專利名稱：放射源對(duì)中誤差的計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及釆用激光射源或其它射源的無(wú)機(jī)械接觸式設(shè)備，測(cè)量放射源對(duì)中誤差的計(jì)算 方法，具體涉及一種放射性外科治療儀的放射源對(duì)中誤差的計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
放射性外科治療儀是利用放射性材料的X或Y射線殺死癌細(xì)胞的治療儀器，放射性外科 治療儀主要由滾筒及治療頭組成，治療頭的安裝位置決定了放射線聚焦的位置,聚焦的位置即 是癌細(xì)胞的位置,如果聚焦不準(zhǔn),不僅不會(huì)殺死癌細(xì)胞,而且會(huì)將正常細(xì)胞殺死，給患者造成健 康損傷。在治療過(guò)程中，為避免放射線聚焦點(diǎn)集中于皮膚的某一點(diǎn)，灼傷損壞皮膚，因此滾 筒和治療頭在不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，其位置也在不斷地變化，但放射源的聚焦點(diǎn)始終對(duì)準(zhǔn)癌細(xì)胞。由 于滾筒和治療頭受到的重力及離心力方向也是在不停地變化，容易造成滾筒的變形，滾筒的 變形量直接影響治療頭的射線聚集精度。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法不能在設(shè)計(jì)階段準(zhǔn)確的計(jì)算放射源 對(duì)中誤差，只能大約估計(jì)，只有在產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成并制造出樣機(jī)后，進(jìn)行實(shí)測(cè)時(shí)才能知道誤差 的大小，多次修正誤差，則需重復(fù)設(shè)計(jì)、制造樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不僅設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，而且對(duì)人力 物力產(chǎn)生極大浪費(fèi)，使設(shè)計(jì)成本大大提高，同時(shí)精確度仍無(wú)可靠保證。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種放射源對(duì)中誤差的計(jì)算方法，針對(duì)現(xiàn)有放射性外科治療儀，在 設(shè)計(jì)階段不能精確計(jì)算放射源對(duì)中誤差的問(wèn)題，通過(guò)理論分析，建立數(shù)學(xué)模型，利用有限元 計(jì)算，達(dá)到在設(shè)計(jì)階段能夠精確計(jì)算放射源的對(duì)中誤差，克服現(xiàn)有技術(shù)依靠實(shí)測(cè)才能知道誤 差的大小，設(shè)計(jì)成本高，周期長(zhǎng)，使用性差、準(zhǔn)確率低等缺點(diǎn)。本發(fā)明的整體技術(shù)思路是設(shè)計(jì)一個(gè)類似圖釘結(jié)構(gòu)的"蓋針"，蓋針的針尖的位置在滾筒的中心，蓋針的蓋的尺寸與治療頭一致，并取代治療頭，安裝在治療頭的位置，蓋針的針尖代表放射源的聚焦點(diǎn)，計(jì)算出治療頭的重量和質(zhì)心，將治療頭的重量根據(jù)力學(xué)的等效原理簡(jiǎn)化到治療頭的安裝位置，使用有限元軟件計(jì)算滾筒組件的應(yīng)力和位移，計(jì)算出蓋針針尖的位移量即可得到放射源對(duì)中誤差值。放射源對(duì)中誤差的計(jì)算方法，采用有限單元法，利用軟件計(jì)算，其特點(diǎn)是釆用如下步驟:3A) 計(jì)算出治療頭的重量和質(zhì)心，將治療頭的重量根據(jù)力學(xué)的等效原理簡(jiǎn)化到治療頭的安裝位 置；B) 設(shè)計(jì)一個(gè)蓋針代表治療頭，蓋針的結(jié)構(gòu)為上面有一蓋，蓋的中心連接有一根針，蓋的尺 寸與治療頭一致，并安裝在治療頭的位置；蓋針針尖的位置在滾筒的中心，代表放射源的 聚焦點(diǎn)，蓋針質(zhì)量極小可忽略，蓋針剛度取很大的值，使蓋針在受到重力的時(shí)候發(fā)生的變 形很小，可以忽略；C) 根據(jù)滾筒的材料的物性參數(shù)，設(shè)置有限元計(jì)算所需要的參數(shù)及約束；D) 使用有限元軟件計(jì)算滾筒各組件的應(yīng)力和位移，所得到蓋針針尖的位移量即是放射源對(duì)中 誤差值。本發(fā)明設(shè)計(jì)的蓋針，蓋沿上每一點(diǎn)與針尖連線所形成的錐體，用于代表治療頭的放射線 的輻射角度，針尖代表射線聚焦點(diǎn)；由于放射性射線本身質(zhì)量極小可忽略，放射性射線不易 彎曲的特點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)的蓋針質(zhì)量極小可忽略，蓋針剛度極大不變形。本發(fā)明的方法在設(shè)計(jì)階段即可比較準(zhǔn)確地計(jì)算放射源的對(duì)中誤差，從而使設(shè)計(jì)錯(cuò)誤消滅 在設(shè)計(jì)階段，本方法可以重復(fù)進(jìn)行，當(dāng)設(shè)計(jì)不滿足精度要求時(shí)，可以更改設(shè)計(jì)，然后再次計(jì) 算，直到滿足要求為止。本方法不僅能保證設(shè)計(jì)精度，而且還可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，避 免了冗余設(shè)計(jì)，減輕重量，節(jié)省成本。比傳統(tǒng)的計(jì)算方法精度提高數(shù)十倍到數(shù)百倍，節(jié)省大 量時(shí)間和試驗(yàn)成本。附圉說(shuō)明圖l.蓋針的主視國(guó)和俯視圖； 圖2.蓋針的軸測(cè)圖； 圖3.裝有蓋針的滾筒主視圖； 圖4.裝有蓋針的滾筒軸測(cè)圖。 1.蓋針，2.滾筒。
