CN106344061A - 多叶光栅叶片运动位置控制装置、方法及直线加速度器 - Google Patents

多叶光栅叶片运动位置控制装置、方法及直线加速度器 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种多叶光栅叶片运动位置控制装置、方法及直线加速度器，其中，该装置包括控制系统以及与控制系统相连接的叶片小车，叶片小车可动连接在带有位移传感器的滑动丝杆上，所述滑动丝杆一端与带有编码器的小车电机相连接，所述小车电机编码器和位移传感器均电连接至所述控制系统。本申请通过设置小车电机编码器和位移传感器，实现对各叶片小车运动位置的多方位冗余检测，提高叶片小车运动位置的精确控制，初步提高叶片运动位置的精确控制，以形成一个指定的规则射野范围，避免X射线照射患者的健康部位，保证患者安全，提高设备的可靠性。

Description

多叶光栅叶片运动位置控制装置、方法及直线加速度器
技术领域
本申请涉及医疗诊断设备技术领域，特别是涉及一种多叶光栅叶片运动位置控制装置、方法及直线加速度器。
背景技术
随着放射治疗技术的迅速发展，适形放疗和调强放疗已经成为各大医院放疗日常使用的主要技术。放射治疗的最优问题在于使患者健康组织遭受的辐射剂量最小化，至少维持该辐射剂量在有害的阈值范围内，同时，将癌组织暴露在显著有害的辐射剂量。
目前，利用医用电子直线加速度器在实施摆位控制进行适形及调强治疗的应用越来越广泛，特别是通过配有MLC(Multi-leafcollimators，多叶光栅)来实现患者治疗效果的医用电子直线加速度器，是目前比较流行的治疗肿瘤的主要设备之一。
MLC设备是一种先进的立体定向放射外科医疗设备，在运动过程中会形成各种适合患病者的视野形状，可提高放射治疗增益比，即最大限度地将放射线的剂量集中到患者病灶处，杀灭肿瘤或癌细胞，从而使周围正常组织和器官少受或免受不必要的辐射的目的。
现有的MLC设备是包括左右两侧A、B两组相向排列的若干对高密度钨合金叶片(用于屏蔽X射线)，每个叶片都可以由各自的叶片电机驱动实现独立运动，通过控制系统检测和控制叶片的相向运动，快速形成所要求的射野形状，屏蔽射线。再结合医用电子直线加速度器的机架旋转运动，达到适形调强的目的。
MLC设备是根据患者实际病灶的大小和位置状况来有效地控制叶片开合位置及尺寸大小的，以实现对患者病灶有针对性地治疗。因此，准确地实现MLC设备中的叶片运动位置的精确控制，保证患者病灶部位获取所需要的X射线剂量，同时避免患者健康组织免受X射线的照射，从而保障患者、医院操作者及设备的安全尤为重要。
当前医用电子直线加速度器的MLC控制结构判断叶片的实际运动位置包括如下两种方法：第一种，通过驱动叶片的电机自带的编码器X和Y轴交互位移反馈信息，利用上位机软件采集各编码器的数值，进行判断得出当前叶片的实际运动位置。第二种，通过上位机软件算法实现对电机驱动叶片位置的跟踪，当无法到达指定的位置时，进行计算补偿，从而判断出当前叶片的具体运动位置。利用上述两种方法来判断叶片的运动位置均比较局限，根据编码器转动一圈所发出的固定脉冲数和运转起始位置、停止位置的编码器读数，最终算出当前叶片的实际运动位置，若电机产生过冲或设备原始位置不准确，就无法精确的得到当前叶片的位置信息。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种多叶光栅叶片运动位置控制装置、方法及直线加速度器，以解决现有技术中只通过电机编码器来检测MLC设备中叶片运动位置而造成的叶片位置检测不准确的问题。
具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：
一种多叶光栅叶片运动位置控制装置，包括控制系统以及与控制系统相连接的叶片小车，叶片小车可动连接在带有位移传感器的滑动丝杆上，所述滑动丝杆一端与带有编码器的小车电机相连接，所述小车电机编码器和位移传感器均电连接至所述控制系统。
在一实施例中，叶片小车上设有若干叶片，每个叶片上分别设有薄膜电位器和带有编码器的叶片电机，所述薄膜电位器和叶片电机编码器均电连接至所述控制系统。
在一实施例中，每个叶片由单独的叶片丝杆和叶片电机驱动。
在一实施例中，所述叶片相向设置成两排，每排叶片的端部设有光纤传感器。
在一实施例中，所述光纤传感器包括光发射头和光接收头，光发射头和光接收头分别设置于每排叶片同一侧的两端，所述光接收头电连接至所述控制系统。
在一实施例中，所述叶片相向设置成两排，在两排叶片间中心线上且位于两排叶片的外侧设有至少一个光电传感器，所述光电传感器电连接至所述控制系统。
在一实施例中，所述叶片相向设置成两排，在两排叶片中心线的两侧且位于两排叶片的外侧设有至少一个接近开关a，所述接近开关a电连接至所述控制系统。
在一实施例中，所述滑动丝杆的至少一端设有限位开关，所述限位开关电连接至所述控制系统。
在一实施例中，所述限位开关朝向滑动丝杆中心预设距离处设有至少一个接近开关b，所述接近开关b电连接至所述控制系统。
在一实施例中，所述滑动丝杆上所述限位开关与对应的接近开关b之间设有位置检测开关a和置检测开关b，位置检测开关a串联连接有继电器a，位置检测开关b串联连接有继电器b且与继电器a并联，所述继电器b并联连接小车电机。
在一实施例中，所述位置检测开关a和位置检测开关b分别设为常开触点与常闭触点，位置检测开关、小车电机分别并联连接继电器a、继电器b的常开触点，位置检测开关a、位置检测开关b和继电器a均电连接至所述控制系统。
在一实施例中，还包括至少一个与所述滑动丝杆相平行的滑动导轨，叶片小车可动连接在滑动导轨上。
利用本申请的一种多叶光栅叶片运动位置控制装置，本申请还提供一种多叶光栅叶片运动位置控制方法，该方法包括：
由小车电机驱动叶片小车运动；
所述控制系统接收自小车电机编码器和位移传感器反馈的叶片小车的位置信息并进行比较，若不一致，则调节小车电机的转动角度至小车电机编码器和位移传感器反馈的位置信息相同。
在一实施例中，还包括：
由叶片电机驱动相应的叶片运动；
所述控制系统接收自叶片电机编码器和薄膜电位器反馈的相应叶片的位置信息并进行比较，若不一致，则调节相应叶片电机的转动角度至叶片电机编码器与相应的薄膜电位器反馈的位置信息相同。
本申请提供的一种直线加速度器，该直线加速度器包括上述多叶光栅叶片运动位置控制装置。
本申请的有益效果：本申请通过设置小车电机编码器和位移传感器，实现对各叶片小车运动位置的多方位冗余检测，提高叶片小车运动位置的精确控制，初步提高叶片运动位置的精确控制，以形成一个指定的规则射野范围，避免X射线照射患者的健康部位，保证患者安全，提高设备的可靠性。
进一步通过设置叶片电机编码器和薄膜电位器，实现对各叶片运动位置的多方位冗余检测，更进一步提高叶片运动位置的精确控制，以形成与患者病灶部位形状和大小均近似的射野，设备安全性能高。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种多叶光栅叶片运动位置控制装置的结构图；
图2为本申请实施例提供的一种多叶光栅叶片运动位置控制装置的检测流程图；
图3为本申请实施例提供的一种多叶光栅叶片运动位置控制装置的电气控制示意图。
图中，1.叶片小车A；2.叶片A；3.滑块A；4.滑动丝杆A；5.小车电机A；6.小车电机编码器A；7.叶片丝杆A；8.叶片电机A；9.叶片电机编码器A；10.第一限位开关A；11.第二限位开关A；12.第一接近开关A；13.第二接近开关A；14.第一位置检测开关A；15.第二位置检测开关A；16.第三位置检测开关A；17.第四位置检测开关A；18.第三接近开关A；19.光纤传感器A；19a.光发射头A；19b.光接收头A；20.离合器A；21.滑动导轨A；22.光电传感器；1'.叶片小车B；2'.叶片B；3'.滑块B；4'.滑动丝杆B；5'.小车电机B；6'.小车电机编码器B；7'.叶片丝杆B；8'.叶片电机B；9'.叶片电机编码器B；10'.第一限位开关B；11'.第二限位开关B1；12'.第一接近开关B；13'.第二接近开关B；14'.第一位置检测开关B；15'.第二位置检测开关B；16'.第三位置检测开关B；17'.第四位置检测开关B；18'.第三接近开关B；19'.光纤传感器B；19'a.光发射头B；19'b.光接收头B；20'.离合器B；21'.滑动导轨B21'；J1.继电器aJ1；J2.继电器bJ2。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
参见图1-2，本实施例公开一种多叶光栅叶片运动位置控制装置，包括控制系统、叶片小车、滑动丝杆、带有编码器的小车电机和位移传感器，其中，叶片小车与控制系统相连接，且叶片小车可动连接在滑动丝杆上，滑动丝杆的一端与小车电机相连接，位移传感器设置于滑动丝杆上，用于实时检测叶片小车在滑动丝杆上的移动距离，位移传感器和小车电机编码器均电连接至控制系统，将叶片小车的位置信息实时反馈给控制系统，实现叶片小车位置的双重检测校验，从而更精确地控制叶片小车的运动位置，初步精确控制叶片的运动位置。
在本实施例中，控制系统发送控制信号来控制叶片小车和叶片运动，同时，控制系统接收从叶片小车和叶片反馈的实际运动参数并进行分析处理。
叶片小车上设有若干叶片，每个叶片上分别设有薄膜电位器和带有编码器的叶片电机，薄膜电位器和叶片电机编码器均电连接至控制系统。通过薄膜电位器和叶片电机编码器实时检测每个叶片的运动位置，实现叶片运动位置的双重检测与校验，更进一步实现每个叶片运动位置的精确控制，以形成与患者病灶部位形状和大小均近似的射野，提高设备的安全性。
其中，每个叶片由单独的叶片丝杆和叶片电机驱动，以精确控制每个叶片的运动。
叶片相向设置成两排，每排叶片的端部设有光纤传感器。其中，光纤传感器包括光发射头和光接收头，光发射头和光接收头分别设置于每排叶片同一侧的两端，光接收头电连接至控制系统，对每排叶片运动的原点位置进行检测校准。
另外，在两排叶片中心线上且位于两排叶片的外侧设有至少一个光电传感器，光电传感器电连接至控制系统，从而实现对驱动叶片运动的叶片丝杆由于自身磨损造成的运动回差进行补偿，并防止叶片在经过中心线后运动速度过快产生过冲，造成与相向叶片碰撞的后果。
进一步，在两排叶片的中心线两侧且位于两排叶片的外侧设有至少一个接近开关a，接近开关a电连接至控制系统，以确定叶片运动的行程范围，防止超出最大行程范围碰撞到对面的叶片。
而为了限定叶片小车的运动范围，并对叶片小车的原点位置进行检测与校验，滑动丝杆的至少一端设有限位开关，限位开关电连接至控制系统。
为防止叶片小车运动产生过冲，限位开关朝向滑动丝杆中心预设距离处设有至少一个接近开关b，接近开关b电连接至控制系统。
滑动丝杆上限位开关与对应的接近开关b之间设有位置检测开关a和置检测开关b，位置检测开关a串联连接有继电器a，位置检测开关b串联连接有继电器b且与继电器a并联，继电器b并联连接小车电机，从电气上控制电机电源的通断，进一步防止叶片小车运动产生过冲。
具体地，位置检测开关a和位置检测开关b分别设为常开触点与常闭触点，位置检测开关b、小车电机分别与继电器a、继电器b的常开触点并联连接，位置检测开关a、位置检测开关b和继电器a均电连接至控制系统。
本实施例还包括至少一个与滑动丝杆相平行的滑动导轨，叶片小车可动连接在滑动导轨上。
在一示例性实施例中，控制系统包括上位机和MLC控制模块，叶片小车包括叶片小车A1、叶片小车B1'，叶片小车A1与叶片小车B1'左右对称设置，叶片小车A1上设有叶片A2，叶片小车B1'上设有叶片B2'，叶片A2和叶片B2'均包含多个独立的叶片且数量相同(本实施例叶片A2包含51个独立的叶片，叶片B2'也包含51个独立的叶片)，叶片A2和叶片B2'相向排列成两排。
叶片小车A1的下端连接有滑块A3，滑块A3的另一端可动连接滑动丝杆A4，滑动丝杆A4一端通过联轴器连接小车电机A5，由小车电机A5驱动滑动丝杆A4转动，带动滑块A3沿着滑动丝杆A4向左或向右作直线运动。相应地，叶片小车B1'的下端连接有滑块B3'，滑块B3'的另一端可动连接滑动丝杆B4'，滑动丝杆B4'的一端通过联轴器连接小车电机B5'，由小车电机B5'驱动滑动丝杆B4'转动，带动滑块B3'沿着滑动丝杆B4'向左或向右作直线运动。在相应小车电机的驱动下，叶片小车A1和叶片小车B1'之间可进行相对运动、相反运动和随动运动。
在本实施例中，将滑块A3和滑动丝杆A4设置于叶片小车A1的下方，滑块B3'和滑动丝杆B4'设置于叶片小车B1'的上方，这种设置不仅美观，还避免了运动过程中的互相干扰。
MLC控制模块通过独立的小车电机驱动器分别连接至小车电机A5和小车电机B5'，以控制小车电机A5和小车电机B5'的转动，进而驱动叶片小车A1和叶片小车B1'的运动。另外，MLC控制系统还电连接至上位机，实时接收上位机指令并反馈相关参数给上位机。
为了获取叶片小车A1和叶片小车B1'的移动距离，小车电机A5带有小车电机编码器A6，小车电机B5'带有小车电机编码器B6'，小车电机编码器A6和小车电机编码器B6'检测的位置信息作为相应叶片小车的第一运动位置检测信息。
小车电机编码器A6和小车电机编码器B6'工作原理为：
小车电机编码器A6和小车电机编码器B6'分别根据各自发出的脉冲数和一个脉冲对应的长度计算出相应滑块A3或滑块B3'移动的距离，即对应为叶片小车A1与叶片小车B1'的运动距离。在确定好叶片小车A1与叶片小车B1'的原点位置(即初始位置)后，即可确定出叶片小车A1或叶片小车B1'的运动位置信息。
小车电机编码器A6和小车电机编码器B6’的安装位置可根据需要选择，例如还可选择将小车电机编码器A6安装在叶片电机A8的主轴上或者滑动丝杆A4轴端，同样地，可选择将小车电机编码器B6'安装在叶片电机B8'的主轴或者滑动丝杆B4'的轴端。
本实施例中，在滑动丝杆A4的一轴端连接有小车电机编码器A6，用于检测叶片小车A1的运动位置信息，滑动丝杆B4'的一轴端连接有小车电机编码器B6'用于检测叶片小车B1'的运动位置信息，小车电机编码器A6和小车电机编码器B6'均电连接至MLC控制模块。
位移传感器检测滑动丝杆的移动距离作为叶片小车第二运动位置检测信息，本实施例选择精度高、体积小的微型直线位移传感器(图中未显示)，在滑动丝杆A4和滑动丝杆B4'的侧面均安装有该微型直线位移传感器，实时检测相应的滑动丝杆的运动位置信息(即直线位移传感器测得的相应滑块的水平移动距离)，并通过MLC控制模块反馈给上位机。
每个叶片A2分别通过叶片丝杆A7连接一个叶片电机A8，由独立的叶片电机A8驱动相应的叶片A2向左或向右直线运动。相应地，每个叶片B2'分别通过叶片丝杆B7'连接一个叶片电机B8'，由独立的叶片电机B8'驱动相应的叶片B2'向左或向右直线运动。在相应叶片电机的驱动下，叶片A2和叶片B2'之间可进行相对运动、相反运动和随动运动。本实施例的叶片电机A8和叶片电机B8'均先择体积、容量较小的微型有刷电机。
在叶片电机A8驱动相应叶片A2运动时，为了获取相应叶片A2的运动位置，在每个叶片电机A8的主轴上安装有叶片电机编码器A9，实时采集相应叶片A2的运动位置信息并通过MLC控制模块反馈至上位机。相应地，在叶片电机B8'驱动相应叶片B2'运动时，为了获取相应叶片B2'的运动位置，在每个叶片电机B8'的主轴上安装有叶片电机编码器B9'，实时采集相应叶片B2'的运动位置信息并通过MLC控制模块反馈至上位机。本实施例的叶片电机编码器A9和叶片电机编码器B9'均为旋转编码器。
其中，叶片电机编码器A9和叶片电机编码器B9'每转动一圈发出64个脉冲。工作时，叶片电机A8旋转带动相应叶片A2进行往复运动，相应叶片电机编码器A9将该叶片电机A8的旋转角度(正比于相应叶片A2的位移)直接变换为有相位关系的一对脉冲序列CHA和CHB，当MLC控制模块检测到CHA和CHB的相位关系，即可得到相应叶片A2的运动方向。根据CHA的周期可计算得到相应叶片的运动速率，对CHA积分操作可得到相应叶片的位移S，提高系统抗干扰和可靠性。叶片电机编码器B9'的工作原理与叶片电机编码器A9类似。
另一方面，在每个叶片A2和每个叶片B2'的表面均安装有薄膜电位器(图中未显示)，该薄膜电位器的体积非常小，适合安装在狭小的空间，有利于细小位置的精确控制。随着叶片A2和叶片B2'的运动，相应叶片A2和叶片B2'上的薄膜电位器的阻值会产生变化，产生电压值并通过MLC控制模块反馈至上位机，由上位机计算出相应叶片的运动位置信息。
另外，为了防止X射线从相邻两叶片的连接处泄漏，给患者或医疗工作者或者设备造成不必要的损失，相连两叶片的连接处是凹凸配合方式紧密连接的，以防止X射线的外泄。
本实施例还包括编码器Z轴检测模块，该编码器Z轴检测模块电连接至MLC控制模块，编码器Z轴检测模块获取小车电机编码器A6、小车电机编码器B6'、叶片电机编码器A9和叶片电机编码器B9'等四个编码器的Z轴状态信息，以获取叶片小车和叶片是否位于原点位置处。
本实施例以叶片小车A1和叶片小车B1'之间的中心线为等中心线，叶片小车A1和叶片小车B1'对称设置在等中心线的左右两侧。
叶片A2和叶片B2'的最大光野照射范围为40cm*40cm，其中，叶片小车A1和叶片小车B1'的运动行程最大范围在通过等中心线左右各10cm，每个叶片A2和每个叶片B2'的运动行程最大范围在通过等中心线左右各15cm。
以叶片A2和叶片B2'的相向端作为叶片A2和叶片B2'的头部，初始位置(即叶片小车A1、叶片小车B1'、叶片A2和叶片B2'均位于原点位置)时，叶片小车A1上的叶片A2尾部均位于等中线左边20cm处，叶片小车B1'上的叶片B2'尾部均位于等中线右边20cm处。
当叶片小车A1和叶片A2均位于原点位置时，叶片A2的头部和尾部分别对齐，为了检测叶片小车A1上的每个叶片A2原点位置是否准确，需要进行原点标定，在叶片小车A1的左侧设有光纤传感器A19，在原始位置处，该光纤传感器A19位于叶片A2的尾部对准线上。
光纤传感器A19包括光发射头A19a、光纤A和光接收头A19b。光纤A的一端连接光发射头A19a，另一端连接光接收头A19b，以通过光纤A将光发射头A19a发出的光传递到光接收头A19b中。
光发射头A19a和光接收头A19b分别位于叶片A2同一侧的两端光发射头A19a和光接收头A19b均电连接至MLC控制模块。在本实施例中，光发射头A19a位于叶片A2左侧的下端，光接收头A19b位于叶片A2左侧的上端。其中，光发射头A19a发出的光垂直于叶片A2运动方向(与X射线方向相同)。具体地，光发射头A19a发射出一窄长的红外线束，在叶片A2经过该红外线束时，能够拦截该红外线束。
当叶片小车B1'和叶片B2'均位于原点位置时，叶片B2'的头部和尾部分别对齐，为了检测叶片小车B1'上的每个叶片B2'原点标定是否准确，在叶片小车B1'的右侧设有光纤传感器B19'，在原始位置处，该光纤传感器B19'位于叶片B2'的尾部对准线上。
光纤传感器B19'包括光发射头B19'a、光纤B和光接收头B19'b。光纤B的一端连接光发射头B19'a，另一端连接光接收头B19'b，以通过光纤B将光发射头B19'a发出的光传递到光接收头B19'b中。
光发射头B19'a和光接收头B19'b分别位于叶片B2'同一侧的两端，光发射头B19'a和光接收头B19'b均电连接至MLC控制模块。在本实施例中，光接收头B19'b位于叶片B2'右侧的上端，光接收头B19'b位于叶片B2'右侧的下端。其中，光发射头B19'a发出的光垂直于叶片B2运动方向(与X射线方向相同)。光发射头B19'a发射出一窄长的红外线束，在叶片B2经过该红外线束时，能够拦截该红外线束。
光纤传感器A19和光纤传感器B19'的开启与关闭分别通过独立的继电器的开合进行来控制。且光发射头A19a、光发射头B19'a分别固定在相应滑动丝杆的一端，具体地，光接收头A19b、光接收头B19'b分别通过离合器A20、离合器B20'连接固定在叶片电机B5'、叶片电机A5上。
考虑到带动叶片A2运动的叶片丝杆A7以及带动叶片B2'运动的叶片丝杆B7'会因为运动产生自身的磨损，造成间隙的扩大，从而导致左右运动回差增大，在叶片小车A1和叶片小车B1'的等中心线上还设有至少一个光电传感器22，该光电传感器22位于叶片A2和叶片B2'的外侧，且光电传感器22电连接至MLC控制模块。
本实施例的光电传感器22为两个，分别位于若干对叶片A2和叶片B2'的上下两侧，两个光电传感器22均与MLC控制模块电连接。
为了防止叶片A2向右运动超出最大运动行程范围并防止叶片B2'向左运动超出最大运动行程范围，在等中心线的右侧和左侧分别设有接近开关a，分别为第三接近开关A18、第三接近开关B18'，该接近开关a位于叶片A2和B2'的外侧。第三接近开关A18和第三接近开关B18'均电连接至MLC控制模块。
本实施例的第三接近开关A18为两个，分别位于叶片A2的上下两侧，且均位于等中心线右侧15cm处，两个第三接近开关A18均与MLC控制模块电连接。
本实施例的第三接近开关B18'为两个，分别位于叶片B2'的上下两侧，且均位于等中心线左侧15cm处，两个第三接近开关B18'均与MLC控制模块电连接。
为了有效控制叶片小车A1在最大运动行程内运动，在滑动丝杆A4的至少一端设有限位开关，且限位开关电连接至MLC控制模块。
本实施例是在滑动丝杆A4的左右两端分别设有第一限位开关A10、第二限位开关A11，分别对应叶片小车A1运动原点位置和终点位置。具体地，第一限位开关A10和第二限位开关A11对称设置于滑动丝杆A4中心位置的左右两侧，在本实施例中，第一限位开关A10位于等中心线左侧10cm处，第二限位开关A11位于等中心线右侧10cm处。
另外，第一限位开关A10和第二限位开关A11均电连接至MLC控制模，分别对叶片小车A1运动原点位置和终点位置进行标定，并将标定结果通过MLC控制模块反馈给上位机。
在通过小车电机A5驱动叶片小车A1运动时，在叶片小车A1向左运动到接近第一限位开关A10或向右运动到接近第二限位开关A11时，MLC控制模块会发送停止指令给小车电机A5，但由于电机本身的惯性，叶片小车A1会继续滑行一段距离，产生小车电机A5过冲情况发生，造成叶片小车A1超出最大行程范围或者碰撞第一限位开关A10和第二限位开关A11，严重时可能会损坏设备。
为避免叶片小车A1由于小车电机A5的运动惯性产生过冲情况，第一限位开关A10朝向滑动丝杆A4中心预设距离处、第二限位开关A11朝向滑动丝杆A4中心预设距离处分别设有接近开关b，这里，接近开关b分别为第一接近开关A12和第二接近开关A13。其中，第一接近开关A12位于第一限位开关A10与滑动丝杆A4中心位置之间，第二接近开关A13位于第二限位开关A11与滑动丝杆A4中心位置之间。
将第一限位开关A10与第一接近开关A12之间的距离设为小车电机A5向左运动的减速缓冲区，同样，将第二限位开关A11与第二接近开关A13之间的距离设为小车电机A5向右运动减速缓冲区。该减速缓冲区能够保证叶片小车A1在运行到安全距离范畴(即快要接近第一限位开关A10和第二限位开关A11合理区域范围)之内时，叶片小车A1减速运行，防止过冲。其中，第一接近开关A12和第二接近开关A13均电连接至MLC控制模块。
第一接近开关A12与第一限位开关A10相距预设距离，第二接近开关A13与第二限位开关A11同样相距该预设距离。本实施例将该预设距离设为50mm，当然也可以根据实际情况来设定预设距离的具体大小。
本实施例中，第一接近开关A12为两个，且两个第一接近开关A12是对称分布于滑动丝杆A4的上下两侧的，能更加及时、精确地感应到叶片小车A1运行到减速缓冲区内。同样，第二接近开关A13也为两个，且两个第二接近开关A13对称分布于滑动丝杆A4的上下两侧。
为进一步防止叶片电机A8带动叶片小车A1运动至原点或终点的过程中产生过冲，滑动丝杆A4上还设有位置检测开关a和位置检测开关b，位置检测开关a包括第一位置检测开关A14和第三位置检测开关A16，位置检测开关b包括第二位置检测开关A15和第四位置检测开关A17，四个位置检测开关均电连接至MLC控制模块。
第一位置检测开关A14和第二位置检测开关A15从右到左依次设置于第一接近开关A12和第一限位开关A10之间，第三位置检测开关A16和第四位置检测开关A17从左到右依次设置于第二接近开关A13和第二限位开关A11之间。
参见图3，第一位置检测开关A14的一端连接MLC控制模块的供电电源VCC，另一端串联连接有继电器aJ1，继电器aJ1电连接至MLC控制模块。第二位置检测开关A15的两端并联在继电器aJ1的两个常开触点上，且第二位置检测开关A15串联连接有继电器bJ2，继电器bJ2的常开触点并联连接小车电机A1。
第三位置检测开关A16对应于第一位置检测开关A14，第四位置检测开关A17对应于第二位置检测开关A15，且也具有相配合的两个继电器，并且与两个继电器的电气连接方式与第一位置检测开关A14和第二位置检测开关A15的电气连接方式相同。
相应地，为了有效控制叶片小车B1'在最大运动行程内运动，在滑动丝杆B4'的至少一端设有限位开关，且限位开关电连接至MLC控制模块。
本实施例是在滑动丝杆B4'的左右两端分别设有第一限位开关B10'和第二限位开关B11'，分别对应叶片小车B1'运动原点位置和终点位置。具体地，第一限位开关B10'和第二限位开关B11'对称设置于滑动丝杆B4'中心位置的左右两侧，在本实施例中，第一限位开关B10'位于等中心线右侧10cm处，第二限位开关B11'位于等中线左侧10cm处。
另外，第一限位开关B10'和第二限位开关B11'均与MLC控制模块电连接，分别对叶片小车B1'的原点和终点位置进行标定，并将标定结果通过MLC控制模块反馈给上位机。
在通过小车电机B5'驱动叶片小车B1'运动时，在叶片小车B1'向右运行到接近第一限位开关B10'或向左运行到接近第二限位开关B11'时，MLC控制模块会发送停止指令给小车电机B5'，但由于电机本身的惯性，叶片小车B1'会继续滑行一段距离，产生小车电机B5'过冲情况发生，造成叶片小车B1'超出最大行程范围或者碰撞第一限位开关B10'和第二限位开关B11'，严重时可能损坏设备。
为避免叶片小车B1'由于惯性产生过冲情况，第一限位开关B10'朝向滑动丝杆B4'中心预设距离处、第二限位开关B11'朝向滑动丝杆B4'中心预设距离处也分别设有接近开关b，这里，接近开关b分别为第一接近开关B12'和第二接近开关B13'。其中，第一接近开关B12'位于第一限位开关B10'和滑动丝杆B4'中心位置之间，第二接近开关B13'位于第二限位开关B11'和滑动丝杆B4'中心位置之。
将第一限位开关B10'与第一接近开关B12'之间的距离设为小车电机B5'向右运动的减速缓冲区，同样，将第二限位开关B11'与第二接近开关B13'之间的距离设为小车电机B5'向右运动的减速缓冲区。该减速缓冲区能够保证叶片小车B1'在运行到安全距离范畴(即快要接近第一限位开关B10'和第二限位开关B11'合理区域范围)之内时，叶片小车B1'减速运行，防止过冲。其中，第一接近开关B12'和第二接近开关B13'分别与MLC控制模块电连接。
第一接近开关B12'与第一限位开关B10'相距预设距离，第二接近开关B13'与第二限位开关B11'同样相距该预设距离。本实施例将该预设距离设为50mm，当然也可以根据实际情况来设定预设距离的具体大小。
本实施例中，第一接近开关B12'为两个，且两个第一接近开关B12'对称分布于滑动丝杆B4'的上下两侧，能更加及时、精确地感应到叶片小车B1'运行到减速缓冲区。同样，第二接近开关B13'也为两个，且两个第二接近开关B13'对称分布于滑动丝杆B4'的上下两侧。
为进一步防止叶片电机B8'带动叶片小车B1'运动至原点或终点的过程中产生过冲，滑动丝杆B4'上也设有位置检测开关a和位置检测开关b，其中，位置检测开关a包括第一位置检测开关B14'和第三位置检测开关B16'，位置检测开关b包括第二位置检测开关B15'和第四位置检测开关B17'，四个位置检测开关均电连接至MLC控制模块。
第一位置检测开关B14'和第二位置检测开关B15'从左至右设置于第一接近开关B12'和第一限位开关B10'之间，第三位置检测开关B16'和第四位置检测开关B17'从右至左依次第二接近开关B13'和第二限位开关B11'之间。
其中，第一位置检测开关B14'和第三位置检测开关B16'对应于第一位置检测开关A14，第二位置检测开关B15'和第四位置检测开关B17'对应于第二位置检测开关A15，第一位置检测开关B14'和第二位置检测开关B15'、第三位置检测开关B16'和第四位置检测开关B17'分别具有相配合的两个继电器，且与相应的两个继电器的电气连接方式也第一位置检测开关A14和第二位置检测开关A15的电气连接方式相同。
本实施例还包括至少一个水平放置的滑动导轨，该滑动导轨平行于滑动丝杆A4，叶片小车A1、叶片小车B1'均与滑动导轨可动连接，增加叶片小车A1和叶片小车B1'的支撑点，使得叶片小车A1和叶片小车B1'能够更加平稳地向左或向右运动。
滑动导轨包括滑动导轨A21和滑动导轨B21'，平行设置在两个叶片小车的上下两侧，叶片小车A1的上下两端均可动连接在滑动导轨A21和滑动导轨B21'上，同样，叶片小车B1'的上下两端也均可动连接在滑动导轨A21和滑动导轨B21'上。在驱动叶片小车A1或叶片小车B1'向左或向右运动时，由于滑动导轨A21和滑动导轨B21'的支撑，叶片小车A1和叶片小车B1'能够更加平稳的在滑动导轨A21和滑动导轨B21'之间平移。
本实施例的多叶光栅叶片运动位置控制装置具体工作过程为：
首先，根据患者身体病灶机理和形状，形成图像发送至上位机，由上位机转换成MLC控制模块所能识别的叶片需要到达的位置信息发送给MLC控制模块，MLC控制模块下达运动控制命令给小车电机驱动器，叶片小车驱动器给相应的小车电机发送向左或向右的运动指令，使载着多对叶片的相应叶片小车运行到指定位置，形成一个指定的规则野范围。
接着，再根据患者病灶具体大小和形状，由MLC控制模块发送控制指令至叶片电机驱动器，驱动叶片电机运动，从而带动相应的叶片单元运动到指定位置，最终形成适形的射野形状(即指定的不规则野范围)，为下一步接受X射线剂量做好准备。
利用该多叶光栅叶片运动位置控制装置，本实施还提供一种多叶光栅叶片运动位置控制方法，该方法包括：
叶片小车由小车电机驱动运动；
通过小车电机编码器和位移传感器检测叶片小车的位置信息并通过MLC控制模块反馈到上位机，上位机将小车电机编码器和位移传感器反馈的叶片小车的位置信息进行比较，若不一致，则通过上位机发送小车电机转动指令至MLC控制模块，调节相应小车电机的转动角度，对叶片小车的实时运动位置偏差进行纠正，使得小车电机编码器与位移传感器反馈的叶片小车的当前运动位置信息保持一致，精确控制叶片小车运动指定位置，实现叶片的运动位置初步精确控制。
为进一步精确控制叶片的运动位置，以形成与患者病灶部位形状和大小均近似的射野，设备安全性能高。在由叶片电机驱动相应叶片运动时，通过叶片电机编码器和薄膜电位器检测相应叶片的位置信息并通过MLC控制系统反馈至上位机，上位机对接收到的叶片电机编码器和薄膜电位器反馈的相应叶片位置信息并进行比较，若不一致，则通过上位机发送叶片电机转动指令至MLC控制模块，调节相应叶片电机的转动角度，实现对相应叶片的实时运动位置偏差进行纠正，使得同一叶片的叶片电机编码器与薄膜电位器反馈的位置信息保持一致。
进一步地，两个光纤传感器分别发出红外线束，控制系统上电运动后，叶片A2和叶片B2'在两红外线束之间左右运动。在叶片A2向右运动或者叶片B2'向左运动时，若叶片运行到等中心线位置处，光电传感器22则会检测到该叶片的位置信息，并通过MLC控制模块反馈至上位机，上位机则在接收到光电传感器22反馈的相应叶片的位置信息后，计算出驱动该叶片的对应叶片丝杆的回差，并根据该回差对相应叶片丝杆的间隙进行补偿，从而更加精确地控制相应叶片的运动位置；同时，上位机在接收到光电传感器22反馈的相应叶片的位置信息后，还发送叶片电机减速指令至相应的叶片电机驱动器，驱动相应的叶片减速运动到指定位置，防止由于叶片电机自身的惯性而导致的叶片过冲现象。
在叶片A2向右运动或者叶片B2'向左运动时，若叶片运行到最大行程位置处，接近开关a则会检测到该叶片的运动位置信息，并通过MLC控制模块反馈至上位机，上位机则在接收到接近开关a反馈的相应叶片的位置信息后，发送叶片电机停止指令至相应的叶片电机驱动器，驱动相应的叶片停止运动，防止与相向的叶片发生碰撞而造成叶片的损坏。
为了更精确地控制叶片的运动位置，在叶片运动前，需要对叶片进行原点标定，过程如下：
设置叶片电机和所有叶片处于原点位置处；
通过编码器Z轴检测模块检测叶片电机编码器Z轴的状态信息，并通过光纤传感器检测相应叶片的位置信息，将叶片电机编码器Z轴和光纤传感器检测的位置信息通过MLC控制模块反馈至上位机，上位机对接收到的叶片电机编码器Z轴和光纤传感器反馈的相应叶片位置信息进行比较，以验证是否存在偏差，若不一致，则对相应叶片电机Z轴复位校准。
为更准确对叶片的原点位置进行校验，在两个叶片小车和所有叶片处于原点位置时，上位机还获取该叶片上的薄膜电位器检测的位置信息，将该薄膜电位器反馈的位置信息作为复核信息，对相应的薄膜电位器反馈的位置信息、相应叶片电机编码器Z轴和光纤传感器反馈的位置信息进行比较；
若相应的薄膜电位器检测的位置信息与相应的叶片电机编码器Z轴反馈的位置信息不一致或者相应的薄膜电位器检测的位置信息与相应的光纤传感器反馈的位置信息不一致，说明该叶片的叶片电机Z轴或光纤传感器的位置存在问题，需要对叶片电机Z轴或光纤传感器的位置重新校对，保证该叶片再次进行原点位置校验时，不会产生重复偏差。
若相应的薄膜电位器检测的位置信息、相应的叶片电机编码器Z轴和光纤传感器的反馈信息都不一致时，上位机切断整个控制系统，防止产生无法预料的状况，同时，控制系统上电复位校验，保证当该叶片运动到原点时，相应叶片电机编码器Z轴和光纤传感器反馈的位置信息是一致的。通过叶片电机编码器Z轴、光纤传感器和薄膜电位器等多重方式检测各个叶片原点位置的准确性，校验更加准确。
其中，通过光纤传感器A对叶片A进行原点标定的工作原理为：
在对叶片A2进行原点标定时，每个叶片A2会自动经过光纤光接收头A19b和光发射头A19a的连线处，叶片A2的尾端挡住光接收头A19b，触发光纤A，由光接收头通过MLC控制模块反馈给上位机一个从1到0跳变的信号，光接收头A19b将叶片A2截取的红外线宽度通过MLC控制模块反馈给上位机，上位机根据接收到的光接收头A19b的反馈信息来判断叶片A2是否都位于原点位置，从而实现对叶片A2的原点标定。
通过光纤传感器B对叶片B进行原点标定的工作原理与通过光纤传感器A对叶片A进行原点标定的工作原理相同，这里不再赘述。
为进一步精确控制叶片小车的运动位置，在叶片小车运动前，需要对叶片小车均进行原点位置进行标定，标定过程如下：
设置叶片小车处于原点位置处；
通过编码器Z轴检测模块获取小车电机编码器Z轴的状态信息，并通过限位开关检测叶片小车的位置信息，小车电机编码器Z轴和限位开关检测的叶片小车的位置信息均通过MLC控制系统反馈至上位机，上位机将小车电机编码器Z轴和限位开关反馈的叶片小车的位置信息进行比较，若不一致，则对小车电机Z轴进行复位校准，由小车电机驱动叶片小车缓慢向左或向右运动，到达限位开关的指定范围之内，保证叶片小车处于原点位置处。
为更精确对叶片小车的原点位置进行校验，在叶片小车位于原点位置时，上位机还获取位移传感器检测的叶片小车的位置信息，将位移传感器检测的位置信息作为复核信息，对位移传感器检测的位置信息、小车电机编码器Z轴和限位开关反馈的位置信息进行比较；
若位移传感器检测的位置信息与小车电机编码器Z轴反馈的位置信息不一致或者位移传感器的位置信息与限位开关的位置信息不一致，说明小车电机Z轴或限位开关的位置存在问题，需重新对两者的位置进行校对，保证叶片小车再次进行原点位置标定时，不产生重复偏差的情况。
若位移传感器、小车电机编码器Z轴和第一限位开关反馈的位置信息都不一致时，切断整个控制系统的电源，防止产生无法预料的状况，同时，控制系统上电复位校验，保证当叶片小车运动到原点或终点位置时，小车电机编码器Z轴和限位开关反馈的位置信息一致。通过小车电机编码器Z轴、限位开关和位移传感器等多重方式对叶片小车进行原点位置校验，校验更加准确。
其中，在叶片小车运行到限位开关位置时，限位开关会通过MLC控制模块发送给上位机一个从1到0的跳变信号，说明叶片小车处于原点或终点状态，也说明叶片小车的原点或终点位置的标定信息。
在叶片小车运动至限位开关时，为预防由于小车电机由于自身运动惯性，带动叶片小车超出安全距离范围，产生意想不到的情况。通过接近开关b反馈叶片小车的位置信息至MLC控制模块，再由MLC控制模块将接收到的接近开关b反馈的位置信息发送给上位机，上位机在接收到接近开关b反馈的位置信息后，则通过MLC控制模块发送小车电机减速指令小车电机驱动器，驱动叶片小车减速运行到限位开关位置处。并在触碰到限位开关的按钮后，限位开关产生叶片小车运动停止信号并反馈给上位机，表明相应叶片小车到达原点或终点位置，保证叶片小车位置准确。
在叶片小车运动至限位开关时，通过在相应限位开关和接近开关之间设置的位置检测开关a和位置检测开关b来进一步预防由于小车电机由于自身运动惯性，带动相应叶片小车超出安全距离范围，产生意想不到的情况。这里以叶片小车A1向左运动到第一限位开关A10为例来阐述位置检测开关的工作原理。
设置第一位置检测开关A14为常开触点，第二位置检测开关A15为常闭触点。
当叶片小车A1向左运行到第一接近开关A12时，小车电机A5进入缓行减速区，在经过第一位置检测开关A14时，导致继电器aJ1触点闭合，通过MLC控制模块将继电器aJ1触点闭合信息反馈给上位机，使得继电器aJ1线圈得电吸合，屏蔽掉第二位置检测开关A15，同时继电器bJ2的线圈得电，保证小车电机A5能够得到电源供电，从而保证叶片小车A1在运动到相应位置时停下。同时，上位机根据第一位置检测开关A14和第二位置检测开关A15反馈的叶片小车A1的位置信息，给MLC控制模块发送小车电机A5减速运行的指令给小车电机驱动器A，驱动小车电机A5减速运行，叶片小车A1向左缓慢运行达第一限位开关A10。
当叶片小车A1向左运行到第一接近开关A12时，小车电机A5进入缓行减速区，在经过第一位置检测开关A14时，如果发生第一位置检测开关A14失效的情况，则进一步使继电器aJ1的线圈处于失电状态，继电器aJ1的触点处于常开状态，当叶片小车A1运行到第二位置检测开关A15时，由于继电器aJ1的一对触点处于常开状态，导致继电器aJ1线圈失电，导致控制叶片小车的继电器bJ2线圈失电，切断小车电机A5与其供电电源之间的回路，小车电机A5停止运行。第一位置检测开关A14、第二位置检测开关A15以及继电器aJ1、继电器bJ2相配合从电气硬件上切断叶片电机A8的供电电源，使得在检测到第一位置检测开关A14失效时，叶片小车A1能立即停止运动，防止过冲。
通过第三位置检测开关A16和第四位置检测开关A17来防止叶片电机A8过冲的工作原理与通过第一位置检测开关A14、第二位置检测开关A15来防止叶片电机A8过冲的工作原理相同，在此不再赘述。同样，通过位置检测开关a、位置检测开关b与继电器相配合从电气上防止叶片电机B过冲的原理与叶片电机A的相同。
值得一提的是，上述多叶光栅叶片运动位置控制装置及方法，可以应用于医用直线加速度器中。
本申请通过对MLC设备中的多叶小车和叶片均进行多重运动位置的检测、多重原点校验以及多重防过冲的设计，对叶片小车和叶片的运动位置精确控制，并实现对叶片小车和叶片防护，形成适合形状与大小的射野，避免患者健康部位遭受不必要的X射线的照射，保护患者及医疗工作者的安全，系统可靠性强。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (15)

1.一种多叶光栅叶片运动位置控制装置，包括控制系统以及与控制系统相连接的叶片小车，其特征在于，叶片小车可动连接在带有位移传感器的滑动丝杆上，所述滑动丝杆一端与带有编码器的小车电机相连接，所述小车电机编码器和位移传感器均电连接至所述控制系统。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，叶片小车上设有若干叶片，每个叶片上分别设有薄膜电位器和带有编码器的叶片电机，所述薄膜电位器和叶片电机编码器均电连接至所述控制系统。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，每个叶片由单独的叶片丝杆和叶片电机驱动。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述叶片相向设置成两排，每排叶片的端部设有光纤传感器。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述光纤传感器包括光发射头和光接收头，光发射头和光接收头分别设置于每排叶片同一侧的两端，所述光接收头电连接至所述控制系统。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述叶片相向设置成两排，在两排叶片间中心线上且位于两排叶片的外侧设有至少一个光电传感器，所述光电传感器电连接至所述控制系统。
7.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述叶片相向设置成两排，在两排叶片中心线的两侧且位于两排叶片的外侧设有至少一个接近开关a，所述接近开关a电连接至所述控制系统。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述滑动丝杆的至少一端设有限位开关，所述限位开关电连接至所述控制系统。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述限位开关朝向滑动丝杆中心预设距离处设有至少一个接近开关b，所述接近开关b电连接至所述控制系统。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述滑动丝杆上所述限位开关与对应的接近开关b之间设有位置检测开关a和置检测开关b，位置检测开关a串联连接有继电器a，位置检测开关b串联连接有继电器b且与继电器a并联，所述继电器b并联连接小车电机。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述位置检测开关a和位置检测开关b分别设为常开触点与常闭触点，位置检测开关、小车电机分别并联连接继电器a、继电器b的常开触点，位置检测开关a、位置检测开关b和继电器a均电连接至所述控制系统。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括至少一个与所述滑动丝杆相平行的滑动导轨，叶片小车可动连接在滑动导轨上。
13.一种利用如权利要求1-12任一项所述的多叶光栅叶片运动位置控制装置进行多叶光栅叶片运动位置控制的方法，其特征在于，包括：
由小车电机驱动叶片小车运动；
所述控制系统接收自小车电机编码器和位移传感器反馈的叶片小车的位置信息并进行比较，若不一致，则调节小车电机的转动角度至小车电机编码器和位移传感器反馈的位置信息相同。
14.如权利要求13的方法，其特征在于，还包括：
由叶片电机驱动相应的叶片运动；
所述控制系统接收自叶片电机编码器和薄膜电位器反馈的相应叶片的位置信息并进行比较，若不一致，则调节相应叶片电机的转动角度至叶片电机编码器与相应的薄膜电位器反馈的位置信息相同。
15.一种直线加速度器，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的多叶光栅叶片运动位置控制装置。
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