CN109173080B - 一种混合驱动光栅叶片的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种混合驱动光栅叶片的装置和方法。该装置包括：至少一个第一动力装置以及与所述第一动力装置相连接的第一传动装置；至少一个第二动力装置以及与所述第二动力装置相连接的第二传动装置；所述第一动力装置通过第一传动装置、所述第二动力装置通过第二传动装置连接同一个光栅叶片，同时或者分时输出动力使得所述光栅叶片直线移动。通过第一动力装置和第二动力装置的混合驱动，可以使光栅叶片快速移动至精确位置，形成合适的照射野。

Description

一种混合驱动光栅叶片的装置和方法

技术领域

本申请涉及医用放疗设备，特别涉及一种光栅叶片的驱动装置和方法。

背景技术

放射治疗是治疗肿瘤的重要方法。多叶准直器，又名多叶光栅(Multi LeafCollimator，MLC)，是实行精准放射治疗的重要设备。它的基本工作原理是采用驱动装置驱动光栅叶片做直线运动，使得多个叶片能组成各种不规则的照射野，以与需要进行照射的肿瘤部位形状适应。光栅叶片的运动速度越快，代表形成照射野的时间越短，光栅叶片的位置越精确，代表可以实现更精确的适形效果，则多叶光栅的性能越优异。光栅叶片通常由钨合金制成，重量较大，想要达到较快的运动速度就需要较大的驱动力。因此，希望能提供一种可以实现叶片快速运动而且保持位置精度的驱动方法和系统。

发明内容

本申请为光栅叶片提供两个冲量不同的动力源，通过混合两个动力源实现光栅叶片的快速和准确移动。

本申请的第一方面提供了一种光栅叶片驱动装置。该光栅叶片驱动装置包括：至少一个第一动力装置以及与所述第一动力装置相连接的第一传动装置；至少一个第二动力装置以及与所述第二动力装置相连接的第二传动装置；所述第一动力装置通过第一传动装置、所述第二动力装置通过第二传动装置连接同一个光栅叶片，同时或者分时输出动力使得所述光栅叶片直线移动。

在一些实施例中，当所述第一动力装置和第二动力装置同时输出动力时，所述第一动力装置与所述第二动力装置以相同速率驱动该光栅叶片；当所述第一动力装置和第二动力装置分时输出动力时，所述第一动力装置以第一速率驱动该光栅叶片，所述第二动力装置以第二速率驱动该光栅叶片，所述第一速率小于该第二速率。

在一些实施例中，所述第一动力装置为电机，所述第二动力装置为气缸。

在一些实施例中，所述第二传动装置为柔性轴。

在一些实施例中，所述第一传动装置为丝杆；所述光栅叶片内具有螺纹，或者所述光栅叶片内固定有螺母，所述螺母具有螺纹；所述丝杆的至少一部分与所述螺纹的至少一部分配合以驱动所述光栅叶片。

在一些实施例中，所述丝杆包括第一外表面和第二外表面，所述螺母包括第一内表面和第二内表面，所述第一外表面与所述第一内表面匹配，所述第二外表面与所述第一内表面和所述第二内表面不匹配，所述第二内表面与所述第一外表面不匹配。

在一些实施例中，所述丝杆为削边丝杆，所述削边丝杆可以在所述电机控制下转动，当所述削边丝杆转动到第一状态时，所述削边丝杆与所述螺纹配合；当所述削边丝杆转动到第二状态时，所述削边丝杆与所述螺纹分离。

在一些实施例中，所述削边丝杆(171)包括第一面(172)和第二面(173)，所述第一面(172)和第二面(173)与所述螺纹不匹配；所述螺母包括第一部分(182)和第二部分(183)，所述第一部分(182)和第二部分(183)之间形成间隙；所述削边丝杆延伸至所述间隙内，所述削边丝杆的第一面(172)与第二面(173)之间的距离小于所述间隙。

在一些实施例中，所述第一面(172)和第二面(173)为平面或直径小于所述丝杆内径的弧面。

在一些实施例中，所述第一面(172)和第二面(173)为互相平行的平面。

在一些实施例中，所述光栅叶片驱动装置还包括至少一个位置监测装置，所述位置监测装置用于监测所述光栅叶片的位置。

在一些实施例中，所述位置监测装置包括：磁性件和读磁元件，所述磁性件与读磁元件相对设置，所述磁性件和读磁元件之一者设置在所述光栅叶片上，另一者设置在所述光栅叶片一侧并与所述光栅叶片之间有一定距离，所述磁性件和读磁元件之一者随所述光栅叶片运动时，所述磁性件与所述读磁元件相对运动，所述读磁元件将感测到的磁性件磁场的变化转换成光栅叶片的位置信号。

