胸鳍摆动推进模式机器鱼深度控制

提出一种基于专家PID和模糊控制的双闭环深度控制方法,用于实现胸鳍摆动推进模式机器鱼的定深控制.通过控制机器鱼的尾舵摆动角度,可以使机器鱼产生一定的俯仰力矩,从而改变机器鱼的俯仰姿态,实现上浮或下潜运动.给出了机器鱼的相关定深实验,并分析了不同目标深度下俯仰角度初始变化范围存在差异的原因.实验结果表明:本文提出的定深控制方法能够使机器鱼比较准确地稳定在目标深度,以及能够改善机器鱼到达目标深度后稳态游动时的俯仰稳定性,能够较好地实现机器鱼的深度控制.

基于AT89C52和AD2S83的圆感应同步器测角系统

根据圆感应同步器的检测原理,应用单片机和AD2S83对其输出信号进行处理,设计了一套以AT89C52单片机和AD2S83为核心的鉴幅型圆感应同步器测角系统。具体论述了该系统的硬件结构、电路分析以及在减小动态误差方面采取的措施,并且设计了一种高精度、低噪声的前置放大电路提高系统的抗干扰性能。该系统结构简单,工作可靠,抗干扰能力强,同时具有很高的跟踪精度,具有很高的使用价值。

基于X-Y工作平台的步进电机闭环控制系统

为实现X-Y二维工作平台的精确定位,以容栅传感器作为位置检测环节,实时的将工作台的运动状态反馈给单片机,单片机根据设定程序对两个方向的步进电机进行闭环控制。通过将容栅传感器输出的串行信号转换成并行信号的方法,方便地实现了单片机对容栅传感器输出信号的处理。试验证明,这种控制方法能实现工作平台的精确定位,具有较高的实用价值。

术中放疗辅助对中系统方案设计及验证

本文提出了一种术中放疗辅助对中系统设计方案,并通过模型仿真验证其可行性。该辅助对中系统由测量链和数显单元组成。其中,测量链采用多关节连杆结构,用于建立治疗限光筒和术中放疗机的空间位置关系;数显单元利用单片机采集测量链各关节处角度传感器的数值,进而通过求解方程运算得到实现对中操作所需的机头运动参数,供操作人员参考。模型仿真表明,测量链可实现对治疗限光筒的柔性跟随,其采用的多关节连杆结构设计方案可用于指导实验样机的机械本体研制。基于Denavit-Hartenberg方法建立的机头运动参数解算方程可准确解算出实现对中操作所需的机头运动参数,可用于指导实验样机的软件设计。

Pinnacle计划系统脚本在医用直线加速器碰撞防护中的应用

目的:探讨在放疗计划设计阶段使用Pinnacle计划系统脚本程序,实现医用直线加速器旋转治疗时的碰撞检测功能,提高放疗计划设计的可执行性,保证治疗安全。方法:根据C型臂加速器的治疗机头、病人CT图像和治疗床的几何结构信息,确定机架旋转过程中距离治疗中心的最小安全距离。在Pinnacle计划系统中设计脚本程序,根据当前放疗计划射野治疗中心的位置,模拟生成加速器机头旋转过程中临界安全位置的运动轨迹,并以辅助感兴趣区(ROI)的形式导入计划系统,在计划系统的CT和ROI的叠加影像上判断加速器机头与治疗床、病人是否存在碰撞风险。结果:脚本程序可根据当前病人摆位、治疗中心位置等计划设置参数,自动生成辅助ROI结构并导回计划系统,在CT图像的横断面上辅助ROI轨迹为圆形结构。计划设计时,只需一次鼠标点击,即可快速(约2 s)生成辅助ROI。在CT与ROI的叠加图像上可以逐层清楚直观地判断当前计划参数是否存在碰撞风险,避免计划实际执行时才发现会碰撞。结论:在Pinnacle计划系统上实现加速器机头的碰撞检测具有临床可行性,使用本方法在计划设计阶段可及时判断放疗计划是否存在碰撞风险,避免重复计划延误治疗时间,保证治疗安全。

