CN109459218A - 基于光幕的放射治疗用多元限束装置机械性能测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于光幕的放射治疗用多元限束装置机械性能测试方法，属于医用放射治疗技术领域。光源发射器发射平行的单色光源，光幕所在平面与待测试叶片侧面相互垂直。由于多元限束装置叶片的遮挡作用，光敏接收器只能接收到不被遮挡的单色平行光线，经过计算可以直接得到叶片的位置。基于叶片的位置及其对应的时刻，可以计算出跟踪精度、定位精度、重复定位精度等多元限束装置机械性能指标。本发明方法使用光幕对多元限束装置进行机械性能的直接测量，同时由于叶片侧面与光幕所在平面垂直摆放方式，可以在不移动平行光源发射器、光敏接收器的同时，对叶片的机械性能进行测量。本方法测试精确度高，操作简单，使用方便，而且测试成本低。

Description

基于光幕的放射治疗用多元限束装置机械性能测试方法

技术领域

本发明涉及一种基于光幕的放射治疗用多元限束装置机械性能测试方法，属于医用放射治疗技术领域。

背景技术

随着放射治疗技术的发展，多元限束装置的机械性能对治疗计划执行精度的影响越来越重要。对多元限束装置机械性能的测试方法，国内外的方法有剂量胶片法、平面探测器阵列法、电子射野影像系统等方法，例如,在李宇恒的《胶片与仿真模体在调强放射治疗验证测量中的应用》这一论文描述了使用剂量胶片法来测量放射治疗过程中放射射线的剂量分布。放射射线的剂量分布可以从侧面反映多元限束装置的机械性能，但是由于影响剂量分布的因素过多，使得该方法无法得到多元限束装置机械性的定量描述。

以上这些方法都是通过射野剂量分布来推测多元限束装置的机械性能，并不是对叶片位置的直接测量，都没有对机架旋转和叶片运动过程中的机械性能进行测量。

发明内容

本发明的目的是提出基于光幕的放射治疗用多元限束装置机械性能测试方法，通过光敏接收器接收到的平行光线的宽度，并根据叶片的位置与对应时刻，计算得到多元限束装置的机械性能参数。

本发明提出的基于光幕的放射治疗用多元限束装置机械性能测试方法，包括以下步骤：

(1)搭建一个多元限束装置的测试装置，该检测装置包括：多叶光栅、平行光源发射器、光敏接收器、连接机构和数据传输设备；所述的多叶光栅包括驱动装置、叶片导向框和叶片，平行光源发射器和光敏接收器通过连接机构同轴安装；驱动装置和叶片导向框同轴安装，驱动装置和叶片导向框的安装轴与平行光源发射器和光敏接收器的安装轴相互垂直，待测试叶片从叶片导向框推出后处于平行光源发射器和光敏接收器中间的平行光幕中；数据传输设备固定在光敏接收器上；

(2)设光敏接收器的采样周期为T，设采样初始时刻平行光宽度为D(0)，采样结束时刻平行光宽度记为D(nT),其中n为采样周期数，得到第k个采样周期的平行光宽度为D(kT)；

(3)驱动装置向多元限束装置发送位置阶跃信号、位置斜坡信号或重复位置阶跃信号，使多元限束装置中的待测试叶片按照以下三种模式中的一种运动：

第一种模式为：

驱动装置向多元限束装置发送位置阶跃信号，使多元限束装置中的待测试叶片移动位移P，待测试叶片遮挡平行光幕的一部分，光敏接收器接收并记录当前采样时刻kT和平行光宽度D(kT)，并根据当前采样时刻kT和平行光宽度D(kT)，

利用下式，计算得到多元限束装置的定位精度P_a：

P_a＝P-(D(nT)-D(0))；

并利用下式，计算得到多元限束装置的每一时刻的速度S(kT)：

多元限束装置的最大速度S_max为速度的最大值：

S_max＝max(S(kT))

第二种模式为：

驱动装置向多元限束装置发送位置斜坡信号，控制多元限束装置中的待测试叶片连续移动，记连续移动中位移与时间的关系为vt,其中v为位移与时间的比例，t为待测试叶片运动的时间，收并记录当前采样时刻kT和平行光宽度D(kT)，

通过下式，计算得到多元限束装置的跟踪精度T_a：

并利用下式，计算得到多元限束装置的每一时刻的速度S(kT)：

以及多元限束装置的最大速度S_max：

S_max＝max(S(kT))

其中n为采样周期数；

第三种模式为：

驱动装置向多元限束装置发送重复位置阶跃信号，控制多元限束装置的待测试叶片移动位移P，返回原来位置，重复移动位移P共m次，待测试叶片遮挡平行光幕的一部分，光敏接收器接收并记录采样时刻和平行光宽度，利用第一种模式的计算方法，得到与第i次阶跃信号相对应的定位精度P_a(i)，根据与每次阶跃信号相对应的定位精度P_a(i)，利用下式计算得到多元限束装置的重复定位精度R_a：

本发明提出的基于光幕的放射治疗用多元限束装置机械性能测试方法，其优点是：

本发明提出的方法，使用光幕对多元限束装置进行机械性能的直接测量，由于叶片侧面与光幕所在平面垂直的摆放方式，可以在不移动平行光源发射器、光敏接收器的同时，对所有叶片的机械性能进行测量。本发明的多元限束装置机械性能测试方法，测量精确度高，操作简单，使用方便，同时具有实现成本低的显著优势。

附图说明

图1为本发明方法中搭建的测试装置的结构示意图。

图2是叶片示意图。

图3为本发明提出的基于光幕的放射治疗用多元限束装置机械性能测试方法的流程框图。

图1和图2中，1是数据传输设备，2是光敏接收器，3是连接机构，4是平行光幕，5是待测叶片，6是平行光源发射器，7是叶片导向框，8是驱动装置。

具体实施方式

本发明提出的基于光幕的放射治疗用多元限束装置机械性能测试方法，其流程框图如图3所示，包括以下步骤：

(1)搭建一个多元限束装置的测试装置，其结构如图1所示，该检测装置包括：多叶光栅、平行光源发射器6、光敏接收器2、连接机构3和数据传输设备1。多叶光栅包括驱动装置8、叶片导向框7和叶片。平行光源发射器6和光敏接收器2通过连接机构3同轴安装，驱动装置8和叶片导向框7同轴安装，驱动装置8和叶片导向框7的安装轴与平行光源发射器6和光敏接收器2的安装轴相互垂直，待测试叶片5从叶片导向框7推出后处于平行光源发射器6和光敏接收器2中间的平行光幕4中；数据传输设备1固定在光敏接收器2上；图2是叶片的示意图。

(2)设光敏接收器的采样周期为T，设采样初始时刻平行光宽度为D(0)，采样结束时刻平行光宽度记为D(nT),其中n为采样周期数，得到第k个采样周期的平行光宽度为D(kT)；

(3)驱动装置8向多元限束装置发送位置阶跃信号、位置斜坡信号或重复位置阶跃信号，使多元限束装置中的待测试叶片5按照以下三种模式中的一种运动，同时保证其余非测试叶片静止不动，以免对平行光线造成遮挡，干扰测量结果：

第一种模式为：

驱动装置8向多元限束装置发送位置阶跃信号，使多元限束装置中的待测试叶片5移动位移P，待测试叶片5遮挡平行光幕4的一部分，光敏接收器接2收并记录当前采样时刻kT和平行光宽度D(kT)，并根据当前采样时刻kT和平行光宽度D(kT)，

利用下式，计算得到多元限束装置的定位精度P_a：

P_a＝P-(D(nT)-D(0))；

并利用下式，计算得到多元限束装置的每一时刻的速度S(kT)：

多元限束装置的最大速度S_max为速度的最大值：

S_max＝max(S(kT))

第二种模式为：

驱动装置8向多元限束装置发送位置斜坡信号，控制多元限束装置中的待测试叶片5连续移动，记连续移动中位移与时间的关系为vt,其中v为位移与时间的比例，t为待测试叶片运动的时间，收并记录当前采样时刻kT和平行光宽度D(kT)，

通过下式，计算得到多元限束装置的跟踪精度T_a：

并利用下式，计算得到多元限束装置的每一时刻的速度S(kT)：

以及多元限束装置的最大速度S_max：

S_max＝max(S(kT))

其中n为采样周期数；

第三种模式为：

驱动装置8向多元限束装置发送重复位置阶跃信号，控制多元限束装置的待测试叶片5移动位移P，返回原来位置，重复移动位移P共m次，待测试叶片5遮挡平行光幕4的一部分，光敏接收器接收并记录采样时刻和平行光宽度，利用第一种模式的计算方法，得到与第i次阶跃信号相对应的定位精度P_a(i)，根据与每次阶跃信号相对应的定位精度P_a(i)，利用下式计算得到多元限束装置的重复定位精度R_a：

本发明测试方法中所用的测试装置，其中的平行光源发射器与光敏接收器要根据实际的需求精度，选择合适的分辨率以满足机械性能测试的要求。本发明的一个实施例中，平行光源的发射器和感光接收器为基恩士的LS-9030产品，测量精度为2微米。可以完全满足高速多元限束装置的测试需求。

调节多元限束装置叶片与平行光源发射器和光敏接收器之间的相对位置，以在保证叶片的运动范围都可以遮挡平行光。减少环境的光照强度，或者在无光的暗室环境下完成测试。

Claims (1)

1.一种基于光幕的放射治疗用多元限束装置机械性能试验方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)搭建一个多元限束装置的测试装置，该检测装置包括：多叶光栅、平行光源发射器、光敏接收器、连接机构和数据传输设备；所述的多叶光栅包括驱动装置、叶片导向框和叶片，平行光源发射器和光敏接收器通过连接机构同轴安装；驱动装置和叶片导向框同轴安装，驱动装置和叶片导向框的安装轴与平行光源发射器和光敏接收器的安装轴相互垂直，待测试叶片从叶片导向框推出后处于平行光源发射器和光敏接收器中间的平行光幕中；数据传输设备固定在光敏接收器上；

(2)设光敏接收器的采样周期为T，设采样初始时刻平行光宽度为D(0)，采样结束时刻平行光宽度记为D(nT),其中n为采样周期数，得到第k个采样周期的平行光宽度为D(kT)；

(3)驱动装置向多元限束装置发送位置阶跃信号、位置斜坡信号或重复位置阶跃信号，使多元限束装置中的待测试叶片按照以下三种模式中的一种运动：

第一种模式为：

驱动装置向多元限束装置发送位置阶跃信号，使多元限束装置中的待测试叶片移动位移P，待测试叶片遮挡平行光幕的一部分，光敏接收器接收并记录当前采样时刻kT和平行光宽度D(kT)，并根据当前采样时刻kT和平行光宽度D(kT)，

利用下式，计算得到多元限束装置的定位精度P_a：

P_a＝P-(D(nT)-D(0))；

并利用下式，计算得到多元限束装置的每一时刻的速度S(kT)：

多元限束装置的最大速度S_max为速度的最大值：

S_max＝max(S(kT))

第二种模式为：

驱动装置向多元限束装置发送位置斜坡信号，控制多元限束装置中的待测试叶片连续移动，记连续移动中位移与时间的关系为vt,其中v为位移与时间的比例，t为待测试叶片运动的时间，收并记录当前采样时刻kT和平行光宽度D(kT)，

通过下式，计算得到多元限束装置的跟踪精度T_a：

并利用下式，计算得到多元限束装置的每一时刻的速度S(kT)：

以及多元限束装置的最大速度S_max：

S_max＝max(S(kT))

其中n为采样周期数；

第三种模式为：

驱动装置向多元限束装置发送重复位置阶跃信号，控制多元限束装置的待测试叶片移动位移P，返回原来位置，重复移动位移P共m次，待测试叶片遮挡平行光幕的一部分，光敏接收器接收并记录采样时刻和平行光宽度，利用第一种模式的计算方法，得到与第i次阶跃信号相对应的定位精度P_a(i)，根据与每次阶跃信号相对应的定位精度P_a(i)，利用下式计算得到多元限束装置的重复定位精度R_a：