激光定位儀的應(yīng)用研究

中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院設(shè)備制造廠 桑國(guó)英

激光定位儀的應(yīng)用研究

中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院設(shè)備制造廠 桑國(guó)英

激光定位儀利用激光光束產(chǎn)生的點(diǎn)、線、十字線進(jìn)行具體位置的確定，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療等單位，傳統(tǒng)的激光定位儀在結(jié)構(gòu)上大同小異，但存在著一定的局限性。基于此，本文提出了一種新型的自動(dòng)激光定位儀的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

激光定位儀；激光光束；自動(dòng)激光定位儀

引言

激光定位儀是一種激光光束進(jìn)行定位的精密儀器，主要用于醫(yī)學(xué)當(dāng)中，另外在建筑業(yè)、國(guó)防工業(yè)當(dāng)中也不可缺少這種儀器。激光定位儀的工作原理在于能夠通過激光光束產(chǎn)生的點(diǎn)、線、十字線進(jìn)行具體位置的確定。激光光束所產(chǎn)生的線“焦距”（寬度）、偏轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)、平移和光標(biāo)志中心位置所發(fā)生的變化會(huì)對(duì)激光光束定位的精度產(chǎn)生影響。激光定位儀在醫(yī)學(xué)當(dāng)中的應(yīng)用主要是通過可視激光坐標(biāo)系的建立來對(duì)人體體位進(jìn)行精準(zhǔn)的定位。傳統(tǒng)的激光定位儀在結(jié)構(gòu)上大同小異，主要的激光燈包含的數(shù)量就是三組，其可以大大提高放射治療的精準(zhǔn)度。但是傳統(tǒng)的激光定位儀存在著一定的局限性，本文在介紹傳統(tǒng)激光定位儀的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的自動(dòng)激光定位儀的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

1.激光定位儀基本結(jié)構(gòu)

激光定位儀采用進(jìn)口高品質(zhì)的激光二極管為核心器件，并使用高精度光學(xué)鏡片，應(yīng)用在醫(yī)療設(shè)備上，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，光線調(diào)節(jié)方便，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)（如圖1所示）。

圖1 激光定位儀結(jié)構(gòu)圖

設(shè)備的多種機(jī)構(gòu)調(diào)整均能夠用于激光燈的校準(zhǔn)，由于各方面的原因，激光光線會(huì)產(chǎn)生或多或少的漂移，但漂移的范圍必須要能夠在精確放療所需要的范圍內(nèi)。

其工作原理在于專用電源具有很強(qiáng)的抗干擾性、高穩(wěn)定性，抑制浪涌電流及緩啟動(dòng)等特點(diǎn)；輸出給半導(dǎo)體激光器供電，半導(dǎo)體激光器采用進(jìn)口的激光二極管和光學(xué)系統(tǒng)聚焦發(fā)出光束，經(jīng)專用光學(xué)平面鍍膜反射鏡（平面度：0.02mm）的反射，到光學(xué)半園柱鏡會(huì)聚投影，形成明亮細(xì)直的“+”標(biāo)記線和“—”標(biāo)記線，即可以為患者提供準(zhǔn)確的定位標(biāo)志。

通過用十字線的激光亮光來對(duì)位置進(jìn)行定位，能夠大大提高光線線寬的精準(zhǔn)度。設(shè)備主要采用的光學(xué)系統(tǒng)包括鏡片鍍膜技術(shù)和柱面鏡組成、激光點(diǎn)光源發(fā)生器及光學(xué)聚焦系統(tǒng)組成。

在激光定位儀具體的工作當(dāng)中，在直線加速器機(jī)房床的兩側(cè)各裝一臺(tái)“+”字激光定位儀組件，可投射冠狀線和橫斷線；“一”字型激光定位組件裝在床的垂直對(duì)面，可投射一條矢位線，可將治療計(jì)劃結(jié)果中的治療等中心點(diǎn)或患者的重要器官參考點(diǎn)的三維坐標(biāo)在體表的對(duì)應(yīng)點(diǎn)自動(dòng)而準(zhǔn)確地投射到皮膚表面，以進(jìn)行體表標(biāo)記，該標(biāo)記即可用作之后的放射治療時(shí)的重復(fù)精確定位。左右微調(diào)機(jī)構(gòu)，上下微調(diào)機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)架主要的功用在于保證激光燈在傾斜、位移、自旋方面的調(diào)節(jié)。

2.激光定位儀設(shè)計(jì)及其基本參數(shù)

本文提出了一種自動(dòng)化的激光定位儀，自動(dòng)激光定位儀設(shè)計(jì)需要的零部件包括機(jī)械模塊和電氣控制系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)主要是用來進(jìn)行對(duì)伺服電機(jī)的控制，對(duì)光線的偏轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)、平移和光標(biāo)志中心位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。激光定位儀的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)燃右钥刂疲驗(yàn)槠浔旧砭哂休^高的分辨率。激光燈是通過自由度定位來進(jìn)行自動(dòng)定位的，其優(yōu)勢(shì)在于能夠減少機(jī)械震動(dòng)。為了能夠達(dá)到不同投射距離的光斑亮度需求，激光定位儀設(shè)置專門的遙控進(jìn)行激光定位儀上的微調(diào)機(jī)構(gòu)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。該儀器的角度值最小分辨率為0.02°，位移值最小分辨率為0.2mm。

