同步模拟

2024-09-30

同步模拟(精选4篇)

同步模拟 篇1

0 引言

在液压传动系统中, 同步控制要求非常普遍, 但大流量、高精度、多执行器的同步运行, 一直是一个较难解决的问题。目前, 同步控制方法有位置同步和力跟踪控制方法[1], 基于流量均衡控制与压力、速度之和反馈相结合的控制方法[2], 自适应PID控制算法[3,4,5], 同步模糊控制方法[6]等。除此之外还有混沌同步控制方法, 该方法利用H∞自适应同步思想, 得到了该类混沌系统的一个H∞ 自适应同步控制器[7]。

比例伺服系统是典型的非线性系统, 其中某些参数是不确定的, 甚至是变化的, 这些不确定性使得基于古典控制理论利用校正、极点配置、常规PID控制等传统方法很难获得满意的控制效果, 更无法处理系统的不确定和非线性问题[8], 这就迫切需要鲁棒性好、自适应能力强且精度高的控制算法。目前的自适应控制算法有自适应模糊变结构控制算法[9]、积分滑模自适应控制方法[6]以及高阶无模型自适应迭代学习控制算法[10]。

本文对地震模拟平台液压系统的同步控制问题进行了研究。

1 地震模拟平台的液压系统

由厦门海德科液压机械设备有限公司设计制造的地震模拟平台是一个三向六液压缸的多输入多输出系统, 要求平台上下振动的4个液压缸同步运行, 4个液压阀采用比例伺服阀, 系统呈现出强耦合和非线性的特性。

地震模拟平台由三层钢结构平台实现上下、左右和前后三个方向的移动。液压系统原理如图1所示。平台最底层的移动方向设为z轴方向, 其上装有4个上下移动的液压缸, 分别表示为z1、z2、z3和z4, 它们均布于基座的4个角;中间层的移动方向设为y轴方向, 由1个液压缸 (用y1表示) 实现前后移动;最上层的移动方向设为x轴方向, 由1个液压缸 (用x1表示) 实现左右移动。液压缸x1和y1布置在平台与平台间的平面中。尺寸为5m×4m×3m的钢结构房屋固定于最上层。

z轴上的4个液压缸下面是外控的平衡阀, 可使平台不至于因自重而下降, 油缸上升时液压油可以自由通过, 下降时外控的压力升高, 平衡阀打开, 使液压油回流油箱。通过平衡阀控制平台下降的速度, 使平台下降过程更加平稳。

系统所使用的比例伺服阀为双位移反馈型先导式比例方向控制阀, 阀中的位移传感器能准确地测定电磁铁及主阀芯的行程, 并向放大器发出电反馈信号。电放大器以双闭环形式将输入信号和反馈信号加以比较后, 发出纠正信号以补偿误差, 能够精确控制阀芯位置, 使其动态性能大大提高。

2 系统分析

2.1比例伺服阀的特性

本系统采用的是ATOS公司的比例伺服阀DPZO-L。该阀内配有两个位置传感器, 一个在主阀芯上, 另一个在先导阀芯上。输入信号以双闭环形式精确地调节阀芯, 动态性能高, 响应快。

图2所示为该比值伺服阀的流量调节特性, 可以看出其流量和输入信号之间存在一定程度的非线性关系。从产品说明书可知, 阀的响应时间不大于25ms, 滞环不大于0.1%, 重复精度为±0.1%。

2.2 z轴在理想状态下的非线性分析

z轴承受的质量mz为三层平台钢板、钢结构房屋和屋内设备质量之和, 在力的理想平衡状态下每个液压缸承受的重力为mzg/4 (g为重力加速度) 。因此, z轴向上的运动方程 (无杆腔) 为

pz1Az0-0.05mzg/4-mzg/4=x¨u (mz/4) (1)

z轴向下的运动方程 (有杆腔) 为

pz2 (Az0-Az1) -0.05mzg/4+mzg/4=x¨d (mz/4) (2)

式中, pz1、pz2分别为z轴的无杆腔压力和有杆腔压力; Az0、Az1分别为z轴的油缸面积和活塞面积;x¨ux¨d分别为z轴上下运动的加速度。

从式 (1) 和式 (2) 可以看出, 假设保持地震平台为水平 (理想情况) 状态, 在上下运动时各液压缸产生的压力相同的情况下, 所受的合力是不相同的, 也就是上下运动时的加速度、速度是不相同的。由于平台由三层钢板组成, 重力的影响比较大, 综合比例伺服阀的特性对z轴的电流与位移呈非线性关系, 表现为上升慢而下降快, 其定性分析曲线如图3所示。

