CN109091767A - 一种用于粒子剂量安全保护联锁系统 - Google Patents

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李实�
王守元
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陈永华
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Abstract

本发明公开了一种用于粒子剂量安全保护联锁系统，包括粒子加速器、加速器内束流切断装置、治疗室前端束流切断装置、束流剂量检测装置、若干个治疗室、输运系统主干线束流切断装置、第一控制器和第二控制器，所述粒子加速器中设置有束流切断装置，且束流输运主线上设置有所述运输系统主干线束流切断装置。本发明的有益效果是：该系统通过治疗室内束流剂量监测装置的检测，一旦发现投递到病人身体的剂量超过安全范围，将立即触发联锁，控制位于粒子治疗系统中不同位置的束流切断装置进行束流切断，以此，达到多点束流切断、冗余束流切断的目的，确保联锁系统的安全性和冗余性，为粒子放疗提供安全保障。

Description

一种用于粒子剂量安全保护联锁系统
技术领域
本发明属于粒子医疗安全联锁领域，涉及一种粒子剂量安全保护联锁技术，具体是一种用于粒子剂量安全保护联锁系统。
背景技术
在癌症治疗的粒子放疗中，加速器将粒子加速到一定能量后，将粒子束流输送至治疗室对病人进行照射。一旦发生紧急情况时，为了避免照射进患者的粒子束流超过安全剂量，需要立即束流切断，由于粒子治疗系统非常庞大，从加速器到多个治疗室距离较远，导致束流切断的效率慢，且粒子治疗系统对病人治疗的安全性，且进行束流切断时产生的辐射量大，易对病人身体造成损害，为解决上述缺陷，现提供一种解决方案。
发明内容
本发明的目的在于为了解决在现有的癌症治疗的粒子放疗中，加速器将粒子加速到一定能量后，将粒子束流输送至治疗室对病人进行照射，一旦发生紧急情况时，为了避免照射进患者的粒子束流超过安全剂量，需要立即束流切断，由于粒子治疗系统非常庞大，从加速器到多个治疗室距离较远，导致束流切断的效率慢，且粒子治疗系统对病人治疗的安全性，且进行束流切断时产生的辐射量大，易对病人身体造成损害的问题，提供一种用于粒子剂量安全保护联锁系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现；
一种用于粒子剂量安全保护联锁系统，包括粒子加速器、加速器内束流切断装置、治疗室前端束流切断装置、束流剂量检测装置、若干个治疗室、输运系统主干线束流切断装置、第一控制器和第二控制器，所述粒子加速器中设置有束流切断装置，且束流输运主线上设置有所述运输系统主干线束流切断装置，且在束流进入若干个治疗室前端设置治疗室前端束流切断装置，若干个所述治疗室内部均设置有束流剂量监测装置，所述束流剂量监测装置用于实时监测进入到病人体内的剂量是否在安全范围之内。
进一步的，所述加速器内束流切断装置位于粒子加速器中，以避免产生束流，该方式的安全性最高，产生的辐射作用最小，且所述加速器内束流切断装置用于在粒子被加速为高能量粒子束前阻止束流进入加速区域，所述粒子输运系统用于将高速粒子流输送到治疗室。
进一步的，所述输运系统主干线束流切断装置位于粒子输运系统主干线上，且所述输运系统主干线束流切断装置用于在高速粒子在进入所有治疗室前切断粒子束流，一旦发现投递到病人身体的剂量超过安全范围，将立即触发联锁，控制位于粒子治疗系统中不同位置的束流切断装置进行束流切断，以此，达到多点束流切断，冗余束流切断的目的，确保联锁系统的安全性和冗余性，输运系统主干线束流切断装置位于粒子输运系统主干线上，且所述输运系统主干线束流切断装置用于在高速粒子在进入所有治疗室前切断粒子束流，输运系统主干线束流切断装置位于粒子输运系统主干线上，且所述输运系统主干线束流切断装置用于在高速粒子在进入所有治疗室前切断粒子束流，所述加速器内束流切断装置为加速器的射频系统，所述治疗室前端束流切断装置和输运系统主干线束流切断装置是一种粒子流阻断器，治疗室前端束流切断装置和输运系统主干线束流切断装置均包括电磁阀、气缸以及阻断块，气缸的活塞杆活动端与阻断块固定连接，电磁阀与气缸连接，通过控制压缩空气进入气缸，实现气缸活塞杆上下运动，阻断块随之上下运动，从而实现阻断块快速插入粒子运输路径，已达到阻断束流目的所述束流剂量监测装置为电离室。
