CN205672359U - 一种光栅叶片控制装置及加速器治疗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光栅叶片控制装置及加速器治疗装置，包括：设置于光栅叶片上的标记，标记捕捉装置，数据处理模块，数据处理模块设置有坐标系，并根据光栅叶片的初始位置设置零点坐标，再根据标记捕捉装置所传送过来的标记实时位置信息数据，数据处理模块将其标定到坐标系中的某一点，该点在坐标系中的位置对应于光栅叶片和标记在标记捕捉装置记录该实时位置信息时所处的实际空间位置。利用识别标记及其位置信息，再将其标定到对应的坐标系中，能精确判定光栅叶片实际所处的空间位置，并可以根据至少两次的指定同一起始点及终点的重复运行，再将得到的坐标信息进行比对，就可以得出运行位置误差，为矫正误差提供了直接且精确的依据，需要时，也可以讲该误差信息利用起来，如超出一定的误差范围，则触发报警装置，甚至终止设备运行，以提高设备的安全性能。

Description

一种光栅叶片控制装置及加速器治疗装置

技术领域

本实用新型涉及加速器治疗装置，具体涉及一种光栅叶片控制装置及加速器治疗装置。

背景技术

随着肿瘤放射学与材料科学的发展，作为治疗癌症的一种重要手段，放疗逐步迈入精确定位、精确计划、精确治疗的“三精”时代。传统的光栅叶片在制造和使用中，缺乏精确定位校验的手段，多次运行同一位置指令的时候存在误差，除了系统性的随机误差外，还存在制造产生的、运行过程中产生的机械误差，随机误差量很小，且难以调整，可以通过传感器闭环系统加以控制，而机械误差，则需要在制造时和使用过程中进行精确调教，现有技术的匮乏状态亟需改变。

电动多叶光栅是一个X射线准直器附件，被安装在放疗直线加速器上。它包含多个电机驱动的钨合金叶片，由步进电机驱动叶片支架运动，伺服电机带动叶片运动。多叶光栅能根据控制器接收到的指令驱动多个叶片运动形成不规则的野，很好的帮助放射肿瘤学家使治疗X射线更好地适应肿瘤目标形状，防止周围普通组织和临界器官过量照射。

目前大多数光栅产品的叶片位置实时反馈仅通过单一的位于驱动电机尾部的增量编码器通过脉冲计数的方式传递给DSP控制器进行处理，这种方式在大多数情况下能提供准确的位置信息，但如果系统受到干扰使脉冲计数系统出现计数误差时，DSP控制器得到的位置信息就是错误的，利用错误的位置信息来进行光栅叶片的位置控制将导致整个光栅走野出现误差，最终导致不能达到预期的放疗结果，影响了整个TPS系统的品质。同时，如果出现过大的位置误差，甚至会出现光栅叶片在走位时位于两侧的叶片对撞，严重的还会将传动丝杆撞断。

由于上述叶片位置误差是出现在光栅底层，因此无法彻底在光栅顶层控制系统进行防护处理。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、可靠的光栅精确定位装置及定位方法及加速器治疗装置。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种光栅叶片控制装置，包括：

至少一个增量传感器，用于获取驱动叶片前进或后退的电机运动参数的增量数据，或获取叶片位置变化的增量数据；

电机，用于驱动叶片前进或后退或停止；

至少两个位置校准装置，当只有一个增量传感器时，所有位置校准装置均接收同一个增量传感器传送来的增量数据，并分别计算出位置信息1、位置信息2，以此类推，即每个位置校准装置独立计算出一个位置信息；当增量传感器数量为两个及两个以上时，位置校准器的数量一一对应的连接不同的增量传感器或分组连接于不同的增量传感器；

控制器，接收所有位置校准装置传送过来的所有位置信息，其中一个作为正常的位置信息，其它作为位置校准信息，当正常工作时所有位置校准装置会计算出相同的位置信息，此时控制器正常工作，当受到相同的干扰时所有位置校准装置会产生不同的位置信息，此时控制器发出叶片位置故障需要进行必要的处理的信号。