2.3z轴上4个液压缸在非理想状态下的运动分析

钢结构的房间置于地震平台上, 4个液压缸的参数相同, 使用同一厂家生产的比例伺服阀和比例伺服放大器, 在平台和房间整体受力均匀的理想状态下, 无论是上升还是下降, 要求每个液压缸的受力都是同步的。但是实际情况却不尽然, 4个缸的受力不可能相同, 其原因如下:①平台钢板的绝对均匀是不存在的;②房间物品的摆放, 体验地震的人员分布不均匀;③x轴和y轴往返运动时造成三层钢板的重心发生改变, 使z轴各液压缸承受的压力发生改变;④虽然z轴各液压缸和比例伺服阀等参数相同, 但是实际运行会存在一定的差异;⑤由于各液压缸受力不同, 使得各轴运行的加速度、速度和位移不同, 从而造成了平台空间几何位置的不同, 使得z轴各液压缸的不同步现象更加严重。

3 控制算法分析

3.1非线性补偿

在PID控制中, 比例环节主要影响系统的响应速度, 因此采用分段控制, 在平台上升和下降时采用不同的比例系数来实现非线性补偿。

从式 (1) 和式 (2) 可知, 在理想平衡的情况下, 上升和下降的速度方程分别为

x˙u=t0t[ (4/mz) pz1Az0-0.05g-g]dt=t0t[ (4/mz) pz1Az0dt-1.05g (t-t0) (3)

x˙d=t0t[ (4/mz) pz2 (Az0-Az1) -0.05g+g]dt=t0t[ (4/mz) pz2 (Az0-Az1) dt+0.95g (t-t0) (4)

式中, t0为运动的起始时间;t为运动时间。

从图3可知, 引入比例因子ρ, 使x˙u=ρx˙d, 即Kp+=ρ Kp- (Kp+、Kp-分别为液压缸上升和下降的比例系数) , 可实现非线性补偿。

由于平台实际工作时处于非理想平衡状态, 因此通过实验的方法在给定参数相同的情况下测试出z轴上4个液压缸的上升和下降的速度, 从而整定各液压缸上升和下降的比例系数Kpi+ (0) 和Kpi- (i=1, 2, 3, 4) , 用于系统非线性补偿。

3.2自适应PID同步控制

对于液压闭环控制来说, 通常采用“同等方式”和“主从方式”来进行同步控制[6], “同等方式”是多个执行元件同时跟踪给定的系统并分别进行闭环控制的方式;“主从方式”是以其中一个输出作为理想输出, 其余执行元件跟踪它同步运行的方式。这两种方式对高精度高响应的系统来说有一定的局限性。系统在给定信号比较大时, 各缸所受的压力不同, 运动加速度不同, 用“同等方式”跟踪效果不够好, 过程同步误差比较大, 但稳态同步误差比较小;而“主从方式”的跟踪效果比“同等方式”好, 但对从执行元件的控制是滞后的控制, 致使系统的稳态同步误差比较大。

本系统给出了一种“同等方式”和“主从方式”相结合的方式, 用液压缸z1作为主执行元件, z轴其他液压缸作为从执行元件。采用位移、位移差和速度差构成双闭环控制结构, 动态修改从执行元件的比例系数, 减小系统的过程同步误差和稳态同步误差。使4个执行元件的运行速度基本保持一致。

z1和z2的控制系统如图4所示, 其中G1 (s) 、u1 (t) 、x1 (t) 、x˙1 (t) G2 (s) 、u2 (t) 、x2 (t) 、x˙2 (t) 分别为z1和z2的传递函数、控制量、输出位移和速度, rz (t) 为系统给定位移。z3和z4缸的控制方式与z2相同。

对于同步控制系统, 被控量可以是加速度、力、速度和位移。但采用加速度、力、速度作为被控参量时, 较小的误差会带来较大的位移偏差, 因此被控参量采用位移为好。

z2、z3和z4的比例系数是实变参数, 它们在系统控制中动态修改。本文中, 设4个液压缸上升和下降的比例系数分别为Kp2+ (k) 、Kp2- (k) 、Kp3+ (k) 、Kp3- (k) 、Kp4+ (k) 和Kp4- (k) 。

