基于纹理特征的多叶准直器叶片定位装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于纹理特征的多叶准直器叶片定位装置，每个叶片上均设有一根信号采集光纤，沿平行于叶片长度的方向布线，靠近叶片头部位置的光纤端面垂直对准叶片表面，且光纤端面与叶片上表面之间存在一定的间隙；多叶准直器的每个叶片上表面均设有周期性的明暗相间的条纹；该装置还包括信号处理电路，与所述信号采集光纤连接，将采集的光纤信号进行光电转换并处理得到脉冲信号，并对该脉冲信号进行脉冲计数；该装置还包括运动方向采集电路，与驱动叶片的电机的自带编码器连接。本实用新型实现了高精度的叶片定位，并保证了定位装置在辐射环境下长期稳定可靠的运行。
【专利说明】
基于纹理特征的多叶准直器叶片定位装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及叶片定位装置，尤其涉及一种基于纹理特征的多叶准直器叶片定位装置。
【背景技术】
[0002]在精确放疗中，需要在靶区的投影方向上尽可能精确形成与靶区形状一致的照射野，因此对照射野形状的精确性有较高的要求。
[0003]多叶准直器是用来产生适形辐射野的机械运动部件，俗称多叶光栅、多叶光阑等等，广泛应用于医学领域，多叶准直器是目前实现精确放疗射野形状的最主要设备。多叶准直器叶片运动位置的精确程度直接影响照射野形状的精确性。
[0004]现有技术中对多叶准直器的定位主要采用电容屏式反馈或者磁栅反馈式，但是接触式定位装置会与叶片接触并发生相对移动，容易造成器件的磨损，因此接触式定位装置的使用寿命短、定位可靠性也较差。非接触式主要采用红宝石配合CCD相机定位方式，该非接触方式由于CCD相机长期处于辐射环境中，CCD芯片容易失效，需要经常更换CCD相机。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中接触式定位装置的使用寿命短、定位可靠性也较差的缺陷，以及非接触式需要CCD芯片容易失效，需要经常更换CCD相机的缺陷，提供一种非接触式的基于纹理特征的多叶准直器叶片定位装置。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]提供一种基于纹理特征的多叶准直器叶片定位装置，包括一根信号采集光纤，沿平行于叶片长度的方向布线，靠近叶片头部位置的光纤端面垂直对准叶片表面，且光纤端面与叶片上表面之间存在一定的间隙；多叶准直器的叶片上表面设有周期性的明暗条纹结构；
[0008]该装置还包括信号处理电路，与所述信号采集光纤连接，将采集的光纤信号进行光电转换并处理得到脉冲信号，并对该脉冲信号进行脉冲计数；
[0009]该装置还包括运动方向采集电路，与驱动叶片的电机的自带编码器连接。
[0010]本实用新型所述的装置中，所述信号采集光纤贴在原多叶准直器安装电容屏的位置。
[0011 ]本实用新型所述的装置中，所述周期性的明暗条纹的周期为0.01-0.2_。
[0012]本实用新型所述的装置中，光纤端面与叶片上表面之间的间隙为0.01-0.5mm。
[0013]本实用新型所述的装置中，所述信号处理电路包括顺次连接的整形电路、微分电路和计数器，所述整形电路与所述信号采集光纤连接。
[0014]本实用新型所述的装置中，所述信号采集光纤为抗辐射光纤。
[0015]本实用新型产生的有益效果是:本实用新型通过非接触式的叶片定位装置来对多叶准直器的叶片进行定位，从而避免了器件的磨损。通过在叶片表面制作精密的周期性明暗条纹结构，根据光纤的反射信号记录光纤经过每一个光栅之后所获得的反射光信号的个数，从而得到叶片相对于光纤头的位移量。通过运动方向采集电路，从电机自带编码器的反馈信号中获得电机正转反转信息，再通过判断驱动叶片的电机的正转、反转就可获得叶片的运动方向信息，从而实现了高精度的叶片定位，并保证了定位装置在辐射环境下长期稳定可靠的运行。
【附图说明】
[0016]下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:
[0017]图1是本实用新型实施例信号采集光纤安装在多叶准直器上的局部结构示意图；
[0018]图2是本实用新型实施例单根信号采集光纤的输出的反射信号示意图；
[0019]图3是本实用新型实施例信号处理电路的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0021]本实用新型实施例的基于纹理特征的多叶准直器叶片定位装置，如图1所示，每个叶片3上均设有一根信号采集光纤I，沿平行于叶片长度的方向布线，靠近叶片头部位置的光纤端面垂直对准叶片表面，且光纤端面与叶片上表面之间存在一定的间隙；多叶准直器的每个叶片上表面均设有周期性的明暗相间的条纹结构2，信号采集光纤垂直于叶片表面布置。该装置还包括信号处理电路，与信号采集光纤连接，将采集的光纤信号进行光电转换并处理，得到叶片移动方向的脉冲信号，并根据脉冲信号计数得到叶片在周期性明暗相间的条纹结构上移动的条纹个数，根据条纹个数以及条纹宽度，就可以得到叶片移动的距离。
[0022]本发明的一个实施例中，多叶准直器叶片定位装置可以仅包括一个总的信号处理电路，同时处理不同叶片对应的信号采集光纤的信号。多叶准直器叶片定位装置也可以包括多个信号处理电路，每一个分别处理信号采集光纤的信号。
[0023]该装置还包括运动方向采集电路，与电机的自带编码器连接，叶片的运动方向信息可通过判断驱动叶片的电机的正转、反转获得，电机正转反转信息可从电机自带编码器的反馈ig号中获得。
[0024]本实用新型的一个较佳实施例中，采取光栅光电读数的方式，通过在叶片3表面制作精密的刻度(即周期性的明暗相间条纹结构2)，记录光纤经过每一个条纹之后所获得的反射光脉冲信号的个数，从而得到叶片相对于光纤头的位移量。