在一些实施例中，所述位置监测装置包括编码器，所述编码器安装在所述电机和/或所述气缸上。

在一些实施例中，所述电机包括增速齿轮箱。

在一些实施例中，所述第二动力装置相对所述第一动力装置适于提供较大的驱动力。

本申请的第二方面提供一种光栅叶片驱动方法。该方法包括：确定所述光栅叶片需要移动到的目标位置；控制第一动力装置和第二动力装置同时或者分时输出动力，驱动光栅叶片直线移动，到达所述目标位置；其中：所述第一动力装置通过第一传动装置、所述第二动力装置通过第二传动装置连接所述光栅叶片。

在一些实施例中，控制第一动力装置和第二动力装置分时输出动力，驱动光栅叶片直线移动，到达所述目标位置进一步包括：控制第二动力装置输出动力，以第二速率驱动所述光栅叶片移动第一距离；控制第二动力装置输出动力，以第一速率驱动所述光栅叶片移动第一距离，达到所述目标位置，所述第一速率小于所述第二速率。

在一些实施例中，所述第一传动装置为丝杆，所述光栅叶片内具有螺纹，或者所述光栅叶片内固定有螺母，所述螺母具有螺纹，所述丝杆的至少一部分与所述螺纹的至少一部分配合以驱动所述光栅叶片；控制第一动力装置和第二动力装置分时输出动力，驱动光栅叶片直线移动，到达所述目标位置进一步包括：检测所述丝杆与所述螺纹的匹配状态，若所述丝杆的至少一部分与所述螺纹的至少一部分匹配，控制第一动力装置输出动力，驱动丝杆转动以使所述丝杆与所述螺纹不匹配；若所述丝杆与所述螺纹不匹配，控制第二动力装置输出动力，以第二速率驱动所述光栅叶片移动第一距离；控制第一动力装置输出动力，以第一速率驱动所述光栅叶片移动第二距离，达到所述目标位置，所述第一速率小于所述第二速率。

在一些实施例中，所述第一动力装置为电机，第二动力装置为气缸。

附图说明

本申请将以示例性实施例的方式进一步描述，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：

图1所示为根据本申请一些实施例所示的电机输出扭矩与转速的关系的示意图；

图2所示为根据本申请一些实施例所示的混合驱动的光栅叶片驱动系统的截面图；

图3所示为根据本申请一些实施例所示的混合驱动的光栅叶片驱动系统的截面图；

图4所示为根据本申请一些实施例所示的气缸的截面图；

图5所示为根据本申请一些实施例所示的混合驱动的光栅叶片驱动系统的局部放大图；

图6所示为根据本申请一些实施例所示的削边丝杆与光栅叶片中螺纹的截面图；

图7所示为根据本申请一些实施例所示的削边丝杆与光栅叶片中螺纹的截面图；

图8所示为根据本申请一些实施例所示的光栅叶片混合驱动系统的模块图；

图9所示为气缸和电机分时为光栅叶片提供动力的示例性流程图；

图10所示为气缸和电机同时为光栅叶片提供动力的示例性流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模组”系用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

应当理解的是，本申请的系统及方法的应用场景仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。例如，其他类似的显示屏控制系统。

多叶光栅由多个叶片构成，采用驱动装置驱动光栅叶片运动，使多个光栅叶片形成与肿瘤相应的照射野，以保证射线只照射肿瘤部位，保护正常器官。本申请中每个光栅叶片都由至少两个动力装置驱动，从而提高光栅叶片的移动速度，可以快速形成所需照射野。

在光栅叶片驱动系统中，驱动光栅叶片的功率如式(1)：

其中P为驱动光栅叶片的功率，

为驱动光栅叶片的驱动力，与负载(光栅叶片)自身相关，

为光栅叶片的移动速度。由式(1)可知，在

(即负载)不变的情况下，想要提高移动速度

就需要提高驱动功率P。如果单纯靠一个动力装置驱动，则需要该动力装置提供较大的功率，如果使用电机作为该驱动装置这将导致电机尺寸较大。而光栅叶片所处的治疗头内部空间较紧凑，这对多叶光栅的驱动系统造成较大的设计难度。本发明一个具体实施例通过引入第二动力装置，可以有效地解决这一问题。本发明实施例中，通过为同一个光栅叶片配置两组动力装置以驱动光栅叶片移动，以提高光栅叶片的移动速度。在本实施例中，驱动光栅叶片的功率如式(2)：

其中

为第一动力装置输出的驱动力，

为第二动力装置输出的驱动力，P₁为第一动力装置输出的驱动功率，P₂为第二动力装置输出的驱动功率。在一些实施例中，第一动力装置的类型不同于第二动力装置。在一些实施例中，第二动力装置相对第一动力装置适于提供较大的驱动力。

