CN107360662B - 一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法 - Google Patents

一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107360662B
CN107360662B CN201710566025.1A CN201710566025A CN107360662B CN 107360662 B CN107360662 B CN 107360662B CN 201710566025 A CN201710566025 A CN 201710566025A CN 107360662 B CN107360662 B CN 107360662B
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
control system
bunch
precision controlling
filament
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710566025.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107360662A (zh
Inventor
陈根
宋云涛
陈永华
张良坤
陈俞钱
徐世文
徐正文
杨庆喜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Zhongke Ion Medical Technology Equipment Co Ltd
Original Assignee
Hefei Zhongke Ion Medical Technology Equipment Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Zhongke Ion Medical Technology Equipment Co Ltd filed Critical Hefei Zhongke Ion Medical Technology Equipment Co Ltd
Priority to CN201710566025.1A priority Critical patent/CN107360662B/zh
Publication of CN107360662A publication Critical patent/CN107360662A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107360662B publication Critical patent/CN107360662B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
    • H05H13/005—Cyclotrons
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

本发明公开一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法，包括：利用治疗控制系统主控制器设定束流流强大小，并以束流流强百分比的形式，转换成电流，通过同轴电缆传输到离子源FPGA控制单元，在离子源控制单元转换成数字信号处理和存储，再数字信号转换成电流，通过电缆传输到弧电源，控制弧电源电压，同时治疗控制系统通过以太网转光纤传输参数,控制灯丝电源的电流，弧电压和灯丝电流加在离子源灯丝上，控制束流流强大小；另外加速器离子室监测束流流强值反馈给治疗控制系统。本发明有效的增强了电磁抗干扰能力和反馈数据的传输速度，提高了束流流强精度。

