專利名稱：一種電子線能量檔位無級差式數字化醫(yī)用直線加速器系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種加速器，特別是一種電子線無級差式數字化醫(yī)用直線加速器，屬 于計算機控制領域；
背景技術：
放射治療的主要手段有醫(yī)用電子直線加速器、伽瑪刀、鈷60治療機、后裝機和X射 線治療機等。直線加速器在各種放射治療設備中占主導地位，發(fā)達國家直線加速器的裝機量已 占市場放療設備裝機總量的95%以上，國內裝機量為800臺左右，占放療設備裝機總量的 60 %左右。國內直線加速器裝機量每年以20 %左右的速度遞增，目前是占主導地位，若干年 后將占統(tǒng)治地位。加速器是現代治療腫瘤病患的重要設備。醫(yī)用直線加速器主要分為三大類低能、中能、高能。隨著加速器技術的發(fā)展，醫(yī)用加速器普遍采用帶多檔電子線的中高能雙光子加速 器。一般來說，生產廠家提供的加速器具有多檔(3-5檔)電子線，每檔電子線的能量在設 備出廠時標定好，用戶使用時無法改變。在實際使用過程中，由于腫瘤的深度位置個體化差 異比較大，物理師很難直接用標定好檔位的電子線對病患進行直接治療，往往需要采用生 物補償膠進行補償，用以對治療深度的調整，使用時較復雜。而且，往往由于能量與實際腫 瘤深度的匹配性差，在治療病患時，不是能量過大，傷害了健康的肌體部分，就是能量不足， 使腫瘤得不到及時和有效的治療，延長了病患治愈的時間，嚴重的甚至耽誤了病患的治療 時機，為了按病患的實際情況進行合理治療，通過計算機控制減小對電子線檔位的劃分 階梯，即通過電子線無級差式的方式來提高能量與腫瘤深度的匹配度。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出一種電子線能量檔位無級差式數字化醫(yī)用直線加速器系統(tǒng)。使用電子 線能量無級差式醫(yī)用直線加速器對病患治療時，提高了能量與腫瘤深度的匹配度，為每個 病患制定更為精準的治療方案。本發(fā)明根據加速器新的設置值更新加速器各能量(能檔間隔為0. IMeV)所對應的 全數字式加速器各分系統(tǒng)所需的預置數據的數據庫。本系統(tǒng)包括調制器參數設置模塊，自動束流控制(AIC)模塊，自動頻率控制 (AFC)模塊，自動劑量控制(ADC)模塊，加速管配電控制模塊，治療頭散射膜選擇控制模塊， 劑量評估與標校模塊，治療模塊(治療軟件)；主要體現在，在能量區(qū)間6MeV_16MeV之間建立細致化級差等級，級差等級根據實 際需要從0. IMeV-O. 5MeV不等，優(yōu)選為0. 2MeV,使各級差之間的差異變小到感覺不到級差 的變化。在調制器參數設置模塊內，分別在能量區(qū)間6MeV_16MeV之間，根據細致化級差等級和相鄰二固定能檔(6、8、10、12、14、16MeV)的實際設置值，按間隔為0. 2MeV的能量，擬 合出能量對應的調制器功率，對高壓設置值、磁控管高壓燈絲設置值、磁體電流設置值通過 模擬方法計算建立數據庫，數據庫中的每一組設置參數對應每個能量所需的調制器輸出功 率。使用時依據能量的大小，調用數據庫內相應的設置值給調制器設置模塊設置參數，從而 得到一個實際要輸出的調制器功率，保障加速器輸出能量。在自動束流控制(AIC)模塊內，分別在能量區(qū)間6MeV_16MeV之間，根據細致化級 差等級和相鄰二固定能檔(6、8、10、12、14、16MeV)的實際設置值，按間隔為0. 