在一些实施例中，第一动力装置为电机，第二动力装置为气缸，气缸与电机混合驱动光栅叶片。气缸可以实现点到点的快速运动，其功率取决于输入气压；电机可以实现精准的移动，其功率取决于电机自身性质。图1为根据本申请一些实施例所示的电机输出扭矩与转速的关系的示意图，如图1所示，对于功率一定的电机，其输出扭矩越小，转速越高。在一些实施例中，可以通过降低输出扭矩的方式提高转速，从而提高光栅叶片的移动速度。

图2和图3为根据本申请一些实施例所示的混合驱动的光栅叶片驱动系统的截面图。该混合驱动的光栅叶片驱动系统可以包括光栅叶片110、电机120、气缸130、第一动力传动装置170、第二动力传动装置140。

光栅叶片110设在叶片箱体(未图示)内，箱体内设有多个光栅叶片。光栅叶片110上下侧对应的箱体内壁上设有叶片导槽111，光栅叶片110可以沿叶片导槽111做直线运动。

电机120固定在机架160上。第一动力传动装置170的一端与电机120的输出轴连接，另一端连接光栅叶片110，电机120通过该第一动力传动装置170为光栅叶片110提供动力。在一些实施例中，第一动力传动装置170为丝杆，光栅叶片110内具有螺纹，或者光栅叶片110内固定有螺母，所述螺母具有螺纹，该丝杆与光栅叶片110上的所述螺纹配合，通过该丝杆与螺纹的配合可以将电机120的旋转运动转变为光栅叶片110的直线运动。具体地，当电机120旋转运动时输出扭矩，丝杆随之转动，通过丝杆与螺纹的配合将电机120的输出扭矩转变为光栅叶片110的直线运动。

气缸130上设有进出气口131和132。气缸130内有可以进行直线往复运动的活塞，通过活塞的运动输出动力。有关气缸130的结构可参见图4及其描述。气缸130与第二动力传动装置连接。具体地，第二动力传动装置的一端与活塞连接，另一端与光栅叶片110连接。当气缸130中的活塞运动时，第二动力传动装置随之运动，并将动力传递给光栅叶片110，使光栅叶片110沿叶片导槽111做直线运动。

在一些实施例中，如图2所示，第二动力传动装置包括刚性轴140。刚性轴140由刚性材料制成。当气缸130中的活塞做直线运动时，刚性轴140也随之做直线运动，并驱动叶片光栅110直线运动。在一些实施例中，刚性轴140可以一端固定在光栅叶片110上，另一端固定在气缸130上。固定方式可以包括，例如，螺栓连接、焊接、铆接、过盈配合等其中的一种或以上任意组合。在一些实施例中，刚性轴140靠近光栅叶片110的一端连接有梯形块150，梯形块150上设有安装孔(例如，螺纹孔)，刚性轴140可以通过该安装孔安装在梯形块150上。光栅叶片110上设有与梯形块150形状匹配的燕尾槽，梯形块150可以嵌入该燕尾槽中，从而实现刚性轴140与光栅叶片110的连接。在一些实施例中，刚性轴140靠近气缸130的一端也以相同方式与气缸130连接。

在一些实施例中，如图3所示，第二动力传动装置包括柔性轴141、轴导向套143。柔性轴141可以弯曲，从而可以灵活布置气缸130的位置，节约光栅叶片驱动系统200内部空间。另外，当如图2所示的光栅叶片驱动系统200应用于例如磁共振放疗设备((MagneticResonance Radiation Therapy，MR-RT)等处于磁场环境中的设备时，通过采用柔性轴141，可以增大气缸130与光栅叶片110之间的距离，将气缸130布置为偏离光栅叶片110的运动方向，从而减弱气缸130内磁性部件(例如，由磁性材料制成的活塞)与MR磁体间的互相影响，增强光栅叶片驱动系统200的稳定性。在一些实施例中，柔性轴141为可弯曲且难以压缩、难以拉伸的传动轴。例如，柔性轴141可以为软管，软管的材料包括不锈钢、铝合金、橡胶、塑料等中的一种或以上任意组合。轴导向套143用于限制柔性轴141的传动路径。在一些实施例中，轴导向套143的长度小于柔性轴141，并设置在柔性轴141靠近光栅叶片110处。轴导向套143内具有导向腔，导向腔的内径比柔性轴141的外径稍大，使柔性轴141可以在导向腔内运动。柔性轴141穿过该导向腔后呈直线状态，可以在气缸130的驱动下做直线运动。在一些实施例中，轴导向套143由刚性材料制成，刚性材料包括但不限于金属、硬质塑料等。

在一些实施例中，第二动力传动装置还包括轴套142。轴套142可以起到保护柔性轴141的作用。在一些实施例中，轴套142套住整个柔性轴141。在一些实施例中，轴套142的长度小于柔性轴141，并套住柔性轴141靠近气缸130的部分。柔性轴141靠近气缸130的部分呈弯曲状，对应的轴套142部分也呈相应弯曲状。在一些实施例中，轴套142由柔性材料制成。例如，轴套142由拉伸弹簧制成。