Description

一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法
技术领域
本发明属于束流流强控制领域，具体涉及一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法。
背景技术
随着核医学的迅速发展，加速器已经被广泛的应用于正电子发射断层成像(PET)技术、同位素生产、质子治疗。其中，质子治疗被视为“致癌利器”。这是当今医学界最顶尖的一种放疗技术。质子治疗是一种比传统X射线放疗更先进的放疗疗法，因其治疗精准，副作用小及能进行高剂量靶向照射等特点受到越来越多的医疗专家和患者的青睐。1931年，世界上第一台回旋加速器诞生，开启了人工生产放射性元素的新时代。随着高能物理与核物理技术的发展，其他各种类型的加速器相继出现，如经典回旋加速器、同步回旋加速器以及等时性回旋加速器。
但是以前的加速器都比较大，占很大空间，而且成本高，束流流强精度低，控制系统不稳定等，在加速器投入医疗以来，已经出现多次医疗事故。因此我们研制一种束流流强精度高，控制系统稳定、紧凑型超导回旋加速器。
本发明主要涉及医用紧凑超导等时性回旋加速器，其主要由控制系统、磁场系统、真空系统、射频系统、离子源系统、引出系统、冷却系统、输运系统、治疗系统等组成。由于加速器用于医学治疗癌症病人，对束流流强精度要求很高，但是在治疗过程中，由于环境影响和电磁干扰的存在，会对束流流强精度产生影响。
发明内容
为了解决环境温度、湿度和电磁干扰的存在，对束流流强精度产生的影响，本发明提出了一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法；本发明具有控制系统稳定，物理连接抗干扰，及时快速处理反馈数据等优点，有效的提高了束流流强精度。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法，该方法包括如下步骤：
(1)在治疗控制系统中设定治疗病人最大束流流强值，并在治疗主控制器中将其转化成0-100％形式，以电流模拟量形式传输到离子源FPGA控制单元；
(2)在离子源FPGA控制单元上，将电流模拟量转化成数字量，并在FPGA内做处理和存储；
(3)通过离子源FPGA控制单元再将数字量转换成电流模拟量，并传输到弧电源，弧电源输出弧电压；
(4)同时，治疗控制系统将灯丝电流参数传输到灯丝电源上，灯丝电源输出灯丝电流；
(5)弧电压和灯丝电流同时加在离子源灯丝上，控制束流流强大小；
(6)另外，通过加速器离子室监测束流流强大小并反馈给治疗控制系统。
步骤(1)中所述的百分比表达式如下：
y＝kx+b；
式中，x和y是线性关系，y是光缆传输电流值大小，b＝4,k＝(20-4)/(MAX Ibeam-0),20是最大传输电流，4是最小传输电流,x是束流流强值，大小范围0-MAX Ibeam。
步骤(1)中，所述电流形式通过同轴电缆传输到离子源FPGA控制单元。
步骤(2)中，所述处理数据存储在FPGA flash里，所述FPGA是ALTERA的四代型号；所述flash存储Vdee值，Uarc,Ibeam,Iarc。
步骤(3)中，束流传输方向连接方式为：治疗控制系统主控制器连接同轴电缆，同轴电缆连接离子源FPGA控制单元，离子源FPGA控制单元在通过电缆连接弧电源，弧电源产生弧电压加在灯丝上。
步骤(3)中所述弧电压是4-20mA电流控制，输出弧电压，另外此弧电压的上升和关断时间<50us。
步骤(4)中所述灯丝电流参数通过以太网转光纤方式传输到灯丝电源上；所述以太网采用TCP/IP以太网协议；所述光纤采用多模光纤。
步骤(4)中，束流传输方向连接方式为：治疗控制系统主控制器以太网接口转光纤，光纤连接灯丝电源，灯丝电源产生灯丝电流加在灯丝上。
步骤(6)中所述反馈是将监测束流流强值传输给治疗控制系统。
该方法还包括：在步骤(6)后，由于灯丝变细物理因素，每次治疗病人前都需要重新计算最大束流流强值。
本发明的有益效果：本发明利用模拟量电流传输控制信号、控制弧电压，以太网转光纤传输参数控制灯丝电流，FPGA并行快速处理数据，弧电压快速上升和关断，束流流强值有效监测，以上采取的抗干扰，快速处理数据和及时反馈测量值等措施，有效的提高了束流流强精度。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的束流传输方向硬件连接示意图；
图2为本发明的束流值百分比转换电流值的关系图；
图3为本发明的同轴电缆电磁场分布图；
图4为本发明的束流和弧电流的关系图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明方法是利用治疗控制系统主控制器设定束流流强大小，并以束流流强百分比的形式，转换成电流，通过同轴电缆传输到离子源FPGA控制单元，在离子源控制单元转换成数字信号处理和存储，再数字信号转换成电流，通过电缆传输到弧电源，控制弧电源电压，同时治疗控制系统通过以太网转光纤传输参数,控制灯丝电源的电流，弧电压和灯丝电流加在离子源灯丝上，控制束流流强大小；另外加速器离子室监测束流流强值反馈给治疗控制系统。本发明以百分比电流电缆传输，以太网转光纤参数传输，FPGA数字可编程门阵列的方法，弧电源快速上升关断和反馈系统的应用，有效的增强了电磁抗干扰能力和反馈数据的传输速度，提高了束流流强精度。
以SC200超导质子回旋加速器为例，介绍提高束流流强精度控制的方法。该加速器流强控制由离子源控制，主要包括治疗控制系统主控制器、传输电缆、以太网转光纤、离子源FPGA控制电子单元、弧电弧、灯丝电源、和反馈监测系统。
图1为本发明的束流传输方向硬件连接示意图。
物理师根据病人CT和资料数据库确定治疗计划，确定治疗过程中最大束流流强值，300nA。
图2是知道最大束流，在治疗控制系统主控制器以百分比形式转换成电流的关系。300nA对应20mA。
图3为本发明的同轴电缆电磁场分布图。
模拟量20nA通过电缆传输到离子源FPGA控制单元，在FPGA内部以数字量形式处理和存储，输出电流模拟量到弧电源。弧电源加在灯丝上，同时灯丝电源加在灯丝上，输出束流。
图4是束流和弧电流关系。300nA对应400mA。
在本发明中，一路是治疗控制系统主控制器连接同轴电缆，同轴电缆连接离子源FPGA控制单元，离子源FPGA控制单元再通过电缆连接弧电源，弧电源产生弧电压加在离子源灯丝上；另一路是治疗控制系统主控制器以太网接口转光纤，光纤连接灯丝电源，灯丝电源产生灯丝电流加在离子源灯丝上；
弧电压和灯丝电流加在离子源灯丝上，控制束流流强大小，同时在加速器离子室监测束流流强大小反馈给治疗控制系统。
本发明的技术方案如下：一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法，包括如下步骤：