2MeV的能量， 擬合出劑量對應的束流值，對束流設置值、電子槍燈絲設置值、柵壓設置值設置通過模擬方 法計算建立數據庫，數據庫中的每一組設置參數對應每個能量所需的束流大小。使用時依 據能量的大小，調用數據庫內相應的設置值給自動束流控制(AIC)模塊設置參數，控制自 動束流控制(AIC)模塊輸出指定的束流，保障加速器輸出劑量的穩(wěn)定性。在自動頻率控制(AFC)模塊內，分別在能量區(qū)間6MeV_16MeV之間，根據細致化級 差等級和相鄰二固定能檔(6、8、10、12、14、16MeV)的實際設置值，按間隔為0. 2MeV的能量， 擬合出加速器工作對應的跟蹤頻率值，初始頻率位置、兩個增益值、移相器位置設置通過模 擬方法計算建立數據庫，數據庫中的每一組設置參數對應每個能量所需的跟蹤頻率。使用 時依據能量的大小，調用數據庫內相應的設置值給自動頻率控制(AFC)模塊設置參數，自 動頻率控制(AFC)模塊輸出控制磁控管工作在指定的頻率點，保障加速器輸出能量的穩(wěn)定 性。自動劑量控制(ADC)模塊，分別在能量區(qū)間6MeV_16MeV之間，根據細致化級差等 級和相鄰二固定能檔(6、8、10、12、14、16MeV)的實際設置值，按間隔為0. 2MeV的能量，擬合 出加速器工作對應的四道劑量監(jiān)控系統(tǒng)的劑量率，對四道劑量監(jiān)控系統(tǒng)的修正值設置通過 模擬方法計算建立數據庫，數據庫中的每一組設置參數對應每個能量所輸出的劑量率。使 用時依據能量的大小，調用數據庫內相應的設置值給自動劑量控制(ADC)模塊設置參數， 自動劑量控制(ADC)模塊控制四道劑量真實的顯示、監(jiān)控加速器輸出的劑量，保障加速器 輸出劑量的可靠性、一致性和穩(wěn)定性。加速管配電控制模塊，分別在能量區(qū)間6MeV_16MeV之間，根據細致化級差等級和 相鄰二固定能檔(6、8、10、12、14、16MeV)的實際設置值，按間隔為0. 2MeV的能量，擬合出加 速器工作對應的加速管輸出的束流能量，對預聚焦值、輸入導向、四路聚焦值、輸出導向、線 性主偏電源、輻偏電源設置通過模擬方法計算建立數據庫，數據庫中的每一組設置參數對 應每個能量所輸出的束流能量。使用時依據能量的大小，調用數據庫內相應的設置值給加 速管配電控制模塊設置參數，加速管配電控制模塊控制加速管內的電子束斑形狀、輸出束 流的最佳能量，保障加速器輸出能量是指定的能量。治療頭散射膜選擇控制模塊，分別在能量區(qū)間6MeV_16MeV之間，根據細致化級差 等級，對6個散射膜進行選擇選擇性控制，具體的選擇控制原則如下當加速器輸出射線的能量處在6MeV_7MeV之間時，治療頭散射膜選擇控制模塊控 制治療頭驅動選擇6MeV散射膜；當加速器輸出射線的能量處在7MeV-9MeV之間時，治療 頭散射膜選擇控制模塊控制治療頭驅動選擇SMeV散射膜；當加速器輸出射線的能量處在 9MeV-llMeV之間時，治療頭散射膜選擇控制模塊控制治療頭驅動選擇IOMeV散射膜；當加 速器輸出射線的能量處在llMeV-13MeV之間時，治療頭散射膜選擇控制模塊控制治療頭驅動選擇12MeV散射膜；當加速器輸出射線的能量處在13MeV-15MeV之間時，治療頭散射膜選 擇控制模塊控制治療頭驅動選擇14MeV散射膜；當加速器輸出射線的能量大于15MeV時，治 療頭散射膜選擇控制模塊控制治療頭驅動選擇16MeV散射膜。治療頭散射膜選擇控制模塊根據系統(tǒng)精細化能量的要求，按照上述選擇控制原則 控制散射膜驅動選擇相應的散射膜。