胸鳍摆动推进仿生鱼的设计及水动力实验

为实现胸鳍摆动推进模式鱼类的游动,模仿牛鼻鲼构建了仿生鱼.首先,基于摆动胸鳍的生物学特征和运动规律,提出了具有主/被动复合柔性变形能力的仿生胸鳍原理模型.然后通过ADAMS运动学仿真验证了设计方案的可行性,并构建仿生样机.自由游动实验表明,仿生鱼游速可达0.46m/s,约1倍身长比,且具有原地转弯能力,最大转弯速度达60?/s.与国内外其他同类机器鱼相比,在游速和机动性方面均表现出明显的优势.基于准稳态叶素理论,提出了仿生胸鳍水动力简化计算模型.构建水动力实验平台,验证了计算模型的有效性,并通过一系列水动力实验研究了仿生胸鳍的水动力特性.实验结果表明,仿生胸鳍能够产生周期性变化的推、升力,且变化趋势与胸鳍运动控制参数密切相关.

MRI模拟定位机的选型安装和验收测试

MRI模拟定位机（MRI-Sim）为放疗提供更优的图像.由于MRI技术的复杂性和强磁场带来的安全问题,开展MRI模拟定位较CT模拟定位复杂.为顺利引进MRI-Sim这一新设备,本文对其从选型到验收测试进行阐述,包括主机和配套设备选择,安装场地准备及安全注意事项,和MRI-Sim验收测试等方面内容.

闪速放射治疗(FLASH)技术对机房屏蔽设计带来的挑战

与常规放疗技术相比,FLASH治疗技术在保护正常组织方面具有优势,但剂量率提升100倍以上。如果按照现有标准对机房进行屏蔽设计,将显著提升改造成本,且仍有可能无法满足标准要求,导致FLASH治疗技术无法开展。通过调研国内外标准及文献,分析了FLASH治疗技术对机房屏蔽设计带来的挑战,并着重对比了不同国家在放疗机房屏蔽设计时采用的剂量率控制标准。部分国家屏蔽设计时采用考虑实际治疗工况下的平均剂量率;我国主要采用考虑居留因子条件下的瞬时剂量率方法进行控制。如果在我国开展FLASH治疗技术,瞬时剂量率的要求将很难满足。为了提高FLASH等高剂量率放射治疗技术,在管理目标限值不变的前提下,建议考虑对现有标准进行修订,采用一定时间内的平均剂量率限值进行控制,或增加FLASH治疗条件下的控制标准。

不同准直器角度组合对鼻咽癌VMAT计划质量的影响

目的:比较不同准直器角度组合对双弧VMAT鼻咽癌计划质量的影响,为临床选择提供参考依据。方法:本研究纳入10例鼻咽癌患者,设计不同准直器角度组合的双弧VMAT计划,用于对计划质量进行评价。结果:调整准直器角度能够提升靶区PGTV和GTVnd的适形指数,而对PTV的影响不显著。在重要器官方面,旋转准直器角度可以降低其中部分器官的最大受照剂量,但对平均受照剂量的影响则不明显。此外,调整准直器角度并不会导致MU和射束时间增加,执行效率与准直器角度为(0°,0°)的方案相当。综合考量计划质量,以准直器角度为(10°,350°)的放疗计划在总体质量得分方面表现最佳(SD:0.12),相较之下,准直器角度为(0°,0°)的得分最低(SD:1.2)。结论:不同准直器角度组合对鼻咽癌放疗计划的剂量分布有显著影响,但执行效率相当。在测试的准直器角度组合中,(10°,350°)总体计划质量表现最优,推荐临床使用。

