CN112569482A - 医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法及系统 - Google Patents

医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法，其包括步骤：获取光栅移动到目标位置的索引变量值、目标位置值；根据索引变量值查询预存的位置补偿表，获取对应的第一补偿值；将第一补偿值补充到目标位置值上，驱动光栅移动到目标位置；其中，索引变量包括目标位置、机架实时角度、机头实时角度以及光栅种类，目标位置值、第一补偿值是控制光栅移动的电机电流值。本发明通过包括光栅重量的光栅索引变量进行查表获得位置补偿值以对不同位置的光栅进行到位补偿，减小不同机架角度、不同小机头角度时的不同种类叶片受重力及叶片间机械摩擦影响产生的到位偏差，实现多叶光栅到位更加精确、准确。

Description

医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法及系统
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法及系统。
背景技术
医用直线加速器是生物医学上一种用来对肿瘤进行放射治疗的粒子加速器装置，目前国际上，放射治疗中使用最多的是电子直线加速器。多页光栅是医用电子直线加速器形成射束的重要部件，通过叶片的机械运动变化组合形成医疗计划所需要的X射线视野。
采用多叶光栅实现调强放疗的技术中，最常见的是固定射野调强放疗法，即在几个固定射野，通过叶片移动阻挡射束形成射野，完成投照。典型的多叶光栅叶片成对相向排列，由控制系统控制叶片移动，形成不规则射野，从而达到肿瘤适形，避开正常组织器官的目的，因此，多叶光栅中每对叶片的到位精度将直接影响病人接收放射治疗剂量的准确性。
多叶光栅一般由钨合金制成，有一定的重量，一般在0.5-2kg。在使用过程中，随着机架和小机头的旋转，由于不同种类的光栅叶片重力不同，多叶光栅由马达带动丝杠进行传动到达计划需求的位置时会受重力及机械摩擦影响存在叶片到位精度的偏差。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法及系统，通过包括光栅种类的索引变量值进行查表获得位置补偿值以对不同位置的光栅进行到位补偿，减小不同机架角度、不同小机头角度时的不同种类叶片受重力及机械摩擦影响产生的到位偏差，提高多叶光栅到位精确，使多叶光栅到位更加精确、准确，提高设备使用安全。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明通过以下技术方案实现：
本发明所述的医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法，其包括以下步骤：
获取光栅移动到目标位置的索引变量值、目标位置值；
根据所述索引变量值查询预存的位置补偿表，获取对应的第一补偿值；
将所述第一补偿值补充到所述目标位置值上，驱动光栅移动到目标位置；
其中，所述索引变量包括所述目标位置、机架实时角度、机头实时角度以及光栅种类，所述目标位置值、第一补偿值是控制光栅移动的电机电流值。
优选的是，根据获取的所述第一补偿值，驱动光栅移动到目标位置，还包括步骤：
根据所述第一补偿值，驱动光栅移动到临时位置，获取临时位置值；
比较光栅位于所述临时位置和所述目标位置之间的位置关系，并根据比较结果，判断是否进行位置二次补偿：若所述临时位置和所述目标位置之间的距离偏差超过距离阈值，根据临时位置时索引变量值查询所述位置补偿表，获取当前距离偏差对应的第二补偿值补偿到所述临时位置值并对应驱动光栅移动；
重复二次补偿的判断，直到所述临时位置和所述目标位置之间的距离偏差不超过距离阈值；
其中，所述距离偏差、所述距离阈值对应的变量是距离长度，所述临时位置值、所述第二补偿值对应的变量是控制光栅移动的电机电流值。
优选的是，比较光栅位于所述临时位置和所述目标位置之间的位置关系，还包括步骤：
分别获取所述临时位置与所述目标位置的图像；
比较两幅图像对应位置点像素之间的偏差距离。
优选的是，所述位置补偿表的获取包括以下步骤：
设置一目标位置，确定到达该位置的索引变量值；
