血管機c型臂的控制方法及其系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及X射線血管造影領域，尤其涉及一種血管機C型臂根據體位角度軌跡 精確控制方法及其系統。
【背景技術】
[0002] 如圖1所示的為DSA血管機，其C型臂100兩端分別設置探測器200和球管300， 為實現對病灶照射中心（ISO中心）的多方位照射，C型臂100的運動往往是多個運動軸的 復合運動，例如，C型臂整體可圍繞機座旋轉軸（Pivot軸）進行水平旋轉，可通過C型臂旋 轉軸（Rotation軸）實現頭位/足位角度調整，可通過C型臂調節軸（Angulation軸）實 現左前斜/右前斜角度調整。DSA血管機在介入放射治療等實際應用中，需要保證體位角度 的精確控制，并且能夠按照體位角度軌跡運動。
[0003] 體位角度主要有幾種狀態的描述，主要包括對左前斜角度（LAO)、右前斜（RAO)角 度、頭位/足位角度（CAU)的定義，如圖2-7所示。這里方位的定義是按照X射線探測器 (或者影像增強器，圖2-6中病人上方的部分）相對于病人的方位而定的，黑色箭頭代表X 線的方向，圖2-4分別表示右前斜30°、標準位、左前斜40° ;圖5-7分別表示頭位30°、 標準位、足位20°。
[0004] 由于現有DSA血管機的病灶照射中心（ISO中心）不在血管機座旋轉軸（Pivot軸） 上，其利用單軸運動或者其他兩軸聯動算法生成的體位角度軌跡均無法保證體位角度的準 確性，更無法實現血管機C型臂運動過程中的精確控制。
[0005] 因此，現有技術還有待于改進和發展。
【發明內容】
[0006] 鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種血管機C型臂的控制方法 及其系統，旨在解決目前ISO中心不在Pivot軸上的DSA血管機體位角度運動軌跡不精確 的問題。
[0007] 本發明的技術方案如下：
[0008] -種血管機C型臂的控制方法，其中，所述方法包括以下步驟：
[0009] A、接收用戶控制血管機運動指令，獲取當前血管機的C型臂旋轉角度值、C型臂調 節角度值及機座旋轉角度值；
[0010] B、根據預先定義的坐標系間的轉換分別得到左前斜/右前斜軌跡方程和頭位/足 位軌跡方程，并利用所獲取的當前C型臂旋轉角度值、C型臂調節角度值及機座旋轉角度值 計算出左前斜/右前斜軌跡數據和頭位/足位軌跡數據；
[0011] C、控制C型臂旋轉軸和C型臂角度調節軸分別根據所述左前斜/右前斜軌跡數據 和頭位/足位軌跡數據依次運動并保持同步。
[0012] 所述的血管機C型臂的控制方法，其中，所述預先定義的坐標系均符合右手定則， 其包括：
[0013] 坐標系A、表示為血管機主坐標系，所述坐標系A的y軸平行于導管床中線，z軸定 義在機座旋轉軸上；
[0014] 坐標系B、表示為軌跡運動的主坐標系，所述坐標系B的原點設置在探測器和球管 中心連線中心點上,其X、y、z軸分別平行于所述坐標系A的X、y、z軸；
[0015] 坐標系C、表示為C臂的隨動坐標系，所述坐標系C的原點設置在探測器和球管中 心連線中心點上，球管到探測器為其z軸的方向，其X軸垂直于C型臂所在平面；
[0016] 坐標系D、表示為軌跡運動的起始坐標系，所述坐標系D的原點設置在探測器和球 管中心連線中心點上，其z軸方向與所述坐標系B的z軸方向相同；
[0017] 坐標系E、由所述坐標系C繞其z軸旋轉，并使坐標系C的y軸在坐標系C的z軸 與坐標系B的y軸所成平面內形成。
[0018] 所述的血管機C型臂的控制方法，其中，定義探測器和球管中心連線的中心點到 探測器中心的向量為旋轉向量。
[0019] 所述的血管機C型臂的控制方法，其中，所述根據預先定義的坐標系間的轉換分 別得到左前斜/右前斜軌跡方程，并利用所獲取的當前角度值計算出左前斜/右前斜軌跡 數據具體為：
[0020] 根據坐標系定義，利用所獲取的當前血管機的C型臂旋轉角度值、C型臂調節角度 值及機座旋轉角度值計算得到當前左前斜/右前斜的角度值和當前頭位/足位的角度值；
