内的运动轨迹参数的步骤，包括：

所述医疗设备处于正常工作状态时，获取活动部件的所述规划运动轨迹参数，可用以在后续的步骤中根据该规划运动轨迹参数来判断不同的活动部件之间在所述当前预设时间段内是否将发生碰撞；或者

所述医疗设备处于非工作状态时，基于运动轨迹参数预测出活动部件的所述预测运动轨迹参数，可用以在后续的步骤中根据所述预测运动轨迹参数来判断不同的活动部件之间在所述预设时间段内是否将发生碰撞。

在一个可选的实施例中，当所述医疗设备处于非工作状态时，可基于预设时间段的时长、所述活动部件所处的位置及速度等来预测活动部件的所述预测轨迹参数。

在一个可选的实施例中，所述医疗设备为放疗设备，所述工作状态为所述放疗设备处于治疗阶段，所述非工作状态为所述放疗设备处于非治疗阶段；

其中，所述放疗设备处于治疗阶段时，模拟患者在所述放疗设备中的承载板上的模型，以及获取活动部件的所述规划运动轨迹参数，用以根据所述模型和所述规划运动轨迹参数来判断所述活动部件与患者之间在所述预设时间段内是否将发生碰撞。

在一个可选的实施例中，所述根据所述运动轨迹参数，判断所述活动部件是否在所述预设时间段内将要发生碰撞的步骤，包括：

根据所述运动轨迹参数，采用防碰撞检测算法判断所述活动部件是否在所述预设时间段内将要发生碰撞；

其中，针对活动部件采用等效内接或外切多面体的方式进行防碰撞算法的运算。

在一个可选的实施例中，所述防碰撞检测算法为分离轴碰撞检测算法。

一种防碰撞检测装置，可应用于具有活动部件的医疗设备上，所述医疗设备中预存有所述活动部件的规划运动轨迹参数，所述装置包括：

位移传感器，固定设置于所述活动部件之上，以用于采集所述活动部件的运动轨迹参数；

处理器，分别与所述医疗设备和所述位移传感器连接；

其中，所述处理器用于在所述医疗设备处于正常工作状态时，根据从所述医疗设备中调取的活动部件的所述规划运动轨迹参数，以判断不同的活动部件之间在所述预设时间段内是否将发生碰撞；以及

所述处理器用于在所述医疗设备处于非工作状态时，根据从所述位移传感器所采集的运动轨迹参数计算出活动部件的所述预测运动轨迹参数，以判断不同的活动部件之间在所述预设时间段内是否将发生碰撞。

上述的防碰撞检测装置，在医疗设备处于不同的工作状态时，均能通过分别与位移传感器和医疗设备连接处理器，判断出活动部件在未来一段时间内是否可能会发生碰撞，进而有效的避免活动部件在运动过程中发生碰撞，以有效提升医疗设备的安全性能，同时还能防止患者受到活动部件的伤害。

在一个可选的实施例中，所述医疗设备为放疗设备，所述工作状态为所述放疗设备处于治疗阶段，所述非工作状态为所述放疗设备处于非治疗阶段；所述装置还包括：

输入设备，用以输入患者的体态参数；

模拟设备，与所述输入设备连接，以根据所述患者的体态参数模拟出该患者在所述放疗设备中的承载板上的模型；

其中，所述处理器与所述模拟设备连接，用以在所述放疗设备处于治疗阶段时，根据所述模型和所述规划运动轨迹参数，来判断在所述预设时间段内，所述活动部件与患者之间是否将发生碰撞。

