CN110290831B - 一种多叶准直器及放射治疗装置 - Google Patents

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Abstract

一种多叶准直器，属于医疗器械领域，包括：相对设置的两个叶片组及驱动装置(12)，每个叶片组包括多个叶片(1)，每个叶片(1)与驱动装置(12)连接，叶片(1)可在驱动装置(12)的驱动下进行双向运动，还包括一U型光电开关系统(A11)以及信号处理装置(A20)，U型光电开关系统(A11)包括：对应每个叶片(1)的多个按叶片(1)运动方向排列的U型光电开关(4)，U型光电开关(4)设置在叶片(1)的上端面侧或下端面侧；U型光电开关(4)包括U型槽以及位于U型槽两侧的发射器和接收器；叶片(1)设置在U型槽内并在U型槽内运动；U型光电开关系统(A11)与一信号处理装置(A20)连接，信号处理装置(A20)用于处理U型光电开关系统(A11)输出的脉冲信号以获取叶片(1)运动状态的量化值。该多叶准直器提高了叶片(1)监控的可靠性。

Description

一种多叶准直器及放射治疗装置
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，更具体的说，涉及一种多叶准直器及放射治疗装置。
背景技术
在现代放疗领域，多叶光栅(或称多叶准直器，MLC，Multi-leaf Collimator)是实行精确放疗的重要设备，被广泛应用于调强放射治疗和适型放射治疗中。多叶光栅作为加速器及其他放射设备的一个辅机，用来遮挡放射线以便适时形成各种不规则的照射野，达到最大限度的减少对病患正常组织的伤害。因此，对于叶片位置的监测和定位尤为重要。
对叶片的控制通常涉及到对叶片的定位，获取叶片的定位信息对于精确控制相当重要，目前，常用的叶片定位技术有电机编码器和线性电位器。通过电机编码器测得电机的旋转转数可以获得叶片运动的位移，该方法虽然有很好的线性和精度，但非是对叶片的直接测量，一旦出现叶片与丝杆滑脱，则不能反映叶片的当前位置，这种定位方式在医疗行业的运动控制领域其精确性和安全性都无法令人满意。另一种是采用线性电位器可将叶片的机械位移转换成与之成确定关系的电阻或电压值，但是，由于叶片厚度比较薄，一般在毫米级别，所以该方法在机械实现方面较复杂，且电位器移动端的电刷易磨损，从而降低其可靠性和使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种更可靠，且更易实现、成本更低的多叶准直器及放射治疗装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明提供了一种多叶准直器，一种多叶准直器，包括：相对设置的两个叶片组及驱动装置，每个所述叶片组包括多个叶片，所述叶片包括相对的上端面、下端面以及相对的前端面和后端面，所述两个叶片组中所述叶片的前端面相对，每个所述叶片与所述驱动装置连接，所述叶片可在所述驱动装置的驱动下进行双向运动，还包括一U型光电开关系统以及信号处理装置，所述U型光电开关系统包括：对应每个叶片的多个按叶片运动方向排列的U型光电开关，所述U型光电开关设置在所述叶片的上端面侧或下端面侧；
所述U型光电开关包括U型槽以及位于所述U型槽两侧的发射器和接收器；所述叶片设置在所述U型槽内并在所述U型槽内运动；
所述U型光电开关系统与一信号处理装置连接，所述信号处理装置用于处理所述U型光电开关系统输出的脉冲信号以获取所述叶片运动状态的量化值。
可选的，所述叶片的上端面或下端面设置有触发结构，所述触发结构位于所述U型槽内并随所述叶片在所述U型槽内运动。
可选的，所述触发结构为间隔设置在所述叶片上端面或下端面的多个凸台。
可选的，所述凸台的宽度和/或相邻两个凸台的距离等于所述U型光电开的宽度。
可选的，多个所述U型光电开关依次相邻设置或间隔设置。