根据所述目标位置的索引变量值，驱动光栅到一临时位置；
获取光栅分别位于所述目标位置和所述临时位置的图像并对应标记出目标位置和临时位置；
获取光栅分别位于所述目标位置和所述临时位置时对应的目标位置值和临时位置值；
比较光栅位于标记的所述目标位置和所述临时位置之间的位置关系，确定需要进行补偿的距离阈值；
所述目标位置和所述临时位置超过所述距离阈值时，比较所述目标位置值和所述临时位置值，确定位置补偿值；
更新所述目标位置，以获取对应更新的所述临时位置、所述光栅索引变量值、所述距离阈值以及所述位置补偿值，形成多维查询表格即位置补偿表；
其中，所述距离偏差、所述距离阈值对应的变量是距离长度；所述临时位置值以及所述位置补偿值对应的变量为控制光栅移动的电机电流值。
优选的是，还包括步骤：
对同一个目标位置和临时位置，多次测量取平均值或最大概率值作为对应的位置补偿值。
优选的是，还包括步骤：
定期测量以更新所述位置补偿表。
优选的是，所述机架实时角度和所述机头实时角度的范围分别为0°至360°。
一种医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿系统，其特征在于，其包括：
移动单元，其包括垂直方向旋转的机架和机头；
种类单元，其用于识别光栅种类；以及，
控制单元，其分别与所述移动单元和所述种类单元通信连接；
其中，所述控制单元预存有位置补偿表；
所述控制单元控制所述种类单元进行光栅种类的识别和编号；
所述控制单元根据目标位置查询对应的索引变量值，在位置补偿表里对应获取位置补偿值，去控制所述移动单元的所述机架和所述机头像的旋转，以带动光栅分别沿多维垂直方向移动到目标位置。
优选的是，还包括：
图像获取单元，其与所述控制单元通信连接；
其中，所述控制单元控制所述图像获取单元进行光栅图像获取和位置标记；所述控制单元将标记的光栅临时位置与目标位置之间的距离与预存的距离阈值比较并判断是否进行位置补偿。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)本发明提供的医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法，设置了位置补偿表，即不同机架角度、不同机头角度、不同光栅种类时，可通过直接查询位置补偿表获取一次补偿值，进而驱动光栅移动至精确到位，可减小不同机架角度、不同小机头角度时的不同种类叶片受重力影响以及机械摩擦产生的到位偏差，使多叶光栅到位更加精确、准确，提高设备使用安全；
(2)本发明还设置了二次补偿判断，即一次补偿后光栅到达的临时位置和目标位置之间的距离若超过预设的距离阈值，则根据当前偏差继续查询位置补偿表获得二次补偿值进行补偿，直至驱动光栅移动到距离偏差不超过距离阈值，避免了叶片之间机械摩擦带来的影响，进一步提高了光栅的到位精度；
(3)本发明通过采集光栅位置图像并进行像素点的比对，能快速、精确地获取光栅当前位置与目标位置之间的距离偏差；
(4)本发明的位置补偿值是对同一个目标位置和临时位置，多次测量取平均值或最大概率值处理，提高位置补偿值的数据准确率；
(5)定期测量以更新所述位置补偿表，以进一步提高位置补偿值的数据准确率；
(6)本发明还提供一种医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿系统，设置有与控制单元分别通信连接的移动单元和种类单元，即在移动单元的不同机架角度、不同机头角度以及种类单元的不同编号光栅时，控制单元可通过目标位置查询对应的索引变量值，在位置补偿表里对应获取位置补偿值，去控制移动单元的机架和机头像的旋转，以带动光栅分别沿多维垂直方向移动到目标位置，从而减小不同种类叶片受重力影响产生的到位偏差，提高多叶光栅到位精确。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法的流程示意图；
图2为本发明所述的二次补偿的方法流程示意图；
图3为本发明所述的获取位置补偿表的方法流程图；
图4为本发明所述的医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿系统的通信示意图；
附图标记说明：