在一些实施例中，柔性轴141可以固定在光栅叶片110上。固定方式可以包括，例如，螺栓连接、焊接、铆接、过盈配合等中的一种或以上任意组合。在一些实施例中，柔性轴141靠近光栅叶片110的一端连接有梯形块150，梯形块150上设有安装孔(例如，螺纹孔)，柔性轴141可以通过该安装孔安装在梯形块150上。光栅叶片110上设有与梯形块150形状匹配的燕尾槽，梯形块150可以嵌入该燕尾槽中，从而实现柔性轴141与光栅叶片110的连接。在一些实施例中，柔性轴141靠近气缸130的一端也以相同方式与气缸130连接。

在一些实施例中，光栅叶片驱动系统还包括至少一个位置监测装置，用来监测光栅叶片110的位置。在一些实施例中，位置监测装置包括磁性件192和读磁元件191。磁性件192设在光栅叶片110上，读磁元件191与磁性件192相对设置。当光栅叶片110运动时，磁性件192随之运动，读磁元件191固定不动，磁性件192与读磁元件191之间产生相对运动，磁性件192穿过读磁元件191中的磁场发生变化，读磁元件191可以感测到该磁场变化，读磁元件191可以将该磁场变化转换成光栅叶片110的位置信号输出。或者，也可以是读磁元件191设在光栅叶片110上，当光栅叶片110运动时，读磁元件191随之运动，磁性件192固定不动，这样读磁元件191和磁性件192也可以相对运动，读磁元件191可以感测到磁场变化，将该磁场变化转换成光栅叶片110的位置信号输出。在一些实施例中，读磁元件191具有磁性传感器，该磁性传感器可以感测磁性件192穿过读磁元件191中的磁场变化。在一些实施例中，该磁性传感器可以是霍尔传感器。在一些实施例中，磁性件192可以是多极条形磁铁。当多极条形磁铁相对霍尔传感器沿条形磁铁长度方向运动时，霍尔传感器中的磁场会发生变化，霍尔传感器会根据磁场的变化输出脉冲，一定的磁场变化量对应一个脉冲。由于多极条形磁铁的磁场分布具有一定规律，磁场变化量和多极条形磁铁的位移有确定的关系，因此，读磁元件可以根据霍尔传感器输出脉冲数，得到光栅叶片110运动的位移，再根据光栅叶片110的原始位置确定光栅叶片110的当前位置。应注意的是，磁性传感器不限于霍尔传感器，也可以是其他可以感测磁场变化的磁性传感器。

在一些实施例中，位置监测装置包括安装在电机120上的电机编码器121。在一些实施例中，电机编码器121位于电机120远离光栅叶片110的一端。当电机120驱动第一动力传动装置140时，电机编码器121可以测得电机120的旋转角度或转数。根据旋转角度或转数可以获取光栅叶片110运动的位移，根据光栅叶片110运动的位移和原始位置，可以确定光栅叶片的当前位置。在一些实施例中，电机编码器121为相对编码器。在一些实施例中，电机编码器121为绝对编码器。

在一些实施例中，电机120可以包括增速齿轮箱。所述增速齿轮箱包括至少一对大小齿轮对，将大齿轮的低转速转变为小齿轮的高转速输出，从而提高电机120的驱动速率。

应当注意的是，图2和图3仅示出了一个光栅叶片的混合驱动系统，对于多叶光栅中的每个光栅叶片，都有各自的混合驱动系统，即每个光栅叶片都连接有独立的电机和气缸。在一些实施例中，可以通过气缸控制器来控制气缸。具体地，该气缸控制器内具有多个气缸控制单元，每个气缸控制单元可以控制一个光栅叶片的气缸。在一些实施例中，可以通过电机控制器来控制电机。具体地，该电机控制器内具有多个电机控制单元，每个电机控制单元可以控制一个光栅叶片的电机。

应当注意的是，上述有关混合光栅叶片驱动系统的描述仅仅是为了说明的目的，而不限制本申请的适用范围。本领域的技术人员来说，可在本申请的指导下进行多种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本申请的保护范围之内。例如，对于单个光栅叶片，可以连有一个或一个以上的电机，以及一个或一个以上的气缸。

图4所示为根据本申请一些实施例所示的气缸的截面图。

如图4所述，气缸130包括气缸筒133，气缸筒133两端固定有前端盖136和后端盖134，两个端盖上分别设有进出气口131和132，气缸筒133内有可以做直线往复运动的活塞135和与活塞相连的活塞杆137。气缸130通过电磁阀138进行控制，当电磁阀138打开时，压缩气体通过进出气口131进入气缸体133内，推动活塞135和活塞杆137向前端盖136方向运动，气体随后从进出气口132排出。气缸130复位时，电磁阀138反向，压缩气体通过进出气口132进入气缸筒133内，推动活塞135和活塞杆137向后端盖134方向运动，气体随后从进出气口131排出。活塞杆137背离活塞135的一端与所述第二动力传动装置连接，当活塞杆130向前端盖136方向运动时，驱动所述第二动力传动装置朝向远离气缸130的方向运动，当活塞杆130向后端盖134方向运动时，驱动所述第二动力传动装置朝向气缸130的方向运动，从而实现对光栅叶片110的驱动。

