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用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统

阅读：3发布：2023-03-02

专利汇可以提供用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统，其包括：一加速器控制模块；一与所述加速器设备连接的镜像加速器生成模块；一与所述加速器控制模块连接的治疗室切换模块；以及一与所述加速器控制模块、镜像加速器生成模块以及治疗室切换模块连接的状态监测模块。本发明通过“镜像加速器”技术，建立真实加速器设备的完整拷贝，以提供给治疗室访问，满足了治疗室检测加速器状态的需求，同时避免了治疗室错误访问真实加速器设备可能带来的风险。同时，通过治疗室切换模块在对不同治疗室访问请求进行仲裁和排序的基础上，实现了按照治疗需要，全动态循环运行加速器以产生不同能量的束流输出，从而满足最终治疗需要。，下面是用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统，其特征在于，所述系统包括：
一加速器控制模块，其接收并根据一外围的治疗控制系统提供的治疗室号和能量号，在一外围的关系数据库中获取对应的加速器设备的参数信息，并根据所述加速器设备的参数信息按预设的时序要求控制所述加速器设备自动运行；
一与所述加速器设备连接的镜像加速器生成模块，其复制生成与所述加速器设备对应的镜像加速器以供所述治疗控制系统中的治疗室访问；
一与所述加速器控制模块连接的治疗室切换模块，其接收并根据所述加速器设备的当前使用情况对所述治疗室输出的对所述镜像加速器的访问请求进行仲裁，并调用所述加速器控制模块调整当前一个所述治疗室所需的所述加速器设备的输出能量；以及一与所述加速器控制模块、镜像加速器生成模块以及治疗室切换模块连接的状态监测模块，其实时监测所述加速器控制模块、镜像加速器生成模块以及治疗室切换模块的工作状态或错误信息并反馈至所述治疗控制系统。
2.根据权利要求1所述的用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统，其特征在于，所述加速器控制模块、镜像加速器生成模块、治疗室切换模块和状态监测模块集成在一嵌入式工控机中。
3.根据权利要求2所述的用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统，其特征在于，所述嵌入式工控机通过以太网与所述治疗控制系统和关系数据库连接。
4.根据权利要求1所述的用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统，其特征在于，所述状态监测模块通过CA协议分别与所述加速器控制模块、镜像加速器生成模块以及治疗室切换模块连接，所述治疗室切换模块通过CA协议与所述加速器控制模块连接。
5.根据权利要求1所述的用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统，其特征在于，所述加速器控制模块和治疗室切换模块通过CA协议与所述治疗控制系统通信。
6.根据权利要求1所述的用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统，其特征在于，所述加速器控制模块、镜像加速器生成模块、治疗室切换模块和状态监测模块均采用PYTHON语言编程实现。

说明书全文

用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统

技术领域

[0001] 本发明涉及质子治疗领域，尤其涉及一种用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统。

背景技术

[0002] 质子治疗加速器一般包含多种硬件设备，如分布在环和输运线上的各类磁铁、电源及微波功率源等。在治疗过程中，医用加速器的控制系统需根据治疗室能量需求，动态调整和自动化运行各种加速器设备，以实现对束流位置和能量的调整，从而最终完成对患者肿瘤部位辐照能量和精确位置的控制。对于质子治疗加速器而言，为达到快速和精确治疗的目的，治疗过程中首先将肿瘤部位虚拟切片分层，然后针对每一层分别调控扫描射线的能量，通过多层扫描的辐照累计完成对整个肿瘤部位的治疗。

[0003] 而不同的能量需求，则是由所有加速器硬件设备对应的一套动态参数实现的。以质子治疗加速器为例，系统预设94个能量等级，则对应于存储在外部关系数据库中的94套运行参数。每次换能的过程，实际上是换能控制系统从数据库中读取数据，并在规定时间内按照一定时序关系设置多个加速器硬件设备实现的。由于每个患者的治疗过程是由多个不同的扫描层能量组成的，因此换能过程是一个周期往复全自动化运行的过程。

