CN101797423A - 自校正、多曲线拟合数字式剂量监控方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自校正、多曲线拟合数字式剂量监控方法和系统，所述方法包括：预先根据采集值进行数据拟合，拟合函数为分段函数，从而建立起电离室输出信号与实际剂量率的实际非线性对应关系，并非简单的线性关系，因此本发明的监控系统能够获得精确的实际剂量率，即便在剂量率有较大变化的情况下，也不会产生监控到的剂量与实际剂量之间的大偏差。

Description

自校正、多曲线拟合数字式剂量监控方法和系统

技术领域

本发明涉及放射治疗器械的技术领域，具体涉及自校正、多曲线拟合数字式剂量监控方法和系统。

背景技术

剂量监控系统是将医用电子加速器的X辐射或电子辐射应用于放射治疗的基础之一。安全、准确、可靠地传送所需的剂量正是剂量监控系统的主要功能。

在放射治疗过程中，剂量监控系统采用透射型电离室采集电子加速器的实际剂量率，并发送给监控主机，由监控主机根据实际剂量率调整后续给予剂量率的大小，以保证向病人安全、准确、可靠地传送所需剂量。

但是，电离室输出信号与实际剂量率并非简单的线性关系，如果不对电离室的输出信号进行校正，那么在剂量率有较大变化的情况下，监控剂量与实际剂量就会有较大的偏差。在这种情况下，监控主机根据电离室采集的实际剂量率信号进行剂量率调节不够精确，从而导致给予的剂量不符合病人需求，危害病人健康。

发明内容

本发明提供了一种自校正、多曲线拟合数字式剂量监控方法，该方法能够在剂量率有较大变化的情况下，减小监控到的剂量与实际剂量的偏差。

该方法包括：

预先采集不同剂量率射束照射下对应的电离室输出信号的大小，将采集的电离室输出信号进行分段，根据采集数据进行分段拟合，得到各电离室输出信号分段的拟合函数；

记录电离室输出信号分段与拟合函数之间的对应关系；

在实际监控过程中，采集当前电离室的输出信号，查找建立的对应关系，查找到当前电离室输出信号所在的分段，以及该所在分段对应的拟合函数；采用得到的拟合函数计算当前电离室的输出信号对应的当前剂量率；再采用当前工作温度和大气压力对当前剂量率进行再次校正，得到精确的当前剂量率。

为了减少存储量，建立对应关系时，记录电离室输出信号与拟合函数的参数之间的对应关系，约定各分段的函数类型，例如是一次函数还是二次函数，那么在根据对应关系获取分段函数时，根据当前电离室的输出信号查找所述对应关系，获得当前电离室输出信号所在分段以及该所在分段对应的拟合函数的参数，再根据获得的拟合函数的参数以及预先约定的各分段的函数类型，组成拟合函数，将当前电离室的输出信号值代入拟合函数得到当前剂量率。

本发明还提供了一种自校正、多曲线拟合数字式剂量监控系统，该系统包括两路监控通道，每一路监控通道都包括电离室、前置放大板和剂量监控板；

对于每一路监控通道：

电离室被分为两部分，输出第一信号和第二信号；其中，其中一个电离室被分为左右两部分，输出左信号和右信号，另一个电离室被分为前后两部分，输出前信号和后信号；

在电离室安装的温度传感器输出电离室的温度信号、气压传感器输出电离室的气压信号；第一信号、第二信号、温度信号和气压信号经过前置放大板的放大输入给剂量监控板；

剂量监控板包括箝位模块、脉冲积分模块、模数转换模块、同步脉冲差分模块以及单片机；所述同步脉冲差分模块将同步脉冲信号进行差分处理后，送入脉冲积分模块和单片机；所述第一信号和第二信号分别通过箝位模块的箝位处理和脉冲积分模块的脉冲积分处理输入模数转换模块，温度信号和气压信号输入模数转换模块；

模数转换模块对第一信号、第二信号、温度信号和气压信号进行模数转换输入单片机；

单片机记录有电离室输出信号分段与拟合函数之间的对应关系，该对应关系的确定方式为：预先采集不同剂量率射束照射下对应的电离室输出信号的大小，将采集的电离室输出信号进行分段，根据采集数据进行分段拟合，得到各电离室输出信号分段的拟合函数，之后建立电离室输出信号分段与拟合函数之间的对应关系；

在实际监控过程中，所述单片机接收来自模数转换模块的第一信号、第二信号、温度信号和气压信号，将第一信号和第二信号相加，根据相加结果在自身记录的所述对应关系中查找到当前电离室输出信号所在分段，以及该所在分段对应的拟合函数；采用得到的拟合函数计算电离室的当前输出信号对应的当前剂量率，再采用电离室的当前工作温度和大气压力对当前剂量率进行再次校正，得到精确的当前剂量率。

由以上方案可以看出，采用该方法预先根据采集值进行数据拟合，拟合函数为分段函数，从而建立起电离室输出信号与实际剂量率的实际非线性对应关系，并非简单的线性关系，因此本发明的监控系统能够获得精确的实际剂量率，即便在剂量率有较大变化的情况下，也不会产生监控到的剂量与实际剂量之间的大偏差。而且本发明采用了单片机，采用数字器件实现根据对应关系的自校正，系统搭建方便，以较小的代价实现了减小监控到的剂量与实际剂量之间偏差的效果。

附图说明

图1为本发明自校正、多曲线拟合数字式剂量监控方法的流程图。

图2为本发明自校正、多曲线拟合数字式剂量监控系统的结构示意图。

图3为图2中剂量控制板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种自校正、多曲线拟合数字式剂量监控方案，其基本思想为：预先根据采集值进行数据拟合，拟合函数为分段函数，从而建立起电离室输出信号与实际剂量率的实际非线性对应关系，并非简单的线性关系，因此本发明的监控系统能够获得精确的实际剂量率，即便在剂量率有较大变化的情况下，也不会产生监控到的剂量与实际剂量之间的大偏差。

图1为自校正、多曲线拟合数字式剂量监控方法的流程图。如图1所示，该流程包括：

步骤1：数据采集。

本步骤中，将电离室安装在直线加速器样机上，用不同剂量率的射束透过电离室，记录在各个剂量率时电离室的输出信号的大小，将采集的电离室输出信号进行分段，根据这些采集数值进行分段拟合，得到各电离室输出信号分段的拟合函数。

具体来说，将剂量率[m，n]区域分为N个子区域，记为[m_i，n_i](i＝1、2…N)，针对每个子区域进行拟合，得到子区域1的拟合函数y₁＝k₁x+b₁，y₂＝k₂x²+b₂x+c₂，等等。其中，y为电离室输出信号值，x为实际剂量率。

例如，在250-360伦琴/分钟的区域，x＝100时，y＝251；x＝145时，y＝342，把这两组数据分别代入250-360伦琴/分钟的区域对应的拟合函数，求出k≈2.02，b≈24.12。

步骤2、建立数据库。

本步骤中，记录电离室输出信号分段与拟合函数的参数之间的对应关系，且记录约定各分段的函数类型。在实际中，也可以直接记录电离室输出信号分段与拟合函数之间的对应关系。

具体来说，对于[m_i，n_i]，i＝1时在数据库记录[m₁，n₁]与k₁、b₁的对应关系，i＝2时，在数据库记录[m₂，n₂]与k₂、b₂、c₂的对应关系。表1示出了一种实际数据库的内容。

表1

步骤3：剂量监控过程。

该步骤3包括以下子步骤：

步骤31、采集当前电离室的输出信号，查找记录在数据库中的对应关系，查找到当前电离室输出信号所在的分段，以及该所在分段对应的拟合函数的参数，从而得到相应的拟合函数。例如，采集到的电离室输出信号y为300，查上表，得到它所在分段的参数k＝2.02，b＝24.12，则拟合函数为