应注意的是，图4中对气缸130的说明仅出于描述方便，并不用于限制本申请。本申请中还可以采用其他类型的气缸以实现驱动光栅叶片110的直线运动，在此不再赘述。

图5所示为根据本申请一些实施例所示的混合驱动的光栅叶片驱动系统的局部放大图。该局部放大图展现了电机120、第一动力传动装置170和光栅叶片中螺纹180。

在一实施例中，第一动力传动装置170为削边丝杆。削边是指沿丝杆的轴向将丝杆外圆周上的部分螺纹削去。削边丝杆可以包括第一外表面和第二外表面，所述第一外表面上形成有螺纹，第二外表面没有螺纹。光栅叶片中螺纹由螺母提供。螺母包括第一内表面和第二内表面，所述第一内表面上形成有螺纹，第二内表面没有螺纹，所述第一外表面的螺纹与第一内表面的螺纹匹配以驱动光栅叶片移动。可选的，所述第二内表面和所述第二外表面为弧面或平面。下面以图5的实施例为例介绍削边丝杆171和螺母181的结构，但并不以此限定本发明的保护范围。

如图5所示，第一动力传动装置170为削边丝杆171，螺纹180由螺母181提供。削边丝杆的一端与电机120的输出轴连接，另外一端延伸至螺母181内。削边丝杆171包含被削边的第一面172和第二面173，第一面172和第二面173与螺纹180不匹配。将第一面172与第二面173之间的距离定义为削边丝杆的厚度。削边部分可以实现丝杆与螺母181的分离，未削边部分(即有螺纹部分)可以实现丝杆与螺母181的配合。关于削边丝杆与螺母181分离与配合的更多内容可以参见图6、图7及其描述。

在一些实施例中，可以对应于削边丝杆171的形状，削去螺母181的一部分螺纹以与削边丝杆171的削边部分对应。在图5-图7的实施例中，削去螺母181的中间部分使得螺母181包括第一部分182和第二部分183，所述第一部分182和第二部分183之间有间隙，削边丝杆171的厚度小于所述间隙，且削边丝杆171延伸至所述间隙内。在一些实施例中，可以在第一部分182和第二部分183的外表面上分别设置胶接面，利用胶接面将螺母181胶接到光栅叶片110内，使螺母固定在光栅叶片110内且螺母181和光栅叶片110之间没有相对移动。在一些实施例中，还可以采用包括但不限于镶嵌、焊接、铆接等方法将螺母固定到光栅叶片110中。在一些实施例中，螺母181可以固定连接于光栅叶片110的侧面。具体地，光栅叶片110包括6个面，其中用于形成射野的一面为端面，其余5个面为侧面，螺母181可以固定连接于任意一个侧面。

在一些实施例中，当削边丝杆171与螺母181处于配合状态时，可以将电机120输出的动力传动给光栅叶片110。具体地，当电机120旋转运动输出扭矩时，削边丝杆171随之转动，通过削边丝杆171与螺母181的配合驱动光栅叶片110做直线运动。在一些实施例中，当气缸130在运行而电机120未运行时，可以控制削边丝杆171与螺母181处于分离状态，使削边丝杆171无法通过螺母181对光栅叶片110施力。关于削边丝杆与螺纹180在分离和配合状态下光栅叶片110运动的更多内容可以参见图5、图6及其描述。

应当注意的是，上述有关混合光栅叶片驱动系统的描述仅仅是为了说明的目的，而不限制本申请的适用范围。本领域的技术人员来说，可在本申请的指导下进行多种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本申请的保护范围之内。例如，在一些实施例中，螺纹180除了可以由螺母181提供外，还可以通过在光栅叶片110内直接设置螺纹形状来实现。

图6和图7为根据本申请一些实施例所示的削边丝杆与螺母的截面图。

削边丝杆171具有第一面172和第二面173，第一面172和第二面173为削边面，其上没有螺纹。削边丝杆171还具有第三面174和第四面175，其上具有螺纹。在一些实施例中，第一面172和第二面173与第三面174和第四面175沿周向间隔设置，即削边面和螺纹面间隔设置。在一些实施例中，第一面172和第二面173相互平行。在一些实施例中，第一面172和第二面173不平行。在一些实施例中，第一面172和第二面173为平面。在一些实施例中，第一面172和第二面173为弧面。削边丝杆171可以在电机120的控制下旋转。在一些实施例中，电机120可以控制削边丝杆171旋转，并根据编码器121的反馈信号控制削边丝杆171的角位移，以使削边丝杆171处于与螺母181配合和/或分离的状态。如图6所示，在一些实施例中，当削边丝杆171旋转到图示位置时，削边丝杆171与螺母181处于分离状态。具体地，削边丝杆171延伸至螺母181的第一部分182与第二部分183之间的间隙处。在一些实施例中，削边丝杆171的第一面172与第二面173之间的距离小于螺母181的第一部分182与第二部分183之间的间隙。在一些实施例中，削边丝杆171的第一面172靠近螺母181的第一部分182并间隔一段距离，第二面173靠近螺母181的第二部分183，也间隔一段距离，削边丝杆171的外表面与螺母181无接触。设计这样的分离状态是为了让气缸130可以独立驱动光栅叶片110。在这种分离状态下，削边丝杆171无法对光栅叶片110施力，此时若气缸130启动，则可驱动光栅叶片110直线运动。图6仅示出分离状态下的一种情况。

在一些实施例中，如图7所示，当削边丝杆171旋转到图示位置时，削边丝杆171与螺母181处于配合状态。具体地，削边丝杆171的第三面174与螺母181的第二部分183配合，第四面175与第一部分182配合。当电机120工作时，其旋转运动输出扭矩，带动削边丝杆171高速旋转，从而驱动光栅叶片110直线运动。由于电机120在工作动时一直处于高速旋转状态，削边丝杆171也一直处于高速旋转状态，因此可以持续驱动光栅叶片110沿叶片导槽111做直线运动。图7仅示出配合状态下的一种情况。

应当注意的是，上述有关丝杆与光栅叶片中螺纹的描述仅仅是为了说明的目的，而不限制本申请的适用范围。本领域的技术人员来说，可在本申请的指导下进行多种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本申请的保护范围之内。例如，在一些实施例中，电机120可以为直线电机，直接输出直线驱动力，而不需要丝杆与螺纹的配合将电机的扭矩转换为直线运动。

气缸130和电机120可以共同驱动光栅叶片110，提高光栅叶片110的运动速度。在放射治疗领域而言，用户通常关心光栅叶片110在等中心面投影的运动速度。该运动速度可以通过光栅叶片110的实际速度通过比例换算得到。等中心面是指距离射线源一定距离且过等中心点的平面，该等中心点为放疗设备的旋转中心。在一些实施例中，气缸130和电机120可以分时为光栅叶片110提供动力。在一些实施例中，气缸和电机可以同时为光栅叶片110提供动力。

图8为根据本申请一些实施例所示的光栅叶片混合驱动系统的模块图。该光栅叶片混合驱动系统800包括目标位置确定模块810、电机控制模块820、气缸控制模块830和位置监测模块840。

目标位置确定模块810可以确定光栅叶片110需要移动到的目标位置。所述目标位置可以根据多叶光栅待形成的射野确定。在一些实施例中，多叶光栅待形成的射野由放射治疗计划系统(Radiotherapy Treatment Planning System，TPS)确定并生成文件，目标位置确定模块810可以获取并解析该文件，得到所述射野的形状，计算光栅叶片110需要移动到的目标位置或需要移动的位移。

电机控制模块820可以控制电机120。在一些实施例中，电机控制模块820可以控制电机120的启动和/或关闭。在一些实施例中，电机控制模块820可以控制电机120的输出扭矩和/或转速。

气缸控制模块830可以控制气缸130。在一些实施例中，气缸130可以控制气缸130的启动和/或关闭。在一些实施例中，气缸控制模块830可以控制气缸的输出功率大小。

位置监测模块840可以监测光栅叶片110的位置。在一些实施例中，位置监测模块840可以监测光栅叶片110的移动距离，根据光栅叶片110的初始位置计算出光栅叶片110的当前位置。位置监测模块840可以与位置监测装置相连。位置监测装置可以包括，例如，电机编码器121、气缸编码器(未图示)、磁性件192和读磁元件191等中的一种或以上任意组合。

图9为气缸和电机分时输出动力以驱动光栅叶片的示例性流程图。

步骤910，确定光栅叶片110需要移动到的目标位置。光栅叶片110需要移动到的目标位置可以根据多叶光栅待形成的射野确定。

步骤920，控制气缸130输出动力，驱动所述光栅叶片110移动第一距离。

在一些实施例中，气缸130的输出功率大于电机120的输出功率。气缸130不能精确控制光栅叶片110移动距离，而电机120可以实现精准的位置/距离控制。因此，可以先由气缸控制模块830控制气缸130驱动光栅叶片110达到目标位置附近，再由电机控制模块820控制电机120驱动光栅叶片110精准地达到目标位置。具体地，可以先由气缸控制模块830控制气缸130驱动光栅叶片110移动第一距离。在一些实施例中，位置监测模块840可以监测光栅叶片110的移动距离/位置。位置监测模块840与位置监测装置相连。例如，如图2、图3及其描述中所述，可以通过磁性件192和读磁元件191监测光栅叶片110的位置。在一些实施例中，所述第一动力传动装置170为削边丝杆171，所述螺纹180由螺母181提供。在气缸130给所述光栅叶片110提供动力前，需要先由电机120根据电机编码器121的反馈信号控制削边丝杆171转动到如图6所示的与螺母181处于分离状态的位置，使得削边丝杆171与螺母181处于分离状态，削边丝杆171无法对光栅叶片110施力，再关闭电机120，从而使气缸130顺利地驱动光栅叶片110。在一实施例中，可通过检测削边丝杆171与螺母181之间的匹配状态，以判断削边丝杆171是否与螺母181处于分离状态。在一实施例中，可通过检测驱动电机的电流来进行判断，若检测得到的电流小于第一电流阈值，则确定削边丝杆171与螺母181处于分离状态，所检测得到的电流小于第二电流阈值，则确定削边丝杆171与螺母181的螺纹处于匹配状态。

步骤930，控制电机120输出动力，驱动所述光栅叶片移动第二距离，达到所述目标位置。

气缸130驱动完成后，电机控制模块820控制电机120对光栅叶片110的位置进行精准调整。在一些实施例中，气缸控制模块830可以关闭气缸130，由电机控制模块820控制电机120输出动力，驱动光栅叶片110移动第二距离，达到所述目标位置。在一些实施例中，位置监测模块840可以通过磁性件192和读磁元件191实时监测光栅叶片110的移动位置，电机控制模块820控制电机120输出动力直至光栅叶片110达到所述目标位置。在一些实施例中，可以通过电机编码器121实时监测光栅叶片110的移动距离，根据光栅叶片110需要移动到的目标位置和所述移动距离确定电机120还需要驱动光栅叶片110移动的距离，由电机控制模块820控制电机120驱动光栅叶片110移动该距离，达到目标位置。

在本实施例中，可选的，电机120驱动光栅叶片110移动的速度小于气缸130驱动光栅叶片110移动的速度。

在该实施例中，在光栅叶片110与螺母181处于分离状态下，利用气缸130快速移动光栅叶片110，然后在光栅叶片110与螺母181处于相互配合的状态下，利用电机120精确控制光栅叶片110的位置，从而通过气缸130和电机120分时输出动力既实现了光栅叶片110的快速移动，又实现了光栅叶片110的精确位置控制。

图10为气缸和电机同时输出动力以驱动光栅叶片的示例性流程图。

步骤1010，确定光栅叶片110需要移动到的目标位置。光栅叶片110需要移动到的目标位置可以根据多叶光栅待形成的射野确定。

步骤1020，控制气缸130和电机120同时输出动力，驱动所述叶片110移动到所述目标位置，其中所述气缸130和所述电机120以相同速率驱动所述光栅叶片。具体地，在电机120的动力下，第一动力传动装置170以v_电机的速率移动；在气缸120的动力下，第二动力传动装置140连以v_气缸的速率移动，其中v_电机＝v_气缸。在一些实施例中，可以通过读磁元件192将感测到的磁性件191磁场的变化转换成光栅叶片110的位置信号，从而可以实时监测光栅叶片110当前位置，控制气缸130和电机120继续同时输出动力驱动所述光栅叶片110直至光栅叶片110达到所述目标位置。

在该实施例中，利用电机120和气缸130同时输出动力以驱动光栅叶片110，以提高光栅叶片110的移动速度，无需增加电机120功率。

本申请实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)用电机和气缸共同驱动光栅叶片，提高光栅叶片的移动速率，使多叶光栅快速形成满足条件的照射野；(2)通过在气缸上连接柔性轴作为动力传动装置，可以灵活布置气缸位置；(3)通过对丝杆做削边设计，可以控制丝杆与螺纹的配合或分离状态，使气缸可以单独驱动光栅叶片。需要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。

计算机存储介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等，或合适的组合形式。计算机存储介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机存储介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、RF、或类似介质，或任何上述介质的组合。

本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、Visual Basic、Fortran 2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

Claims (15)

1.一种光栅叶片驱动装置，其特征在于，包括：

至少一个第一动力装置以及与所述第一动力装置相连接的第一传动装置；

至少一个第二动力装置以及与所述第二动力装置相连接的第二传动装置；

所述第一动力装置通过所述第一传动装置、所述第二动力装置通过所述第二传动装置连接同一个光栅叶片，同时或者分时输出动力使得所述光栅叶片直线移动；当所述第一动力装置和所述第二动力装置同时输出动力时，所述第一动力装置与所述第二动力装置以相同速率驱动所述光栅叶片；当所述第一动力装置和所述第二动力装置分时输出动力时，所述第一动力装置以第一速率驱动所述光栅叶片，所述第二动力装置以第二速率驱动所述光栅叶片，所述第一速率小于所述第二速率。

2.如权利要求1所述的光栅叶片驱动装置，其特征在于，所述第一动力装置为电机，所述第二动力装置为气缸。

3.如权利要求1所述的光栅叶片驱动装置，其特征在于，所述第二传动装置为柔性轴。

4.如权利要求1所述的光栅叶片驱动装置，其特征在于：

所述第一传动装置为丝杆；

所述光栅叶片内具有螺纹，或者所述光栅叶片内固定有螺母，所述螺母具有螺纹；

所述丝杆的至少一部分与所述螺纹的至少一部分配合以驱动所述光栅叶片。

5.如权利要求4所述的光栅叶片驱动装置，其特征在于：

所述丝杆包括第一外表面和第二外表面，所述螺母包括第一内表面和第二内表面，所述第一外表面与所述第一内表面匹配，所述第二外表面与所述第一内表面和所述第二内表面不匹配，所述第二内表面与所述第一外表面不匹配。

6.如权利要求4所述的光栅叶片驱动装置，其特征在于：

所述丝杆为削边丝杆，所述削边丝杆可以在电机控制下转动，当所述削边丝杆转动到第一状态时，所述削边丝杆与所述螺纹配合；当所述削边丝杆转动到第二状态时，所述削边丝杆与所述螺纹分离。

7.如权利要求6所述的光栅叶片驱动装置，其特征在于：

所述削边丝杆(171)包括第一面(172)和第二面(173)，所述第一面(172)和第二面(173)与所述螺纹不匹配；

所述螺母包括第一部分(182)和第二部分(183)，所述第一部分(182)和第二部分(183)之间形成间隙；

所述削边丝杆延伸至所述间隙内，所述削边丝杆的第一面(172)与第二面(173)之间的距离小于所述间隙。

8.如权利要求7所述的光栅叶片驱动装置，其特征在于：所述第一面(172)和第二面(173)为平面或直径小于所述丝杆内径的弧面。

9.如权利要求7所述的光栅叶片驱动装置，其特征在于：所述第一面(172)和第二面(173)为互相平行的平面。

10.如权利要求2所述的光栅叶片驱动装置，其特征在于：

所述电机包括增速齿轮箱。

11.如权利要求1所述的光栅叶片驱动装置，其特征在于：

所述第二动力装置相对所述第一动力装置适于提供较大的驱动力。

12.一种光栅叶片驱动方法，其特征在于，包括：

确定所述光栅叶片需要移动到的目标位置；

控制第一动力装置和第二动力装置同时或者分时输出动力，驱动光栅叶片直线移动，到达所述目标位置；其中：

所述第一动力装置通过第一传动装置、所述第二动力装置通过第二传动装置连接所述光栅叶片；当所述第一动力装置和所述第二动力装置同时输出动力时，所述第一动力装置与所述第二动力装置以相同速率驱动所述光栅叶片；当所述第一动力装置和所述第二动力装置分时输出动力时，所述第一动力装置以第一速率驱动所述光栅叶片，所述第二动力装置以第二速率驱动所述光栅叶片，所述第一速率小于所述第二速率。

13.根据权利要求12所述的光栅叶片驱动方法，其特征在于，控制第一动力装置和第二动力装置分时输出动力，驱动光栅叶片直线移动，到达所述目标位置进一步包括：

控制所述第二动力装置输出动力，以所述第二速率驱动所述光栅叶片移动第一距离；

控制所述第一动力装置输出动力，以所述第一速率驱动所述光栅叶片移动第二距离，达到所述目标位置，所述第一速率小于所述第二速率。

14.根据权利要求12所述的光栅叶片驱动方法，其特征在于，所述第一传动装置为丝杆，所述光栅叶片内具有螺纹，或者所述光栅叶片内固定有螺母，所述螺母具有螺纹，所述丝杆的至少一部分与所述螺纹的至少一部分配合以驱动所述光栅叶片；控制第一动力装置和第二动力装置分时输出动力，驱动光栅叶片直线移动，到达所述目标位置进一步包括：

检测所述丝杆与所述螺纹的匹配状态，

若所述丝杆的至少一部分与所述螺纹的至少一部分匹配，控制第一动力装置输出动力，驱动丝杆转动以使所述丝杆与所述螺纹不匹配；

若所述丝杆与所述螺纹不匹配，

控制所述第二动力装置输出动力，以所述第二速率驱动所述光栅叶片移动第一距离；

控制所述第一动力装置输出动力，以所述第一速率驱动所述光栅叶片移动第二距离，达到所述目标位置，所述第一速率小于所述第二速率。

15.如权利要求12所述的光栅叶片驱动方法，其特征在于，

所述第一动力装置为电机，所述第二动力装置为气缸。

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