[0021] 計算得出左前斜/右前斜軌跡方程dV1 = RJRjdZ1，其中，所述dV1表示由 坐標系C中變換到坐標系D中并利用所述當前左前斜/右前斜的角度值計算得出 的已知向量，所述 dZ1表示坐標系D中z軸方向的特定向量，Rx為定義的坐標系D 的X軸旋轉矩陣
，Ry為定義的坐標系D的y軸旋轉矩陣
，a為C型臂調節角度值，b為C型臂旋轉角度值；
[0022] 保持當前頭位/足位的角度值不變以及機座旋轉角度值不變，根據左前斜/右前 斜的角度值逐度遞減或遞增的原則利用所計算出的左前斜/右前斜軌跡方程逐一求解出 與左前斜/右前斜的角度值對應的C型臂旋轉角度值和C型臂調節角度值，形成左前斜/ 右前斜軌跡數據。
[0023] 所述的血管機C型臂的控制方法，其中，所述dV1利用坐標系B中的旋轉向量的旋 轉公式
及當前左前斜/右前斜的角度值計算得出，其中，所 述Iao為當前左前斜/右前斜的角度值。
[0024] 所述的血管機C型臂的控制方法，其中，所述根據預先定義的坐標系間的轉換得 到頭位/足位軌跡方程，并利用所獲取的當前角度值計算出頭位/足位軌跡數據具體為：
[0025] 根據坐標系定義，利用所獲取的當前血管機的C型臂旋轉角度值、C型臂調節角度 值及機座旋轉角度值計算得到當前左前斜/右前斜的角度值和當前頭位/足位的角度值；
[0026] 計算得出頭位/足位軌跡方程dV2 = Ry*Rx*dZ2，其中，所述dV 2表示由坐 標系E中變換到坐標系D中并利用所述當前頭位/足位的角度值計算得出的已 知向量，所述 dZ2表示坐標系D中z軸方向的特定向量，Rx為定義的坐標系D的 X軸旋轉矩陣
，Ry為定義的坐標系D的y軸旋轉矩陣
，a為C型臂調節角度值，b為C型臂旋轉角度值；
[0027] 保持當前左前斜/右前斜的角度值不變以及機座旋轉角度值不變，根據頭位/足 位的角度值逐度遞減或遞增的原則利用所計算出的頭位/足位軌跡方程逐一求解出與頭 位/足位的角度值對應的C型臂旋轉角度值和C型臂調節角度值，形成頭位/足位軌跡數 據。
[0028] 所述的血管機C型臂的控制方法，其中，所述dV2利用坐標系E中的旋轉向量的旋 轉公式
當前頭位/足位的角度值計算得出，其中，所述 cau為當前頭位/足位的角度值。
[0029] 所述的血管機C型臂的控制方法，其中，所述左前斜/右前斜軌跡數據和頭位/足 位軌跡數據為數據隊列表的形式。
[0030] 一種血管機控制系統，其中，所述系統包括：
[0031] 初始角度值讀取模塊，用于接收用戶控制血管機運動指令，獲取當前血管機的C 型臂旋轉角度值、C型臂調節角度值及機座旋轉角度值；
[0032] 軌跡生成及運算模塊，用于根據預先定義的坐標系間的轉換分別得到左前斜/右 前斜軌跡方程和頭位/足位軌跡方程，并利用初始角度值讀取模塊所獲取的當前角度值進 一步計算得出左前斜/右前斜軌跡數據和頭位/足位軌跡數據；
[0033] 控制模塊，用于控制C型臂旋轉軸和C型臂角度調節軸根據所得出的左前斜/右 前斜軌跡數據和頭位/足位軌跡數據依次運動并保持同步。
[0034] 所述的血管機控制系統，其中，所述系統中還設置有用于實時監測血管機運動狀 態的絕對編碼器。
[0035] 有益效果：本發明提供一種血管機C型臂根據體位角度軌跡精確控制方法及其系 統。該系統實現了 ISO中心不在Pivot軸上的DSA血管機體位角度運動軌跡的精確計算， 使DSA血管機的運動控制系統能夠精確控制C型臂的按照左前斜/右前斜、頭位/足位體 位角度定義的軌跡運動。在臨床應用上，本發明所提供的方法能夠保證無論C臂處于運動 過程中還是靜止狀態，都能夠精確地保證了體位角度的精確控制，從而方便了后續的圖像 采集以及醫師操作。
【附圖說明】
[0036] 圖1為DSA血管機結構示意圖。
[0037] 圖2為DSA血管機右前斜30°的體位角度示意圖。
[0038] 圖3為DSA血管機左前斜/右前斜軌跡標準位示意圖。
[0039] 圖4為DSA血管機左前斜40°的體位角度示意圖。
[0040] 圖5為DSA血管機頭位30°的體位角度示意圖。
[0041] 圖6為DSA血管機頭位/足位軌跡標準位示意圖。
[0042] 圖7為DSA血管機足位20°的體位角度示意圖。
[0043] 圖8為本發明具體實施例中DSA血管機C型臂根據體位角度軌跡精