在图4中, |x1 (t) -x2 (t) ||x˙1 (t) -x˙2 (t) |, , |x1 (n) (t) -x2 (n) (t) |定义为n阶近似误差 (或同步误差) , 如果它们都很小, 这两曲线为n阶近似。由于系统实时性的要求, 采用零阶和一阶近似误差动态修改z2的PID参数, 可以使z2动态跟踪z1的运行速度, 使系统具有一阶近似的同步。

z2参数修改递推公式如下:

ΔΚp2-=δ[x2 (k) -x1 (k) ]+ε[x˙1 (k) -x˙2 (k) ] (5)

Kp2- (k) =Kp2- (k-1) +ΔKp2- (6)

ΔΚp2+=δ[x1 (k) -x2 (k) ]+ε[x˙1 (k) -x˙2 (k) ] (7)

Kp2+ (k) =Kp2+ (k-1) +ΔKp2+ (8)

式中, δε分别为位移和速度的校正因子。

对于位移控制系统来说, 位移差的修正是滞后的, 而速度差的修正则是超前的, 这种双闭环的系统结构对于不同频率、不同幅值的给定信号实现了自适应的同步控制。

z3和z4液压缸的同步控制算法与z2一样。

3.3泄漏和死区补偿

液压系统存在一定的泄漏, 比例伺服系统存在一定程度的死区, 在高精度运动控制的情况下, 忽略死区效应和泄漏将会产生较大的稳态误差和较差的系统暂态响应[11]。为了克服泄漏和死区对控制系统的影响, 采用补偿器实现系统零点补偿。

由于系统的泄漏在不同的负载下是不同的, 这就要求各液压缸补偿值不同, 而且随着时间的推移, 泄漏情况会发生变化, 因此补偿值是时变参数。系统中设计了一个自动调整补偿值的预估器, 用以达到自适应补偿的目的。

平台在未进入地震模拟工作状态的情况下, 可以启动零点补偿预估模块。系统在给出中位 (40mm) 的设定信号下, z轴上4个液压缸同时同向运动, 自动调整各液压缸的补偿值, 直到稳态误差小于1mm为止, 并记录下来。预估器的结构如图5所示, 其中xi (i=1, 2, 3, 4) 为z轴上4个液压缸的位移输出, ui (k) (i=1, 2, 3, 4) 为各液压缸的控制量。

采用这种补偿器控制算法计算简单, 实时性比较好, 对于补偿值的预估方式可以自适应于各种不同负载、对称死区和非对称死区。

4 程序流程

系统以LabVIEW为开发软件平台, 采用模块化的设计方法进行设计, z轴同步控制程序流程如图6所示。

5 控制效果

图7是震模拟平台z轴上4个液压缸在不同的给定下的时域响应图, 实验是将平台布置成厨房, 并在各种厨房设施不均匀摆放的情况下进行的, 即在各液压缸受力不同的情况下进行的。

图7所示为平台处于中位 (40mm) 时在系统给定位移为10mm情况下产生的响应。可以看出, z轴的稳态误差小于1mm, 上升时间约为75ms, 达到了减小稳态同步误差的目的。以其中一个轴作为基准, 阶跃响应中的过程同步误差在±1mm之内。

平台处于中位 (40mm) , 在3Hz和8Hz的正弦信号输入的情况下, 过程同步误差在±0.5mm之内, 达到减小过程同步误差的目的。另外, 在不同的频率和幅值的情况下, 响应曲线没有偏心, 即以40mm作为中心, 上下幅值基本相同, 说明上下运行速度基本一致, 达到非线性补偿目的。

6 结论

(1) 通过实验测试出各缸往返运动的速度, 得到往返运动的比例系数初值, 在模拟震动中用分段控制对往返运动采用不同的系数, 有效地解决了系统非线性问题。

(2) 采用位移、位移差和速度差组成的双闭环结构, 动态修正PID参数的自适应控制算法, 达到了4个液压缸同步运动的要求, 使系统对不同频率、不同幅值的地震波的控制有较好的自适应能力。

