放射性治療（ 簡(jiǎn)稱放療） 是當(dāng)前腫瘤治療的主要手段之一， 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起和應(yīng)用， 放療裝置有了很大發(fā)展， 而對(duì)病灶靶區(qū)實(shí)施精確的劑量照射已經(jīng)成為現(xiàn)代放療技術(shù)發(fā)展的主要方向。適形放射治療 是一種適應(yīng)這種發(fā)展的體外照射技術(shù)， 與常規(guī)放療設(shè)備相比， 適形放射治療設(shè)備增加 了多葉準(zhǔn)直器— ML C， 又稱多葉光柵， 多葉光闌 。 [b]mlc的工作原理 [/b] 由數(shù)十對(duì)擋塊條（ 或稱葉片） 組成， 如圖中所示， 每個(gè)擋塊條都用一個(gè)微型電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。它置于加速器機(jī)頭的射線出口處， 其主要原理是借助于微機(jī)對(duì)多葉準(zhǔn)直器內(nèi)多個(gè)葉片的精確控制， 來調(diào)制射束的形狀， 利用 M L C每一對(duì)葉片的相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 使得射束的形狀與病灶靶區(qū)在落照射平面上的投影近似， 可得到照射強(qiáng)度不均勻分布的照射野，對(duì)具有不同病灶形狀的患者進(jìn)行個(gè)體化擋塊治療，或通過治療計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)適形治療， 即隨著加速器機(jī)架的旋轉(zhuǎn)， 不停地開閉各擋塊條， 使得給出的射線野形狀與需要照射的腫瘤形狀始終保持一致， 從而消除了過去加速器和鈷 6 0機(jī)在固定治療時(shí)人工擋 　　塊的隨意性和不可重復(fù)陛， 以及動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)治療時(shí)照射野不能隨形（ 病灶形狀） 而變的弊端， 有效地保護(hù)了周邊正常組織器官， 使放射治療更具合理性和科學(xué)性， 極大地提高了腫瘤治愈的 可靠性、 安全性。 [b]的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由ML C可得其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)要求： [/b]　　①位移精度。伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的位移精度是指計(jì)算出的葉片進(jìn)給位移量與葉片實(shí)際位移量之間的符合 程度。插補(bǔ) 器或計(jì)算機(jī) 的插補(bǔ)軟件 每發(fā)出一個(gè)指令， 伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的葉片位移量。 　?、谌~片運(yùn)動(dòng)跟隨位移指令移動(dòng)的跟隨誤差小，即葉片隨著加速器照射頭的旋轉(zhuǎn) ， 要及時(shí)形成照射野的形狀， 也就是說， 伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng) 的速度響應(yīng)快。 　　控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案選擇。單片機(jī)系統(tǒng)價(jià)格低廉， 但處理速度較慢、 位少， 響應(yīng)慢， 且網(wǎng)絡(luò)通信能力差， P L C系統(tǒng)多軸聯(lián)動(dòng)的處理能力較弱，難以實(shí)現(xiàn)多軸的軌跡插補(bǔ)， 且高性能的P L C系統(tǒng)價(jià)格昂貴， 選型非常困難。因此， 上述兩種方案均不能滿足本系統(tǒng)的要求。而上位機(jī) +多軸運(yùn)動(dòng)控制器的兩級(jí)控制， 一方面是由多軸運(yùn)動(dòng)控制器完成伺服運(yùn)算、 軌跡插補(bǔ)、 I ／ 0控制等功能， 并能進(jìn)行 8軸以上控制； 另一方面上位機(jī)可同時(shí)接收腫瘤圖像處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理， 兩者之間采用 R S - 2 3 2串行通信接口， 處理速度快， 能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的算法。 　　綜上所述， 針對(duì)ML C的特點(diǎn)， 采用基于P C機(jī)的開放式數(shù)控系統(tǒng)作為它的控制系統(tǒng)， 即上位機(jī) +多軸運(yùn)動(dòng)控制器 P MA C（ P r o g r a m Mu l t i p l e A x i s e s C o n —， 并同時(shí)確定 P MA C在 ML C裝置中的主要作用：①對(duì)反饋的葉片位置數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 應(yīng)用相應(yīng)的算法和原理進(jìn)行葉片位置和速度的控制②對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制， 使之形成所要的葉片形狀。由此， 可設(shè)計(jì)出 ML C裝置的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)， 如圖2所示 。 　　上位機(jī)接收 ML C葉片驅(qū)動(dòng)文件后， 完成葉片位置／ 速度信號(hào)的給定、 與 P MA C多軸控制卡的交互通信、 葉片運(yùn)行過程中位置／ 速度信號(hào)顯示、 整個(gè)系　　統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控等功能。