CN101739034B - 多叶准直器运动控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多叶准直器运动控制的方法，包括以下步骤：(1)系统启动；(2)状态变量设置为True；(3)输入图形数据T_i，i＝1，2，3....n；(4)计算叶片和箱体的位置数据S_i；(5)状态变量判断，若状态变量为True，则执行步骤6；若状态变量为False，则执行步骤9；(6)控制系统指令驱动器驱动叶片和箱体移动至图形数据T_i所需的位置；(7)控制系统中，保存变形后叶片和箱体的位置数据S_i，即S_temp＝S_i，状态变量设置为False；(8)设i＝i+1，若i＞n，则结束程序，否则，执行步骤3。(9)比较叶片和箱体的位置数据S_i与S_temp，控制系统按照位置数据差值指令驱动器驱动叶片和箱体移动至图形数据T_i所需的位置；(10)返回步骤(7)。

Description

多叶准直器运动控制的方法

技术领域

本发明涉及一种用于放射治疗的射束调整方法，尤其是涉及一种多叶准直器的调整方法。

背景技术

多叶准直器安装在放射治疗设备的X射线射束的出口处，用于限制射束的形状，在治疗过程中，通过独立移动多个平行布置的准直器叶片，使其端部组成封闭的图形与病灶的形状相适应，当放射治疗设备发出的X射线射束通过准直器叶片时，约束X射线射束的形状及其剂量，使射线通过限定形状的准直器叶片后，形成与病人病灶一致的剂量场，自动实现适形和调强的放射治疗。

中国专利的公开号为CN1413746A，发明名称为多叶准直器的成形检测方法及多叶准直器，该专利公开了多叶准直器叶片移动和检测反馈的方法，叶片在控制单元的控制下将叶片移动至成形位置，并通过检测装置反馈的位移信号，调整叶片的位置，该专利中只描述了多叶准直器完成一次成形的方法，该方法不能实现多叶准直器连续变形，不能连续形成多个约束X射线射束的形状，在临床实践中，治疗一个病人，经常需要多叶准直器完成多个形状的变化，才能满足病人在一个治疗过程中连续完成治疗，公开的专利技术不能在治疗过程中实现多叶准直器连续变形，延长了病人的治疗时间，降低了放射治疗效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多叶准直器方法，通过控制系统驱动多叶准直器连续变形，实现治疗过程自动化，提高放射治疗效率。

为了实现上述目的，本发明包括以下步骤：

(1)系统启动；

(2)状态变量设置为True，使叶片和箱体处于零位；

(3)工控机中，输入图形数据T_i，i＝1，2，3....n，该数据所表示的图形是一个封闭图形，它由多个叶片一端拟合而成；

(4)根据图形数据T_i，工控机计算叶片和箱体的位置数据S_i，；

(5)状态变量判断，若状态变量为True，则执行步骤6；

                 若状态变量为False，则执行步骤9；

(6)按步骤4的位置数据S_i，控制系统指令驱动器驱动叶片和箱体移动至图形数据T_i所需的位置；

(7)控制系统中，保存变形后叶片和箱体的位置数据S_i，即S_temp＝S_i，状态变量设置为False；

(8)设i＝i+1，若i＞n，则结束程序，

             否则，执行步骤3；

(9)比较叶片和箱体的位置数据S_i与S_temp，控制系统按照位置数据差值指令驱动器驱动叶片和箱体移动至图形数据T_i所需的位置；

(10)返回步骤(7)。

本发明步骤4中位置数据S_i的计算步骤为：

(a)在工控机中从图形数据T_i提取最大宽度值T_imax和最小宽度值T_imin，获取差值ΔT，并设置图形的预定宽度值T_im；

(b)比较差值ΔT与预定宽度值T_im，

若ΔT＞T_im，则依据T_imax计算箱体位置数据，

否则，依据T_im计算箱体位置数据；

(c)依据图形数据T_i和箱体位置数据，计算叶片位置数据。

本发明步骤6中驱动叶片和箱体的具体步骤为：

(a)在工控机中，将位置数据S_i分为叶片位置数据S_ia和箱体位置数据S_ib，并通过通讯总线分别传递给控制器A和控制器B；

(b)工控机将箱体驱动指令数据下载到控制器B

(c)控制器B通过驱动器B和电机B带动箱体按照箱体位置数据S_ib移动；

其具体步骤如下：

(I)控制器B发送驱动指令给驱动器B；

(II)驱动器B驱动电机B转动；

(III)电机B通过丝杠丝母机构带动箱体移动，箱体上设有光栅尺，与控制器B形成闭环反馈，使箱体移动至位置数据S_ib指定的位置；

(d)工控机将叶片驱动指令数据下载到控制器A；

(e)控制器A通过驱动器A和电机A带动叶片按照叶片位置数据S_ia移动；

其具体步骤如下：

(I)控制器A发送驱动指令给驱动器A；

(II)驱动器A驱动电机A转动；

(III)电机A上设有编码器，与控制器A形成反馈，电机A通过丝杠丝母机构带动叶片按照位置数据S_ia移动。

本发明步骤9中驱动叶片和箱体的第一种步骤为：

(a)在工控机中，比较叶片和箱体的位置数据S_i与S_tamp，得出其位置数据差值Δ；

(b)在工控机中，通过位置数据差值Δ提取叶片和箱体的后退位移数据、前进位移数据；

(c)工控机将后退位移数据和后退驱动指令数据下载至控制器；

(d)控制器执行后退驱动指令数据，使叶片和箱体后退至位移数据指定的位置；

(e)工控机将前进位移数据和前进驱动指令数据下载至控制器；

(f)控制器执行前进驱动指令数据，使叶片和箱体前进至位移数据指定的位置。

本发明步骤9中驱动叶片和箱体的第二种步骤为：

(a)工控机将叶片和箱体的位置数据S_i下载至控制器；

(b)控制器比较位置数据S_i与S_temp，得出其位置数据差值Δ；

(c)工控机将后退驱动指令数据下载至控制器；

(d)控制器执行后退驱动指令数据，依据位置数据差值Δ，使叶片或箱体后退至S_i位置数据指定的位置；

(e)工控机将前进驱动指令数据下载至控制器；

(f)控制器执行前进驱动指令数据，依据位置数据差值Δ，使叶片或箱体前进至S_i位置数据指定的位置。

本发明在驱动叶片移动过程中还包括叶片的位置检测，其具体步骤为：

(I)叶片上设有电位计，电位计将叶片的实际位置数据传递给控制器A；

(II)控制器A比较叶片的实际位置数据和位置数据S_ia，判断两个位置数据的差值δ，若δ大于精度值，则给出故障信号，暂停程序，

否则，则叶片移动至位置数据S_ia指定的位置。

本发明在控制系统中，保存变形后叶片和箱体的位置数据S_i，通过比较相邻两个图形数据所确定的叶片和箱体的位置数据，优化叶片和箱体的位移数据，控制系统驱动多叶准直器依据多个图形数据连续变形，满足病人在一个治疗过程中连续完成治疗，缩短了治疗时间，实现治疗过程自动化，提高放射治疗效率。

附图说明

图1是本发明的流程框图；

图2是本发明的控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图2所示，控制系统包括：工控机、主控制器、叶片控制器A、箱体控制器B和运动控制器，工控机即计算机与主控制器连接，主控制器通过串口通讯总线分别与叶片控制器A和箱体控制器B连接，箱体控制器B与运动控制器连接。控制系统是多叶准直器的神经中枢，可导入治疗计划中的图形数据，输出叶片及箱体的运动定位所需的各项数据，控制并显示治疗过程中设备的状态，且对叶片及箱体运动状态进行检测及数据的反馈等。

多叶准直器运动控制系统包括叶片运动控制系统和箱体运动控制系统；在叶片运动控制系统中，叶片控制器A、叶片驱动器A、直流电机A、叶片依次连接，叶片驱动器A通过电流传感器将电流转换成电压值后反馈给叶片控制器A，直流电机A通过编码器将叶片位移数据反馈给叶片控制器A，叶片通过位置检测装置将叶片的实际位置数据反馈给叶片控制器A，直流电机A驱动叶片丝杆，丝杆带动固定在叶片上的螺母，驱动叶片运动，每块叶片的运动位置均由电位计和编码器进行独立实时监测，构成闭环和半闭环控制，并将检测结果反馈回叶片控制器A，实现对每块叶片位置的精确控制和安全保护；在箱体运动控制系统中，箱体控制器B、运动控制器、箱体驱动器B、直流电机B、箱体依次连接，箱体驱动器B通过电流传感器将电流转换成电压值后反馈给箱体控制器B，直流电机B通过光栅尺将箱体位移数据反馈给箱体控制器B，直流电机B经减速后通过丝杆及螺母运动副驱动两箱体在直线导轨上作直线运动，光栅尺对箱体的位置进行实时监测并将检测结果反馈回箱体控制器B，构成闭环控制，以实现对箱体位置的精确控制，光电式行程开关起对箱体行程的控制同时起安全保护作用。

叶片是采用高密度钨合金经机械精密加工而成，在叶片驱动装置的驱动下依靠箱体内槽的导向作用实现在箱体内规定方向的直线运动，而箱体主要起对叶片的导向和承载作用，箱体本身也可以沿叶片运动方向往返运动。箱体内叶片在控制器的作用下由安装在箱体上的电机驱动分别独立运动，再配合箱体的整体运动形成治疗过程中所需要的射野形状及运动速度。

多头电位器是由多个线性电位器集合在一起形成的，每个电位器与相对应的叶片通过电位器接口相连，该连接件固定在叶片的端面上，当叶片移动到某个位置时，相应的电位器就产生一个对应的电压，这样控制器根据这个电压值，计算出叶片的实际位置，如果实际位置与叶片的目的位置不一致时，就会判断故障，发出报警信号并终止运行。

如图1所示，多叶准直器运动控制方法的具体步骤如下：

(1)系统启动；

(2)状态变量设置为Map＝True，使叶片和箱体处于零位；

(3)工控机中，输入图形数据T_i，i＝1，2，3....n，该数据所表示的图形是一个封闭图形，它由多个叶片一端拟合而成；

(4)根据图形数据T_i，工控机计算叶片和箱体的位置数据S_i；

位置数据S_i的计算步骤为：

(a)在工控机中从图形数据T_i提取最大宽度值T_imax和最小宽度值T_imin，获取差值ΔT，并设置图形的预定宽度值T_im；

(b)比较差值ΔT与预定宽度值T_im，

若ΔT＞T_im，则依据T_imax计算箱体位置数据，

否则，依据T_im计算箱体位置数据；

(c)依据图形数据T_i和箱体位置数据，计算叶片位置数据。

(5)状态变量判断，若状态变量Map为True，则执行步骤6；

                 若状态变量Map为False，则执行步骤9；

(6)按步骤4的位置数据S_i，控制系统指令驱动器驱动叶片和箱体移动至图形数据Ti所需的位置；

驱动叶片和箱体的具体步骤为：

(a)在工控机中，将位置数据S_i分为叶片位置数据S_ia和箱体位置数据S_ib，并通过通讯总线分别传递给控制器A和控制器B；

(b)工控机将箱体驱动指令数据下载到控制器B

(c)控制器B通过驱动器B和电机B带动箱体按照箱体位置数据S_ib移动；

其具体步骤如下：

(I)控制器B发送驱动指令给驱动器B；

(II)驱动器B驱动电机B转动；

(III)电机B通过丝杠丝母机构带动箱体移动，箱体上设有光栅尺，与控制器B形成闭环反馈，使箱体移动至位置数据S_ib指定的位置；

(d)工控机将叶片驱动指令数据下载到控制器A；

(e)控制器A通过驱动器A和电机A带动叶片按照叶片位置数据S_ia移动；

其具体步骤如下：

(I)控制器A发送驱动指令给驱动器A；

(II)驱动器A驱动电机A转动；

(III)电机A上设有编码器，与控制器A形成半闭环反馈，电机A通过丝杠丝母机构带动叶片按照位置数据S_ia移动；

(7)控制系统中，保存变形后叶片和箱体的位置数据S_i，即S_temp＝S_i，状态变量设置为Map＝False；

(8)设i＝i+1，若i＞n，则结束程序，否则，执行步骤3。

(9)比较叶片和箱体的位置数据S_i与S_temp，控制系统按照位置数据差值指令驱动器驱动叶片和箱体移动至图形数据Ti所需的位置，实现该步骤有如下两种方法：

驱动叶片和箱体的第一种方法，步骤为：

(a)在工控机中，比较叶片和箱体的位置数据S_i与S_temp，得出其位置数据差值Δ；

(b)在工控机中，通过位置数据差值Δ提取叶片和箱体的后退位移数据、前进位移数据；

(c)工控机将后退位移数据和后退驱动指令数据下载至控制器；

(d)控制器执行后退驱动指令数据，使叶片和箱体后退至位移数据指定的位置；

(e)工控机将前进位移数据和前进驱动指令数据下载至控制器；

(f)控制器执行前进驱动指令数据，使叶片和箱体前进至位移数据指定的位置。

驱动叶片和箱体的第二种方法，步骤为：

(a)工控机将叶片和箱体的位置数据S_i下载至控制器；

(b)控制器比较位置数据S_i与S_temp，得出其位置数据差值Δ；

(c)工控机将后退驱动指令数据下载至控制器；

(d)控制器执行后退驱动指令数据，依据位置数据差值Δ，使叶片或箱体后退至S_i位置数据指定的位置；

(e)工控机将前进驱动指令数据下载至控制器；

(f)控制器执行前进驱动指令数据，依据位置数据差值Δ，使叶片或箱体前进至S_i位置数据指定的位置。

(10)返回步骤(7)。

本发明在驱动叶片移动过程中还包括叶片的位置检测，其具体步骤为：

(I)叶片上设有电位计，电位计将叶片的实际位置数据传递给控制器A；

(II)控制器A比较叶片的实际位置数据和位置数据S_ia，判断两个位置数据的差值δ，若δ大于精度值，则给出故障信号，暂停程序，

否则，则叶片移动至位置数据S_ia指定的位置。

Claims (7)