可选的，相邻两个U型光电开关的距离等于所述凸台的宽度。
可选的，所述多叶准直器还包括：导轨箱，所述叶片设置在所述导轨箱内，并在所述导轨箱内运动；
所述U型光电开关系统设置在所述导轨箱上。
可选的，每列叶片的U型光电开关的宽度之和不小于对应的叶片的长度。
可选的，所述驱动装置包括电机以及设置在电机轴端用于测量所述电机转数的电机编码器。
本发明同时还提供：一种放射治疗装置，包括如上任一所述的多叶准直器。
本发明的相对于现有技术的有益效果是：当叶片运动至U型光电开关的发射器和接收器之间，则叶片阻挡发射器发出的信号，从而接收器接收不到信号；当叶片不位于U型光电开关的发射器和接收器之间，则发射器发出的信号能够被接收器接收。U型光电开关系统与一信号处理装置连接，信号处理装置用于处理U型光电开关系统输出的脉冲信号以获取叶片运动状态的量化值。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明实施例一的多叶准直器结构示意图；
图2是本发明实施例一中多叶准直器的叶片结构图；
图3是本发明实施例一中U型光电开关的布置图；
图4是本发明实施例一多叶准直器的控制系统结构图；
图5是本发明实施例二中多叶准直器的叶片结构图；
图6是本发明实施例二中U型光电开关的布置图。
具体实施方式
下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
本申请提供了一种多叶准直器的具体实施例，该多叶准直器可应用于放射治疗设备中，该多叶准直器包括：相对设置的两个叶片组及驱动装置，每个叶片组包括多个叶片，叶片包括相对的上端面、下端面以及相对的前端面和后端面，两个叶片组中叶片的前端面相对，每个叶片与驱动装置传动连接，叶片可在驱动装置的驱动下进行双向运动，还包括一U型光电开关系统以及信号处理装置，U型光电开关系统包括：对应每个叶片的多个按叶片运动方向排列的U型光电开关，U型光电开关设置于叶片与叶片运动方向平行的一侧，即本申请图示中叶片的上端面一侧或下端面的一侧；U型光电开关包括U型槽以及位于U型槽两侧的发射器和接收器；叶片设置在U型槽内并在U型槽内运动。
则当叶片运动至U型光电开关的发射器和接收器之间，则叶片阻挡发射器发出的信号，从而接收器接收不到信号；当叶片不位于U型光电开关的发射器和接收器之间，则发射器发出的信号能够被接收器接收。U型光电开关系统与一信号处理装置连接，信号处理装置用于处理U型光电开关系统(即发射器和、或接收器)输出的脉冲信号以获取叶片运动状态的量化值。
参照图1-图4所示，以多叶准直器还包括导轨箱11为例，多叶准直器包括设置在导轨箱11内的叶片1以及设置在导轨箱11两端、用于驱动叶片1的驱动装置12，导轨箱11还设置有盖板2，用于遮蔽部分叶片1。其中，叶片1与驱动装置12传动连接，叶片1可以在驱动装置12的驱动下沿着导轨箱进行双向运动。在本实施例中，在导轨箱11内还设置有U型光电开关系统A11，当叶片1运动时穿过或离开U型光电开关使U型光电开关产生相应的脉冲信号；U型光电开关系统A11与一信号处理装置A20连接，信号处理装置A20用于处理所述U型光电开关系统输出的脉冲信号以获取叶片运动状态的量化值，其中，该量化值可以是信号模式，也可以是数字模式，可以是直接位移，也可以是相对位移等。
其中，驱动装置12可以是电机，也可以是其他驱动结构，例如可以是气缸驱动，本实施例中以电机作为驱动装置12的一种可实施方式来论述本申请的发明内容。作为信号处理装置A20的一种可实施方式，信号处理装置A20可以包括：用于对U型光电开关系统的开关信号进行降噪处理的降噪模块A21(例如滤波电路)、用于对降噪后的信号进行整形的整形模块A22、用于对整形后的信号进行放大处理的放大模块A24、用于将放大后的信号进行输出的输出模块A23以及根据输出的最终信号进行叶片运动获得叶片运动状态的量化值的第一处理模块A25。U型光电开关系统A11与信号处理装置A20构成了对叶片的第一监控模块A1。