基于蒙特卡罗方法的脑转移瘤术中放疗施照器设计及剂量学评估

目的设计适用脑转移瘤术中放疗的施照器并评估其剂量学特征。方法施照器设计首先通过模拟计算电子束经过一系列不同厚度散射箔后的散射角和剂量率,确定散射箔厚度;其次,建立散射箔位于不同高度的位置评估模型,通过计算模型表面平均能量方差,确定散射箔位置;最后,建立调节层几何结构特征与施照器表面剂量之间的关系,确定调制器的内表面特征。使用蒙特卡罗(MC)EGSnrc/BEAMnrc和EGS4/DOSXYZ程序完成Mobetron加速器、位置评估模型、调节层、施照器建模和剂量学分析。结果半球囊状施照器的限光筒直径为2.5 cm、筒壁厚0.5 cm,材料为0.2 cm厚水等效材料加0.3 cm厚不锈钢;散射箔厚度0.14 cm,材料为金属钨,位置高度为0.5 cm;调制器为月牙形,材料为水等效材料。该施照器能够使Mobetron 12 MeV的电子束产生半球面剂量分布,剂量率为160 cGy/min,治疗深度为0.85 cm。结论采用MC模拟设计的适用于高能电子束的半球囊状施照器,能产生半球面剂量分布。

基于IAEA483号报告的小野射野输出因子测量及修正方法

目的IAEA 483号报告阐述了最新的小野剂量学方法,本研究应用报告中的射野输出因子测量及修正方法,提高不同探测器小野输出因子测量结果的准确性和一致性。方法分别使用IBA公司的CC13电离室、CC01电离室、PFD半导体探测器、EFD半导体探测器和Razor半导体探测器测量Varian Edge加速器6 MVX射线射野面积从0.6cm×0.6cm到10cm×10cm的射野输出因子,使用射野输出修正因子对测量结果进行修正。结果与修正后数据相比,由于电离室主要受到体积平均效应和注量扰动的影响,造成测量结果偏低,在0.6cm×0.6cm时偏低4.70%;有屏蔽半导体主要受到注量扰动的影响,造成测量结果偏高,在0.6cm×0.6cm时偏高4.80%;无屏蔽半导体主要受到能量响应和注量扰动的影响,造成射野>0.8cm×0.8cm时测量结果偏低,在1.5cm×1.5cm时偏低2.10%,射野<0.8cm×0.8cm时测量结果偏高,在0.6cm×0.6cm时偏高1.10%。修正前不同类型探测器测的测量结果差异较大,平均标准差为0.0166。经过修正后各探测器之间的差异明显减小,平均标准差为0.0066。结论对于电离室、半导体等探测器,在测量小野射野输出因子时可以通过射野输出修正因子进行修正,从而提高测量结果的准确性和一致性。

基于菊花链射野输出因子测量方法

目的 针对响应随射野面积变化的探测器,应用基于菊花链( Daisy-Chaining)的射野输出因子测量方法,提高测量结果的准确性.方法 分别使用IBA CC13电离室、IBA CC01电离室、IBA Razor半导体探测器、IBA EFD半导体探测器和Gafchromic EBT3胶片测量Varian Edge加速器6 MV X线的射野输出因子.结果 同Razor和CC13衔接的菊花链测量结果相比,常规测量方法使用CC13测量小野时结果偏小,在射野1 cm×1 cm时偏差达到16. 71%.使用CC01测量大野时结果偏大,在射野40 cm×40 cm时偏差达到8. 39%.使用Razor测量大野时结果偏大,在射野40 cm×40 cm时偏差达到9. 40%. EFD的测量结果与Razor结果接近,在射野40 cm×40 cm时偏差为9. 14%.使用胶片测量1 cm×1 cm以上的射野时,与菊花链测量结果接近,偏差在1. 60%以内,在射野1 cm×1 cm时偏差则达到3. 13%.选择射野3 cm×3 cm或4 cm×4 cm作为中间野的菊花链测量结果一致,最大偏差0. 29%.结论 对于响应随射野面积变化的探测器可通过菊花链的方法来扩大测量范围,提高测量结果的准确性.