在一个可选的实施例中，上述的防碰撞检测装置还可包括：

机械停止开关，设置于所述活动部件上发生碰撞的区域中；所述机械停止开关与所述医疗设备连接，以用于在该活动部件发生碰撞时停止该活动部件的运动。

在一个可选的实施例中，上述的防碰撞检测装置还可包括：

电流检测装置，与所述医疗设备连接，以用于实时检测所述医疗设备驱动所述活动部件运动的电流；

其中，所述电流检测装置检测到所述医疗设备驱动所述活动部件运动的电流大于预设的电流阈值时，断开所述医疗设备的供电。

一种医疗设备，可包括：

医疗设备本体，具有多个活动部件；以及

如上述任意一项所述的防碰撞检测装置；

其中，所述防碰撞检测装置设置于所述医疗设备本体上，以用于检测所述多个活动部件在所述预设时间段内是否将发生碰撞。

上述的医疗设备中，通过防碰撞检测装置可有效的避免活动部件在运动过程中发生碰撞，以有效提升医疗设备的安全性能，同时还能防止患者受到活动部件的伤害。

一种放射治疗设备的防碰撞检测方法，所述放射治疗设备包括机架、在所述机架上可转动设置的治疗头和电子射野影像设备，及相对所述机架可独立移动的病床；所述方法包括：

获取所述治疗头、所述电子射野影像设备和所述病床在预设时间段内的运动轨迹参数；

根据所述运动轨迹参数，判断所述获取治疗头、所述电子射野影像设备及所述病床是否在所述预设时间段内将要发生碰撞；

其中，判断所述治疗头与所述病床之间、所述电子射野影像设备与所述病床之间在预设时间内发生碰撞时，停止驱动。

上述的放射治疗设备的防碰撞检测方法中，通过利用所获取的在预设时间段内的运动轨迹参数，判断在该预设时间段内诸如治疗头、电子射野影像设备和病床等活动部件是否可能会发生碰撞，并在判断将要发生碰撞时，停止驱动将要发生碰撞的活动部件，进而能够有效的避免治疗头、电子射野影像设备和病床等在运动过程中发生碰撞，以有效提升医疗设备的安全性能，同时还能防止患者受到活动部件的伤害。

附图说明

图1为一个实施例中防碰撞检测方法的流程示意图；

图2为另一个实施例中防碰撞检测方法的流程示意图；

图3为一个实施例中防碰撞检测装置中各个部件之间的连接关系示意图；

图4为一个实施例中防碰撞检测模拟受检者的三维立体模型的构示意图；

图5～8为一个实施例中采用不同的多面体等效圆柱体的示意图；

图9为一个实施例中放射治疗设备的防碰撞检测方法的流程示意图；

图10为一个实施例中在医疗设备上进行防碰撞检测的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为一个实施例中防碰撞检测方法的流程示意图。如图1所示，一种防碰撞检测方法，可应用具有活动部件的医疗设备上，该方法可包括以下步骤：

步骤S1，获取活动部件在预设时间段内的运动轨迹参数。

具体的，上述的运动轨迹参数可包括诸如速度、运动方向和位置信息等参数。例如，可通过调取医疗设备内置的每个活动部件的规划运动参数作为该预设时间段内的运动轨迹参数，也可通过采集每个活动部件的运动参数经过计算来获取该每个活动部件的预测运动参数作为该预设时间段内的运动轨迹参数。

步骤S2，根据上述的运动轨迹参数，判断上述的活动部件在预设时间段内是否将要发生碰撞。若发生碰撞，则继续进行步骤S3；否则，继续进行步骤S4。

具体的，基于步骤S1所获取的运动轨迹参数的基础上，针对每一个活动部件，均可采用诸如分离轴碰撞检测等防碰撞检测算法，来判断上述的活动部件在预设时间段内是否将要发生碰撞，且在判断出在上述的预设时间段内发生碰撞时，可针对将要发生碰撞的活动部件继续进行步骤S3，而针对不会发生碰撞的活动部件则可继续进行步骤S4。其中，预设时间段可为以当前时间点为起始点，经过诸如500毫秒等时长作为该预设时间段，具体可根据医疗设备需求而设定。

步骤S3，停止驱动将要发生碰撞的活动部件。

具体的，在基于步骤S2所判断出的在预设时间段内即将有活动部件发生碰撞时，则可针对即将发生碰撞的活动部件可自动的停止该活动部件的运动，也可根据输入的操作指令使得即将发生碰撞的活动部件继续运动或以特定的速度进行降速操作等。

另外，在判断出在预设时间段内即将有活动部件发生碰撞时，也可同时触发报警信息，该报警信息可包括即将发生碰撞的活动部件的标示信息、碰撞的等级等。

步骤S4，活动部件继续运动。

具体的，针对不会在预设时间段内发生碰撞的活动部件，可不进行任何操作，使得该活动部件保持原先的运动状态，并可继续进行步骤S1，以进行下一个时间段的碰撞检测操作。

进一步的，上述的医疗设备可为放疗设备，而活动部件则可为治疗头(Gantryheader)、电子射野影像设备(EPID)、病床(table)等；上述的活动部件将要发生碰撞可为不同活动部件之间、活动部件与患者之间或活动部件与其他设备之间所发生的碰撞。