(1)计算确定治疗病人最大束流，在治疗控制系统中设定，并在治疗主控制器中转化成0-100％形式，以电流形式通过同轴电缆传输。
(2)在离子源FPGA控制单元上，电流模拟量转化成数字量，并在FPGA内做处理，处理数据要存储在FPGA flash里。
(3)离子源控制单元数字量转换成电流形式，通过同轴电缆传输到弧电源，弧电源输出弧电压。
(4)同时治疗控制系统确定灯丝电流参数，通过以太网转光纤方式传输到灯丝电源上，灯丝电源输出灯丝电流。
(5)弧电压和灯丝电流加在离子源灯丝上，进而控制束流流强大小。
(6)在加速器离子室监测束流流强大小反馈给治疗控制系统。
(7)由于灯丝变细等因素，每次治疗病人前都需要重新制定治疗计划。
进一步，步骤(1)中所述的百分比表达式：y＝kx+b，x和y是线性关系。y是光缆传输电流值大小，b＝4,k＝(20-4)/(MAX Ibeam-0),20是最大传输电流，4是最小传输电流,x是束流流强值，大小范围0-MAX Ibeam。
进一步，步骤(1)中所述同轴电缆是一种屏蔽线，因为电磁场被约束在内导体和外导体之间的空间内，因此可以消除相邻原件的相互影响。
进一步，步骤(2)中所述FPGA是一个可编程的逻辑电路平台，执行的是用户写进去的逻辑电路，可编程设计抗干扰的逻辑电路烧写到FPGA内运行，增强束流的抗干扰能力；另外FPGA是程序是并行运行，而且指令执行速度是us级，使数据及时处理，调节束流，提高束流流强精度。
进一步，步骤(3)中所述弧电压是4-20mA电流控制，输出弧电压，另外此弧电压的上升和关断时间<50us，可以快速调节束流，提高束流流强精度。
进一步，步骤(4)中所述光纤的一个优点在于对外部电磁干扰的非敏感性(即最佳无源电磁兼容性)，因此，可将光纤用于有非常强大电磁干扰的加速器高频和强磁场场所。
进一步，步骤(6)中在加速器离子室检测束流流强大小，反馈给治疗控制系统，这可以有效监测输出的实际流强，使治疗病人过程安全，而且使反馈数据及时处理，调节束流，提高束流流强精度。
本发明采用抗干扰措施，快速处理数据和及时反馈测量值，有效的提高了束流流强精度。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)在治疗控制系统中设定治疗病人最大束流流强值，并在治疗主控制器中将其转化成0-100％形式，以电流模拟量形式传输到离子源FPGA控制单元；最大束流流强值为300nA；
(2)在离子源FPGA控制单元上，将电流模拟量转换成数字量，并在FPGA内做处理和存储；
(3)通过离子源FPGA控制单元再将数字量转换成电流模拟量，并传输到弧电源，弧电源输出弧电压；
(4)同时，治疗控制系统将灯丝电流参数传输到灯丝电源上，灯丝电源输出灯丝电流；
(5)弧电压和灯丝电流同时加在离子源灯丝上，控制束流流强大小；
(6)另外，通过加速器离子室监测束流流强大小并反馈给治疗控制系统。
2.如权利要求1所述的一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的束流流强值表达式如下：
y＝kx+b；
式中，x和y是线性关系，y是光缆传输电流值大小，b＝4,k＝(20-4)/(MAX Ibeam-0),20是最大传输电流，4是最小传输电流,x是束流流强值，大小范围0-MAX Ibeam。
3.如权利要求1所述的一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述电流模拟量通过同轴电缆传输到离子源FPGA控制单元。
4.如权利要求1所述的一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述处理数据存储在FPGA flash里，所述FPGA是ALTERA的四代型号；所述flash存储Vdee值，Uarc,Ibeam,Iarc。
5.如权利要求1所述的一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法，其特征在于：步骤(3)中，束流传输方向连接方式为：治疗控制系统主控制器连接同轴电缆，同轴电缆连接离子源FPGA控制单元，离子源FPGA控制单元在通过电缆连接弧电源，弧电源产生弧电压加在灯丝上。
6.如权利要求1所述的一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法，其特征在于：步骤(3)中所述弧电压是4-20mA电流控制，输出弧电压，另外此弧电压的上升和关断时间<50us。
7.如权利要求1所述的一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法，其特征在于：步骤(4)中所述灯丝电流参数通过以太网转光纤方式传输到灯丝电源上；所述以太网采用TCP/IP以太网协议；所述光纤采用多模光纤。
8.如权利要求1所述的一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法，其特征在于：步骤(4)中，束流传输方向连接方式为：治疗控制系统主控制器以太网接口转光纤，光纤连接灯丝电源，灯丝电源产生灯丝电流加在灯丝上。
9.如权利要求1所述的一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法，其特征在于：步骤(6)中所述反馈是将监测束流流强值传输给治疗控制系统。
10.如权利要求1所述的一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法，其特征在于：该方法还包括：在步骤(6)后，由于灯丝变细物理因素，每次治疗病人前都需要重新计算最大束流流强值。
CN201710566025.1A 2017-07-12 2017-07-12 一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法 Active CN107360662B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710566025.1A CN107360662B (zh) 2017-07-12 2017-07-12 一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710566025.1A CN107360662B (zh) 2017-07-12 2017-07-12 一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107360662A CN107360662A (zh) 2017-11-17
CN107360662B true CN107360662B (zh) 2018-04-03