具體實(shí)施方式
下面M,國(guó)和桊鐮鐲鰣本發(fā)明韻放射源對(duì)中誤差的計(jì)算方法，做進(jìn)一步詳細(xì)描述。本實(shí)i^i暴用于"隧ii,式鈷柳放射外科治療系統(tǒng)"的放射線聚焦位置精度的計(jì)算。首先要根據(jù)采用的有限元軟件的要求，設(shè)置滾筒上面的所有零件和部件的接觸關(guān)系。在 網(wǎng)格劃分時(shí)保證他們之間的節(jié)點(diǎn)的協(xié)調(diào)性，然后按以下步驟進(jìn)行-1. 計(jì)算出治療頭的重量和質(zhì)心，將治療頭的重量根據(jù)力學(xué)的等效原理簡(jiǎn)化到治療頭的安裝位置；所述力的簡(jiǎn)化要根據(jù)滾筒旋轉(zhuǎn)到的位置而計(jì)算出重力與滾筒圓心的方向，滾筒旋轉(zhuǎn)到 不同的位置，重力與滾筒圓心連線的方向也不同。2. 為準(zhǔn)確設(shè)計(jì)放射線聚焦點(diǎn)的位置，設(shè)計(jì)一個(gè)類似圖釘結(jié)構(gòu)的蓋針代表治療頭，蓋針的結(jié)構(gòu)如圖l、圖2所示，上面有一蓋，蓋的中心處連接有一根針，蓋針的尺寸與安裝位置如圖 3，所示，蓋針1的尺寸與治療頭一致，并安裝在治療頭的位置；蓋針l針尖的位置在滾 筒2的圓心，代表放射源的聚焦點(diǎn)，蓋針質(zhì)量極小可忽略，可取質(zhì)量為1E-50，蓋針剛度 取很大的值，例如9E59，主要目的是使蓋針在受到重力的時(shí)候發(fā)生的變形很小，可以忽 略；3. 根據(jù)滾筒的材料的物性參數(shù)，設(shè)置有限元計(jì)算所需要的參數(shù)及約束；4. 使用有限元軟件計(jì)算滾筒組件的應(yīng)力和位移，當(dāng)滾筒2不斷轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如圖4所示，蓋針l的針尖位置由于受滾筒變形影響會(huì)產(chǎn)生位移，偏離滾筒2的圓心；采用本發(fā)明的計(jì)算方 法，可得到蓋針針尖的位移量，計(jì)算出的蓋針針尖的位移即為由于滾筒變形引起的對(duì)中 誤差。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)修正誤差，即可得到精確的放射性外科治療儀。本發(fā)明放射源對(duì)中誤差的計(jì)算方法，可以使用任何有限元軟件計(jì)算。
權(quán)利要求
1. 放射源對(duì)中誤差的計(jì)算方法，采用有限單元法，利用軟件計(jì)算，其特征在于實(shí)施以下步驟A)計(jì)算出治療頭的重量和質(zhì)心，將治療頭的重量根據(jù)力學(xué)的等效原理簡(jiǎn)化到治療頭的安裝位置；B)設(shè)計(jì)一個(gè)蓋針代表治療頭，蓋針的結(jié)構(gòu)為上面有一蓋，蓋的中心連接有一根針，蓋的尺寸與治療頭一致，并安裝在治療頭的位置；蓋針針尖的位置在滾筒的圓心，代表放射源的聚焦點(diǎn)，蓋針質(zhì)量極小可忽略，蓋針剛度取很大的值，使蓋針在受到重力的時(shí)候發(fā)生的變形很小，可以忽略。C)根據(jù)滾筒的材料的物性參數(shù)，設(shè)置有限元計(jì)算所需要的參數(shù)及約束；D)使用有限元軟件計(jì)算滾筒各組件的應(yīng)力和位移，所得到蓋針針尖的位移量即是放射源對(duì)中誤差值。
全文摘要
放射源對(duì)中誤差的計(jì)算方法，采用有限元軟件計(jì)算，其特點(diǎn)是A)計(jì)算出治療頭的重量和質(zhì)心，根據(jù)力學(xué)的等效原理簡(jiǎn)化到治療頭的安裝位置；B)設(shè)計(jì)一個(gè)蓋針代表治療頭，其結(jié)構(gòu)為上面有蓋，蓋的中心連接一根針，蓋安裝在治療頭的位置；針尖的位置在滾筒的圓心，代表放射源的聚焦點(diǎn)，蓋針取質(zhì)量極小可忽略，蓋針取剛度極大，變形很小可忽略；C)根據(jù)滾筒的材料的物性參數(shù)，設(shè)置有限元計(jì)算所需要的參數(shù)及約束；D)使用有限元軟件計(jì)算滾筒組件的應(yīng)力和位移，所得到蓋針針尖的位移量即是放射源對(duì)中誤差值。本發(fā)明可以在設(shè)計(jì)階段比較準(zhǔn)確地計(jì)算放射源的對(duì)中誤差，并可對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)精度，節(jié)省大量時(shí)間和試驗(yàn)成本。
文檔編號(hào)G06F17/00GK101248999SQ20071003769
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2007年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月25日
發(fā)明者仲梁維, 靜 倪, 吳覺(jué)士, 徐增豪 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)