医用粒子加速器安装定位API Radian激光跟踪仪应用分享

高能粒子&精准导向

在与恶性肿瘤疾病的斗争中，人类一直在积极努力地探索并开发更为有效、副作用更小的治疗方式。放射治疗，通过医用加速器，产生粒子束，并使用射线照射病灶部位消灭肿瘤细胞，已成为针对恶性肿瘤治疗的主要手段之一，随着近几十年医疗科技的快速发展，放疗技术已由二维放疗发展到三维、四维放疗，并在定位定向上要求更加严格，以做到在放射治疗过程中，精准打击癌细胞、并尽可能地保护健康细胞不受伤害。

“发射基地”的高精度测量需求

放射线的精准导向，源于从制造到输出过程中一系列的严格把控。而严格把控的第一步，就要从本案例中测量的粒子束“制造及发射基地”（设备间）的建设做起。 本案测量的某型号医用加速器的设备间，由粒子发生装置、机械臂、和环形加速装置组成（请参见图1）。要求这三个主体装置在设备间地面的安装基面相对于大地水平面的高度值相差不超过0.1mm。

图1：本案例设备间各装置安装基面布局图

API测量解决方案

根据本案测量需求和现场环境，API制订了Radian激光跟踪仪配合高精度靶球的测量解决方案。Radian激光跟踪仪拥有微米级别（μm，1/1000mm）的测量精度、超过80米的测量半径，且集成紧凑，可以多种姿态轻松安装于测量现场，是适配本案测量需求的绝佳选择。

图2：本案例测量现场Radian激光跟踪仪测量示意图

（请参见图2）测量时，操作者手持跟踪仪靶球（SMR）碰触待测部位，Radian激光跟踪仪主机会射出一道激光锁定并跟踪SMR的球心，在SMR碰触待测部位时，以1000Hz的采数速率将该待测点的3D坐标进行精准采集，并传输至测量软件进行记录和保存。当采集了若干这样的3D点后，即可在软件中根据各点的位置，组成相应的线、面、体，并计算相应的形位公差数据，也可以和数模或基准进行比对，从而达到测量检测的目的。

本案测量的现场实施

1、水平基面的建立 首先将Radian激光跟踪仪架设于设备间的合适位置，使用靶球在地面取基准点P1，随后在软件中建立理论水平面A，并平移至点P1，作为基准标高。（请参见图3）

图3：测量现场水平基面建立示意图

2、环形加速装置基座安装基面的测量 如图4所示，环形加速装置基座的安装基面是若干个圆形，测量时，分别在这些基面的圆周及中心位置取点测量（圆周3个，中心位置1个），并使用这些测量点分别构建平面，与基准平面A做比较，即可得到该基面相对于理论水平面A的高度差值，作为调整、修复的数据支撑。

图4：环形加速装置基座安装基面的测量示意

3、机械臂与粒子发生装置机坑的测量 与环形加速装置基座安装基面的测量类似，使用Radian激光跟踪仪配合靶球，在机坑所在矩形基面上均匀取若干点进行测量，并使用这些测量点构建平面，与基准平面A做比较，得到高度差值，作为调整、修复的数据支撑。

图5：机械臂及粒子发生装置安装基面测量示意图

水平度调整与后续安装指导

测得如上数据后，可依照数据对实际各安装基面的水平度进行调整，直至达到符合标准的状态，即可进行接下来的设备安装环节。 在加速器各部件安装时，Radian激光跟踪仪亦可发挥重要作用，对各部件、零件实施安装定位指导。“装调”功能的使用，更可最大程度方便施工者了解目标工件的实时空间位置，从而实时调整目标工件姿态，以最精准、最高效的方式实现整套设施的装配。 值得一提的是，API还同时开发了多种激光跟踪仪功能拓展附件，在本案的装配环节中，即可适用vProbe测头对隐藏点进行高精度测量，以及适用高精度陶瓷靶球，对加速器的永磁部件进行测量，避免因钢制靶球被磁力吸附而干扰测量作业。

图6：Radian激光跟踪仪（左）、vProbe隐藏点测头（中）、跟踪仪陶瓷靶球（右）

结论

API品牌Radian激光跟踪仪以微米级的测量精度、极致紧凑灵活的测量方式、多样化的可适用于各种测量情景的测量附件，充分满足了医用粒子加速器安装定位、装配各环节的测量需求。

图7：API公司总部大楼

关于 API

API品牌由Kam Lau博士在1987年创立于美国马里兰州的罗克韦尔，是激光跟踪仪的发明者，同时持有多项全球领先测量科技的专利，是精密测量科技领域的引领者；API自成立以来，始终致力于机械制造领域精密测量仪器和高性能传感器的研发和生产，产品已广泛应用于世界各国的先进制造领域，并在坐标测量和机床性能测试的高精度标准方面处于领先地位。           

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（API公司）

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