多叶光栅控制系统的構成原理圖

多叶光栅(multi leaf collimator),又称多叶准直器,是一种用于成型射野,屏蔽射野外多余射线的特殊装置。在辐射治疗中,常使用鎢合金多叶光栅将射线束流引导到肿瘤部位,达到杀死病变细胞同时又保护正常组织的目的。自动鎢合金多叶光栅则是采用可自动驱动的多组叶片构成的光栅结构,每个鎢合金叶片经由丝杆与微型电机相连,控制电机的转动从而推动叶片的移动,使得位于射野两侧的多个叶片能合围成一个治疗方案所需的形状作为射线束的入射孔。治疗计划系统根据肿瘤的轮廓数据 给出鎢合金多叶光栅的成型参数,并传递给多叶光栅,实现治疗过程的自动控制。

钨合金多叶光栅控制系統由56块片组成,左、右两侧各28片,每片通过丝杆连接到微型电机。工作时通过单片机控制微型电机转动,从而控制钨合金叶片的位移。为了测量移动距离,在微型电机的末端安装有编码器,单片机通过测量编码器的输出可知目前叶片所在位置。鎢合金多叶光栅控制系统为了有统一的位置参考,还在每个钨合金叶片的末端安装有一个光电定位开关,用以进行零位标定。

鎢合金多叶光栅控制系统采用一主多从的上、下位多计算机结构,其原理结构如图所示。图中上位控制计算机主要用于人机交互、控制命令的传递、控制参数的下载、鎢合金叶片位置的显示、故障报警以及治疗过程的跟踪、记录等。下位机包括28个单片机,它们负责实现对电机的运转方向,运转速度,启动,停止,复位的控制以及电机转 动圈数(对应丝杆推动叶片运动的位移)和叶片定位开关的测量。系统共有56路模拟输入(电机输出脉冲测量)、56路模拟输出(电机驱动电压) 和56路开关量输入(叶片定位开关)。所有系统逻辑均通过在系统编程芯片isp (in-system -programmable)实现。

在一次辐射治疗中,常常需要在不同方位进行照射,亦即需要鎢合金多叶光栅形成有多个射野。系统采用各个电机独立控制的方法,每个鎢合金单片机控制电机,为了提高精度,采用脉冲宽度调制(pwm)的方法控制电机转速。

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