将增量传感器输出的增量信号送到不同的位置校准装置进行处理，当正常工作时所有位置校准装置会计算出相同的位置信息，此时控制器正常工作，当受到相同的干扰时所有位置校准装置会产生不同的位置信息，此时控制器发出叶片位置故障需要进行必要的处理的信号。从而保证整过光栅系统叶片的位置精度得到满足。

进一步的，所述增量传感器为增量编码器，所述位置校准装置为计数模块。

进一步的，所述位置校准装置为两个。

进一步的，所述增量传感器为两个，一个位于电机的尾部并获取电机的转动增量数据，另一个位于电机与叶片之间并获取电机的转动增量数据；两个位置校准装置分别对应的连接不同的增量传感器，并分别接收对应的增量传感器传送来的增量数据，再分别计算出位置信息1、位置信息2。

进一步的，所述电机与光栅叶片之间还设有联轴器，所述增量传感器为两个，一个位于电机的尾部并获取电机的转动增量数据，另一个位于联轴器与叶片之间并获取联轴器的转动增量数据。

进一步的，所述位置校准装置包括由触发器构成的位置计数单元，所述触发器为D触发器和/或JK触发器。

进一步的，所述位置校准装置的位置计数单元由至少两个D触发器或至少两个JK触发器级联构成，D触发器之间的连接关系为：增量传感器的输出信号连接于第一个D触发器的CLK端，即第一个D触发器的CLK端作为整个位置计数单元的输入端，其D端与反相输出端以及第二个D触发器的CLK端连接，第一个D触发器的正相输出端Q作为位置计数结果输出端的Q0位，第二个D触发器的D端与它自身的反相输出端以及第三个D触发器的CLK端连接，第二个D触发器的正相输出端Q作为位置计数结果输出端的Q1位，以此类推完成所有D触发器的连接；JK触发器之间的连接关系为：增量传感器的输出信号连接于第一个JK触发器的CLK端，即第一个JK触发器的CLK端作为整个位置计数单元的输入端，其正相输出端Q与第二个JK触发器的CLK端连接，并且第一个JK触发器的正相输出端Q作为位置计数结果输出端的Q0位，第二个JK触发器的正相输出端Q与第三个JK触发器的CLK端连接，并且第二个JK触发器的正相输出端Q作为位置计数结果输出端的Q1位，以此类推完成所有JK触发器的连接，每个JK触发器的VOD端与其自身的J端和K端连接在一起。

进一步的，所述位置校准装置为至少两个，至少其中一个的位置计数单元由至少两个D触发器级联构成，并且同时至少其中一个的位 置计数单元由至少两个JK触发器级联构成

进一步的，所述控制器为DSP控制器。

进一步的，所述当增量传感器为两个及两个以上时，并且一部分位于电机的尾端或前端输出轴侧，另一部分位于联轴器与叶片之间时，两部分增量传感器的输出分别连接到由不同的触发器构成的位置校准装置。

本实用新型还公开一种加速器治疗装置，包括上述光栅叶片控制装置。

附图说明

图1是叶片准直器的示意图；

图2是只采用一个增量传感器时的一种叶片控制装置的示意图；

图3是采用两个增量传感器时的一种叶片控制装置的示意图；

图4是D触发器之间的连接关系示意图；

图5是JK触发器之间的连接关系示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

3、光栅叶片；31、射野；4、电机；41、推动杆；42、联轴器；5、适配器；61、611及612增量传感器；62及63、位置校准装置；64、控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型的一种实施例，如图1所示，为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种光栅精确定位装置(这里所指的光栅，是指用于加速器放射治疗设备中的多叶片准直器，准直器一般由相对设置的两组光栅叶片组成，如图1所示，每一组光栅叶片包含多片可以独立水平前后移动 是光栅叶片3，因此可以由两组光栅叶片通过每片光栅叶片处于不同位置来形成一个允许射线通过的通孔，以此来限定射线的射野31即照射范围，其中适配器5用于将多叶片准直器安装于放射治疗设备的机头上或主机架上，每一片光栅叶片3均连接一个电机4，电机4通过联轴器42及推动杆41驱动光栅叶片3来回移动)，一种光栅叶片控制装置，包括：