当然，还可以是在叶片的上端面一侧或下端面一侧设置触发结构，触发结构位于U型槽内并随叶片在U型槽内运动。示例的，触发结构为设置在所述叶片1上端面一侧用于在叶片1运动时依次穿过或离开U型光电开关的叶片部分。如图2所示，触发结构还可以是触发部12a，触发部12a为间隔设置在叶片上端面的多个凸台，其与叶片1的延伸方向一致，其长度H1与叶片的长度相当，触发部12a的宽度比叶片1的宽度H2小，触发部12a可以穿过U型光电开关的U型槽。还可以使得叶片1的中部区域较宽，使得叶片1上端面或下端面一侧能够具备容纳U型光电开关的空间，同时能保证叶片1之间的紧密性。在本实施例中，以U型光电开关设置在叶片1的上端面一侧为例对本申请的发明内容进行说明。当然，若U型光电开关设置于叶片1的下端面一侧，则相应的结构按照位于上端面的方式进行调整即可。当然，触发部还可以是与叶片一体成型，其可以看做是叶片的一部分。
在本实施例中，作为一种可实施方式，U型光电开关4可设置于导轨箱11的内壁面上，位于叶片1的上端面或下端面的一侧，具体的，U型光电开关4可设置于导轨箱11的盖板2的内壁面上。当然，作为可替代的实施方式，U型光电开关4可以通过加设在导轨箱11内的支架实现定位和固定。
在本实施例中，参考图3所示，每个叶片配置一列U型光电开关4，即有多少个叶片就配置多少列U型光电开关4，这些U型光电开关构成了U型光电开关系统，且每列叶片的U型光电开关的宽度之和不小于对应的叶片的长度，这样，可以确保对叶片的整体长度进行监控到位。每一列U型光电开关4的排列方式是依次相邻排列，或者还可以是间隔排列。示例的，图3中所示，每列包括从1#到m#个依次排列的U型光电开关。其中，每列光电开关4的个数根据叶片1的长度而定，而对于每列上光电开关4的间距而言，间距越短，其反映的叶片运动状态则更加精准。
作为本实施例的进一步改进，参考图4，U型光电开关系统A11还与一供电控制装置A10连接，供电控制装置A10用于控制所述U型光电开关4的发射时间。例如，当叶片1的驱动装置12获取驱动信号的同时给所述供电控制装置A10一个控制信号，在叶片1开始运动时或开始运动前打开U型光电开关4发射光，这样，在叶片1没有运动时，可以减少U型光电开关发射所消耗的能量。
同时，在本实施例中，供电控制装置A10用于控制所述U型光电开关4的发射时长，例如，当叶片1停止运动时同时给供电控制装置A10一个控制信号，在叶片1停止运动时或停止运动后一段时间后停止发射，从而也可以减少U型光电开关4消耗的能量。
在本实施例中，如图4所示，以驱动装置12采用电机为例，其中，在电机轴端设置有用于测量电机转数的电机编码器A31，通过电机编码器A31可以测得电机的旋转转数，利用第二处理模块A32可以根据电机的旋转转数计算出叶片运动的位移或具体位置信息。或者，第二处理模块A32可以根据电机的旋转转数计算出叶片运动的位移，还可以根据叶片运动的位移以及叶片的原始位置，可以获得叶片所处的位置信息，电机编码器A31与第二处理模块A32构成了多叶准直器的第二监控模块A3。结合第一监控模块A1，以在叶片的运动轨迹上按照平均间隔设置的U型光电开关为例，当叶片运动时(前后直线运动)，U型光电开关4可以交替通断，产生一系列的脉冲信号，根据U型光电开关4产生首个脉冲的相位可以判断叶片的运动方向，当叶片1从初始位置运动到某个位置时，根据未产生脉冲信号的U型光电开关的数量，可以判断叶片当前的位置。
此外，根据运动过程中，相邻两个U型光电开关4产生的特定脉冲前沿的时差还可确定叶片的运动速度。由此，对叶片1的监控是通过电机编码器A31以及U型光电开关系统A11同时进行，电机编码器利用电机的转数进行计算，属于一种间接性的监控，而通过U型光电开关系统进行监控，则属于直接性的对叶片进行监控，因此，电机编码器与U型光电开关系统形成了对叶片的一个闭环监控。控制器A4可根据第一监控模块A1以及第二监控模块A3的监控结果，准确的判断并控制叶片的运动。
