[发明专利]一种主动变能点扫描电源的快响应扫描控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种主动变能点扫描电源的快响应扫描控制系统及方法，其特征在于，该快响应扫描控制系统包括AD板、快连锁接口板、状态板、FPGA控制器和PWM背板；AD板用于获取主动变能点扫描电源中每一支路的反馈电流；快连锁接口板用于接收治疗终端发送的快连锁信号；状态板用于判断主动变能点扫描电源内部是否发生故障，如果发生故障则实时反馈故障信号至所述FPGA控制器；FPGA控制器用于实时监测并确定主动变能点扫描电源的输出电流控制信号；PWM背板用于FPGA控制器实时确定的输出电流控制信号，实时产生多路PWM光信号，并发送至主动变能点扫描电源，本发明可以广泛应用于离子加速器领域中。

技术领域

本发明是关于一种主动变能点扫描电源的快响应扫描控制系统及方法，属于离子加速器领域。

背景技术

离子加速器治疗装置是一种利用离子射线进行放疗的大型放疗仪器，带电离子经过同步加速器加速到一定的能量被引出射入到人体，在到达肿瘤病灶前，射线能量释放不多，但是在到达病灶后，会瞬间释放大量的能量，形成“布拉格”能量的脉冲峰。整个照射过程类似于对肿瘤的“立体定向爆破”，能够对肿瘤病灶进行强有力的射杀，同时又避开照射正常组织，实现疗效的最大化。束流配送系统是实现离子束放射治疗的硬件设施，同时也是离子加速器治疗装置的重要组成部分，包括束流的配送、监测、调试、准直和计量监测等。束流配送系统将加速后的束流引至治疗终端，然后通过控制扫描电源产生扫描磁场来引导束流对肿瘤进行治疗。目前，离子束应用于肿瘤临床治疗的束流配方式主要包括被动式束流配送和主动式变能束流配送两种。在被动式束流配送系统中，加速器提供固定能量的束流，在束流通过的路径上放置射程位移器，从而改变离子束能量以达到不同的入射深度，同时将束流横向扩展得到较大的照射野，利用准直器截取照射野进行实时照射治疗；在主动式的束流配送系统中，加速器主动改变离子的能量,从而改变离子束入射深度，同时利用磁扫描系统引导笔形束(pencil beam)对肿瘤靶区进行适形或调强照射治疗。相对被动均匀扫描而言，主动变能点扫描是一种精确扫描，对束流及束流配送系统设备的要求较高。主动变能点扫描电源是实现主动变能点扫描的关键设备，主动变能点扫描电源的主要作用是实时产生所需的励磁电流，以快速引导束流到达既定的位置。如果采用模拟电源方案，则通过实时改变电流给定基准电压控制扫描过程，这样扫描过程主要由外部控制器改变模拟给定基准来完成控制过程，但是这种控制方法的可靠性、实时性、灵活性有限。随着数字技术的发展，数字扫描电源逐渐取代模拟扫描电源。

主动扫描电源控制器的硬件、数据通信、软件和控制策略等应该保持快速、实时、可靠地工作，如果扫描过程中出现异常出现，扫描过程就会停止，这不但会影响治疗效果，而且扫描过程也不容易恢复，最终会影响点扫描的治疗效率。因此，扫描电源的控制应该尽可能减少故障率，提高可靠性，这也是扫描电源控制方法中的一个难点。主动扫描电源的故障发生时，如何快速有效地并实时通知治疗终端控制系统是点扫描电源控制过程中的关键且有难度的问题。主动扫描治疗过程具有严格的治疗顺序，首先医生根据治疗处方将肿瘤划分为多层进行照射治疗，先治疗最外层，然后依次往最近层治疗。因为肿瘤一般是不规则形状，每层的治疗数据不同，所以电源需要接收多个层的位置电流数据，产生约束磁场引导束流在每层精确到达既定的位置。如果发生故障，电源应该确保对治疗的状态的实时保存，并实时通知终端扫描控制系统，以便系统能够重新恢复到治疗状态。治疗过程中，电源控制器应该与终端治疗系统实时保持通信，以确保治疗过程安全可靠。这对电源控制器的硬件、软件的可靠性设计要求很高，因此，主动扫描电源控制器在满足功能的同时更要考虑运行的可靠性。