(3) 采用零点补偿方式, 有效地克服了各液压缸的泄漏和死区带来的稳态误差大的问题。

(4) 采用零点补偿预估的方式, 较容易地实现补偿值的调整, 使零点补偿具有自适应性。

摘要:在对地震模拟平台三向六液压缸系统的z轴上4个液压缸进行非线性分析的基础上, 用不同的比例系数按分段控制方法进行非线性补偿, 使地震平台上升和下降的运行速度保持一致;采用位移差和速度差组成的双闭环结构动态修正PID参数, 实现了各轴的自适应同步控制;用零点补偿方法解决了液压系统的泄漏和液压缸的死区造成的稳态误差的问题;用补偿预估模块方便地实现了零点补偿值的自动调整。

关键词:同步控制,非线性补偿,自适应控制,零点补偿

参考文献

[1]李长春, 孟亚东, 刘晓东, 等.电液伺服系统的同步控制研究[J].兵工学报, 2007, 28 (6) :765-768.

[2]吴保林, 裘丽华, 唐志勇, 等.工程机械液压底盘模拟实验台双马达同步技术研究[J].中国机械工程, 2006, 17 (9) :899-902.

[3]Sun D.A Model-free Cross-coupled Control forPosition Synchronization of Multi-axis Motions:Theory and Experi ments[J].IEEE Transactions onControl Systems Technology, 2007, 15 (2) :306-314.

[4]Xiao Y, Zhu K Y.A Cross-coupling ReferenceModel Control Algorithm[J].International Journalof Adaptive Control and Signal Processing, 2005, 19 (8) :623-638.

[5]高钦和, 黄先祥, 王孙安.含多级油缸的液压举升系统智能PID控制研究[J].中国机械工程, 2007, 18 (6) :662-665.

[6]刘春芳, 吴伟.双电液伺服系统同步模糊控制研究[J].液压与气动, 2005 (9) :19-21.

[7]蒲兴成.一类连续混沌系统的自适应同步控制器[J].四川大学学报 (自然科学版) , 2006, 43 (6) :1412-1415.

[8]刘乔, 吴新跃, 石阳, 等.电液伺服系统的积分滑模自适应控制方法的研究[J].机床与液压, 2008, 36 (5) :126-129.

[9]杨勇.液压伺服系统自适应模糊变结构控制[J].电子学报, 2008, 36 (1) :86-89.

[10]池荣虎, 侯忠生, 于镭, 等.高阶无模型自适应迭代学习控制[J].控制与决策, 2008, 23 (7) :795-798.

[11]王中华, 张勇.运动控制中的鲁棒自适应死区补偿[J].控制理论与应用, 2008, 25 (3) :475-479.

同步模拟 篇2

2014河北河北政法干警面试情景应变同步模拟训练

4.某地发生一起食物中毒事件,领导交办你去完成,你如何解决?

【参考答案】

食物中毒事关老百姓生命安危,我将竭尽全力处理好食物中毒事件。

首先,我会进行必要的应急处理。要第一时间奔赴现场,为充分统筹利用时间,我会在途中尽早通知卫生、公安、质检等相关部门到达现场。到达现场后,按照相关事故制定的预案,成立领导组,负责全面的工作。领导下设相关小组开展相关工作,要进行抢救,以人为本、生命至上,千方百计抢救中毒者的生命。

其次,我会迅速查明原因,采取果断措施,堵住中毒的源头,防止中毒人群进一步扩大。对于事故的责任人要严肃处理。

同时,要做好病人家属的思想工作,疏散围观人群,维护社会稳定;及时向外界发布有关中毒事件的情况,避免外界恐慌。

在处理事件的过程中,我会向领导汇报工作进程,特别是自己职权范围内无法解决的重大问题和信息。事件处理完毕后,写出总结报告,重点是分析中毒事件产生的原因,提出加强食品安全工作的建议,防止此类事件再次发生。

5.某市一家中型家禽批发市场一个经营户的5000多只鸡在一天内突然死了大半,市场管理方将死鸡送交有关部门检测后,有关部门认为有可能是禽流感。你作为当地政府分管农业的副职,该做好哪些工作?