至少一个增量传感器，用于获取驱动叶片前进或后退的电机运动参数的增量数据，或获取叶片位置变化的增量数据；

电机，用于驱动叶片前进或后退或停止；

至少两个位置校准装置，当只有一个增量传感器时，所有位置校准装置均接收同一个增量传感器传送来的增量数据，并分别计算出位置信息1、位置信息2，以此类推，即每个位置校准装置独立计算出一个位置信息；当增量传感器数量为两个及两个以上时，位置校准器的数量一一对应的连接不同的增量传感器或分组连接于不同的增量传感器；

控制器，接收所有位置校准装置传送过来的所有位置信息，其中一个作为正常的位置信息，其它作为位置校准信息，当正常工作时所有位置校准装置会计算出相同的位置信息，此时控制器正常工作，当受到相同的干扰时所有位置校准装置会产生不同的位置信息，此时控制器发出叶片位置故障需要进行必要的处理的信号。

将增量传感器输出的增量信号送到不同的位置校准装置进行处理，当正常工作时所有位置校准装置会计算出相同的位置信息，此时控制器正常工作，当受到相同的干扰时所有位置校准装置会产生不同的位置信息，此时控制器发出叶片位置故障需要进行必要的处理的信号。从而保证整过光栅系统叶片的位置精度得到满足。

一种简单的选择，所述增量传感器可选用增量编码器，所述位置校准装置可采用计数模块。

作为优选的方案，所述位置校准装置采用两个，这样控制系统相对简单，成本较低。

在实际应用中，可以采用一个增量传感器和两个位置校准装置的方案，如图2所示，增量传感器61设置于电机4的尾部，并与其传动轴连接，其输出同时连接两个位置校准装置(图中标号62和63)的输入端，这两个位置校准装置的输出端都与控制器64连接，控制器64接收两个位置校准装置传送过来的所有位置信息，其中一个作为正常的位置信息，另一个作为位置校准信息，当正常工作时所有位置校准装置会计算出相同的位置信息，此时控制器正常工作，当受到相同的干扰时所有位置校准装置会产生不同的位置信息，此时控制器发出叶片位置故障需要进行必要的处理的信号。这里的增量传感器也可以设置于电机前端的传动轴上，也可以设置于联轴器与叶片之间，根据实际需要选择。两个位置校准装置既可以均选用D触发器或JK触发器构成的位置计数单元模块，也可以一个选择D触发器构成的位置计数单元模块，另一个选择JK触发器构成的位置计数单元模块。当然，位置校准装置也可以是其他计数单路模块。

如图3所示，在实际应用中，在成本和控制精度之间做一个平衡，所述增量传感器可以采用两个，一个(图中标号611)位于电机的尾部并获取电机的转动增量数据，另一个(图中标号612)位于电机与叶片之间并获取电机的转动增量数据；两个位置校准装置(图中标号62和63)分别对应的连接不同的增量传感器，并分别接收对应的增量传感器传送来的增量数据，再分别计算出位置信息1、位置信息2。

在某些实施例中，电机与光栅叶片之间还设有联轴器，此时也可以采用两个增量传感器，一个位于电机的尾部并获取电机的转动增量数据，另一个位于联轴器与叶片之间并获取联轴器的转动增量数据。

