激光定位仪的应用研究

中国核动力研究设计院设备制造厂 桑国英

激光定位仪的应用研究

中国核动力研究设计院设备制造厂 桑国英

激光定位仪利用激光光束产生的点、线、十字线进行具体位置的确定，被广泛应用于医疗等单位，传统的激光定位仪在结构上大同小异，但存在着一定的局限性。基于此，本文提出了一种新型的自动激光定位仪的设计与应用。

激光定位仪；激光光束；自动激光定位仪

引言

激光定位仪是一种激光光束进行定位的精密仪器，主要用于医学当中，另外在建筑业、国防工业当中也不可缺少这种仪器。激光定位仪的工作原理在于能够通过激光光束产生的点、线、十字线进行具体位置的确定。激光光束所产生的线“焦距”（宽度）、偏转、旋转、平移和光标志中心位置所发生的变化会对激光光束定位的精度产生影响。激光定位仪在医学当中的应用主要是通过可视激光坐标系的建立来对人体体位进行精准的定位。传统的激光定位仪在结构上大同小异，主要的激光灯包含的数量就是三组，其可以大大提高放射治疗的精准度。但是传统的激光定位仪存在着一定的局限性，本文在介绍传统激光定位仪的基础上，提出了一种新型的自动激光定位仪的设计与应用。

1.激光定位仪基本结构

激光定位仪采用进口高品质的激光二极管为核心器件，并使用高精度光学镜片，应用在医疗设备上，产品性能稳定，光线调节方便，使用寿命长等特点（如图1所示）。

图1 激光定位仪结构图

设备的多种机构调整均能够用于激光灯的校准，由于各方面的原因，激光光线会产生或多或少的漂移，但漂移的范围必须要能够在精确放疗所需要的范围内。

其工作原理在于专用电源具有很强的抗干扰性、高稳定性，抑制浪涌电流及缓启动等特点；输出给半导体激光器供电，半导体激光器采用进口的激光二极管和光学系统聚焦发出光束，经专用光学平面镀膜反射镜（平面度：0.02mm）的反射，到光学半园柱镜会聚投影，形成明亮细直的“+”标记线和“—”标记线，即可以为患者提供准确的定位标志。

通过用十字线的激光亮光来对位置进行定位，能够大大提高光线线宽的精准度。设备主要采用的光学系统包括镜片镀膜技术和柱面镜组成、激光点光源发生器及光学聚焦系统组成。

在激光定位仪具体的工作当中，在直线加速器机房床的两侧各装一台“+”字激光定位仪组件，可投射冠状线和横断线；“一”字型激光定位组件装在床的垂直对面，可投射一条矢位线，可将治疗计划结果中的治疗等中心点或患者的重要器官参考点的三维坐标在体表的对应点自动而准确地投射到皮肤表面，以进行体表标记，该标记即可用作之后的放射治疗时的重复精确定位。左右微调机构，上下微调机构和调节架主要的功用在于保证激光灯在倾斜、位移、自旋方面的调节。

2.激光定位仪设计及其基本参数

本文提出了一种自动化的激光定位仪，自动激光定位仪设计需要的零部件包括机械模块和电气控制系统。电气控制系统主要是用来进行对伺服电机的控制，对光线的偏转、旋转、平移和光标志中心位置进行调节。激光定位仪的优势在于能够对精度加以控制，因为其本身具有较高的分辨率。激光灯是通过自由度定位来进行自动定位的，其优势在于能够减少机械震动。为了能够达到不同投射距离的光斑亮度需求，激光定位仪设置专门的遥控进行激光定位仪上的微调机构进行远程调节。该仪器的角度值最小分辨率为0.02°，位移值最小分辨率为0.2mm。

3.激光定位仪的应用

3.1 应用情况

将自动激光定位仪与传统的手动激光定位仪进行对照观察，分别在不同的机房安装上自动激光定位仪系统、手动激光定位仪系统，通过二者在临床上三个月的对比应用，观察到的结果如下：

操作的精准度上：安装有自动激光定位仪的机房需要在每天的设备检查中进行手动的遥控校准即可；而安装有手动激光定位仪的机房在进行激光灯自由度的校准时则需要保证操作人员的经验丰富，而且就算是经验丰富的操作人员也得经过反复调节才可以找到平衡的感觉。手动激光定位仪的激光灯校准之所以繁琐是因为在进行一个自由度调节的过程中会对其他的自由度产生影响，所以需要找到各自精准同时基础之上的综合的平衡。自动激光定位仪通过对微调、中调、粗调三种不同的控制分辨率进行遥控的操作就可以完成校准，不过也需要遵循一定的流程，比如先粗调后微调。

操作的流程上：自动激光定位仪的激光灯校准在十五分钟之内就可以完成，所需要的人员为一名；手动激光定位仪的激光灯校准的时间一般要大于一小时，所需要的人员为两名。自动激光定位仪的校准通过遥控器就可以完成各个激光灯的自由度参数。手动激光定位仪校准中的两名人员需要其中一位位于激光灯所处墙边，另一位位于直线加速器附近，其中前者负责激光灯的反复手动调节，后者负责观察激光线投射位置。

3.2 应用分析

通过对自动激光定位仪与手动激光定位仪在不同机房三个月的临床观察，发现二者在操作人员数量、精准度、校准用时等方面具有显著的不同，如表1所示。

表1 自动激光定位仪与手动激光定位仪校准比较

可见，自动激光定位仪在各个方面是优于手动激光定位仪的。

4.结语

激光定位仪在医学等领域当中扮演着重要角色，传统的国内外激光定位仪都大同小异，而且在实践当中通常都是依靠机械式手动调节的，而经过加入伺服电机自动控制的激光定位仪却可以弥补手动激光定位仪的调节幅度不可控性的缺陷，能够在较短的时间范围内通过数字电气控制来对激光灯进行准确、快速地校准。总之，自动的激光定位仪是一项具有创新性的新型仪器，可以大大解放人的双手，降低工作人员的劳动强度，对于操作流程可以更为简化，在临床上的操作应用更为实际和简便，还能保证对患者体位的精准定位，使患者在治疗当中收益，是值得推广的。

[1]胡志纲．直线加速器激光定位灯的验证和调整方法[J]．现代肿瘤医学,2013(07)．

[2]巩汉顺,鞠忠建,徐寿平,王连元,黄永杰,王金媛,杜镭,解传滨,葛瑞刚,杨涛．G4 CyberKnife——全新式立体定向放疗设备及其临床应用[J]．医疗卫生装备．2013(04)．