快速锥形束CT成像模式研究

目的评价快速锥形束CT(CBCT)扫描模式对图像质量和配准结果的影响,并以此为基础建立适合快速CBCT的扫描预设。方法分别使用常规和两种快速扫描模式在CBCT模体上进行检测,定量评价不同扫描模式下的配准精度和图像质量;随后使用33例临床肿瘤患者278组CBCT数据进一步验证不同扫描模式在临床环境下测量结果的相关性和一致性。结果模体3种扫描模式测量结果与标准值最大偏差0.70mm(平均偏差0.51mm),同一部位各扫描模式间的测量结果一致(偏差0.00mm);常规模式的均匀度结果最好(平均值为3.62%),快速1模式次之(平均值为3.90%),快速2模式最低(平均值为4.84%);常规模式的噪声结果最好(平均值15.69),快速2模式次之(平均值17.23),快速1模式结果(平均值21.74)最低;3种扫描模式的高对比度分辨率测量结果一致(至少可以分辨3个线对);快速1模式的低对比度分辨率结果最好(1.69),常规模式次之(2.10),快速2模式结果最低(2.31);3种扫描模式的几何精度测量结果与标准值的最大偏差基本一致(平均偏差0.05mm)。临床病例常规和快速1扫描模式测量结果的相关性最好(R2>0.90,P<0.01),测量结果具有一致性(95%一致性限度均<1mm界值)。结论快速1扫描模式拥有与常规模式接近图像质量和一致的配准结果,而且拥有更快的扫描速度、更低的扫描剂量,故推荐使用快速1扫描模式作为临床扫描方式。

使用蒙特卡罗模拟方法设计乳腺癌术中放疗的鼓形施照器

目的使用蒙特卡罗方法优化设计专用于乳腺癌术中放疗的鼓形施照器。方法设计过程:首先,依据贴近胸壁的乳腺癌术中放疗瘤床形状特征,确定施照器形状;其次,通过模拟计算电子束经过一系列不同厚度散射箔后的散射角和剂量率,确定散射箔厚度;最后,根据调制器位置几何结构特征,最后,建立调节层模型,参考调节层与施照器表面剂量之间的关系,确定调制器的内表面特征。使用EGSnrc/BEAMnrc和EGS4/DOSXYZ程序完成Mobetron加速器、调节层、施照器建模和剂量学分析。结果施照器有上下两部分、上部分为限光筒,直径3cm、筒壁厚0.5cm,材料为0.2cm厚水等效材料加0.3cm厚不锈钢;散射箔直径2.2cm、厚度0.13cm,材料为金属钨。施照器下部分是封闭的鼓形,直径4cm、厚度0.2cm,材料为水等效材料;调制器为山丘形,最厚处0.14cm,材料为不锈钢。当电子束能量12MeV时施照器外面的剂量分布呈鼓形,剂量率为90.44 cGy/min,治疗深度为1cm。结论设计的施照器符合设计要求,并能产生鼓形剂量分布。

1.5 T MR加速器临床剂量调试

目的介绍1.5 T MR加速器的临床剂量调试方法和结果。方法中国医学科学院肿瘤医院于2019年5月安装1台医科达Unity型1.5 T MR加速器, 使用磁场兼容测量设备对其进行剂量调试。调试项目包括绝对剂量校准、数据采集和计划系统模型验证。结果磁场下绝对剂量校准需要使用磁场修正因子修正, 参考条件下的绝对剂量为87 cGy。将采集的射束数据和计划系统计算结果进行γ分析(3%/2 mm), 标准野测试例剂量验证平均通过率为96.41%, TG119测试例为98.24%, 美国休斯敦肿瘤放疗和成像质控中心(IROC)端对端测试例为97.5%(7%/4 mm)。结论计划系统模型和射束采集数据具有良好的一致性;标准野和TG119测试例剂量验证结果达到AAPM TG218号报告的通用容差限值要求, 端对端测试例验证结果满足IROC中心标准。