下面就以放疗设备为例进行具体说明：

图2为另一个实施例中防碰撞检测方法的流程示意图。如图2所示，一种检测放疗设备中活动部件防碰撞检测的方法，可包括：

步骤S10，获取医疗设备(如放疗设备)的工作状态。

具体的，该医疗设备的工作状态可包括正常工作状态和非工作状态，即利用医疗设备对患者进行检测或治疗(可认为此时医疗设备处于治疗阶段)时，可定义该医疗设备处于正常工作状态，而在其他时间段内(可认为医疗设备处于非治疗阶段)则可定义该医疗设备处于非工作状态。

步骤S11，判断当前医疗设备是否处于正常工作状态。若是，则继续步骤S12；否则，继续步骤S13。

步骤S12，获取活动部件的规划运动轨迹参数。

具体的，由于在医疗设备处于正常工作状态时，活动部件的运动轨迹是预先定制的，故可直接从该医疗设备中调取每个活动部件的规划运动参数，且在调取活动部件的规划运动参数后，可继续进行步骤S15。

步骤S13，采集活动部件的运动轨迹参数。

具体的，在步骤S11中判断出医疗设备处于非工作状态时，由于活动部件的运动轨迹不是事先规划好的，故需要对其未来的运动轨迹进行预测。例如，对活动部件未来的运动轨迹进行预测时，可通过采用诸如编码器等位移传感器来对活动部件的运动轨迹参数进行采集。

步骤S14，基于运动轨迹参数计算出预测运动轨迹参数。

具体的，可基于步骤S13中所采集的每个活动部件的运动轨迹参数或者其他途径获取的每个活动部件的运动轨迹参数，来对应预测出每个活动部件在预设时间段内的预测运动轨迹。例如，可以当前时间点为终止点，计算在当前时间点以前如100毫秒等时长的时间段内，每个活动部件的平均速率，然后以当前活动部件所在的位置点为起点，沿当前运动的方向，在预设时间段后的位移，进而预测出每个活动部件的预测运动轨迹参数。

另外，为了提升预测的精准性，在获取预测运动轨迹参数时，需确保活动部件在短时间内速度不会发生较大的变化，例如活动部件需满足在500毫秒时间段内，速度的变化值小于10mm/ms。

进一步的，可基于预设时间段的时长、活动部件所处的位置及该活动部件运动的速度等参数来预测每个活动部件的预测轨迹参数。

具体的，可采用公式A：S＝P_C+X×V_C计算活动部件的预测轨迹参数；其中，公式A中的S为当前活动部件在预设时间段后的位置，P_c为当前活动部件当前所在的位置，X为预设时间段的时长，V_c为当前活动部件在时间点的速度。例如，设定当前活动部件相对于原点的一侧位置P_c为10mm，当前的速度V_c为5mm/ms，而预设时间段的时长X为300ms，则相应的当前活动部件在预设时间段后的位置为S＝10mm+300ms×5mm/ms＝1510mm即相较于原先10mm的位置，该当前活动部件移动了1500mm。

步骤S15，判断活动部件是否将要发生碰撞。

具体的，当医疗设备处于正常工作状态时，可根据步骤S12中所获取的每个活动部件的规划运动轨迹参数，来判断在预设时间段内，活动部件之间是否会发生碰撞；当医疗设备处于非工作状态时，则可根据步骤S14中所计算出的每个活动部件的预测运动轨迹参数，来判断在预设时间段内，活动部件之间是否会发生碰撞。需要注意的是，在本步骤中，也可根据规划运动轨迹参数或预测运动轨迹参数来判断每个活动部件与其他固定设置的部件之间，在预设时间段内是否会发生碰撞。同时，在判断出活动部件将要发生碰撞时，可继续进行步骤S16；否则，可继续进行步骤17。

进一步的，可采用诸如分离轴碰撞检测等防碰撞检测算法，来判断活动部件之间或活动部件与其他固定的部件之间是否将要发生碰撞。

另外，针对活动部件，可采用等效内接或外切多面体的方式来进行防碰撞算法的计算，如图5～8所示，可采用诸如内接正四面体31、正六面体41、正十二面体51或正二十四面体61等多种类型的多面体来等效圆柱体30，进而来有效的节省运算资源，提升运算的速度。同时，为了进一步提升整体的运算效率，还可将承载平台(如病床)也采用多个多面体图形的叠加进行等效运算模拟。