进一步的，所述治疗室前端束流切断装置位于粒子输运系统进入单个治疗室前端，且所述治疗室前端束流切断装置用于阻止高速粒子束流进入对应治疗室。
进一步的，所述束流剂量监测装置位于若干个治疗室内，且所述束流剂量监测装置用于时刻监测经过束流剂量监测装置的粒子束流，一旦发现经过其进入病人体内的剂量超过安全范围，将立即触发联锁，进行安全保护。
进一步的，若干个所述治疗室中任意一个内的束流剂量监测装置检测出进入病人身体的剂量超出安全范围，将立即向第一控制器发送联锁请求，第一控制器将同时向加速器内束流切断装置和输运系统主干线束流切断装置发送联锁命令，控制两者一起切断束流。
进一步的，若干个所述治疗室中任意一个内的束流剂量监测装置检测出进入病人身体的剂量超出安全范围，在向第一控制器发送联锁请求的同时，向第二控制器发送联锁请求，第二控制器将向治疗室前端束流切断装置发送联锁命令，控制治疗室前端束流切断装置切断束流。
进一步的，所述治疗室前端束流切断装置将根据当前治疗室的使用情况进行束流切断，只有正在执行治疗的治疗室，治疗室前端束流切断装置执行联锁切断束流，未执行治疗的治疗室前端束流切断装置将不执行联锁命令。
进一步的，所述第一控制器和第二控制器为两个独立的逻辑控制器，且第一控制器和第二控制器相互作为联锁冗余，响应时间应为微秒级别。
进一步的，该系统的联锁方法具体包括以下步骤：
S1、当粒子治疗系统处于治疗状态时，各个治疗室内部束流剂量监测装置实时进行监测；
S2、当检测到投递到病人身体内的剂量超过安全范围时，束流剂量监测装置发出安全联锁请求；
S3、第一控制器和第二控制器这两个独立的控制器会同时接收到联锁请求，并分别对各自负责的束流切断装置发送联锁命令；
S4、加速器内束流切断装置和输运系统主干线束流切断装置同时接收到第一控制器联锁命令执行切断束流动作；
S5、治疗室前端束流切断装置将根据不同的治疗室执行治疗情况而决定是否执行联锁动作。
本发明的有益效果：
本发明提供一种用于粒子治疗系统剂量安全联锁系统，该系统通过治疗室内束流剂量监测装置的检测，一旦发现投递到病人身体的剂量超过安全范围，将立即触发联锁，控制位于粒子治疗系统中不同位置的束流切断装置进行束流切断，以此，达到多点束流切断，冗余束流切断的目的，确保联锁系统的安全性和冗余性，为粒子放疗提供安全保障。
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是本发明粒子治疗系统束流切断布局示意图。
图2是本发明控制粒子束流切断的联锁流程图。
图3是本发明控制结构示意图。
图中：1、粒子加速器；2、加速器内束流切断装置；3、治疗室前端束流切断装置；4、束流剂量监测装置；5、治疗室；6、输运系统主干线束流切断装置；7、第一控制器；8、第二控制器。
具体实施方式
如图1-3所示，一种用于粒子剂量安全保护联锁系统，包括粒子加速器1、加速器内束流切断装置2、治疗室前端束流切断装置3、束流剂量检测装置4、若干个治疗室5、输运系统主干线束流切断装置6、第一控制器7和第二控制器8，粒子加速器1中设置有束流切断装置2，且束流输运主线上设置有运输系统主干线束流切断装置6，且在束流进入若干个治疗室前端设置治疗室前端束流切断装置3，若干个治疗室5内部均设置有束流剂量监测装置4，束流剂量监测装置4用于实时监测进入到病人体内的剂量是否在安全范围之内。
加速器内束流切断装置2位于粒子加速器1中，且加速器内束流切断装置2用于在粒子被加速为高能量粒子束前阻止束流进入加速区域，以避免产生束流，该方式的安全性最高，产生的辐射作用最小，粒子输运系统用于将高速粒子流输送到治疗室5。
