电动多叶光栅通讯部分的FPGA实现

【摘要】：在肿瘤放射治疗技术中,三维适形放疗、调强放射治疗等技术中,电动多叶光栅(dynamic multi-leaf collimator)在其中是不可缺少的,它是精确放疗的大型医疗设备,使得放射治疗从辅助的普通放疗进入到了精确放疗的崭新阶段。它全部由电脑控制,接收并执行计划系统的计划文件,驱动叶片到位遮挡X射线,代替了传统的挡铅和手动光栅,而且大大缩短了病人的治疗时间,深受医生的欢迎。但由于国外设备进口价格昂贵,极大的限制了其发展。 本课题通过实践研究,完全自主开发出了新型电动多叶光栅,它具有开野大、稳定、易扩展维护等特点,本文介绍了老的光栅的系统结构,其设计采用了多块FPGA,通过插座和板相连,存在接触不良的问题,而且设计容量小无法进行扩展;同时新的需求要求两边能整体移动,这样两边的通讯不能通过PCB而要通过软线连接。我们采用了分布式的系统建立两边主从关系,通过LVDS技术进行高速通信,两边的处理器负责各自的控制算法,扩充了系统容量且提高了实时性,由于每个处理器的负荷只有以前的一半,所以整个系统驱动的叶片对数可以提高到以前的两倍以上。本人承担了其中的PC控制软件开发和底层的FPGA驱动部分。着重论述了FPGA的通讯模块,利用软硬件协同设计的思想划分系统模块,使得系统层次结构清楚、易维护。 根据放疗的4D治疗发展趋势,本文还进行了呼吸信号的采集和预测,进行了预测算法的研究,取得了不错的效果。此外根据实际需要给产品增加了远程更新程序的功能,以便于给用户升级维护。 最后实际产品测试和使用都非常稳定,取得的控制方案令人满意。近年来投放市场,产品的精度性能和稳定性非常好,取得了非常高的知名度,深受医院的欢迎。