进一步的，不同的位置校准装置采用不同的电路结构制作并且位于不同的位置。

这里以D触发器以及JK触发器构成计数单元为例进行说明。

所述位置校准装置包括由触发器构成的位置计数单元，所述触发器为D触发器和/或JK触发器。

具体电路构成如下：所述位置校准装置的位置计数单元由至少两个D触发器或至少两个JK触发器级联构成，如图4所示，D触发器之间的连接关系为：增量传感器的输出信号连接于第一个D触发器的CLK端(图中的3号脚)，即第一个D触发器的CLK端作为整个位置计数单元的输入端，其D端(2号脚)与反相输出端(6号脚)以及第二个D触发器的CLK端连接，第一个D触发器的正相输出端Q(5号脚)作为位置计数结果输出端的Q0位，第二个D触发器的D端与它自身的反相输出端以及三个D触发器的CLK端连接，第二个D触发器的正相输出端Q作为位置计数结果输出端的Q1位，以此类推完成所有D触发器的连接；如图5所示，JK触发器之间的连接关系为：增量传感器的输出信号连接于第一个JK触发器的CLK端(3号脚)，即第一个JK触发器的CLK端作为整个位置计数单元的输入端，其正相输出端Q(1号脚)与第二个JK触发器的CLK端连接，并且第一个JK触发器的正相输出端Q作为位置计数结果输出端的Q0位，第二个JK触发器的正相输出端Q与第三个JK触发器的CLK端连接，并且第二个JK触发器的正相输出端Q作为位置计数结果输出端的Q1位，以此类推完成所有JK触发器的连接，每个JK触发器的VOD端(16号脚)与其自身的J端(6号脚)和K端(5号脚)连接在一起。

在实际应用中，所述位置校准装置为至少两个，当选择不同的电路单元模块时，可以这样选择：至少其中一个的位置计数单元由至少两个D触发器级联构成，并且同时至少其中一个的位置计数单元由至少两个JK触发器级联构成。选择多少个触发器，主要是看需要多少位数的位置信号进行校验。其中，D触发器位置计数原理：根据D触发器的工作原理，将D触发器的反相输出端与输入端相连后，如果在时钟输入端输入一个时钟脉冲的话，D触发器正相输出端即反相一次，如此可构成一个2分频器，如果按图示电路将N个D触发器级联，将编码器输出的脉冲从第一个D触发器的时钟输入端输入，即可实现一个N位的计数单元电路。JK触发器位置计数原理：根据JK触发器的工作原理，在J＝K＝1时，每输入一个时钟脉冲，触发器Q输出端状态 翻转一次，触发器的这种工作状态称为计数状态，由触发器翻转的次数可以计算出输入时钟脉冲的个数，单个触发器相当于一个2分频器，将前一级JK触发器的Q输出端与后一级JK触发器的时钟输入端进行级联，如此类推，n个触发器级联即可构成一个n位计数单元。

解决的技术问题及优点：

将位于不同位置处的编码器输出的脉冲分别送入不同类型的计数单元进行位置计数可以实现对同一光栅叶片位置进行双重识别，将两个位置数据可以进行比较，如果两个计数值差异超出预先设定的上限值即认为位置识别出现异常，需要由控制器暂停当前任务，并立即处理异常情况，保证了整个治疗结果的准确性。由于两个位置识别过程是完全独立进行的，可以在不降低位置识别的速度情况下提高叶片位置判断的准确性。

工作过程及工作原理：

当光栅控制器收到叶片走野(即放射治疗所需要的叶片前端合围而形成的需要形状的通孔，即射野)信息后开始给不同的叶片驱动器发出不同的指令使其驱动叶片走到不同的位置以形成规定的治疗野(射野)，在驱动叶片走位的过程中，位于驱动电机尾部的增量编码器和位于电机与叶片之间的增量编码器同时输出脉冲到不同的位置脉冲计数单元进行位置计数测量，两个位置数据会进行差值比较，当位置差值小于给定的阈值(例如100)时控制器认为叶片走位正常，可以进行正常治疗，此时光栅控制器是从以位于驱动电机尾部的增量编码器得到的位置数据作为位置参数进行叶片位置控制的，如果两个位置数据差值超出规定的阈值，光栅控制器就会识别出这种错误，认为叶片的位置测量装置出现错误，需要中断当前治疗并停机进行检测而不能继续进行治疗，避免医疗事故发生。

与采用单个增量编码器的位置控制单元相比，采用双增量编码器的位置控制单元可以显著提升光栅叶片位置控制的可靠性，经检测，采用单个编码器时位置控制出错几率是10^-6，采用双编码器时位置出错几率降低到了10^-11，显著提升了整个光栅系统位置控制的可靠性。

在实际应用中，所述控制器可采用DSP控制器，或其它微处理器。

本实用新型还公开一种加速器治疗装置，包括上述光栅叶片控制装置。

当所述当增量传感器为两个及两个以上时，并且一部分位于电机的尾端或前端输出轴侧，另一部分位于联轴器与叶片之间时，两部分增量传感器的输出分别连接到由不同的触发器构成的位置校准装置。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种光栅叶片控制装置，包括：