输运系统主干线束流切断装置6位于粒子输运系统主干线上，且输运系统主干线束流切断装置6用于在高速粒子在进入所有治疗室前切断粒子束流，一旦发现投递到病人身体的剂量超过安全范围，将立即触发联锁，控制位于粒子治疗系统中不同位置的束流切断装置进行束流切断，以此，达到多点束流切断，冗余束流切断的目的，确保联锁系统的安全性和冗余性，加速器内束流切断装置2为加速器的射频系统，治疗室前端束流切断装置3和输运系统主干线束流切断装置6是一种粒子流阻断器，治疗室前端束流切断装置3和输运系统主干线束流切断装置6均包括电磁阀、气缸以及阻断块，气缸的活塞杆活动端与阻断块固定连接，电磁阀与气缸连接，通过控制压缩空气进入气缸，实现气缸活塞杆上下运动，阻断块随之上下运动，从而实现阻断块快速插入粒子运输路径，已达到阻断束流目的束流剂量监测装置4为电离室。
治疗室前端束流切断装置3位于粒子输运系统进入单个治疗室5前端，且治疗室前端束流切断装置3用于阻止高速粒子束流进入对应治疗室。
束流剂量监测装置4位于若干个治疗室5内，且束流剂量监测装置4用于时刻监测经过束流剂量监测装置4的粒子束流，一旦发现经过其进入病人体内的剂量超过安全范围，将立即触发联锁，进行安全保护。
若干个治疗室5中任意一个内的束流剂量监测装置4检测出进入病人身体的剂量超出安全范围，束流剂量监测装置4应具备可监测进入病人身体的绝对剂量是否超出安全范围的功能，将立即向第一控制器7发送联锁请求，第一控制器7将同时向加速器内束流切断装置2和输运系统主干线束流切断装置6发送联锁命令，控制两者一起切断束流。
若干个治疗室5中任意一个内的束流剂量监测装置4检测出进入病人身体的剂量超出安全范围，在向第一控制器7发送联锁请求的同时，向第二控制器8发送联锁请求，第二控制器8将向治疗室前端束流切断装置3发送联锁命令，控制治疗室前端束流切断装置3切断束流。
治疗室前端束流切断装置3将根据当前治疗室的使用情况进行束流切断，只有正在执行治疗的治疗室，治疗室前端束流切断装置3执行联锁切断束流，未执行治疗的治疗室前端束流切断装置3将不执行联锁命令。
第一控制器7和第二控制器8为两个独立的逻辑控制器，且第一控制器7和第二控制器8相互作为联锁冗余，响应时间应为微秒级别，以此确保进入病人身体内的剂量满足安全要求。
如图3所示，该系统的联锁方法具体包括以下步骤：
S1、当粒子治疗系统处于治疗状态时，各个治疗室5内部束流剂量监测装置4实时进行监测；
S2、当检测到投递到病人身体内的剂量超过安全范围时，束流剂量监测装置4发出安全联锁请求；
S3、第一控制器7和第二控制器8这两个独立的控制器会同时接收到联锁请求，并分别对各自负责的束流切断装置发送联锁命令；
S4、加速器内束流切断装置2和输运系统主干线束流切断装置6同时接收到第一控制器7联锁命令执行切断束流动作；
S5、治疗室前端束流切断装置3将根据不同的治疗室执行治疗情况而决定是否执行联锁动作。
本发明的有益效果：
本发明提供一种用于粒子治疗系统剂量安全联锁系统，该系统通过治疗室内束流剂量监测装置的检测，一旦发现投递到病人身体的剂量超过安全范围，将立即触发联锁，控制位于粒子治疗系统中不同位置的束流切断装置进行束流切断，以此，达到多点束流切断，冗余束流切断的目的，确保联锁系统的安全性和冗余性，为粒子放疗提供安全保障。
该用于粒子治疗系统剂量安全联锁系统在工作时，当粒子治疗系统处于治疗状态时，各个治疗室5内部束流剂量监测装置4实时进行监测，当检测到投递到病人身体内的剂量超过安全范围时，束流剂量监测装置4发出安全联锁请求，第一控制器9和第二控制器8这两个独立的控制器会同时接收到联锁请求，并分别对各自负责的束流切断装置发送联锁命令，加速器内束流切断装置2和输运系统主干线束流切断装置6同时接收到第一控制器7联锁命令执行切断束流动作，治疗室前端束流切断装置3将根据不同的治疗室执行治疗情况而决定是否执行联锁动作，用于粒子治疗系统剂量安全联锁的束流切断装置，根据不同粒子治疗系统的原理，可以为阻止束流通过的阻断装置，可以为使得束流偏离原路径的磁铁装置，也可以为限制粒子进入加速场的电源装置，本发明旨在声明粒子治疗系统束流切断的联锁策略及功能，对束流切断装置具体形式不做声明。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于粒子剂量安全保护联锁系统，其特征在于，包括粒子加速器(1)、加速器内束流切断装置(2)、治疗室前端束流切断装置(3)、束流剂量检测装置(4)、若干个治疗室(5)、输运系统主干线束流切断装置(6)、第一控制器(7)和第二控制器(8)，所述粒子加速器(1)中设置有束流切断装置(2)，且束流输运主线上设置有所述运输系统主干线束流切断装置(6)，且在束流进入若干个治疗室前端设置治疗室前端束流切断装置(3)，若干个所述治疗室(5)内部均设置有束流剂量监测装置(4)，所述束流剂量监测装置(4)用于实时监测进入到病人体内的剂量是否在安全范围之内。