【参考答案】

近年来,禽流感以惊人的速度在世界蔓延,已经给各国造成了重大损失,尤其对农业影响较大。中型家禽批发市场出现疑似禽流感事件,作为政府分管农业的副职,我一定会高度重视,做到及时发现,及时处理,防止禽流感在人群之间相互传染。

(1)事情发生后,我会第一时间赶往现场,途中要求市场管理方封锁市场,同时向上级报告。

(2)启动应急预案,成立现场指挥部,工商、公安、卫生、防疫、疾控、商务、财政、畜牧、交通及当地乡镇街道办事处要积极配合,下设专家检测组、思想维稳组、现场捕杀组、消毒善后组、后勤保障组、信息联络组等。

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(3)应急处置,划定疫区范围,隔离市场,追查病鸡来源,如有流出,追查去向,一旦被认定为禽流感,立即组织捕杀、消毒,过程中要做好经营户的经济补偿和思想工作,做好工作人员的个人防护工作。

(4)公开信息,引导舆论,消除恐慌。

(5)积极整改,完善硬件设施和管理制度,经上级验收合格后,尽快恢复市场经营。事件圆满解决后,我会认真做好工作总结并上报领导,吸取经验,作为以后处理类似情况的参考和借鉴。同时完善各级突发疫情应急预案,健全突发疫情应急机制,落实各项应急保障措施。加强医学监测和预防工作,坚决防止疫病向人群传播。

6.据悉,你所辖区域的公路上,某化工厂运送的7 吨一溴硝基甲烷全部外溢,它所产生的强烈刺激气味腐蚀了运输车辆和高速公路,并有数十行人和旅客纷纷中毒;乡政府急令你前去处理,你怎么办?

【参考答案】

一溴硝基甲烷是一种具有强烈腐蚀性和危害性的化学药品,一旦泄露不仅会造成一定的环境污染,对群众的生命安全更是构成极大的威胁,乡政府派我去处理此事件,我一定会本着以人为本、生命至上的宗旨,及时高效的处理好该事件。具体措施如下:

(1)这是一起环境污染突发事故,我会迅速向县卫生防疫部门报告。

(2)率有关人员迅速赶到事故现场,抢救中毒患者,及时将其送往就近医院,或就地隔离、抢救、治疗。

(3)要保护和控制好现场,防止事态扩大化,把事故危害降到最低,同时对事故现场进行临时封闭,撤离人员,组织抢险,封存或销毁有毒物品,防止泄漏的扩散,有效地控制和消除致病及中毒因素。

(4)按照环境污染突发事件规定进行报告,配合卫生行政部门进行调查。做好善后及对肇事单位和责任人的处置工作。我们在工作中碰到这种突发事件是难免的,因此我们应当冷静、迅速、妥善处理。在工作结束后,及时的进行总结,上报领导,并建立相应的应急预案,以便再发生类似事件能够及时高效的处理。

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同步模拟 篇3

一、理论教学与实践教学脱节

大一学生刚刚步入大学, 对社会知之甚少。会计工作技术性比较强, 但是对他们来讲, 由于对会计工作没有感性认识, 反而觉得会计知识都停留在理论上、书本上。在会计学原理教学环节中, 先进行理论教学, 然后进行手工模拟实验。例如, 在学习“借贷记账法在制造业的应用”这一章时表现得尤为明显。比如以实际成本法计价购进材料时, 假定款项已付, 会计分录是:

通过教师的讲解, 学生可能会做会计分录了, 但是在这笔经济业务发生时, 原始凭证有哪些, 是如何传递的, 学生并不清楚, 在学习会计凭证之前, 有的学生甚至以为会计的工作就是做一笔笔会计分录。

二、教材的理论化较强

一般的会计学原理教材都是用文字来描述经济业务, 平时的课后作业以及考试都是看着这些用文字描述的经济业务来做会计分录。在手工模拟实验中, 学生看到的是一张张原始凭证, 比如发票、商业汇票、支票等等。他们首先要根据这些原始凭证, 判断发生了什么样的经济业务, 这个思维的转变对学生来讲是不容易的, 打破了他们上理论课时的思维模式, 对经济生活的不了解使他们在判断经济业务时感到吃力。另外, 把会计分录在记账凭证上体现出来, 也会出现一些问题。

三、学生的自主学习能力较差

学生在实验中遇到疑难和困惑时, 首先想到向教师请教, 而不是站在专业会计人员的角度去关注企业经济业务的来龙去脉, 从而作出相应的账务处理。这样导致的结果是错误率降低了, 但却严重背离了会计手工模拟实验课程的开设目的。

四、师资力量有待提高

目前的会计专业教师中, 绝大部分教师是直接从高校毕业后从事会计教学的, 虽然具有丰富的会计理论知识, 但缺乏会计实务经验。指导教师实践教学能力的局限, 使会计手工模拟实验教学难以达到预期的效果。