劑量評估與標校模塊，根據以上模塊，在某一設定級差上得到的一系列數字化醫(yī) 用加速器所需要的值后，在該模塊中根據已設定好的標準對劑量進行評估和校正，如果在 正常的范圍內，則將相關信息發(fā)給外圍設備執(zhí)行機構進行執(zhí)行，保障輸出射線劑量的穩(wěn)定 性、可靠性、可信。以上在各模塊中所述的能量區(qū)間一致，一般為在6MeV_16MeV之間，所設定的級差 等級一致，如都設定為0. 2MeV間隔。此外，系統(tǒng)在治療前，啟用狀態(tài)檢驗系統(tǒng)，對各個模塊 同級檢測單元進行比對，用來校驗是否是在同一級差上進行各個模塊內相對應的取值和設置。有益效果1.通過精細度級差的劃分，提高了數字化醫(yī)用加速器的精度，保護病患的正常組 織；2.通過軟件的設計和這種級差劃分，有效的代替手工補償的方法，減少了在治療 過程中因手工補償而帶來的不確定因素，簡化了治療流程；3.在提高了質量和效果的同時，帶來了個性化服務可能性。


圖1 一種電子線能量檔位無級差式數字化醫(yī)用直線加速器軟件系統(tǒng)結構示意圖， 1-調制器參數設置模塊、2-自動束流控制模塊AIC、3-自動頻率控制模塊AFC、4-自動劑量 控制模塊ADC、5-加速管配電控制模塊、6-治療頭散射膜選擇控制模塊、7-劑量評估與標校 模塊、8-治療模塊。
具體實施例方式分為硬件部分和軟件部分硬件部分主控制系統(tǒng)是一臺工業(yè)控制計算機，配備數據通信專用設備。控制機與 各分系統(tǒng)采用485通信。輸出功率根據系統(tǒng)設置而定的全數字式大功率調制器分系統(tǒng)，輸出功率從2MW至 12MW任意輸出。功率輸出穩(wěn)定性大于1%。所有電源的輸出電壓/電流均根據系統(tǒng)設置而定的全數字式加速管控制分系統(tǒng)， 該系統(tǒng)為整機提供以下幾部分電源的供給。χ、γ方向預導向電源，預聚焦電源，χ、γ輸入導 向電源，4組聚焦電源，主偏轉電源，輔佐偏轉電源。以上各電源在系統(tǒng)輸出不同能量射線 時，整機需要的值均不同。兩道獨立的全數字式劑量監(jiān)控、測量分系統(tǒng)，控制X、Y輸出導向電源的輸出和監(jiān) 控整機射線的質量和對病患治療的輸出劑量，它根據標準劑量儀測試的數據實時修正各能 檔的劑量修正值，保障治療數據的真實性。
全數字控制的治療頭可根據系統(tǒng)的要求，精確的控制適合其實際能量所需的電子 線組合散射膜。在6MeV到ISMeV電子線應用治療過程中，全數字式束流控制系統(tǒng)對束流的要求沒 有本質的變化，只是在相同量級內進行精確的控制，它系統(tǒng)的需求能在2-3S鐘內控制穩(wěn)定 所需的束流，以保障整機劑量率的穩(wěn)定性。全數字式自動頻率控制系統(tǒng)能根據系統(tǒng)的要求，自動啟動雙路(粗跟蹤、精跟蹤) 跟蹤系統(tǒng)要求的出束頻率，并時刻跟隨系統(tǒng)溫度的變化調整跟蹤的頻率，以保證所出的射 線能譜的純準，能量一致性高，劑量率穩(wěn)定性能好。全數字的系統(tǒng)安全聯保分系統(tǒng)，實時監(jiān)控系統(tǒng)各分系統(tǒng)、各部分的運行狀態(tài)，實時 回報真實信息，為系統(tǒng)提供真實的安全保障。軟件部分有以下部分組成調制器參數設置模塊1，自動束流控制模塊AIC2，自動頻率控制模塊AFC3，自動劑 量控制模塊ADC4，加速管配電控制模塊5，治療頭散射膜選擇控制模塊6，劑量評估與標校 模塊7，治療模塊8;各軟件系統(tǒng)的功能如下首先啟動生成數據庫軟件功能，根據加速器生產調試各能檔的ppd數據、各分機 的對應設置值生成覆蓋整個能量范圍(能量范圍6MeV-16MeV，步長為0. IMeV)加速器各能 量所對應的全數字式加速器各分系統(tǒng)所需的預置數據的數據庫。