Family

ID=60293292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710566025.1A Active CN107360662B (zh) 2017-07-12 2017-07-12 一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107360662B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108169786B (zh) * 2017-12-12 2020-02-18 合肥中科离子医学技术装备有限公司 用于超导回旋加速器离子束流流强的反馈监测系统及方法
WO2020097874A1 (zh) * 2018-11-15 2020-05-22 新瑞阳光粒子医疗装备 (无锡) 有限公司 加速器注入粒子数控制方法及装置、加速器和存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS511899A (ja) * 1974-06-21 1976-01-09 Osaka Koon Denki Kk Ionhatsuseisochi
CN202150989U (zh) * 2011-08-08 2012-02-22 上海原子科兴药业有限公司 一种用于回旋加速器的改进型离子源系统
CN102933020A (zh) * 2011-08-08 2013-02-13 上海原子科兴药业有限公司 一种改进的回旋加速器离子源系统
EP2704535A1 (en) * 2012-09-04 2014-03-05 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Cyclotron

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS511899A (ja) * 1974-06-21 1976-01-09 Osaka Koon Denki Kk Ionhatsuseisochi
CN202150989U (zh) * 2011-08-08 2012-02-22 上海原子科兴药业有限公司 一种用于回旋加速器的改进型离子源系统
CN102933020A (zh) * 2011-08-08 2013-02-13 上海原子科兴药业有限公司 一种改进的回旋加速器离子源系统
EP2704535A1 (en) * 2012-09-04 2014-03-05 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Cyclotron

Also Published As

Publication number Publication date
CN107360662A (zh) 2017-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5868849B2 (ja) 粒子加速器、粒子放射線治療システム、粒子数を制御するための方法、及び一連のスポット照射を実施するための方法
US9022914B2 (en) Laser accelerator driven particle brachytherapy devices, systems, and methods
CN107360662B (zh) 一种提高医用超导回旋加速器束流流强精度控制的方法
US11938342B2 (en) Time optimized radiation treatment
CN105120954A (zh) 机载于可转动龙门架上的具有能量选择的紧凑的质子治疗系统
JPH05154210A (ja) 放射線治療装置
CN206535011U (zh) 中子捕获治疗系统
RU2610530C2 (ru) Протонное облучение с использованием сканирования пятном
CN104188679B (zh) 一种同源双束医用加速器
CN108811297A (zh) 一种医用质子重离子加速器
CN109173082B (zh) 一种中子整形装置的设计方法
CN102470255A (zh) 粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置
Mitsumoto et al. BNCT system using 30 MeV H-cyclotron
CN102548182A (zh) 消除同步加速器磁滞效应影响的运行方法
CN108169786B (zh) 用于超导回旋加速器离子束流流强的反馈监测系统及方法
CN204158405U (zh) 一种同源双束医用加速器
CN209627777U (zh) 一种灯丝电流控制电路
Qin et al. Progress of the beamline and energy selection system for HUST proton therapy facility
CN109011220A (zh) 一种中子俘获治疗系统
CN209253965U (zh) 一种中子俘获治疗系统
Raparia et al. Results of LEBT/MEBT reconfiguration at BNL 200 MeV Linac
CN104324449B (zh) 粒子射线照射装置及粒子射线治疗装置
Hiraga Monte Carlo simulation-based design of an electron-linear accelerator-based neutron source for boron neutron capture therapy
Eichin et al. Generic FPGA-based platform for distributed IO in proton therapy patient safety interlock system
Degiovanni Future trends in linacs

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant