[發明專利]一種提高醫用超導回旋加速器束流流強精度控制的方法

有效

• 申請號: 201710566025.1
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107360662B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 陳根;宋云濤;陳永華;張良坤;陳俞錢;徐世文;徐正文;楊慶喜
• 申請（專利權）人: 合肥中科離子醫學技術裝備有限公司
• 主分類號: H05H13/00
• 分類號: H05H13/00;H05H7/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙)11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明屬于束流流強控制領域，具體涉及一種提高醫用超導回旋加速器束流流強精度控制的方法。

背景技術

隨著核醫學的迅速發展，加速器已經被廣泛的應用于正電子發射斷層成像(PET)技術、同位素生產、質子治療。其中，質子治療被視為“致癌利器”。這是當今醫學界最頂尖的一種放療技術。質子治療是一種比傳統X射線放療更先進的放療療法，因其治療精準，副作用小及能進行高劑量靶向照射等特點受到越來越多的醫療專家和患者的青睞。1931年，世界上第一臺回旋加速器誕生，開啟了人工生產放射性元素的新時代。隨著高能物理與核物理技術的發展，其他各種類型的加速器相繼出現，如經典回旋加速器、同步回旋加速器以及等時性回旋加速器。

但是以前的加速器都比較大，占很大空間，而且成本高，束流流強精度低，控制系統不穩定等，在加速器投入醫療以來，已經出現多次醫療事故。因此我們研制一種束流流強精度高，控制系統穩定、緊湊型超導回旋加速器。

本發明主要涉及醫用緊湊超導等時性回旋加速器，其主要由控制系統、磁場系統、真空系統、射頻系統、離子源系統、引出系統、冷卻系統、輸運系統、治療系統等組成。由于加速器用于醫學治療癌癥病人，對束流流強精度要求很高，但是在治療過程中，由于環境影響和電磁干擾的存在，會對束流流強精度產生影響。

發明內容

為了解決環境溫度、濕度和電磁干擾的存在，對束流流強精度產生的影響，本發明提出了一種提高醫用超導回旋加速器束流流強精度控制的方法；本發明具有控制系統穩定，物理連接抗干擾，及時快速處理反饋數據等優點，有效的提高了束流流強精度。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種提高醫用超導回旋加速器束流流強精度控制的方法，該方法包括如下步驟：

(1)在治療控制系統中設定治療病人最大束流流強值，并在治療主控制器中將其轉化成0-100％形式，以電流模擬量形式傳輸到離子源FPGA控制單元；

(2)在離子源FPGA控制單元上，將電流模擬量轉化成數字量，并在FPGA內做處理和存儲；

(3)通過離子源FPGA控制單元再將數字量轉換成電流模擬量，并傳輸到弧電源，弧電源輸出弧電壓；

(4)同時，治療控制系統將燈絲電流參數傳輸到燈絲電源上，燈絲電源輸出燈絲電流；

(5)弧電壓和燈絲電流同時加在離子源燈絲上，控制束流流強大小；

(6)另外，通過加速器離子室監測束流流強大小并反饋給治療控制系統。

步驟(1)中所述的百分比表達式如下：

y＝kx+b；

式中，x和y是線性關系，y是光纜傳輸電流值大小，b＝4,k＝(20-4)/(MAX Ibeam-0),20是最大傳輸電流，4是最小傳輸電流,x是束流流強值，大小范圍0-MAX Ibeam。

步驟(1)中，所述電流形式通過同軸電纜傳輸到離子源FPGA控制單元。

步驟(2)中，所述處理數據存儲在FPGA flash里，所述FPGA是ALTERA的四代型號；所述flash存儲Vdee值，Uarc,Ibeam,Iarc。

步驟(3)中，束流傳輸方向連接方式為：治療控制系統主控制器連接同軸電纜，同軸電纜連接離子源FPGA控制單元，離子源FPGA控制單元在通過電纜連接弧電源，弧電源產生弧電壓加在燈絲上。

步驟(3)中所述弧電壓是4-20mA電流控制，輸出弧電壓，另外此弧電壓的上升和關斷時間<50us。

步驟(4)中所述燈絲電流參數通過以太網轉光纖方式傳輸到燈絲電源上；所述以太網采用TCP/IP以太網協議；所述光纖采用多模光纖。

步驟(4)中，束流傳輸方向連接方式為：治療控制系統主控制器以太網接口轉光纖，光纖連接燈絲電源，燈絲電源產生燈絲電流加在燈絲上。

步驟(6)中所述反饋是將監測束流流強值傳輸給治療控制系統。

該方法還包括：在步驟(6)后，由于燈絲變細物理因素，每次治療病人前都需要重新計算最大束流流強值。

本發明的有益效果：本發明利用模擬量電流傳輸控制信號、控制弧電壓，以太網轉光纖傳輸參數控制燈絲電流，FPGA并行快速處理數據，弧電壓快速上升和關斷，束流流強值有效監測，以上采取的抗干擾，快速處理數據和及時反饋測量值等措施，有效的提高了束流流強精度。

附圖說明

為了便于本領域技術人員理解，下面結合附圖對本發明作進一步的說明。

圖1為本發明的束流傳輸方向硬件連接示意圖；