专利名称：放射源对中误差的计算方法
技术领域：
本发明涉及釆用激光射源或其它射源的无机械接触式设备，测量放射源对中误差的计算 方法，具体涉及一种放射性外科治疗仪的放射源对中误差的计算方法。
背景技术：
放射性外科治疗仪是利用放射性材料的X或Y射线杀死癌细胞的治疗仪器，放射性外科 治疗仪主要由滚筒及治疗头组成，治疗头的安装位置决定了放射线聚焦的位置,聚焦的位置即 是癌细胞的位置,如果聚焦不准,不仅不会杀死癌细胞,而且会将正常细胞杀死，给患者造成健 康损伤。在治疗过程中，为避免放射线聚焦点集中于皮肤的某一点，灼伤损坏皮肤，因此滚 筒和治疗头在不停地运转，其位置也在不断地变化，但放射源的聚焦点始终对准癌细胞。由 于滚筒和治疗头受到的重力及离心力方向也是在不停地变化，容易造成滚筒的变形，滚筒的 变形量直接影响治疗头的射线聚集精度。传统的设计方法不能在设计阶段准确的计算放射源 对中误差，只能大约估计，只有在产品设计完成并制造出样机后，进行实测时才能知道误差 的大小，多次修正误差，则需重复设计、制造样机进行实验，不仅设计周期长，而且对人力 物力产生极大浪费，使设计成本大大提高，同时精确度仍无可靠保证。发明内容本发明的目的是公开一种放射源对中误差的计算方法，针对现有放射性外科治疗仪，在 设计阶段不能精确计算放射源对中误差的问题，通过理论分析，建立数学模型，利用有限元 计算，达到在设计阶段能够精确计算放射源的对中误差，克服现有技术依靠实测才能知道误 差的大小，设计成本高，周期长，使用性差、准确率低等缺点。本发明的整体技术思路是设计一个类似图钉结构的"盖针"，盖针的针尖的位置在滚筒的中心，盖针的盖的尺寸与治疗头一致，并取代治疗头，安装在治疗头的位置，盖针的针尖代表放射源的聚焦点，计算出治疗头的重量和质心，将治疗头的重量根据力学的等效原理简化到治疗头的安装位置，使用有限元软件计算滚筒组件的应力和位移，计算出盖针针尖的位移量即可得到放射源对中误差值。放射源对中误差的计算方法，采用有限单元法，利用软件计算，其特点是釆用如下步骤:3A) 计算出治疗头的重量和质心，将治疗头的重量根据力学的等效原理简化到治疗头的安装位 置；B) 设计一个盖针代表治疗头，盖针的结构为上面有一盖，盖的中心连接有一根针，盖的尺 寸与治疗头一致，并安装在治疗头的位置；盖针针尖的位置在滚筒的中心，代表放射源的 聚焦点，盖针质量极小可忽略，盖针刚度取很大的值，使盖针在受到重力的时候发生的变 形很小，可以忽略；C) 根据滚筒的材料的物性参数，设置有限元计算所需要的参数及约束；D) 使用有限元软件计算滚筒各组件的应力和位移，所得到盖针针尖的位移量即是放射源对中 误差值。本发明设计的盖针，盖沿上每一点与针尖连线所形成的锥体，用于代表治疗头的放射线 的辐射角度，针尖代表射线聚焦点；由于放射性射线本身质量极小可忽略，放射性射线不易 弯曲的特点，所以设计的盖针质量极小可忽略，盖针刚度极大不变形。本发明的方法在设计阶段即可比较准确地计算放射源的对中误差，从而使设计错误消灭 在设计阶段，本方法可以重复进行，当设计不满足精度要求时，可以更改设计，然后再次计 算，直到满足要求为止。本方法不仅能保证设计精度，而且还可以对结构进行优化设计，避 免了冗余设计，减轻重量，节省成本。比传统的计算方法精度提高数十倍到数百倍，节省大 量时间和试验成本。附圉说明图l.盖针的主视國和俯视图； 图2.盖针的轴测图； 图3.装有盖针的滚筒主视图； 图4.装有盖针的滚筒轴测图。 1.盖针，2.滚筒。
