基于动力学特性的多叶光栅时间最优轨迹规划

来源：机械工程学报杂志2017年第6期北京时间：

作者：张翔, 叶佩青, 解传滨, 张辉

单位：1. 清华大学机械工程系 北京 100084；；2. 清华大学摩擦学国家重点实验室 北京 100084；；3. 中国人民解放军总医院 北京 100039

摘要：旋转放疗设备中，多叶光栅是实现调强放疗的关键功能部件，在轨迹规划中合理利用其动态特性对提高放疗精度和效率具有重要意义。针对某旋转放疗设备的多叶光栅，建立其动力学模型并获取其伺服驱动系统进给性能，建立由系统输入和干扰引起的几何误差预测模型;针对调强放疗中滑移窗治疗模式的多叶光栅轨迹规划问题，以治疗时间最优为目标，将伺服进给性能和几何误差作为约束条件，提出一种基于传动系统动力学特性的时间最优轨迹规划算法;针对临床射野的剂量分布，对此算法进行数值仿真和试验验证。试验结果表明，该算法的几何误差平均值比恒加速度轨迹规划减少20.55%，治疗效率提高20.51%;几何误差平均值相对于最大进给性能轨迹规划减少33.45%，但治疗效率降低17.22%，由此可见，此算法能够在保证治疗精度的前提下有效提高治疗效率。

关键词：动力学特性,动态误差,几何误差,伺服进给性能,多叶光栅；

基金资助：* 国家科技支撑计划(2015BAI03B00)、清华大学摩擦学国家重点实验室重点(SKLT12A03)和北京市科技计划(Z141100000514015)资助项目; 20160314收到初稿，20161215收到修改稿;