2.根据权利要求1所述的一种用于粒子剂量安全保护联锁系统，其特征在于，所述加速器内束流切断装置(2)位于粒子加速器(1)中，且所述加速器内束流切断装置(2)用于在粒子被加速为高能量粒子束前阻止束流进入加速区域，所述粒子输运系统用于将高速粒子流输送到治疗室(5)。
3.根据权利要求1所述的一种用于粒子剂量安全保护联锁系统，其特征在于，所述输运系统主干线束流切断装置(6)位于粒子输运系统主干线上，且所述输运系统主干线束流切断装置(6)用于在高速粒子在进入所有治疗室前切断粒子束流，所述加速器内束流切断装置(2)为加速器的射频系统，所述治疗室前端束流切断装置(3)和输运系统主干线束流切断装置(6)是一种粒子流阻断器，治疗室前端束流切断装置(3)和输运系统主干线束流切断装置(6)均包括电磁阀、气缸以及阻断块，气缸的活塞杆活动端与阻断块固定连接，电磁阀与气缸连接，所述束流剂量监测装置(4)为电离室。
4.根据权利要求1所述的一种用于粒子剂量安全保护联锁系统，其特征在于，所述治疗室前端束流切断装置(3)位于粒子输运系统进入单个治疗室(5)前端，且所述治疗室前端束流切断装置(3)用于阻止高速粒子束流进入对应治疗室。
5.根据权利要求1所述的一种用于粒子剂量安全保护联锁系统，其特征在于，所述束流剂量监测装置(4)位于若干个治疗室(5)内，且所述束流剂量监测装置(4)用于时刻监测经过束流剂量监测装置(4)的粒子束流，一旦发现经过其进入病人体内的剂量超过安全范围，将立即触发联锁，进行安全保护。
6.根据权利要求1所述的一种用于粒子剂量安全保护联锁系统，其特征在于，若干个所述治疗室(5)中任意一个内的束流剂量监测装置(4)检测出进入病人身体的剂量超出安全范围，将立即向第一控制器(7)发送联锁请求，第一控制器(7)将同时向加速器内束流切断装置(2)和输运系统主干线束流切断装置(6)发送联锁命令，控制两者一起切断束流。
7.根据权利要求6所述的一种用于粒子剂量安全保护联锁系统，其特征在于，若干个所述治疗室(5)中任意一个内的束流剂量监测装置(4)检测出进入病人身体的剂量超出安全范围，在向第一控制器(7)发送联锁请求的同时，向第二控制器(8)发送联锁请求，第二控制器(8)将向治疗室前端束流切断装置(3)发送联锁命令，控制治疗室前端束流切断装置(3)切断束流。
8.根据权利要求7所述的一种用于粒子剂量安全保护联锁系统，其特征在于，所述治疗室前端束流切断装置(3)将根据当前治疗室的使用情况进行束流切断，只有正在执行治疗的治疗室(5)，治疗室前端束流切断装置(3)执行联锁切断束流，未执行治疗的治疗室前端束流切断装置(3)将不执行联锁命令。
9.根据权利要求1所述的一种用于粒子剂量安全保护联锁系统，其特征在于，所述第一控制器(7)和第二控制器(8)为两个独立的逻辑控制器，且第一控制器(7)和第二控制器(8)相互作为联锁冗余，响应时间应为微秒级别。
10.根据权利要求1所述的一种用于粒子剂量安全保护联锁系统，其特征在于,该系统的联锁方法具体包括以下步骤：
S1、当粒子治疗系统处于治疗状态时，各个治疗室(5)内部束流剂量监测装置(4)实时进行监测；
S2、当检测到投递到病人身体内的剂量超过安全范围时，束流剂量监测装置(4)发出安全联锁请求；
S3、第一控制器(7)和第二控制器(8)这两个独立的控制器会同时接收到联锁请求，并分别对各自负责的束流切断装置发送联锁命令；
S4、加速器内束流切断装置(2)和输运系统主干线束流切断装置(6)同时接收到第一控制器(7)联锁命令执行切断束流动作；
S5、治疗室前端束流切断装置(3)将根据不同的治疗室执行治疗情况而决定是否执行联锁动作。
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