1-移动单元；2-种类单元；3-控制单元；4-图像获取单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
<实施例1>
医用电子直线加速器在使用的过程中，随着机架和机头的旋转，多叶光栅由马达带动丝杠进行传动到达需求或目标位置。在不同机架角度、不同小机头角度时，不同种类的光栅叶片重力不同，运动时相互摩擦阻力不同，势必将影响电机驱动光栅叶片到位的精确性。考虑到光栅移动通过电机驱动带动，因此考虑光栅移动与电机转动相关变量之间的关系。众所周知，无论是直流电机还是步进电机，电磁转矩T满足：T＝KTΦmI2cosφ2。其中，KT为常数，Φm为每极磁通，I2为转子电流，I2cosφ2为转子电流的有功分量。而电机的电磁转矩变化势必影响丝杠运动进而影响光栅移动位移。因此，本发明选择转子电流作为变量来体现电机转动与光栅移动距离之间的关系。假设光栅移动距离为l，用函数关系表示电机转动与光栅移动距离之间的关系，则有l＝f(I2)。因此，本发明提供一种在光栅重量不同的情况下，根据重量不同查表，对应改变电机转子电流的大小来改变光栅移动距离从而达到对光栅到位矫正的方法。
具体地，如图1所示，本发明提供的医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法，包括以下步骤：
S10，获取光栅移动到目标位置的索引变量值、目标位置值；
S20，根据索引变量值查询预存的位置补偿表，获取对应的第一补偿值；
S30，将第一补偿值补充到目标位置值上，驱动光栅移动到目标位置。
本发明实施例中，索引变量包括目标位置、机架实时角度、机头实时角度以及光栅种类，目标位置值、第一补偿值是控制光栅移动的电机电流值。通过设置了位置补偿表，即不同机架角度、不同机头角度、不同光栅种类时，可直接查询位置补偿表获取一次补偿值，进而驱动光栅移动至精确到位，可减小不同机架角度、不同小机头角度时的不同种类叶片受重力影响以及机械摩擦产生的到位偏差，使多叶光栅到位更加准确，提高设备使用安全。
还需要补充说明的是，机架与机头的转动轴通常相互垂直，机架角度和机头角度的角度范围分别为0°至360°，从而更精确地驱动光栅沿目标方向和位置移动。
<实施例2>
在实施例1的基础上，考虑到机头和机架在旋转的过程中受不同种类光栅重量影响不同以及机械运动摩擦本身带来的误差，本发明实施例还给出了二次补偿的实施方式，如图2所示。
具体地，步骤S30中根据获取的第一补偿值，驱动光栅移动到目标位置，还包括步骤：
根据第一补偿值，驱动光栅移动到临时位置，获取临时位置值；
比较光栅位于临时位置和目标位置之间的位置关系，并根据比较结果，判断是否进行位置二次补偿：若临时位置和目标位置之间的距离偏差超过距离阈值，根据临时位置时索引变量值查询位置补偿表，获取当前距离偏差对应的第二补偿值补偿到临时位置值并对应驱动光栅移动；
重复二次补偿的判断，直到临时位置和目标位置之间的距离偏差不超过距离阈值。
本发明实施例中，距离阈值对应的变量是距离长度，临时位置值、第二补偿值对应的变量是控制光栅移动的电机电流值。该实施例提供的二次到位补偿方法，在一次到位补偿后，进一步减小电机堵转、空转、机头和机架旋转自身的机械摩擦等等导致的机械精度对光栅到位精度的影响，进一步提高光栅到位精度，将光栅到位的精度控制在距离阈值范围内。
<实施例3>
在实施例2的基础上，本发明实施例给出了比较光栅位于临时位置和目标位置之间位置关系的方法，还包括步骤：
分别获取临时位置与目标位置的图像；
比较两幅图像对应位置点像素之间的偏差距离。
本发明实施例通过采集光栅位置图像并进行像素点的比对，能快速、精确地获取光栅临时位置与目标位置之间的距离偏差。
需要说明的是，采集图像时，为了更清晰、精确进行像素点比对，需要对图像进行预处理，即至少包括灰度化、降噪、图像增强等处理。
<实施例4>
在实施例1的基础上，本发明实施例给出了获取位置补偿表的实施方式，如图3所示，位置补偿表的获取包括以下步骤：
S11.设置一目标位置，确定到达该位置的索引变量值；
S12.根据目标位置的索引变量值，驱动光栅到一临时位置；
S13.获取光栅分别位于目标位置和临时位置的图像并对应标记出目标位置和临时位置；
S14.获取光栅分别位于目标位置和临时位置时对应的目标位置值和临时位置值；
