中國核動力研究設計院設備制造廠 桑國英

激光定位儀的應用研究

中國核動力研究設計院設備制造廠 桑國英

激光定位儀利用激光光束產(chǎn)生的點、線、十字線進行具體位置的確定，被廣泛應用于醫(yī)療等單位，傳統(tǒng)的激光定位儀在結構上大同小異，但存在著一定的局限性?；诖?，本文提出了一種新型的自動激光定位儀的設計與應用。

激光定位儀；激光光束；自動激光定位儀

引言

激光定位儀是一種激光光束進行定位的精密儀器，主要用于醫(yī)學當中，另外在建筑業(yè)、國防工業(yè)當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、線、十字線進行具體位置的確定。激光光束所產(chǎn)生的線“焦距”（寬度）、偏轉、旋轉、平移和光標志中心位置所發(fā)生的變化會對激光光束定位的精度產(chǎn)生影響。激光定位儀在醫(yī)學當中的應用主要是通過可視激光坐標系的建立來對人體體位進行精準的定位。傳統(tǒng)的激光定位儀在結構上大同小異，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)激光定位儀的基礎上，提出了一種新型的自動激光定位儀的設計與應用。

1.激光定位儀基本結構

激光定位儀采用進口高品質的激光二極管為核心器件，并使用高精度光學鏡片，應用在醫(yī)療設備上，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，光線調節(jié)方便，使用壽命長等特點（如圖1所示）。

圖1 激光定位儀結構圖

設備的多種機構調整均能夠用于激光燈的校準，由于各方面的原因，激光光線會產(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的抗干擾性、高穩(wěn)定性，抑制浪涌電流及緩啟動等特點；輸出給半導體激光器供電，半導體激光器采用進口的激光二極管和光學系統(tǒng)聚焦發(fā)出光束，經(jīng)專用光學平面鍍膜反射鏡（平面度：0.02mm）的反射，到光學半園柱鏡會聚投影，形成明亮細直的“+”標記線和“—”標記線，即可以為患者提供準確的定位標志。

通過用十字線的激光亮光來對位置進行定位，能夠大大提高光線線寬的精準度。設備主要采用的光學系統(tǒng)包括鏡片鍍膜技術和柱面鏡組成、激光點光源發(fā)生器及光學聚焦系統(tǒng)組成。

在激光定位儀具體的工作當中，在直線加速器機房床的兩側各裝一臺“+”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面，可投射一條矢位線，可將治療計劃結果中的治療等中心點或患者的重要器官參考點的三維坐標在體表的對應點自動而準確地投射到皮膚表面，以進行體表標記，該標記即可用作之后的放射治療時的重復精確定位。左右微調機構，上下微調機構和調節(jié)架主要的功用在于保證激光燈在傾斜、位移、自旋方面的調節(jié)。

2.激光定位儀設計及其基本參數(shù)

本文提出了一種自動化的激光定位儀，自動激光定位儀設計需要的零部件包括機械模塊和電氣控制系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)主要是用來進行對伺服電機的控制，對光線的偏轉、旋轉、平移和光標志中心位置進行調節(jié)。激光定位儀的優(yōu)勢在于能夠對精度加以控制，因為其本身具有較高的分辨率。激光燈是通過自由度定位來進行自動定位的，其優(yōu)勢在于能夠減少機械震動。為了能夠達到不同投射距離的光斑亮度需求，激光定位儀設置專門的遙控進行激光定位儀上的微調機構進行遠程調節(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.激光定位儀的應用

3.1 應用情況

將自動激光定位儀與傳統(tǒng)的手動激光定位儀進行對照觀察，分別在不同的機房安裝上自動激光定位儀系統(tǒng)、手動激光定位儀系統(tǒng)，通過二者在臨床上三個月的對比應用，觀察到的結果如下：

操作的精準度上：安裝有自動激光定位儀的機房需要在每天的設備檢查中進行手動的遙控校準即可；而安裝有手動激光定位儀的機房在進行激光燈自由度的校準時則需要保證操作人員的經(jīng)驗豐富，而且就算是經(jīng)驗豐富的操作人員也得經(jīng)過反復調節(jié)才可以找到平衡的感覺。手動激光定位儀的激光燈校準之所以繁瑣是因為在進行一個自由度調節(jié)的過程中會對其他的自由度產(chǎn)生影響，所以需要找到各自精準同時基礎之上的綜合的平衡。自動激光定位儀通過對微調、中調、粗調三種不同的控制分辨率進行遙控的操作就可以完成校準，不過也需要遵循一定的流程，比如先粗調后微調。

操作的流程上：自動激光定位儀的激光燈校準在十五分鐘之內(nèi)就可以完成，所需要的人員為一名；手動激光定位儀的激光燈校準的時間一般要大于一小時，所需要的人員為兩名。自動激光定位儀的校準通過遙控器就可以完成各個激光燈的自由度參數(shù)。手動激光定位儀校準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，其中前者負責激光燈的反復手動調節(jié)，后者負責觀察激光線投射位置。

3.2 應用分析

通過對自動激光定位儀與手動激光定位儀在不同機房三個月的臨床觀察，發(fā)現(xiàn)二者在操作人員數(shù)量、精準度、校準用時等方面具有顯著的不同，如表1所示。

表1 自動激光定位儀與手動激光定位儀校準比較

可見，自動激光定位儀在各個方面是優(yōu)于手動激光定位儀的。

4.結語

激光定位儀在醫(yī)學等領域當中扮演著重要角色，傳統(tǒng)的國內(nèi)外激光定位儀都大同小異，而且在實踐當中通常都是依靠機械式手動調節(jié)的，而經(jīng)過加入伺服電機自動控制的激光定位儀卻可以彌補手動激光定位儀的調節(jié)幅度不可控性的缺陷，能夠在較短的時間范圍內(nèi)通過數(shù)字電氣控制來對激光燈進行準確、快速地校準?？傊詣拥募す舛ㄎ粌x是一項具有創(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強度，對于操作流程可以更為簡化，在臨床上的操作應用更為實際和簡便，還能保證對患者體位的精準定位，使患者在治療當中收益，是值得推廣的。

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