一种电离室定位系统及定位方法与流程

1.本发明涉及电离辐照技术领域，具体涉及一种电离室定位系统及定位方法。


背景技术：

2.放疗即放射治疗，是利用放射线治疗人体组织病变的一种局部治疗方法。在放射治疗中，90％要采用医用电子直线加速器。人体中70％的物质是水，所以放疗的处方剂量便是水吸收剂量，即单位质量的水吸收的能量，通俗地说，测量的是射线照射水以后传递给水的能量，这等效于放射治疗时射线传递给人体组织的能量。
3.电离室测量法是国内外最为常用的测量方法，在测量电离室与水箱壁面距离时常用伸缩齿进行测量，而伸缩齿由于材料原因使用后需要拆解擦拭，其测量长度需要使用游标卡尺进行确定，在操作过程中多有不便，且其所确定的长度由于伸缩齿自身结构问题常常出现变化，导致测量过程中存在误差的可能性极大。
4.如中国专利申请201320503593.4公开的一种扫描电离室用固定装置，其包括固定架和滑块，所述固定架和所述滑块固定连接，其还包括一与所述滑块连接的用于固定扫描电离室的电缆的固定件；所述固定件上设置有起导向作用的凹槽。然而扫描电离室用固定装置具有以下缺点和不足：无法获取电离室在三维水箱中的位置。
5.因此，提供一种可精准获取及调整电离室在三维水箱中的位置的电离室水等效材料的定位系统及其定位方法成为业内急需解决的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电离室水等效材料的定位系统及其定位方法，其定位精度高、定位速度快，并且可以定位在三维水箱内的任意点位。
7.根据本发明的一个方面，提供了一种电离室定位系统，包括基板、安装于所述基板中央的三维水箱、电离室、电离室固定机构、电离室定位机构、电离室定位校准机构以及分析控制单元；其中，电离室固定机构用于固定安装电离室；电离室定位机构安装于基板上并位于三维水箱的一侧，并吊挂电离室固定机构，用于将电离室定位于三维水箱中；电离室定位机构与分析控制单元通信连接，接收分析控制单元发出的位置指令，并按照位置指令包含的目标位置的三维坐标数据，将电离室定位于目标位置；定位校准机构与分析控制单元通信连接，用于获取电离室实际位置的三维坐标数据，并将实际位置的三维坐标数据传送至分析控制单元；分析控制单元用于建立三维坐标系，目标位置和实际位置均建立于三维坐标系下；分析控制单元用于向电离室定位机构发送包含目标位置的三维坐标数据的位置指令，获取定位校准机构传输的电离室实际位置的三维坐标数据，比较目标位置的三维坐标数据与实际位置的三维坐标数据，并控制电离室定位机构调整位置，使得实际位置的三维坐标数据与目标位置的三维坐标数据一致。
8.可选择地，三维坐标系以三维水箱的其中一个底角为坐标原点建立，包括x轴、y轴、z轴，以及xy平面、xz平面和yz平面，xy平面与三维水箱的底面相重合；电离室定位机构
邻近坐标原点设置于基板的角部。
9.可选择地，定位校准机构包括第一成像装置、第二成像装置以及与第一成像装置及第二成像装置通信连接的数据处理器，数据处理器与分析控制单元通信连接；第一成像装置设于xz平面或者与xz平面平行的平面，以拍摄电离室固定机构xz平面实际位置图片，并从图片中获取电离室固定机构在xz平面实际位置的第一二维坐标数据，并将第一二维坐标数据传送至数据处理器；第二成像装置设于yz平面或者与yz平面平行的平面，以拍摄电离室固定机构yz平面实际位置图片，并从图片中获取电离室固定机构在yz平面实际位置的第二二维坐标数据，并将第二二维坐标数据传送至数据处理器；数据处理器将第一二维坐标数据及第二二维坐标数据整合为电离室固定机构实际位置的三维坐标数据，并将实际位置的三维坐标数据传送至分析控制单元。