[0004] 此外，一个大型质子治疗装置一般由一个医用加速器和多个治疗室组成，若干个治疗室共享一个加速器产生的束流。因此需实现所有时刻治疗室能读取加速器状态，并确保某一时刻单一治疗室对加速器束流的“独占”使用。现有技术中，所有治疗室对加速器设备的状态读取是完全开放的，即状态信息可以同时被多个治疗室读取。但若治疗室需独占加速器束流，即对加速器设备进行独占操作，则一般需采用硬件实现多路开关选择的方式并结合软件实现，因此该方式实现复杂并且需软硬件彼此配合。另外，在现有技术中，治疗室对于加速器设备是直接访问的，如果参数设置或者流程控制错误，可能会引起设备损坏或质子束流偏转引发次生辐射。

发明内容

[0005] 为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统，以对多个治疗室对于加速器的并发访问进行仲裁和调度处理，并根据治疗室治疗需求自动化运行加速器以提供不同能量层级的束流，从而满足肿瘤治疗过程中分层扫描时能量的动态变化要求。

[0006] 本发明所述的一种用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统，其包括：

[0007] 一加速器控制模块，其接收并根据一外围的治疗控制系统提供的治疗室号和能量号，在一外围的关系数据库中获取对应的加速器设备的参数信息，并根据所述加速器设备的参数信息按预设的时序要求控制所述加速器设备自动运行；

[0008] 一与所述加速器设备连接的镜像加速器生成模块，其复制生成与所述加速器设备对应的镜像加速器以供所述治疗控制系统中的治疗室访问；

[0009] 一与所述加速器控制模块连接的治疗室切换模块，其接收并根据所述加速器设备的当前使用情况对所述治疗室输出的对所述镜像加速器的访问请求进行仲裁，并调用所述加速器控制模块调整当前一个所述治疗室所需的所述加速器设备的输出能量；以及[0010] 一与所述加速器控制模块、镜像加速器生成模块以及治疗室切换模块连接的状态监测模块，其实时监测所述加速器控制模块、镜像加速器生成模块以及治疗室切换模块的工作状态或错误信息并反馈至所述治疗控制系统。

[0011] 在上述的用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统中，所述加速器控制模块、镜像加速器生成模块、治疗室切换模块和状态监测模块集成在一嵌入式工控机中。

[0012] 在上述的用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统中，所述嵌入式工控机通过以太网与所述治疗控制系统和关系数据库连接。

[0013] 在上述的用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统中，所述状态监测模块通过CA协议分别与所述加速器控制模块、镜像加速器生成模块以及治疗室切换模块连接，所述治疗室切换模块通过CA协议与所述加速器控制模块连接。

[0014] 在上述的用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统中，所述加速器控制模块和治疗室切换模块通过CA协议与所述治疗控制系统通信。

[0015] 在上述的用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统中，所述加速器控制模块、镜像加速器生成模块、治疗室切换模块和状态监测模块均采用PYTHON语言编程实现。

[0016] 由于采用了上述的技术解决方案，本发明通过“镜像加速器”技术，建立真实加速器设备的完整拷贝，以提供给治疗室访问，满足了治疗室检测加速器状态的需求，同时避免了治疗室错误访问真实加速器设备可能带来的风险。同时，通过治疗室切换模块在对不同治疗室访问请求进行仲裁和排序的基础上，实现了按照治疗需要，全动态循环运行加速器以产生不同能量的束流输出，从而满足最终治疗需要。附图说明

[0017] 图1是本发明用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统的结构示意图。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

[0019] 如图1所示，本发明，即用于质子治疗装置的治疗室切换及束流换能自动化系统，包括：

[0020] 加速器控制模块1，其接收并根据外围的治疗控制系统2提供的治疗室号和能量号，在外围的关系数据库3中查找与治疗室号和能量号关联的设备号，获取与设备号对应的加速器设备4所需设定的参数信息，并根据加速器设备4所需设定的参数信息，按预设的时序要求(即，一定的时间和顺序要求)设置对应的加速器设备4，以控制各加速器设备4自动运行；

