在放射治療的實(shí)施過(guò)程中,多葉準(zhǔn)直器的使用目的是取代傳統(tǒng)的人工操作的鉛射野擋塊,使透過(guò)多葉準(zhǔn)直器葉片端面的射線在病灶靶區(qū)的投影輪廓與期望的射野形狀的輪廓適形。為了滿足該需求,需要對(duì)多葉準(zhǔn)直器的葉片到位精度進(jìn)行精確地控制。本文針對(duì)該問(wèn)題,并且考慮到多葉準(zhǔn)直器多葉片協(xié)同控制的情況,對(duì)多葉準(zhǔn)直器葉片位置控制策略進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:1)描述了放射治療終端設(shè)備中多葉準(zhǔn)直器的基本結(jié)構(gòu),分析了多葉準(zhǔn)直器控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和組成。分別建立了多葉準(zhǔn)直器葉片在靜態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療和動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療時(shí)的運(yùn)動(dòng)模型及控制策略。在此基礎(chǔ)上,提出了對(duì)多葉準(zhǔn)直器控制的要求。2)多葉準(zhǔn)直器的每一個(gè)葉片都有一套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)裝置,為了能夠保證每個(gè)葉片的到位精度,針對(duì)多葉準(zhǔn)直器的單葉片進(jìn)行了位置控制策略的研究。首先,選取了多葉準(zhǔn)直器葉片驅(qū)動(dòng)單元為被控對(duì)象,對(duì)其建立了數(shù)學(xué)模型。隨后針對(duì)該數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)了多葉準(zhǔn)直器單葉片位置PID控制器,以滿足葉片到位精度的要求。為了解決控制器參數(shù)整定困難的問(wèn)題,分別采取了模糊控制和粒子群算法(包括基本粒子群,加權(quán)粒子群算法和壓縮因子粒子群算法)對(duì)設(shè)計(jì)的控制器參數(shù)進(jìn)行了整定優(yōu)化,以滿足放射治療時(shí)葉片需要精確到位的要求。3)為了避免由于機(jī)械結(jié)構(gòu)引起葉片摩擦和碰撞,對(duì)葉片運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的干擾,增強(qiáng)葉片到位精度的抗干擾能力,并且考慮到PID控制器存在的積分環(huán)節(jié)會(huì)出現(xiàn)windup現(xiàn)象和使用粒子群算法優(yōu)化求解時(shí)容易陷入局部最優(yōu)解的問(wèn)題。結(jié)合分?jǐn)?shù)階理論與anti-windup控制器設(shè)計(jì)了多葉準(zhǔn)直器單葉片位置控制器,并采用量子粒子群算法對(duì)提出的分?jǐn)?shù)階anti-windup控制器參數(shù)進(jìn)行了整定優(yōu)化,達(dá)到放射治療時(shí)葉片可以精確到位的目的。4)多葉準(zhǔn)直器的葉片成對(duì)排列,在保證每個(gè)葉片獨(dú)立位置控制精度的基礎(chǔ)上,需要考慮多葉片之間的同步誤差,以便能夠更好的達(dá)到調(diào)強(qiáng)放射適形治療的目的。采用交叉耦合控制方法,提出了多葉片同步位置誤差的概念,定義了三種同步控制策略,并針對(duì)靜態(tài)放射治療的特性,研究了基于交叉耦合的多葉片PD同步控制策略,對(duì)控制策略的收斂性進(jìn)行了證明。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于交叉耦合的多葉片PD同步控制策略可以減少多葉片之間的同步位置誤差,提高了葉片的適形性能。5)針對(duì)動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)放射治療實(shí)施過(guò)程中,多葉準(zhǔn)直器葉片的運(yùn)動(dòng)在時(shí)間域是一種重復(fù)運(yùn)動(dòng)的特性在基于交叉耦合的多葉片PD跟蹤控制的基礎(chǔ)上,提出了基于交叉耦合的多葉片迭代學(xué)習(xí)同步適形控制策略。隨后,分析了采用多葉片同步控制策略產(chǎn)生葉片間累積同步誤差的原因,提出了“虛擬主葉片”的概念以減少累積誤差。最后,為了提高多葉片位置的控制精度,提出了基于位置域的主從交叉耦合迭代學(xué)習(xí)適形控制策略,以滿足放射治療的要求。
【學(xué)位單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH77
【部分圖文】：

圖 1.1 外照射的終端設(shè)備放療示意圖按照使用的不同的技術(shù)和不同的設(shè)備代精確的放射治療技術(shù)等兩大類別治療，是用常規(guī)的定位方法，在 x 光或重離子[22]放射治療設(shè)備等，在二維

葉片適形照射

圖 2.3 MLC 葉片常見(jiàn)形狀示意圖及相關(guān)術(shù)效果，也有學(xué)者和廠商針對(duì)多葉準(zhǔn)直具有多層的葉片，這種多層葉片的 度。早期，多層葉片多葉準(zhǔn)直器采取雙層葉片結(jié)構(gòu)的 MLC 是由西門子公司治療過(guò)程中，每層葉片均是在垂直于葉片同樣按照該方向重疊上下放置，出射方向?yàn)檩S，側(cè)向偏移一定的距離的間隙，因?yàn)橥高^(guò)上層 MLC 相鄰葉層 MLC 相鄰葉片間的空隙的射線由以避免治療過(guò)程中治療放射線從葉片產(chǎn)生的相鄰葉片之間的摩擦與碰撞，力。Leaf 是另外一種具有雙層葉片結(jié)構(gòu) M

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張炳昌;宋強(qiáng);;瓦里安醫(yī)用直線加速器MLC部分工作原理與維修[J];中國(guó)醫(yī)療設(shè)備;2015年03期

2 陳婷婷;鐘睿;孫官清;柏森;;國(guó)產(chǎn)外置式自動(dòng)多葉準(zhǔn)直器控制設(shè)計(jì)及其臨床性能測(cè)試分析[J];中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志;2014年02期

3 張?chǎng)?黨建武;王陽(yáng)萍;;基于PSO的多葉準(zhǔn)直器PID控制器參數(shù)優(yōu)化研究[J];蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào);2013年06期

4 張?chǎng)?劉e

本文編號(hào)：2812581