10.可选择地，分析控制单元包括：建系装置、指令装置、接收装置、以及分析装置；建系装置用于构建三维坐标系；指令装置与建系装置通信连接，用于向电离室定位机构发送包含目标位置的三维坐标数据的位置指令；接收装置用于接收定位校准机构传送的实际位置的三维坐标数据；分析装置与指令装置及接收装置通信连接，用于比较目标位置的三维坐标数据及实际位置的三维坐标数据一致性，当目标位置的三维坐标数据与实际位置的三维坐标数据一致时，完成电离室的定位；当目标位置的三维坐标数据与实际位置的三维坐标数据不一致时，作出调整指令，并将调整指令发送至电离室定位机构，直至目标位置的三维坐标数据与实际位置的三维坐标数据一致。
11.可选择地，电离室固定机构包括固定板，在固定板的中心处设有测量电离室孔位，测量电离室孔位的一侧设有参考电离室预留孔位，对应于测量电离室孔位的下方设有容置电离室的电离室防水套。
12.可选择地，电离室定位机构包括：底座、与所述底座相连接的支架以及与支架相连接的机械手；支架上设有用于调节支架高度的升降机构，支架与机械手之间设有用于调节机械手水平旋转的旋转机构；机械手包括机械手臂及机械吊臂，机械手臂上设有用于调节机械手臂长度的伸缩机构，机械吊臂用于吊挂电离室固定机构；升降机构、旋转机构以及伸缩机构分别与分析控制单元通信连接，以在分析控制单元的位置指令下吊挂电离室固定机构至目标位置。
13.可选择地，机械手臂设定为水平状态，机械吊臂设定为垂直状态。
14.另一方面，本发明提供一种电离室定位方法，使用上面公开的一种电离室定位系统对电离室进行定位，包括如下步骤：步骤1、分析控制单元建立三维坐标系，并向电离室定位机构发送在三维坐标系下的包含目标位置的位置指令；步骤2、电离室定位机构接收位置指令，将电离室定位于所述目标位置；步骤3、定位校准机构获取电离室的实际位置，并将实际位置的三维坐标数据传送至分析控制单元；以及步骤4、分析控制单元获取实际位置的三维坐标数据，并将其与目标位置的三维坐标数据进行对比；当目标位置的三维坐标数据与实际位置的三维坐标数据一致时，完成电离室的定位；当目标位置的三维坐标数据与实际位置的三维坐标数据不一致时，作出三维坐标数据调整指令，并将调整指令发送至电离室定位机构；
步骤5、重复步骤2至步骤4，直至实际位置的三维坐标数据与目标位置的三维坐标数据一致。
15.可选择地，步骤3包括：步骤3-1、定位校准机构的第一成像装置拍摄电离室的xz平面的实际位置图片，并从图片获取电离室在xz平面的实际位置的第一二维坐标数据，并将第一二维坐标数据传送至分析控制单元；步骤3-2、定位校准机构的第二成像装置拍摄电离室的yz平面的实际位置图片，并从图片获取电离室在yz平面的实际位置的第二二维坐标数据，并将第二二维坐标数据传送至分析控制单元；以及步骤3-3、定位校准机构的数据处理器将第一二维坐标数据及第二二维坐标数据整合为实际位置的三维坐标数据，并将实际位置的三维坐标数据传送至分析控制单元。
16.可选择地，在步骤4中，当目标位置的三维坐标数据与实际位置的三维坐标数据不一致时，分析控制单元获取实际位置的三维坐标数据与目标位置的三维坐标数据的x轴坐标、y轴坐标以及z轴坐标的差值；分析控制单元根据所述差值，作出三维坐标数据的调整指令，并将调整指令发送至所述电离室定位机构。
17.可选择地，电离室定位机构的升降机构可采用液压或气压升降杆结构，通过液压或气压方式调节升降，或者采用机器人领域通用的其它升降机构。
18.可选择地，电离室定位机构的伸缩机构采用液压或气压伸缩杆结构，通过液压或气压方式调节伸缩，或者采用机器人领域通用的其它伸缩机构。
19.可选择地，电离室定位机构可整体替换为商业渠道购买的通用类型多自由度机械手。
20.可选择地，第一成像装置和第二成像装置可采用普通数码相机或红外相机。
21.本发明的有益效果是：(1)自动化程度高、不需要人工参与，降低了由于人为操作造成误差的可能性；(2)电离室的定位精度高，通过系统自建的三维坐标系进行电离室的定位，并且对目标位置进行实际位置的校准检测，提高了电离室的定位准确性；(3)可以将电离室定位在三维水箱的任意处，克服了现有技术中由于伸缩尺或游标卡尺难以进行测量位置的缺陷。