五、提高会计学原理课程教学效果应采取的措施

1. 理论与手工模拟实验同步教学。

采用情境式教学, 在实验室里上课, 让学生从第一节课就身临其境, 强化学生对会计工作的感性认识。现在的会计学原理教材一般是把“借贷记账法在制造业的应用”安排在前, “会计凭证”安排在后, 在组织教学活动过程中, 要调整顺序, 先讲“会计凭证”, 再讲“借贷记账法在制造业的应用”。在讲会计分录时, 根据原始凭证编制记账凭证, 实验与理论教学实现真正的同步。

2. 更新实验资料、转变教学手段。

现在我们采用的是以工业企业为例进行会计核算, 为了体现林业院校的特色, 可以采用林业企业的资料进行手工模拟实验。邀请林业企业的会计人员和会计专业教师一起编写实验指导书, 使实验资料更切合实际。传统的实验教学是黑板加粉笔的模式, 这不利于提高教学效率。手工模拟实验教学可以适当引入多媒体, 通过多媒体播放一些介绍手工实验技能的视频、动画以及PPT等, 生动直观, 可以激发学生学习兴趣, 提高课堂效率, 从而提高教学效果。

3. 加强过程控制。

会计手工模拟实验课对大部分学生来说是第一次接触真正的会计用品, 难免感到陌生。无论是数字的书写、凭证的装订, 还是账簿的登记、报表的编制, 都可能会出现各种各样的问题。指导教师对操作中出现的问题, 不是简单地告诉他们答案, 而是应引导学生, 让他们尽可能先从课本上找答案, 或者与同学进行讨论, 主动寻找解决问题的办法, 这样学生才能自觉地将理论应用于实践, 真正实现实验的目的。

4. 提高会计专业教师的科研能力和实践能力。

会计专业教师应多学习, 多阅读, 多调研, 多写作。强化专业知识, 阅读专业的书籍和杂志, 写出一些高质量的论文来提升自己的科研能力。在教学中发现新颖的科研选题, 通过科学研究夯实教学的基础, 教学与科研相互促进, 相辅相成。

学校应鼓励会计专业教师到企业或会计师事务所进行挂职锻炼, 提高其实践操作能力, 丰富讲课的素材, 多讲案例, 用学生比较容易理解的方式向他们传达会计信息, 强化他们对理论知识的理解, 激发他们学习本课程的兴趣。另外, 还可以聘请有实际工作经验的会计人员指导模拟实验, 如聘请退休的会计人员, 或邀请在职会计人员指导实习, 以增加会计模拟实验现场的真实感。

摘要:会计学原理课程教学过程中, 一般都会开设理论教学与手工模拟实验教学, 但往往是先进行理论教学, 再进行实验教学, 两者的脱节导致了收不到预期的教学效果。文章在总结教学经验的基础上, 提出会计学原理理论与实验同步教学的观点。

关键词:会计学原理,手工模拟实验,同步教学

参考文献

[1].王惠芳.高校会计手工实验教学探析.经济师, 2008 (4)

[2].马梅芝.会计手工实验教学存在的问题及改革创新.产业与科技论坛, 2008 (7)

同步模拟 篇4

射波刀的治疗精度主要依赖于影像引导系统、同步追踪系统、机械臂运动系统。修正摆位误差及治疗过程中的实时追踪更是依赖于影像及同步追踪系统自动分析得出的数据[2]。其数据为计算机自动分析得出,不具有直观性。笔者决定利用模拟定位机对射波刀影像同步追踪系统自动分析得出的靶区运动数据进行分析,验证其追踪数据的准确性。

1 材料与方法

1.1 材料仪器

射波刀,美国Accuray公司,第四代(GⅣ);

模拟定位机,荷兰Nucletron公司,Oldelft Simulix HP;

Synchrony模体,美国Accuray公司,Synchrony Motion Table;

Xsight Lung模体,美国CIRS公司,LTT Dynamic Phantom。

1.2 方法

1.2.1 射波刀下Synchrony模体、Xsight Lung模体六维方向运动测量

将Synchrony模体摆放于射波刀治疗床,调用E2E对应Synchrong验证计划[3],曝光条件120 kV、100 mA,使六维方向摆位误差均≤0.2 mm/0.2°。对模体建立呼吸模型,采集呼吸周期中一、三、五、七相位时的运动数据。通过调整Synchrony模体运动速度获得不同呼吸速度下影像系统及同步追踪系统获得的运动数据。