[0025]光纤可安装在原先多叶准直器的电容屏的位置上，以取代电容屏。光纤的端面垂直对准叶片的上表面。传输光纤贴着电容屏位置，并沿着平行于叶片长度的方向走线，到靠近叶片头部位置再向下，垂直对准叶片表面。光纤端面与叶片上表面的距离为0.01-0.5mm，如可设计为0.1mm，以保证反射光被光纤有效的收集。在叶片前后移动时，这个距离尽可能保持不变，防止收集的反射光的强弱变化，形成干扰信号。
[0026]叶片上表面的周期性明暗相间条纹结构，能够在光纤与叶片相对移动时，使光纤的反射光的光强形成周期性的变化，其周期在0.01-0.2_之间。
[0027]根据整个系统对定位精度的需求，为了实现±0.3mm的重复定位精度，叶片表面的明暗相间条纹结构的周期需要尽量的小。由于单模光纤的模场直径(MFD)为10.5±1.0nm，数值孔径(NA)—般为0.14，也就是说光纤的出射光的单边发散角大约为8度。那么对于距离光纤端面0.1mm的地方，光纤的出射光的光斑直径大约为0.028_。
[0028]出射光经过叶片表面反射后，回到光纤端面的位置，部分光被光纤收集，作为反射信号传输到后续的系统。光纤对反射光的收集能力是由光纤的数值孔径(NA)决定的。也就是说，只有在光纤纤芯范围，入射角小于8度的光能被光纤收集。因此，实际上在0.028mm直径的光斑范围内，只有中央的直径小于10.5微米的光斑能够被反射到光纤从而被收集。因此，理论上，只要叶片表面明暗相间条纹结构的周期不小于这个值，光纤就可以通过反射光强的变化识别出条纹的移动。
[0029]因此对于通信光纤而言，其能识别0.0lmm的光斑变化，因此为了实现±0.3mm的重复定位精度，要将明暗相间条纹结构的尺寸做到尽量小于这个值的十倍。
[0030]当光纤与叶片发生相对移动的时候，由于叶片表面条纹的明暗结构，使得光纤所收集的反射光信号会发生强弱的变化。如图2所示，反射光每到达一个峰值，就表示叶片移动了一个条纹的周期的距离，如可通过计数的方式来进行叶片的位移测量。但是这样只能获得移动的距离的大小，并不能得到移动方向的信息。
[0031]为了能够判别叶片的移动方向，通过判断驱动叶片的电机的正转、反转获得，电机正转反转信息从电机自带编码器的反馈信号中获得。
[0032]本实用新型的一个实施例中，光纤中的光信号经过光电转换转变成为电信号，由整形电路整形，得到方波。再经过微分电路处理，得到可以供计数器计数用的脉冲信号。如图3的框图所示，信号处理电路包括顺次连接的整形电路、微分电路和计数器，整形电路与信号采集光纤连接。
[0033]根据系统总体性能指标，考虑系统冗余系数为4，则叶片移动速度达到80mm/s。如果叶片表面的明暗相间条纹结构周期设计为0.01mm，则所产生的反射光的信号频率为8000Hz，而一般的光电二极管的响应频率基本上都在10kHz以上，因此能够很好的探测每个明暗相间条纹结构周期产生的信号。
[0034]对于叶片所处的伽马射线的辐照环境可能会对光纤器件造成的影响，一方面将原先的电容屏做成辐射保护的材料，另一方面选取抗辐射光纤作为传输光纤，以降低辐射对光纤传输损耗的影响。
[0035]目前，长飞(YOFC)等公司都具有成熟的抗辐射光纤产品。比如长飞公司的抗辐射单模光纤，根据TIA/EIA 455—64标准测试，其在总剂量50krad，剂量率为0.lrad/s的连续脉冲福照下，在1310nm窗口的附加损耗是小于3dB/km的。这样的光纤对于医用伽马福射环境，加上相应的辐射保护，可以保证光纤信号传输长期稳定的运作。
[0036]本实用新型通过计数的方式来进行叶片的位移测量，其定位的精度主要决定于叶片表面的刻度的精密程度。由于光纤的数值孔径和纤芯模场直径都足够的小，使得光纤在收集入射光时的空间分辨力度较大。如前面所讨论的，单模光纤能分辨0.0lmm的光斑。因此，用光纤定位的方式，可以达到0.0 Imm量级的精度。
[0037]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种基于纹理特征的多叶准直器叶片定位装置，其特征在于，每个叶片上均设有一根信号采集光纤，沿平行于叶片长度的方向布线，靠近叶片头部位置的光纤端面垂直对准叶片表面，且光纤端面与叶片上表面之间存在一定的间隙；多叶准直器的每个叶片上表面均设有周期性的明暗相间条纹结构； 该装置还包括信号处理电路，与所述信号采集光纤连接，将采集的光纤信号进行光电转换并处理得到脉冲信号，并对该脉冲信号进行脉冲计数； 该装置还包括运动方向采集电路，与驱动叶片的电机的自带编码器连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号采集光纤贴在原多叶准直器安装电容屏的位置。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述周期性的明暗条纹的周期为0.0l-0.2mmo4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，光纤端面与叶片上表面之间的间隙为0.01-0.5mmο5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理电路包括顺次连接的整形电路、微分电路和计数器，所述整形电路与所述信号采集光纤连接。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号采集光纤为抗辐射光纤。
【文档编号】G06K9/00GK205486166SQ201620064925
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月22日
【发明人】罗博, 刘书辉, 刘涛, 李沨, 欧阳杰, 桂睿凡
【申请人】武汉恒力华振科技有限公司