附图说明
22.图1为本发明的一种电离室定位系统的结构示意图；
23.图2为本发明的电离室定位系统中电离室固定机构的结构示意图；
24.图3为本发明的电离室定位系统中分析控制单元建立的三维坐标系示意图；
25.图4为本发明的电离室定位系统中分析控制单元的结构示意图；
26.图5为本发明的一种电离室定位方法的步骤示意图。
具体实施方式
27.接下来参照附图具体描述本发明的电离室定位系统及其定位方法。
28.图1示出的为本发明的一种电离室定位系统的结构，作为一种非限制性实施方式，图1示出的本发明的电离室定位系统包括：基板100、安装于基板中央的三维水箱w、电离室
固定机构1、电离室定位机构2、定位校准机构3以及分析控制单元(图未示)。
29.在该非限制性实施方式中，电离室固定机构1用于固定安装电离室15并置于三维水箱w中。如图2所示，电离室固定机构1的固定板14的中心处设有测量电离室孔位11，测量电离室孔位11的一侧设有参考电离室预留孔位12，其可改善参考电离室在实验过程中使用不规范的现象。对应于测量电离室孔位11的下方设有电离室防水套13，电离室15容置于电离室防水套13内。测量电离室孔位11侧面留有螺纹孔，可配合紧定螺钉固定防水套13，避免防水套13脱落。参考电离室孔位12的位置用于确定参考测量点，进而确定参考剂量值。
30.如图1所示，电离室定位机构2安装于三维水箱w的一侧，电离室定位机构2与分析控制单元通信连接，电离室定位机构2用于吊挂电离室固定机构1，并接收分析控制单元发出的位置指令，按照位置指令包含的目标位置的三维坐标数据，将电离室15定位于目标位置。
31.定位校准机构3与分析控制单元通信连接，用于获取电离室15实际位置的三维坐标数据，并将实际位置的三维坐标数据传送至分析控制单元。
32.分析控制单元用于建立三维坐标系，其向电离室定位机构2发送建立于三维坐标系下包含目标位置的三维坐标数据的位置指令，获取定位校准机构3传输的实际位置三维坐标数据，并将目标位置三维坐标数据与实际位置三维坐标数据进行对比。在该非限制性实施方式中，选取电离室15的几何中心点的坐标作为电离室15的三维坐标，如图3所示。
33.具体来讲，如图4所示，分析控制单元包括：建系装置41、指令装置42、接收装置43以及分析装置44。
34.建系装置41用于构建如图3所示的三维坐标系，三维坐标系包括x轴、y轴、z轴、xy平面、xz平面、以及yz平面。在该非限制性实施方式中，设定以三维水箱为基础的三维坐标系，三维坐标系的xy面与三维水箱w的底面相重合。
35.指令装置42用于向电离室定位机构2发送位置指令，位置指令包含在三维坐标系下的目标位置的三维坐标数据。
36.接收装置43用于接收定位校准机构3传送的实际位置的三维坐标数据。
37.分析装置44与指令装置42及接收装置43通信连接，用于比较目标位置的三维坐标数据及实际位置的三维坐标数据的一致性，当目标位置的三维坐标数据与实际位置的三维坐标数据一致时，完成电离室15的定位；当目标位置的三维坐标数据与实际位置的三维坐标数据的不一致时，作出三维坐标数据的调整指令，并将调整指令发送至电离室定位机构2，直至实际位置的三维坐标数据与目标位置的三维坐标数据一致。
38.作为一种非限制性实施方式，如图1所示，电离室定位机构2包括：底座21、支架22以及机械手23。其中，底座21固定于基板100上；支架22上设置有用于调节支架22高度的升降机构221，支架22与机械手23之间设有用于调节机械手23水平旋转的旋转机构222；机械手23包括机械手臂231及机械吊臂232，机械手臂231上设置有用于调节机械手臂231长度的伸缩机构233，机械吊臂232用于吊挂电离室固定机构1。在该非限制性实施方式中，机械吊臂232的末端与电离室固定机构1的固定板14以可拆卸方式连接，比如采用卡扣方式或者螺栓连接。其中，升降机构221、旋转机构222以及伸缩机构233分别与分析控制单元通信连接，由此通过升降机构221控制电离室15在三维坐标系中z轴的坐标数值，通过旋转机构222和伸缩机构233的配合控制电离室15在三维坐标系中y轴的坐标数值和x轴的坐标数值，从而
