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《上海交通大学》 2008年
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电动多叶光栅叶片位置和速度的智能控制

姚战江  
【摘要】: 随着肿瘤放射治疗技术的发展,随着三维适形放疗(3D Conformal Radio Therapy,即3DCRT)、调强放射治疗(Intensity Modulate Radio Therapy,即IMRT)、影像引导治疗(Image Guide Radio Therapy,即IGRT)等技术的临床应用日趋成熟,肿瘤放射治疗在临床肿瘤治疗中的作用也越来越被临床工作者和患者所接受,越来越多的患者需要进行放射治疗,然而如果用传统的办法开展新技术,将大大增加医务工作者的工作量,且治疗效率非常低,治疗效果不太理想。因此需要一种新型设备帮助临床医务工作者高效安全的开展放疗新技术,使更多的肿瘤患者尽早的接受治疗。 作为开展放疗新技术的电动多叶光栅(Dynamic Multi-leaf Collimator,即DMLC)有着举足轻重的作用,它可以同时完成目前临床的普通放疗、三维适形放疗、调强放射治疗、影像引导治疗,使得病人治疗效率比原来提高了近一倍,大大降低了临床工作者的工作量,减少了铅污染,有效的保护了医务工作者,减少了对环境的污染。同时对电动多叶光栅的技术要求也越来越高,从电动多叶光栅的临床作用来看,对作为电动多叶光栅最主要部分且会直接影响到治疗效果的电动多叶光栅叶片运动控制的要求就更高。因为电动多叶光栅的叶片材料为钨合金,非常重,光栅运行时,整个光栅悬挂在直线加速器加速器的机头,这样在考虑控制叶片运动时,要考虑到它的重力、加速度等各方面的因素,叶片的运动直接影响了X射线在病人体部的分布,因此对叶片运动速度的控制要求有很好的加速度和良好的动态性能,这样针对于肺部肿瘤病人和其它运动器官肿瘤病人的治疗有很大的帮助,对叶片位置控制精度控制要求也越来越高,这点对于前列腺病人非常重要。由于国外成套设备价格昂贵,因此开发满足临床新要求的电动多叶光栅是市场提出的一个迫切的要求,并勾画了美好的市场前景。 本课题主要研究的是基于满足三维适形放疗、调强放射治疗、影像引导治疗需求的电动多叶光栅叶片位置和速度智能控制的设计。论文涉及了电动多叶光栅叶片位置和速度控制临床需求功能分析、叶片智能控制方案设计、智能控制方案的实现及验证,设计了串级PID控制和基于小脑模型(CMAC)的前馈自适应控制策略(Adaptive control)。通过设计的方案对54个伺服电机的智能控制,完成了对电动多叶光栅叶片位置和速度的智能控制。论文给出了通过后台软件监控软件显示的控制系统的实施结果,并将所测量的电动多叶光栅叶片位置、速度智能控制的结果与国外同类产品做了相关的性能指标对比,从对比的结果上分析,可以看出来我们对电动多叶光栅叶片位置和速度的智能控制方案还是比较成功的,取得的效果还是令人满意的,基本上达到了设计的要求。最后,研究了电动多叶光栅的自适应控制技术,并对所选择的方案采用MATLAB仿真平台给出了仿真结果。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TH774

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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2 张红志,胡逸民,张春利,陈冰,韩东生,戴建荣;X线立体定向治疗系统的剂量测量—小野剂量分布测量方法[J];中华放射肿瘤学杂志;1996年02期
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