Xsight Lung模体测量时,先进行Xsight Spine摆位,后转入Xsight Lung模式进行建模。获取靶区运动数据。

1.2.2 模拟机下Synchrony模体、Xsight Lung模体三维方向运动偏差

将Synchrony模体摆放于模拟定位机治疗床,曝光条件50 kV、10 mA,在机架分别处于0。及90°人工记录下模体内6粒金标(Fiducials)各自的的运动幅度,取其均值进行L/R、A/P、I/S方向运动分析。

将Xsight Lung模体放于模拟定位机下,观察模体内小球运动,进行数据测量。

2 结果

2.1 射波刀下Synchrony模体、Xsight Lung模体六维方向运动偏差

测量结果显示,改变Synchrony模体的运动速度对其运动幅度无影响,取均值后六维方向运动结果参见表1,运动幅度为I/S方向22.9 mm。Xsight Lung模体的六维方向运动结果参见表2,运动幅度为I/S方向29.1 mm。Synchrony模体及Xsight Lung模体的运动模式均为头脚方向(I/S)匀速运动。

2.2模拟机下Synchrony模体、Xsight Lung模体三维方向运动偏差

Synchrony模体的六维方向运动结果参见表3,运动幅度为I/S方向23.0 mm。Xsight Lung模体的六维方向运动结果参见表4,运动幅度为I/S方向30 mm。

Synchrony模体在模拟机下测得的数据与射波刀影像系统及同步追踪系统分析得出的运动数据误差别为0.1 mm,Xsight Lung模体下二者的误差为0.9 mm,均小于1 mm。

3 讨论

验证射波刀的影像引导系统和同步追踪系统的准确性对于开展临床治疗、做好射波刀质量控制与质量保证具有重要的指导意义。若对真实病患进行测量,受环境因素影响较大。模体受环境影响较小,所追踪的目标靶区刚性、重复性、周期性也较真实病患好,且呼吸波形均为正弦波,易于采集峰值数据,测量比对结果更加具有说服力。

射波刀影像引导系统由一对固定在患者两侧天花板处的诊断用X射线管及安置于地面上的非晶硅影像探测器组成,与患者形成45°与315°正交拍片,获得病人的空间数据[3]。以Synchrony模体为例,模体内分布6粒金标,构成一定空间结构。影像系统依据两张正交影像获得6粒金标的空间位置,与由定位CT获取得到的数字化重建影像(digitally reconstructed radiograph,DRR)进行比对,获取六维运动信息(三维平移数据、三维旋转数据)。模体运动仅存在I/S方向匀速运动,在模拟定位机环境下,采取0°与90°正交拍片,可以更加直观明了地寻找模体中心并观察运动,获得较准确的运动数据。

结果表明,使用Synchrony模体测量,模体内金标数目>3,构成立体空间结构,刚性程度高,射波刀影像引导系统获得的峰值相位六维方向的运动参数稳定,扰动误差均≤0.1 mm/0.1°。通过Xsight Spine摆位计划获得Xsight Lung模体旋转数据,而后期的肺追踪计划只获得追踪靶区的三维运动(1/R、A/P、I/S方向),且计算机分析获取的运动数据扰动较大,I/S运动方向扰动更是高达4.5 mm,需要通过拍摄多组峰值相位才能获得真正的运动极限值。由此可见,Xsight Lung追踪方式类似于1粒金标的Synchrong追踪方式,追踪空间数据不足,≥3粒金标的Synchrong追踪方式可获得更加理想精确的追踪治疗。同时亦说明,在使用Xsight Lung追踪方式进行呼吸建模时最好采取自动建模与手动建模相结合,拍摄多组数据,建立更加贴近肿瘤运动的真实模型。

因此利用模拟机测量所得数据与射波刀影像追踪系统分析所得数据相符,该测量方法具有可行性。

参考文献

[1]沈君姝,耿薇娜,王朋,等.射波刀追踪方式分析.生物医学工程与临床,2011;15(5):502-504

[2]王境生,李丰彤,袁智勇,等.射波刀Xsight患者六维方向数据分析.医疗卫生装备,2012;33(2):128-129

[3]沈君姝,耿薇娜,王朋,等.射波刀的物理质量保证和治疗控制.生物医学工程与临床,2012;16(2):193-196

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