S15.比较光栅位于标记的目标位置和临时位置之间的位置关系，确定需要进行补偿的距离阈值；
S16.目标位置和临时位置之间的距离偏差超过距离阈值时，比较目标位置值和临时位置值，确定位置补偿值；
S17.更新目标位置，以获取对应更新的临时位置、光栅索引变量值、距离阈值以及位置补偿值，形成多维查询表格即位置补偿表；
本发明实施例中，距离阈值对应的变量是距离长度；目标位置值、临时位置值以及位置补偿值对应的变量为控制光栅移动的电机电流值。位置补偿表是一个多维表格，表格1给出了示例。
表1位置补偿表
Figure BDA0002811157800000081
表格1里，通过索引变量例如机架实时角度、机头实时角度、目标位置值、光栅种类等在位置补偿表里进行查询时，本发明不对变量查询先后顺序做限定。
接下来对本发明的位置补偿表使用进行补充说明。
1.直接查询。例如想要驱动光栅到达目标位置A，由于不同机架角度、不同小机头角度时的不同种类叶片受重力影响以及机械摩擦产生的到位偏差不同，不能使光栅准确到达目标位置A，则需要进行位置补偿。这时候采取直接查表法，即先获取目标位置A的目标位置值i1以及机架实时角度θ1、机头实时角度θ2、光栅种类n，然后查询位置补偿表，获得第一补偿值i4补偿到目标位置值i1上，并相应驱动光栅移动到目标位置A。
2.二次补偿。例如想要驱动光栅到达目标位置A，先获取目标位置A的目标位置值以及机架实时角度、机头实时角度、光栅种类n，然后查询位置补偿表，获得第一补偿值补偿到目标位置值上，驱动光栅移动。由于机械摩擦等机械偏差，使得一次补偿后的光栅实际并未准确达到目标位置A，而是到达到临时位置B，这就需要进行是否二次补偿的判断，即比较临时位置B与目标位置A之间距离偏差l2与距离阈值l1的大小：若距离偏差l2大于距离阈值l1，根据当前距离偏差l2查询对应的第二补偿值i5补充到临时位置B的临时位置值i2，驱动光栅移动，直到距离偏差l2小于距离阈值l1，近似默认当前多次补偿的临时位置B为目标位置A。
<实施例5>
在实施例4的基础上，本发明实施例给出了测量位置补偿值的实施方式。具体地，还包括步骤：
对同一个目标位置和临时位置，多次测量取平均值或最大概率值作为对应的位置补偿值。
本实施例的位置补偿值是对同一个目标位置和临时位置，多次测量取平均值或最大概率值处理，提高位置补偿值的数据准确率。
<实施例6>
在实施例4的基础上，本发明实施例给出了测量位置补偿值的另一种实施方式，具体地，定期测量以更新位置补偿表。
本实施例中，定期，可以是每天、每周或每月，可根据实际需要设定，以进一步提高位置补偿值的数据准确率。
<实施例7>
在实施例1-6的基础上，本发明实施例提供一种医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿系统，如图4所示，其包括移动单元1、种类单元2以及控制单元3。移动单元1包括垂直方向旋转的机架和机头。种类单元2用于识别光栅种类。控制单元3分别与移动单元1和种类单元2通信连接；
具体地，控制单元3预存有位置补偿表。控制单元3控制种类单元2进行光栅种类的识别和编号后，控制单元3根据目标位置查询对应的索引变量值，在位置补偿表里对应获取位置补偿值，去控制移动单元1的机架和机头像的旋转，以带动光栅分别沿多维垂直方向移动到目标位置。
<实施例8>
在实施例7的基础上，本发明实施例提供距离偏差获取的实施方式，具体地，医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿系统还包括图像获取单元4，其与控制单元3通信连接。
其中，控制单元3控制图像获取单元4进行光栅图像获取和位置标记；控制单元3将标记的光栅临时位置与目标位置之间的距离偏差与预存的距离阈值比较并判断是否进行位置补偿。
本发明实施例提供了一种通过图像获取单元4进行光栅图像获取和位置标记，以进一步获取距离偏差的实施方式，获取方式简单、高效。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取光栅移动到目标位置的索引变量值、目标位置值；
根据所述索引变量值查询预存的位置补偿表，获取对应的第一补偿值；
将所述第一补偿值补充到所述目标位置值上，驱动光栅移动到目标位置；