3.激光定位儀的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用情況

將自動(dòng)激光定位儀與傳統(tǒng)的手動(dòng)激光定位儀進(jìn)行對(duì)照觀察，分別在不同的機(jī)房安裝上自動(dòng)激光定位儀系統(tǒng)、手動(dòng)激光定位儀系統(tǒng)，通過二者在臨床上三個(gè)月的對(duì)比應(yīng)用，觀察到的結(jié)果如下：

操作的精準(zhǔn)度上：安裝有自動(dòng)激光定位儀的機(jī)房需要在每天的設(shè)備檢查中進(jìn)行手動(dòng)的遙控校準(zhǔn)即可；而安裝有手動(dòng)激光定位儀的機(jī)房在進(jìn)行激光燈自由度的校準(zhǔn)時(shí)則需要保證操作人員的經(jīng)驗(yàn)豐富，而且就算是經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員也得經(jīng)過反復(fù)調(diào)節(jié)才可以找到平衡的感覺。手動(dòng)激光定位儀的激光燈校準(zhǔn)之所以繁瑣是因?yàn)樵谶M(jìn)行一個(gè)自由度調(diào)節(jié)的過程中會(huì)對(duì)其他的自由度產(chǎn)生影響，所以需要找到各自精準(zhǔn)同時(shí)基礎(chǔ)之上的綜合的平衡。自動(dòng)激光定位儀通過對(duì)微調(diào)、中調(diào)、粗調(diào)三種不同的控制分辨率進(jìn)行遙控的操作就可以完成校準(zhǔn)，不過也需要遵循一定的流程，比如先粗調(diào)后微調(diào)。

操作的流程上：自動(dòng)激光定位儀的激光燈校準(zhǔn)在十五分鐘之內(nèi)就可以完成，所需要的人員為一名；手動(dòng)激光定位儀的激光燈校準(zhǔn)的時(shí)間一般要大于一小時(shí)，所需要的人員為兩名。自動(dòng)激光定位儀的校準(zhǔn)通過遙控器就可以完成各個(gè)激光燈的自由度參數(shù)。手動(dòng)激光定位儀校準(zhǔn)中的兩名人員需要其中一位位于激光燈所處墻邊，另一位位于直線加速器附近，其中前者負(fù)責(zé)激光燈的反復(fù)手動(dòng)調(diào)節(jié)，后者負(fù)責(zé)觀察激光線投射位置。

3.2 應(yīng)用分析

通過對(duì)自動(dòng)激光定位儀與手動(dòng)激光定位儀在不同機(jī)房三個(gè)月的臨床觀察，發(fā)現(xiàn)二者在操作人員數(shù)量、精準(zhǔn)度、校準(zhǔn)用時(shí)等方面具有顯著的不同，如表1所示。

表1 自動(dòng)激光定位儀與手動(dòng)激光定位儀校準(zhǔn)比較

可見，自動(dòng)激光定位儀在各個(gè)方面是優(yōu)于手動(dòng)激光定位儀的。

4.結(jié)語

激光定位儀在醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域當(dāng)中扮演著重要角色，傳統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外激光定位儀都大同小異，而且在實(shí)踐當(dāng)中通常都是依靠機(jī)械式手動(dòng)調(diào)節(jié)的，而經(jīng)過加入伺服電機(jī)自動(dòng)控制的激光定位儀卻可以彌補(bǔ)手動(dòng)激光定位儀的調(diào)節(jié)幅度不可控性的缺陷，能夠在較短的時(shí)間范圍內(nèi)通過數(shù)字電氣控制來對(duì)激光燈進(jìn)行準(zhǔn)確、快速地校準(zhǔn)?？傊詣?dòng)的激光定位儀是一項(xiàng)具有創(chuàng)新性的新型儀器，可以大大解放人的雙手，降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)于操作流程可以更為簡(jiǎn)化，在臨床上的操作應(yīng)用更為實(shí)際和簡(jiǎn)便，還能保證對(duì)患者體位的精準(zhǔn)定位，使患者在治療當(dāng)中收益，是值得推廣的。

[1]胡志綱．直線加速器激光定位燈的驗(yàn)證和調(diào)整方法[J]．現(xiàn)代腫瘤醫(yī)學(xué),2013(07)．

[2]鞏漢順,鞠忠建,徐壽平,王連元,黃永杰,王金媛,杜鐳,解傳濱,葛瑞剛,楊濤．G4 CyberKnife——全新式立體定向放療設(shè)備及其臨床應(yīng)用[J]．醫(yī)療衛(wèi)生裝備．2013(04)．