[0021] 与加速器设备4连接的镜像加速器生成模块5，其对加速器设备4的参数数据进行实时复制和动态刷新，以建立生成与各加速器设备4对应的完整的镜像加速器9，即，镜像加速器9完全复制并同步更新真实的加速器设备4的参数，以避免治疗控制系统2中的治疗室7对真实的加速器设备4的直接访问及可能引起的故障(例如前述的错误参数设置可能会引起例如对电源设置过大电流会损坏电源)；

[0022] 与加速器控制模块1连接的治疗室切换模块6，其接收并根据当前加速器设备4的使用情况对外围的多个治疗室7输出的针对与加速器设备4同步的镜像加速器9的访问请求进行仲裁(即，若当前有一个治疗室7正在使用加速器设备4且未结束时，如果有其他治疗室7向镜像加速器9发出访问请求，则治疗室切换模块6向其他治疗室7应答当前设备忙，并以先进先出队列记录其他治疗室7的访问请求)，并调用加速器控制模块1实现对当前治疗室7所需的加速器设备4输出能量的调整，一旦当前治疗室7使用加速器设备4结束后，治疗室切换模块6切换至使其他治疗室7访问镜像加速器9，并即通知加速器控制模块1对真实的加速器设备4执行上述相应参数设置和控制流程，从而实现单一时间单一治疗室7对加速器设备
4的独占；

[0023] 与加速器控制模块1、镜像加速器生成模块5以及治疗室切换模块6连接的状态监测模块8，其实时监测加速器控制模块1、镜像加速器生成模块5以及治疗室切换模块6的工作状态或错误信息，其中，对于镜像加速器生成模块5的监测以0.5S为周期，若状态监测模块8校验到镜像加速器9与真实的加速器设备4的参数数据不同步，则立刻刷新镜像加速器9的参数数据，并记录出错(即，数据不同步)次数，并且当出错次数大于预设阈值时，则判定出现故障并向治疗控制系统2发送出错反馈信息，以供后期分析和处理。

[0024] 在本实施例中，加速器控制模块1、镜像加速器生成模块5、治疗室切换模块6和状态监测模块8集成在一嵌入式工控机中，该嵌入式工控机中预装经过定制裁减的LINUX 操作系统。考虑到工控机虽具备稳定可靠抗干扰性强等特点，但是运算速度一般弱于专业服务器，因此可通过精简操作系统不必要的组件和服务，使其获得不弱于服务器的性能。在该嵌入式工控机中，加速器控制模块1、镜像加速器生成模块5、治疗室切换模块6和状态监测模块8均采用PYTHON语言编程实现，利用PYTHON语言修改简单、稳定可靠等特点，可以缩短治疗装置的调试时间并为质子治疗装置实现精确能量治疗提供保障。在使用时，嵌入式工控机通过独立的以太网接口与治疗室控制系统2和关系数据库3相连，其中，治疗室7与真实的加速器设备4隔断，即，治疗室7只对镜像加速器9进行访问和操作。另外，加速器控制模块1、镜像加速器生成模块5、治疗室切换模块6和状态监测模块8之间可采用符合EPICS(实验物理和工业控制系统)的CA(CHANNEL ACCESS，通道存取)协议规范进行信息交互，并且加速器控制模块1、治疗室切换模块6采用CA协议与治疗控制系统2通信，从而可无缝接入上海先进质子治疗装置的EPICS控制系统中，提高了系统的稳定性和延展性。系统上电后，只需外部治疗控制系统2按照CA规范向加速器控制模块1提供一个触发信号以及束流能量索引，加速器控制模块1即自动在外围的关系数据库3中读取预先存储的对应该能量的所有相关加速器设备4的参数信息，并根据一定时序控制加速器设备4自动运行。

[0025] 综上所述，本发明利用“镜像加速器”方式，较好地实现了多个治疗室访问的仲裁以及对核心加速器设备的保护，避免了治疗室的错误操作可能带来的对加速器核心设备的损害。

[0026] 以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

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