1.一种多叶准直器运动控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)系统启动；

(2)状态变量设置为True，使叶片和箱体处于零位；

(3)工控机中，输入图形数据T_i，i＝1，2，3....n，该数据所表示的图形是一个封闭图形，它由多个叶片一端拟合而成；

(4)根据图形数据T_i，工控机计算叶片和箱体的位置数据S_i，包括以下步骤：

(a)在工控机中从图形数据T_i提取最大宽度值T_imax和最小宽度值T_imin，获取差值ΔT，并设置图形的预定宽度值T_im；

(b)比较差值ΔT与预定宽度值T_im，

若ΔT＞T_im，则依据T_imax计算箱体位置数据S_ib，

否则，依据T_im计算箱体位置数据S_ib；

(c)依据图形数据T_i和箱体位置数据S_ib，计算叶片位置数据S_ia；

(5)状态变量判断，若状态变量为True，则执行步骤(6)；

若状态变量为False，则执行步骤(9)；

(6)按步骤(4)的位置数据S_i，控制系统指令驱动器驱动叶片和箱体移动至图形数据T_i所需的位置；

(7)控制系统中，保存变形后叶片和箱体的位置数据S_i，即S_temp＝S_i，状态变量设置为False；

(8)设i＝i+1，若i＞n，则结束程序，

否则，执行步骤(3)；

(9)比较叶片和箱体的位置数据S_i与S_temp，控制系统按照位置数据差值指令驱动器驱动叶片和箱体移动至图形数据T_i所需的位置；

(10)返回步骤(7)。

2.根据权利要求1所述的多叶准直器运动控制的方法，其特征在于：所述步骤(6)驱动叶片和箱体的具体步骤为：

(a)在工控机中，将位置数据S_i分为叶片位置数据S_ia和箱体位置数据S_ib，并通过通讯总线分别传递给控制器A和控制器B；

(b)工控机将箱体驱动指令数据下载到控制器B

(c)控制器B通过驱动器B和电机B带动箱体按照箱体位置数据S_ib移动；

(d)工控机将叶片驱动指令数据下载到控制器A；

(e)控制器A通过驱动器A和电机A带动叶片按照叶片位置数据S_ia移动。

3.根据权利要求1所述的多叶准直器运动控制的方法，其特征在于：所述步骤(9)中驱动叶片和箱体的具体步骤为：

(a)在工控机中，比较叶片和箱体的位置数据S_i与S_temp，得出其位置数据差值Δ；

(b)在工控机中，通过位置数据差值Δ提取叶片和箱体的后退位移数据、前进位移数据；

(c)工控机将后退位移数据和后退驱动指令数据下载至控制器；

(d)控制器执行后退驱动指令数据，使叶片和箱体后退至位移数据指定的位置；

(e)工控机将前进位移数据和前进驱动指令数据下载至控制器；

(f)控制器执行前进驱动指令数据，使叶片和箱体前进至位移数据指定的位置。

4.根据权利要求1所述的多叶准直器运动控制的方法，其特征在于：所述步骤(9)驱动叶片和箱体的具体步骤为：

(a)工控机将叶片和箱体的位置数据S_i下载至控制器；

(b)控制器比较位置数据S_i与S_temp，得出其位置数据差值Δ；

(c)工控机将后退驱动指令数据下载至控制器；

(d)控制器执行后退驱动指令数据，依据位置数据差值Δ，使叶片或箱体后退至S_i位置数据指定的位置；

(e)工控机将前进驱动指令数据下载至控制器；

(f)控制器执行前进驱动指令数据，依据位置数据差值Δ，使叶片或箱体前进至S_i位置数据指定的位置。

5.根据权利要求2所述的多叶准直器运动控制的方法，其特征在于：所述步骤(c)中驱动箱体移动的具体步骤为：

(I)控制器B发送驱动指令给驱动器B；

(II)驱动器B驱动电机B转动；

(III)电机B通过丝杠丝母机构带动箱体移动，箱体上设有光栅尺，与控制器B形成闭环反馈，使箱体移动至位置数据S_ib指定的位置。

6.根据权利要求2所述的多叶准直器运动控制的方法，其特征在于：所述步骤(e)中驱动叶片移动的具体步骤为：

(I)控制器A发送驱动指令给驱动器A；

(II)驱动器A驱动电机A转动；

(III)电机A上设有编码器，与控制器A形成反馈，电机A通过丝杠丝母机构带动叶片按照位置数据S_ia移动。

7.根据权利要求2、3或4所述的多叶准直器运动控制的方法，其特征在于：

在叶片移动过程中还包括叶片的位置检测步骤：

(I)叶片上设有电位计，电位计将叶片的实际位置数据传递给控制器A；

(II)控制器A比较叶片的实际位置数据和位置数据S_ia，判断两个位置数据的差值δ，若δ大于精度值，则给出故障信号，暂停程序，

否则，则叶片移动至位置数据S_ia指定的位置。

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