步骤32、采用得到的拟合函数计算当前电离室的输出信号对应的当前剂量率。例如，将y＝300、k＝2.02、b＝24.12代入步骤31得到的拟合函数，即可算出当前电离室的输出信号对应的当前剂量率为124.4伦琴/分钟。

步骤33、再采用电离室的当前工作温度和大气压力对当前剂量率进行校正，得到精确的当前剂量率。本步骤的校正可以采用常规的根据温度和压力对剂量率进行校正的方法实现。

例如，将采用温度传感器获取的当前工作温度和采用大气压力传感器获取的当前大气压力信号经A/D转换后送入系统中的计算模块，采用如下公式对当前剂量率进行校正，得到精确的当前剂量率。假设当前的工作温度t为25℃、大气压力P为1.000×10⁵Pa，代入下式即可算出当前的校正因子J≈1.03；其中，P₀＝1.013×10⁵Pa。

$J=\frac{(273+t)P_0}{(273+20)P}$

最后采用校正因子J对当前剂量率进行校正，得到准确剂量率为124.4×1.03≈128.1伦琴/分钟。

至此，本流程结束。

为了实现本发明的自校正、多曲线拟合数字式剂量监控方法，本发明还提供了一种如图2所示的自校正、多曲线拟合数字式剂量监控系统。该数字式剂量监控系统包括两组监控通道，每一路监控通道都包括安装在直线加速器上的电离室、前置放大板和剂量监控板，各路监控通道的处理过程相通。

下面针对一路监控通道进行描述。

如图2所示，电离室安装在直线加速器上，且被分为两部分，分别输出第一信号和第二信号；其中，电离室1被分为左右两部分，输出左(L)信号和右(R)信号，电离室2被分为前后两部分，输出前(G)信号和后(T)信号。

并且在电离室附近安装的温度传感器输出温度信号，在电离室附近安装的气压传感器输出气压信号，第一信号、第二信号、温度信号和气压信号通过前置放大板的放大，输出给剂量监控板。

如图3所示，剂量监控板包括箝位模块、脉冲积分模块、模数(AD)转换模块、同步脉冲差分模块以及单片机(例如89C52)。其中，

同步脉冲差分模块将同步脉冲信号进行差分处理后，送入脉冲积分模块和单片机。

第一信号和第二信号分别通过箝位模块的箝位处理和脉冲积分模块的脉冲积分处理后输入AD转换模块，温度信号和气压信号直接输入AD转换模块。

AD转换模块对第一信号、第二信号、温度信号和气压信号进行模数转换输入单片机。

单片机中记录有电离室输出信号分段与拟合函数之间的对应关系，该对应关系的确定方式为：预先采集不同剂量率射束照射下对应的电离室输出信号的大小，将采集的电离室输出信号进行分段，根据采集数据进行分段拟合，得到各电离室输出信号分段的拟合函数，之后建立电离室输出信号分段与拟合函数之间的对应关系。其中，记录的对应关系可以具体为：电离室输出信号分段与拟合函数的参数之间的对应关系，并约定分段与函数类型之间的关系。

在实际监控过程中，所述单片机接收来自模数转换模块的第一信号、第二信号、温度信号和气压信号，将第一信号和第二信号相加，根据相加结果在自身记录的所述对应关系中查找到当前电离室输出信号所在分段，以及该所在分段对应的拟合函数；采用得到的拟合函数计算电离室的当前输出信号对应的当前剂量率，再采用电离室的当前工作温度和大气压力对当前剂量率进行再次校正，得到精确的当前剂量率。

如图2所示，剂量监控板还根据第一信号和第二信号进行比较，得到第一信号和第二信号之间的误差，输出到相应的输出导向电源。例如，L和R之间的误差输入到X输出导向电源，X输出导向电源根据LR之间的误差控制束流照射电离室的位置，用以控制电离室1的左右对称性。同理，T和G信号之间的误差输入到Y输出导向电源，Y输出导向电源根据TG之间的误差控制束流照射电离室的位置，用以控制电离室2的左右对称性。

此外，剂量控制板进一步向前置放大板发送能档控制信号(能档控制1和能档控制0)，用于控制前置放大的倍数，不同能档对应不同的放大倍数。剂量监控板处理后的剂量率值通过485总线输入给后级的控制台，控制台上的工控机根据剂量率进行控制处理。由于剂量率是根据多段拟合的函数计算得到，因此工控机可以根据精确的剂量率进行控制，从而避免了控制上的大偏差。

Claims (4)

1.一种自校正、多曲线拟合数字式剂量监控方法，其特征在于，该方法包括：

预先采集不同剂量率射束照射下对应的电离室输出信号的大小，将采集的电离室输出信号进行分段，根据采集数据进行分段拟合，得到各电离室输出信号分段的拟合函数；

记录电离室输出信号分段与拟合函数之间的对应关系；

在实际监控过程中，采集当前电离室的输出信号，根据所述对应关系，查找当前电离室输出信号所在分段，以及该所在分段对应的拟合函数；采用得到的拟合函数计算当前电离室的输出信号对应的当前剂量率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用得到的拟合函数计算当前电离室的输出信号对应的当前剂量率之后，该方法进一步包括：采用电离室的当前工作温度和大气压力对当前剂量率进行再次校正，得到精确的当前剂量率。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述记录电离室输出信号分段与拟合函数之间的对应关系为：记录电离室输出信号与拟合函数的参数之间的对应关系，约定各分段的函数类型；

所述查找所述对应关系，查找到当前电离室输出信号所在分段，以及该所在分段对应的拟合函数为：根据当前电离室的输出信号查找所述对应关系，获得当前电离室输出信号所在分段以及该所在分段对应的拟合函数的参数，再根据获得的拟合函数的参数以及预先约定的各分段的函数类型，组成拟合函数，将当前电离室的输出信号值代入拟合函数得到当前剂量率。

4.一种自校正、多曲线拟合数字式剂量监控系统，其特征在于，该系统包括两路监控通道，每一路监控通道都包括电离室、前置放大板和剂量监控板；

对于每一路监控通道：

电离室被分为两部分，分别输出第一信号和第二信号；其中，其中一个电离室被分为左右两部分，分别输出左信号和右信号，另一个电离室被分为前后两部分，输出前信号和后信号；

在电离室附近安装的温度传感器输出电离室的温度信号、气压传感器输出电离室的气压信号；第一信号、第二信号、温度信号和气压信号经过前置放大板的放大输入给剂量监控板；

剂量监控板包括箝位模块、脉冲积分模块、模数转换模块、同步脉冲差分模块以及单片机；所述同步脉冲差分模块将同步脉冲信号进行差分处理后，送入脉冲积分模块和单片机；所述第一信号和第二信号分别通过箝位模块的箝位处理和脉冲积分模块的脉冲积分处理输入模数转换模块，温度信号和气压信号输入模数转换模块；

模数转换模块对第一信号、第二信号、温度信号和气压信号进行模数转换输入单片机；

单片机记录有电离室输出信号分段与拟合函数之间的对应关系，该对应关系的确定方式为：预先采集不同剂量率射束照射下对应的电离室输出信号的大小，将采集的电离室输出信号进行分段，根据采集数据进行分段拟合，得到各电离室输出信号分段的拟合函数，之后建立电离室输出信号分段与拟合函数之间的对应关系；

在实际监控过程中，所述单片机接收来自模数转换模块的第一信号、第二信号、温度信号和气压信号，将第一信号和第二信号相加，根据相加结果在自身记录的所述对应关系中查找到当前电离室输出信号所在分段，以及该所在分段对应的拟合函数；采用得到的拟合函数计算电离室的当前输出信号对应的当前剂量率，再采用电离室的当前工作温度和大气压力对当前剂量率进行再次校正，得到精确的当前剂量率。

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