实施例二
如图5及图6所示，与实施例一不同的是，在本实施例中，U型光电开关系统A11所使用的U型光电开关数量较少，因而可以极大的降低物料成本。
具体的，在本实施例中，每个叶片1上端面或下端面一侧的触发结构与实施例一均是不同的，如图5所示，叶片1的上端面设置有按有规律设置的多个凸台12b，凸台12b之间是凹槽10，当叶片运动时，凸台12b依次通过U型光电开关4将使U型光电开关4造成通断进而产生一系列的脉冲信号，同样的，根据对这些脉冲信号的分析将可得知叶片的运动状态。由此，由于叶片1上连续的设置有多个凸台12b可连续的使U型光电开关产生脉冲信号，因而在本实施例中每个叶片可以只需要分析一组或几组脉冲信号即可，也就是说，每个叶片只需要配置更少的U型光电开关。
作为本实施例的一种较佳的实施方式，叶片1上端面的凸台12b是按等间接进行设置，这样便于对脉冲信号的分析和计算叶片的运动状态。而U型光电开关在每个叶片1上端面或下端面仅配置一个。相邻两个凸台12b的间距等于所述U型光电开关4的宽度，进而使得通过U型光电开关4的凸台12b能够实现很好的连续性，产生均匀和更短周期的信号，这样监控的精度会更高。当然，每个凸台的宽度还可以是等于U型光电开关4的宽度。
且在多个U型光电开关间隔设置的情况下，相邻两个U型光电开关的距离也可以是等于凸台的宽度。
此外，对于U型光电开关的定位和固定，以及信号的处理等可以参考实施例一的设置和处理方式，在这里不做赘述。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多叶准直器，包括：相对设置的两个叶片组及驱动装置，每个所述叶片组包括多个叶片，所述叶片包括相对的上端面、下端面以及相对的前端面和后端面，所述两个叶片组中所述叶片的前端面相对，每个所述叶片与所述驱动装置连接，所述叶片可在所述驱动装置的驱动下进行双向运动，其特征在于，还包括一U型光电开关系统以及信号处理装置，所述U型光电开关系统包括：对应每个叶片的多个按叶片运动方向排列的U型光电开关，所述U型光电开关设置在所述叶片的上端面侧或下端面侧；
所述U型光电开关包括U型槽以及位于所述U型槽两侧的发射器和接收器；所述叶片设置在所述U型槽内并在所述U型槽内运动；
所述U型光电开关系统与一信号处理装置连接，所述信号处理装置用于处理所述U型光电开关系统输出的脉冲信号以获取所述叶片运动状态的量化值。
2.如权利要求1所述的多叶准直器，其特征在于，所述叶片的上端面或下端面设置有触发结构，所述触发结构位于所述U型槽内并随所述叶片在所述U型槽内运动。
3.如权利要求2所述的多叶准直器，其特征在于，所述触发结构为间隔设置在所述叶片上端面或下端面的多个凸台。
4.如权利要求3所述的多叶准直器，其特征在于，所述触发结构的宽度小于所述叶片的宽度。
5.如权利要求3所述的多叶准直器，其特征在于，所述凸台的宽度和/或相邻两个凸台的距离等于所述U型光电开关的宽度。
6.如权利要求3所述的多叶准直器，其特征在于，多个所述U型光电开关依次相邻设置或间隔设置。
7.如权利要求1所述的多叶准直器，其特征在于，所述多叶准直器还包括：导轨箱，所述叶片设置在所述导轨箱内，并在所述导轨箱内运动；
所述U型光电开关系统设置在所述导轨箱上。
8.如权利要求1所述的多叶准直器，其特征在于，每列叶片的U型光电开关的宽度之和不小于对应的叶片的长度。
9.如权利要求1所述的多叶准直器，其特征在于，所述驱动装置包括电机以及设置在电机轴端用于测量电机转数的电机编码器。
10.一种放射治疗装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的多叶准直器。
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