需要注意的是，虽然多面体的面数越多，等效的精度越高，但会使得相应的防碰撞检测算法的运算量也越大，故在实际的应用中可根据实际的需求来选择合适面数的多面体进行等效计算，以在提升运算效率的同时，使得等效的精度满足实际的需求。

步骤S16，停止驱动将要发生碰撞的活动部件。

具体的，在基于步骤S15的判断结果，当判断出在预设时间段内活动部件之间或活动部件与固定的部件之间即将发生碰撞时，可自动的停止该活动部件的运动，也可根据技师输入的操作指令使得即将发生碰撞的活动部件继续运动、以特定的速度进行降速或停止运动等操作。

另外，针对即将发生碰撞的活动部件还可发出包含诸如即将发生碰撞的活动部件的标示信息、碰撞的等级等的报警信息。

例如，在医疗设备处于非正常工作状态时，若预判到即将有碰撞发生，且技师确定不会产生负面影响，可通过松开运动按钮(motion enable)且再次按下该按钮，即可使得所判断即将发生碰撞的活动部件继续运动。同时，在放疗设备中，在出束前当预判到会有碰撞发生时可通过对话框的方式提醒技师，而技师则可通过选择对话框上的继续按钮或停止按钮，来控制即将发送碰撞的活动部件的运动。即本实施例中，能够降低误检所造成的影响，可赋予技师相应的操控权力，以结合实际情况控制活动部件的运动。

步骤S17，活动部件继续运动。

具体的，当判断出在预设时间段内活动部件之间或活动部件与固定的部件之间不会发生碰撞时，可不进行任何操作，以使得该活动部件保持原先的运动状态，并可继续进行步骤S10，从而进行下一个时间段的碰撞检测操作。

在另一个可选的实施例中，如图2所示，由于在医疗设备处于正常工作状态时，医疗设备的承载板(如病床)上会承载患者，故此时需要判断活动部件是否会与患者之间发生碰撞；即在步骤S12与步骤S15之间，可通过一些模拟设备根据所采集患者的诸如身高、三维尺寸、体重等体态参数及温度等环境参数来模拟出承载板患者的立体模型，后续在步骤S15中则根据该立体模型和每个活动部件的规划运动轨迹参数来判断活动部件与患者之间在预设时间段内，是否将发生碰撞，并基于判断的结果继续进行步骤S16或步骤S17。

需要注意的是，在本实施例中，步骤S16中的碰撞报警信息还可包括活动部件与患者进行碰撞的标示信息，以提醒技师活动部件将会碰撞到患者。

图3为一个实施例中防碰撞检测装置中部件之间的连接关系示意图。如图3所示，在本申请的另一个实施例中，一种防碰撞检测装置，可应用于具有活动部件的医疗设备上，该防碰撞检测装置可包括位移传感器21、处理器22和报警器23；位移传感器21可固定设置在活动部件之上，以用于采集活动部件的运动轨迹参数；处理器22分别与位移传感器21和报警器23连接，可用于在医疗设备处于正常工作状态时，根据从医疗设备中所调取的活动部件的规格运动轨迹参数，来判断不同的活动部件之间在预设时间段内是否将发生碰撞；或者，该处理器还可在医疗设备处于非工作状态时，根据从采集但所采集的运动轨迹参数计算出活动部件的预测运动轨迹参数，并根据该预测运动轨迹参数来判断不同的活动部件之间在预设时间段内是否将要发生碰撞。另外，在检测到活动部件将要发生碰撞时，处理器22可停止驱动即将发生碰撞的活动部件运动，同时也可触发报警器23发出报警信息。其中，上述的位移传感器21可为编码器，而运动轨迹参数和规划运动参数均可包括速度、运动方向和位置信息等。

图4为一个实施例中防碰撞检测模拟受检者的模型的构示意图。如图3～4所示，在另一个可选的实施例中，上述的防碰撞检测装置还可包括输入设备25和模拟设备26；输入设备25用于技师输入患者的体态参数；模拟设备26则分别与处理器22和输入设备25连接，以根据输入设备25所输入的患者的体态参数模拟出患者在医疗设备中的承载板101上的模型102。其中，处理器22可在医疗设备处于正常工作状态时，根据模型102和活动部件的规划运动轨迹参数，来判断在预设时间段内，活动部件与患者之间是否将会发生碰撞。

如图3所示，在另一个可选的实施例中，上述的防碰撞检测装置还可包括设置于医疗设备本体24上的机械停止开关27和电流检测装置28；机械停止开关27可设置于活动部件上易发生碰撞的区域中，且该机械停止开关27可与医疗设备本体连接，以用于在活动部件发生碰撞时停止相应的活动部件的运动；电流检测装置28也可与医疗设备本体24连接，以用于实时检测医疗设备本体24驱动活动部件运动的电流，如电流检测装置28检测到当前医疗设备本体24驱动活动部件运动的电流大于预设的电流阈值时，可直接断开医疗设备的供电。

其中，上述的机械停止开关27和电流检测装置28分别与处理器22连接，使得本实施例中的防碰撞检测装置具有三级防碰撞功能，即在处理器22进行防碰撞失败后，通过机械停止开关27可阻止轻微的碰撞，而电流检测装置28则在发生较为严重的碰撞时能及时的切断供电电源，进而有效降低碰撞所造成的损伤。

需要注意的是，本申请实施例中的防碰撞检测装置可用于实现上述防碰撞检测方法，故防碰撞检测方法实施例与防碰撞检测装置实施例之间的相关技术内容，在不冲突的前提下均可相互适用，为了阐述简便，在此便不一一列举。

本申请实施例中还提供一种医疗设备，如图3所示，可包括具有多个活动部件的医疗设备本体24，以及上述任意一实施例中所记载的防碰撞检测装置；其中，防碰撞检测装置可设置于医疗设备本体24上，以用于检测活动部件在预设时间段内是否将发生碰撞。

图9为一个实施例中放射治疗设备的防碰撞检测方法的流程示意图。如图9所示，一种放射治疗设备的防碰撞检测方法，放射治疗设备可包括机架、在机架上可转动设置的治疗头和电子射野影像设备，及相对机架可独立移动的病床，商户的方法可包括：

步骤S71，获取治疗头、电子射野影像设备和病床等活动部件在预设时间段内的运动轨迹参数。

步骤S72，根据上述运动轨迹参数，判断获取治疗头、电子射野影像设备及病床等活动部件是否在预设时间段内将要发生碰撞。

其中，判断治疗头与病床之间、电子射野影像设备与病床之间等在预设时间内发生碰撞时，停止驱动即将发生碰撞的活动部件。

上述的放射治疗设备的防碰撞检测方法中，通过利用所获取的在预设时间段内的运动轨迹参数，判断在该预设时间段内诸如治疗头、电子射野影像设备和病床等活动部件是否可能会发生碰撞，并在判断将要发生碰撞时，停止驱动将要发生碰撞的活动部件，进而能够有效的避免治疗头、电子射野影像设备和病床等在运动过程中发生碰撞，以有效提升医疗设备的安全性能。

需要注意的是，本申请实施例中的放射治疗设备的防碰撞检测方法可基于上述防碰撞检测方法进行，故防碰撞检测方法实施例与本实施例中的放射治疗设备的防碰撞检测方法实施例之间的相关技术内容，在不冲突的前提下均可相互适用，为了阐述简便，在此便不一一列举。

图10为一个实施例中在医疗设备上进行防碰撞检测的流程示意图。如图10所示，下面就以一实际中的应用为例，对本申请中的防碰撞检测进行详细说明：

步骤S81，检测是否将要发生碰撞。若是，则继续步骤S82；否则，于预设时间段后重新进行步骤S81。

步骤S82，发出碰撞报警信息，以提示技师检测到在预设时间段内可能会发生碰撞；同时，可停止即将发生碰撞的活动部件的运动。

步骤S83，判断即将发生碰撞的活动部件是否继续运动。若接收到停止运动的指令，则可停止即将发生碰撞的活动部件的运动，并在后续继续开始运动后继续执行步骤S81。否则，继续进行步骤S84和步骤S85。

步骤S84，判断驱动电流是否大于阈值。若驱动电流是否小于或等于阈值，则继续步骤86；否则，于预设时间段后重新进行步骤S81。

步骤S85，判断机械停止开关是否闭合。若机械停止开关闭合，则继续步骤86；否则，于预设时间段后重新进行步骤S81。

其中，步骤S84和步骤S85可同时进行，也可在步骤S85判断出机械开关闭合后，再进行步骤S84判断，并在判断出驱动电流大于阈值时，直接断开医疗设备的供电。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。