具体实施方式
下面M,國和桊鐮镯鰣本发明韵放射源对中误差的计算方法，做进一步详细描述。本实i^i暴用于"隧ii,式鈷柳放射外科治疗系统"的放射线聚焦位置精度的计算。首先要根据采用的有限元软件的要求，设置滚筒上面的所有零件和部件的接触关系。在 网格划分时保证他们之间的节点的协调性，然后按以下步骤进行-1. 计算出治疗头的重量和质心，将治疗头的重量根据力学的等效原理简化到治疗头的安装位置；所述力的简化要根据滚筒旋转到的位置而计算出重力与滚筒圆心的方向，滚筒旋转到 不同的位置，重力与滚筒圆心连线的方向也不同。2. 为准确设计放射线聚焦点的位置，设计一个类似图钉结构的盖针代表治疗头，盖针的结构如图l、图2所示，上面有一盖，盖的中心处连接有一根针，盖针的尺寸与安装位置如图 3，所示，盖针1的尺寸与治疗头一致，并安装在治疗头的位置；盖针l针尖的位置在滚 筒2的圆心，代表放射源的聚焦点，盖针质量极小可忽略，可取质量为1E-50，盖针刚度 取很大的值，例如9E59，主要目的是使盖针在受到重力的时候发生的变形很小，可以忽 略；3. 根据滚筒的材料的物性参数，设置有限元计算所需要的参数及约束；4. 使用有限元软件计算滚筒组件的应力和位移，当滚筒2不断转动时，如图4所示，盖针l的针尖位置由于受滚筒变形影响会产生位移，偏离滚筒2的圆心；采用本发明的计算方 法，可得到盖针针尖的位移量，计算出的盖针针尖的位移即为由于滚筒变形引起的对中 误差。在设计产品时修正误差，即可得到精确的放射性外科治疗仪。本发明放射源对中误差的计算方法，可以使用任何有限元软件计算。
权利要求
1. 放射源对中误差的计算方法，采用有限单元法，利用软件计算，其特征在于实施以下步骤A)计算出治疗头的重量和质心，将治疗头的重量根据力学的等效原理简化到治疗头的安装位置；B)设计一个盖针代表治疗头，盖针的结构为上面有一盖，盖的中心连接有一根针，盖的尺寸与治疗头一致，并安装在治疗头的位置；盖针针尖的位置在滚筒的圆心，代表放射源的聚焦点，盖针质量极小可忽略，盖针刚度取很大的值，使盖针在受到重力的时候发生的变形很小，可以忽略。C)根据滚筒的材料的物性参数，设置有限元计算所需要的参数及约束；D)使用有限元软件计算滚筒各组件的应力和位移，所得到盖针针尖的位移量即是放射源对中误差值。
全文摘要
放射源对中误差的计算方法，采用有限元软件计算，其特点是A)计算出治疗头的重量和质心，根据力学的等效原理简化到治疗头的安装位置；B)设计一个盖针代表治疗头，其结构为上面有盖，盖的中心连接一根针，盖安装在治疗头的位置；针尖的位置在滚筒的圆心，代表放射源的聚焦点，盖针取质量极小可忽略，盖针取刚度极大，变形很小可忽略；C)根据滚筒的材料的物性参数，设置有限元计算所需要的参数及约束；D)使用有限元软件计算滚筒组件的应力和位移，所得到盖针针尖的位移量即是放射源对中误差值。本发明可以在设计阶段比较准确地计算放射源的对中误差，并可对结构进行优化设计，提高设计精度，节省大量时间和试验成本。
文档编号G06F17/00GK101248999SQ20071003769
公开日2008年8月27日 申请日期2007年2月25日 优先权日2007年2月25日
发明者仲梁维, 静 倪, 吴觉士, 徐增豪 申请人:上海理工大学