其中，所述索引变量包括所述目标位置、机架实时角度、机头实时角度以及光栅种类，所述目标位置值、第一补偿值是控制光栅移动的电机电流值。
2.如权利要求1所述的医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法，其特征在于，根据获取的所述第一补偿值，驱动光栅移动到目标位置，还包括步骤：
根据所述第一补偿值，驱动光栅移动到临时位置，获取临时位置值；
比较光栅位于所述临时位置和所述目标位置之间的位置关系，并根据比较结果，判断是否进行位置二次补偿：若所述临时位置和所述目标位置之间的距离偏差超过距离阈值，根据临时位置时索引变量值查询所述位置补偿表，获取当前距离偏差对应的第二补偿值补偿到所述临时位置值并对应驱动光栅移动；
重复二次补偿的判断，直到所述临时位置和所述目标位置之间的距离偏差不超过距离阈值；
其中，所述距离偏差、所述距离阈值对应的变量是距离长度，所述临时位置值、所述第二补偿值对应的变量是控制光栅移动的电机电流值。
3.如权利要求2所述的医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法，其特征在于，比较光栅位于所述临时位置和所述目标位置之间的位置关系，还包括步骤：
分别获取所述临时位置与所述目标位置的图像；
比较两幅图像对应位置点像素之间的偏差距离。
4.如权利要求1所述的医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法，其特征在于，所述位置补偿表的获取包括以下步骤：
设置一目标位置，确定到达该位置的索引变量值；
根据所述目标位置的索引变量值，驱动光栅到一临时位置；
获取光栅分别位于所述目标位置和所述临时位置的图像并对应标记出目标位置和临时位置；
获取光栅分别位于所述目标位置和所述临时位置时对应的目标位置值和临时位置值；
比较光栅位于标记的所述目标位置和所述临时位置之间的位置关系，确定需要进行补偿的距离阈值；
所述目标位置和所述临时位置超过所述距离阈值时，比较所述目标位置值和所述临时位置值，确定位置补偿值；
更新所述目标位置，以获取对应更新的所述临时位置、所述光栅索引变量值、所述距离阈值以及所述位置补偿值，形成多维查询表格即位置补偿表；
其中，所述距离偏差、所述距离阈值对应的变量是距离长度；所述临时位置值以及所述位置补偿值对应的变量为控制光栅移动的电机电流值。
5.如权利要求4所述的医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法，其特征在于，还包括步骤：
对同一个目标位置和临时位置，多次测量取平均值或最大概率值作为对应的位置补偿值。
6.如权利要求4所述的医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法，其特征在于，还包括步骤：
定期测量以更新所述位置补偿表。
7.如权利要求1所述的医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法，其特征在于，所述机架实时角度和所述机头实时角度的范围分别为0°至360°。
8.一种应用如权利要求1-7所述的医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿方法进行多叶光栅到位校准的系统，其特征在于，其包括：
移动单元，其包括垂直方向旋转的机架和机头；
种类单元，其用于识别光栅种类；以及，
控制单元，其分别与所述移动单元和所述种类单元通信连接；
其中，所述控制单元预存有位置补偿表；
所述控制单元控制所述种类单元进行光栅种类的识别和编号；
所述控制单元根据目标位置查询对应的索引变量值，在位置补偿表里对应获取位置补偿值，去控制所述移动单元的所述机架和所述机头像的旋转，以带动光栅分别沿多维垂直方向移动到目标位置。
9.如权利要求8所述的医用电子直线加速器多叶光栅到位补偿系统，其特征在于，还包括：
图像获取单元，其与所述控制单元通信连接；
其中，所述控制单元控制所述图像获取单元进行光栅图像获取和位置标记；所述控制单元将标记的光栅临时位置与目标位置之间的距离与预存的距离阈值比较并判断是否进行位置补偿。
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