P MA C多軸控制卡用來完成運(yùn)動(dòng)反解算法的計(jì)算， 采集位置／ 速度傳感器檢測(cè)的葉片位置／ 速度信號(hào)， 并完成各位置伺服系統(tǒng)控制運(yùn)算。P M AC多軸控制卡輸出的控制指令信號(hào)來控制 ML C葉片動(dòng)作。 　　多軸運(yùn)動(dòng)控制卡是利用高性能微處理器如 D S P （ 數(shù)字信號(hào)處理器）及大規(guī)模可編程器件實(shí)現(xiàn)多個(gè)伺服電機(jī)的多軸協(xié)調(diào)控制， 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的底層軟件和硬件集成， 使其具有伺服電機(jī)控制所需的各種位置、 速度控制功能，并可以通過選擇硬件設(shè)置（ 通過選項(xiàng)和輔助） ， 設(shè)置參數(shù)和編寫運(yùn)動(dòng)及 P L C程序的， 從而實(shí)現(xiàn)特殊的用途。P MA C的 C P U與軸的通信是通過被特殊設(shè)計(jì)的門陣列 I C S（ 即 D S P G A T E） 來實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)能夠控制四個(gè)模擬輸出通道， 四個(gè)作為輸入的編碼器， 和四個(gè)來 自附件的模擬驅(qū)動(dòng)輸入。一個(gè)板可以同時(shí)用這些門陣列 I C s的一個(gè)到四個(gè)進(jìn)行組合， 從而確定硬件的配置， 輸入和輸出的數(shù)量和類型 ， 最多可以有 1 6個(gè) P M AC板完全 同步 的級(jí)聯(lián)到共同使用， 總共控制可達(dá) 1 2 8根軸。有標(biāo)志信號(hào)輸入 、 通用 I ／ 0接 口。 　　在 M L C裝置中使用了三塊 P M A C卡來實(shí)現(xiàn)2 o個(gè)葉片的閉環(huán) P I D位置伺服控制， 每塊板最多可以擴(kuò)展8 個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換通道， 作為 P M A C控制卡與位置／ 速度傳感器的接口， 實(shí)現(xiàn)位置／ 速度檢測(cè)信號(hào)的反饋。本文僅以ML C葉片初始化模塊中的零位標(biāo)定為例， 介紹其實(shí)現(xiàn)的過程。 　　在每個(gè)葉片的后端（ 如圖 1所示） 安裝一個(gè)傳感器， 在開始照射之前 ， 每對(duì)葉片都應(yīng)該是互相合攏的狀態(tài)。因此， 首先將每對(duì)葉片開至其位移最大處， 在控制每對(duì)葉片從最大位移處向互相合攏的狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)葉片合攏之后， 傳感器正好動(dòng)作， 此時(shí)傳感器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖， P M AC就可以利用這一脈沖實(shí)現(xiàn)對(duì)零位的標(biāo)定。以其中一對(duì)葉片為例， 具體的實(shí)現(xiàn)方法是， 在標(biāo)定時(shí)首先讓葉片 1向左運(yùn)動(dòng)， 葉片 1 — 1向右運(yùn)動(dòng)，　　直到碰到各 自的左、 右限位， 然后葉片 1與葉片 1 .執(zhí)行回零運(yùn)動(dòng)。程序流程圖如圖3所示。 [b]部分程序的實(shí)現(xiàn)過程如下： [/b]　　首先設(shè)置一個(gè)定時(shí)器， 設(shè)置其 i n t e r n a l 的值為， 其 E n a b l e d屬性為 t r u e ， 再設(shè)置一個(gè)初始值為的整型變量 s 。 結(jié)論 本文將數(shù)控系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)控制理論， 應(yīng)用于適形放射治療中多葉準(zhǔn)直器精確運(yùn)動(dòng)控制中， 并對(duì)其運(yùn)動(dòng)控制的方法進(jìn)行了改進(jìn)， 充分利用 P M AC多軸運(yùn)動(dòng)控制卡的特點(diǎn)， 可以控制的多個(gè) ML C葉片， 使照射野與病灶輪廓投影相似度增強(qiáng)， 并能滿足位置控制的精度， 使 ML C葉片根據(jù)病灶的形狀準(zhǔn)確到達(dá)相應(yīng)位置， 提高了腫瘤放射治療的可靠性和安全性. 參 考 文 獻(xiàn) 梅偉東， 劉 金。放射治療的新技術(shù)一多葉準(zhǔn)直器。醫(yī)療裝備，； （ 1） ： 3 叫李光明， 李樹祥， 呂慶文， 等。多葉準(zhǔn)直器的葉片最優(yōu)位置的分析。中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志， 2 0 0 1 ； 1 8 （ 1 ） ： 5 —楊 鵬，粱利華 ， 宋吉廣， 等?；赑 MA C的6自由度船舶運(yùn)動(dòng)模擬臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。制造業(yè)信息化， 2 0 0 6； 2 8 （ 1 1 ） ： 5 l —王正林。過程控制與 S i m u l i n k應(yīng)用。 北京： 電子工業(yè)出版社。 點(diǎn)擊此處下載資料:基于PMAC的多葉準(zhǔn)直器裝置運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究 編輯:何世平