在分析控制单元的位置指令下吊挂电离室15至目标位置。
39.在该非限制性实施方式中，机械手臂231设定为水平状态，机械吊臂232设定为垂直状态，从而可以更加便捷、精准地实现电离室15的定位。
40.作为另一种非限制性实施方式，电离室定位机构2可不设置旋转机构222，作为替代，电离室定位机构2的底座21可在平移机构(图未示)的驱动下沿着基板100上设置的滑轨(图未示)在与y轴平行的方向上移动，使得可通过平移机构控制电离室15在三维坐标系中的y轴的坐标数值，可通过伸缩机构233控制电离室15在三维坐标系中的x轴的坐标数值。
41.如图1所示，定位校准机构3包括第一成像装置31、第二成像装置32以及与第一成像装置31及第二成像装置32通信连接的数据处理器(图未示)，数据处理器与分析控制单元通信连接。在该非限制性实施方式中，第一成像装置31设于三维水箱w的正侧面，也即三维坐标系中的xz面，可用于拍摄电离室15正侧面的实际位置图片并获取正侧面的实际位置的第一二维坐标数据(即x轴坐标数值及z轴坐标数值)，并将第一二维坐标数据传送至数据处理器。第二成像装置32设于三维水箱的右侧面，也即三维坐标系中的yz面，可用于拍摄电离室15右侧面的实际位置图片并获取右侧面的实际位置的第二二维坐标数据(即y轴坐标数值及z轴坐标数值)，并将第二二维坐标数据传送至数据处理器。数据处理器用于将第一二维坐标数据及第二二维坐标数据整合为在三维坐标系下的实际位置的三维坐标数据(即x轴坐标数值、y轴坐标数值及z轴坐标数值)，并将实际位置的三维坐标数据传送至分析控制单元。
42.如图5所示，本发明提供了一种使用如上电离室定位系统对电离室进行定位的方法，包括步骤如下：步骤1、分析控制单元建立三维坐标系，并向电离室定位机构发送在三维坐标系下的包含目标位置的位置指令；步骤2、电离室定位机构接收位置指令，将电离室定位于所述目标位置；步骤3、定位校准机构获取电离室的实际位置，并将实际位置的三维坐标数据传送至分析控制单元；以及步骤4、分析控制单元获取实际位置的三维坐标数据，并将其与目标位置的三维坐标数据进行对比；当目标位置的三维坐标数据与实际位置的三维坐标数据一致时，完成电离室的定位；当目标位置的三维坐标数据与实际位置的三维坐标数据不一致时，作出三维坐标数据调整指令，并将调整指令发送至电离室定位机构；步骤5、重复步骤2至步骤4，直至实际位置的三维坐标数据与目标位置的三维坐标数据一致。
43.在该非限制性实施方式中，步骤3包括：步骤3-1、定位校准机构的第一成像装置拍摄电离室的xz平面的实际位置图片，并从图片获取电离室在xz平面的实际位置的第一二维坐标数据，并将第一二维坐标数据传送至分析控制单元；步骤3-2、定位校准机构的第二成像装置拍摄电离室的yz平面的实际位置图片，并从图片获取电离室在yz平面的实际位置的第二二维坐标数据，并将第二二维坐标数据传送至分析控制单元；以及步骤3-3、定位校准机构的数据处理器将第一二维坐标数据及第二二维坐标数据
整合为实际位置的三维坐标数据，并将实际位置的三维坐标数据传送至分析控制单元。
44.在步骤4中，当目标位置的三维坐标数据与实际位置的三维坐标数据不一致时，比如目标位置的三维坐标数据为(6，8，8)，而实际位置的三维坐标数据为(6，8，9)，这时分析控制单元获取实际位置的三维坐标数据与目标位置的三维坐标数据的在x轴坐标、y轴坐标以及z轴坐标的差值，即z轴坐标值高1，由此，分析控制单元根据该差值，向电离室定位机构2发出在z轴方向上降低高度1的指令，升降机构221即降低高度1，从而自动实现电离室15在三维水箱w内部的精准定位。
45.尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构和步骤，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。

技术特征：
1.一种电离室定位系统，其特征在于，包括：基板、安装于所述基板中央的三维水箱、电离室、电离室固定机构、电离室定位机构、电离室定位校准机构以及分析控制单元，其中，所述电离室固定机构用于固定安装所述电离室；所述电离室定位机构安装于所述基板上并位于所述三维水箱的一侧，并吊挂所述电离室固定机构，用于将所述电离室定位于所述三维水箱中；所述电离室定位机构与所述分析控制单元通信连接，接收所述分析控制单元发出的位置指令，并按照所述位置指令包含的目标位置的三维坐标数据，将所述电离室定位于所述目标位置；所述定位校准机构与所述分析控制单元通信连接，用于获取所述电离室实际位置的三维坐标数据，并将所述实际位置的三维坐标数据传送至所述分析控制单元；所述分析控制单元用于建立三维坐标系，所述目标位置和实际位置均建立于所述三维坐标系下；所述分析控制单元用于向所述电离室定位机构发送包含所述目标位置的三维坐标数据的所述位置指令，获取所述定位校准机构传输的所述电离室实际位置的三维坐标数据，比较所述目标位置的三维坐标数据与所述实际位置的三维坐标数据，并控制所述电离室定位机构调整位置，使得所述实际位置的三维坐标数据与所述目标位置的三维坐标数据一致。2.如权利要求1所述的一种电离室定位系统，其特征在于，所述三维坐标系以所述三维水箱的其中一个底角为坐标原点建立，包括x轴、y轴、z轴，以及xy平面、xz平面和yz平面，所述xy平面与所述三维水箱的底面相重合；所述电离室定位机构邻近所述坐标原点设置于所述基板的角部。3.如权利要求1所述的一种电离室定位系统，其特征在于，所述定位校准机构包括第一成像装置、第二成像装置以及与所述第一成像装置及所述第二成像装置通信连接的数据处理器，所述数据处理器与所述分析控制单元通信连接；所述第一成像装置设于所述xz平面或者与xz平面平行的平面，以拍摄所述电离室固定机构xz平面实际位置图片，并从所述图片中获取电离室固定机构在xz平面实际位置的第一二维坐标数据，并将所述第一二维坐标数据传送至所述数据处理器；所述第二成像装置设于所述yz平面或者与yz平面平行的平面，以拍摄所述电离室固定机构yz平面实际位置图片，并从所述图片中获取电离室固定机构在yz平面实际位置的第二二维坐标数据，并将所述第二二维坐标数据传送至所述数据处理器；所述数据处理器将所述第一二维坐标数据及所述第二二维坐标数据整合为所述电离室固定机构实际位置的三维坐标数据，并将所述实际位置的三维坐标数据传送至所述分析控制单元。4.如权利要求1所述的一种电离室定位系统，其特征在于，所述分析控制单元包括：建系装置、指令装置、接收装置、以及分析装置；所述建系装置用于构建所述三维坐标系；所述指令装置与所述建系装置通信连接，用于向所述电离室定位机构发送包含所述目标位置的三维坐标数据的所述位置指令；所述接收装置用于接收所述定位校准机构传送的所述实际位置的三维坐标数据；所述分析装置与所述指令装置及所述接收装置通信连接，用于比较所述目标位置的三维坐标数据及所述实际位置的三维坐标数据一致性，当所述目标位置的三维坐标数据与所
述实际位置的三维坐标数据一致时，完成所述电离室的定位；当所述目标位置的三维坐标数据与所述实际位置的三维坐标数据不一致时，作出调整指令，并将所述调整指令发送至所述电离室定位机构，直至所述目标位置的三维坐标数据与所述实际位置的三维坐标数据一致。5.如权利要求1所述的一种电离室定位系统，其特征在于，所述电离室固定机构包括固定板，在所述固定板的中心处设有测量电离室孔位，所述测量电离室孔位的一侧设有参考电离室预留孔位，对应于所述测量电离室孔位的下方设有容置所述电离室的电离室防水套。6.如权利要求1-5中任一项所述一种电离室定位系统，其特征在于，所述电离室定位机构包括：底座、与所述底座相连接的支架以及与所述支架相连接的机械手；所述支架上设有用于调节所述支架高度的升降机构，所述支架与所述机械手之间设有用于调节所述机械手水平旋转的旋转机构；所述机械手包括机械手臂及机械吊臂，所述机械手臂上设有用于调节所述机械手臂长度的伸缩机构，所述机械吊臂用于吊挂所述电离室固定机构；所述升降机构、所述旋转机构以及所述伸缩机构分别与所述分析控制单元通信连接，以在所述分析控制单元的所述位置指令下吊挂所述电离室固定机构至所述目标位置。7.如权利要求6所述的一种电离室定位系统，其特征在于，所述机械手臂设定为水平状态，所述机械吊臂设定为垂直状态。8.一种电离室定位方法，其特征在于，使用如权利要求1～7任一项所述的一种电离室定位系统对电离室进行定位，包括如下步骤：步骤1、分析控制单元建立三维坐标系，并向电离室定位机构发送在所述三维坐标系下的包含目标位置的位置指令；步骤2、所述电离室定位机构接收所述位置指令，将所述电离室定位于所述目标位置；步骤3、定位校准机构获取所述电离室的实际位置，并将所述实际位置的三维坐标数据传送至所述分析控制单元；以及步骤4、所述分析控制单元获取所述实际位置的三维坐标数据，并将其与所述目标位置的三维坐标数据进行对比；当所述目标位置的三维坐标数据与所述实际位置的三维坐标数据一致时，完成所述电离室的定位；当所述目标位置的三维坐标数据与所述实际位置的三维坐标数据不一致时，作出三维坐标数据调整指令，并将所述调整指令发送至所述电离室定位机构；步骤5、重复步骤2至步骤4，直至所述实际位置的三维坐标数据与所述目标位置的三维坐标数据一致。9.如权利要求8所述的一种电离室定位方法，其特征在于，所述步骤3包括：步骤3-1、所述定位校准机构的第一成像装置拍摄所述电离室的xz平面的实际位置图片，并从所述图片获取电离室在xz平面的实际位置的第一二维坐标数据，并将所述第一二维坐标数据传送至所述分析控制单元；步骤3-2、所述定位校准机构的第二成像装置拍摄所述电离室的yz平面的实际位置图片，并从所述图片获取电离室在yz平面的实际位置的第二二维坐标数据，并将所述第二二维坐标数据传送至所述分析控制单元；以及步骤3-3、所述定位校准机构的数据处理器将所述第一二维坐标数据及所述第二二维
坐标数据整合为所述实际位置的三维坐标数据，并将所述实际位置的三维坐标数据传送至所述分析控制单元。10.如权利要求8所述的一种电离室定位方法，其特征在于，在所述步骤4中，当所述目标位置的三维坐标数据与所述实际位置的三维坐标数据不一致时，所述分析控制单元获取所述实际位置的三维坐标数据与所述目标位置的三维坐标数据的x轴坐标、y轴坐标以及z轴坐标的差值；所述分析控制单元根据所述差值，作出三维坐标数据的调整指令，并将所述调整指令发送至所述电离室定位机构。

技术总结
本发明公开一种电离室定位系统及定位方法，该系统包括电离室固定机构、电离室定位机构、定位校准机构以及分析控制单元，电离室固定机构用于固定安装电离室并将其置于三维水箱中；电离室定位机构与分析控制单元通信连接，用于定位电离室固定机构，并接收分析控制单元发出的位置指令，按照位置指令包含的目标位置的三维坐标数据，将电离室固定机构定位于目标位置；定位校准机构与分析控制单元通信连接，用于获取电离室固定机构的实际位置的三维坐标数据，并将实际位置的三维坐标数据传送至分析控制单元；分析控制单元用于建立三维坐标系，对比目标位置的三维坐标数据与实际位置的三维坐标数据。三维坐标数据。三维坐标数据。


技术研发人员：高立伟 李宁宁
受保护的技术使用者：中日友好医院（中日友好临床医学研究所）
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/10/15