至少一个增量传感器，用于获取驱动叶片前进或后退的电机运动参数的增量数据，或获取叶片位置变化的增量数据；

电机，用于驱动叶片前进或后退或停止；

至少两个位置校准装置，当只有一个增量传感器时，所有位置校准装置均接收同一个增量传感器传送来的增量数据，并分别计算出位置信息1、位置信息2，以此类推，即每个位置校准装置独立计算出一个位置信息；当增量传感器数量为两个及两个以上时，位置校准器的数量一一对应的连接不同的增量传感器或分组连接于不同的增量传感器；

控制器，接收所有位置校准装置传送过来的所有位置信息，其中一个作为正常的位置信息，其它作为位置校准信息，当正常工作时所有位置校准装置会计算出相同的位置信息，此时控制器正常工作，当受到相同的干扰时所有位置校准装置会产生不同的位置信息，此时控制器发出叶片位置故障需要进行必要的处理的信号。

2.根据权利要求1所述的光栅叶片控制装置，其特征在于，所述增量传感器为增量编码器，所述位置校准装置为计数模块。

3.根据权利要求1所述的光栅叶片控制装置，其特征在于，所述位置校准装置为两个。

4.根据权利要求3所述的光栅叶片控制装置，其特征在于，所述增量传感器为两个，一个位于电机的尾部并获取电机的转动增量数据，另一个位于电机与叶片之间并获取电机的转动增量数据；两个位置校准装置分别对应的连接不同的增量传感器，并分别接收对应的增量传感器传送来的增量数据，再分别计算出位置信息1、位置信息2。

5.根据权利要求4所述的光栅叶片控制装置，其特征在于，所述电机与光栅叶片之间还设有联轴器，所述增量传感器为两个，一个位于电机的尾部并获取电机的转动增量数据，另一个位于联轴器与叶片之间并获取联轴器的转动增量数据。

6.根据权利要求1到5任一所述的光栅叶片控制装置，其特征在于，所述位置校准装置包括由触发器构成的位置计数单元，所述触发器为D 触发器和/或JK触发器。

7.根据权利要求6所述的光栅叶片控制装置，其特征在于，所述位置校准装置的位置计数单元由至少两个D触发器或至少两个JK触发器级联构成，D触发器之间的连接关系为：增量传感器的输出信号连接于第一个D触发器的CLK端，即第一个D触发器的CLK端作为整个位置计数单元的输入端，其D端与反相输出端以及第二个D触发器的CLK端连接，第一个D触发器的正相输出端Q作为位置计数结果输出端的Q0位，第二个D触发器的D端与它自身的反相输出端以及第三个D触发器的CLK端连接，第二个D触发器的正相输出端Q作为位置计数结果输出端的Q1位，以此类推完成所有D触发器的连接；JK触发器之间的连接关系为：增量传感器的输出信号连接于第一个JK触发器的CLK端，即第一个JK触发器的CLK端作为整个位置计数单元的输入端，其正相输出端Q与第二个JK触发器的CLK端连接，并且第一个JK触发器的正相输出端Q作为位置计数结果输出端的Q0位，第二个JK触发器的正相输出端Q与第三个JK触发器的CLK端连接，并且第二个JK触发器的正相输出端Q作为位置计数结果输出端的Q1位，以此类推完成所有JK触发器的连接，每个JK触发器的VOD端与其自身的J端和K端连接在一起。

8.根据权利要求7所述的光栅叶片控制装置，其特征在于，所述位置校准装置为至少两个，至少其中一个的位置计数单元由至少两个D触发器级联构成，并且同时至少其中一个的位置计数单元由至少两个JK触发器级联构成。

9.根据权利要求8所述的光栅叶片控制装置，其特征在于，所述当增量传感器为两个及两个以上时，并且一部分位于电机的尾端或前端输出轴侧，另一部分位于联轴器与叶片之间时，两部分增量传感器的输出分别连接到由不同的触发器构成的位置校准装置。

10.一种加速器治疗装置，其特征在于，包括权利要求1到9任一所述的光栅叶片控制装置。