該數據庫包含各分機所需 的全部參數，每組參數與腫瘤深度保持一一對應的唯一的關系。在設備進行重大維修、更換重大部件時，各分系統(tǒng)的設置值發(fā)生變化時，啟動更新 數據庫軟件功能，根據加速器新的設置值更新加速器各能量(能檔間隔為0. IMeV)所對應 的全數字式加速器各分系統(tǒng)所需的預置數據的數據庫。當加速器主控制計算機進入對各分機控制時，啟動維護數據庫軟件功能，該功能 作為后臺任務一致運行，直到關閉控制機。維護功能主要是啟用加密數據庫(在數據庫生 成時建立的備份數據庫)與現有數據庫比對，檢測數據庫的真實性。智能病患分析軟件系統(tǒng)根據物理師提供的病患腫瘤深度，精確分析出最合適治療 病患所需的射線能量，并以此從數據庫中提取相關的各分機設置數據，建立病患醫(yī)療預備 方案。病例管理軟件系統(tǒng)根據物理輸入的病患資料，并提取病患醫(yī)療預備方案中全部數 據，進行綜合分析，確定病患的詳細治療方案。同時，對病患建立相應的檔案，以保障病患的 安全。劑量評估、標校系統(tǒng)依據病例管理軟件系統(tǒng)提供病患的詳細治療方案實時對劑量 進行標校，維護數據庫中二道劑量修正值的實時更新，為加速器治療系統(tǒng)提供病患的最終 治療方案。保障病患所接受到的劑量真實、可靠、合理。加速器治療系統(tǒng)依據病患的最終治療方案，在加速器各硬件部分共同作用下，對 病患進行真實、有效的治療。例如診斷腫瘤深度D = 2. 4公分，系統(tǒng)根據物理師開具的初步診療方案，由智能 病患分析軟件系統(tǒng)自動生成病患醫(yī)療預備方案，具體為智能病患分析軟件系統(tǒng)包括調制器參數設置模塊1，自動束流控制模塊AIC2，自動頻率控制模塊AFC3，自動劑量控制模塊ADC4，加速管配電控制模塊5，治療頭散射膜選擇 控制模塊6，劑量評估與標校模塊7，治療模塊8。下面是能量范圍處于6MeV-8MeV的各模塊的設置情況。在調制器參數設置模塊1內分別在能量區(qū)間6MeV-8MeV之間，根據細致化級差等 級，每一間隔0. 2MeV，對高壓設置值、磁控管高壓燈絲設置值、磁體電流設置值設置并存儲 一次，并通過常規(guī)計算得到每一間隔的高壓值，從而得到一個實際要輸出的能量值；最后， 在該模塊內形成一組功率數值；表1 調制器參數設置表
權利要求
1.一種電子線能量檔位無級差式數字化醫(yī)用直線加速器系統(tǒng)，其硬件部分包括一臺 工業(yè)控制計算機、數據通信專用設備以及治療頭設備；軟件部分包括調制器參數設置模塊 (1)，自動束流控制模塊AIC (2)，自動頻率控制模塊AFC (3)，自動劑量控制模塊ADC (4)，加 速管配電控制模塊(5)，治療頭散射膜選擇控制模塊(6)，劑量評估與標校模塊(7)，治療模 塊(8)，其特征在于:調制器參數設置模塊(1)在能量區(qū)間內，根據細致化級差等級和相鄰二固定能檔的實 際設置值，每隔一定間隔，對高壓設置值、磁控管高壓燈絲設置值、磁體電流設置值設置并 存儲一次，并通過常規(guī)計算得到每一間隔的高壓值，從而得到一個實際要輸出的能量值，最 后，在該模塊內形成一組功率數值；自動束流控制模塊AICQ)在能量區(qū)間內，根據細致化級差等級和相鄰二固定能檔的 實際設置值，每隔一定間隔，對束流設置值、電子槍燈絲設置值、柵壓設置值設置并存儲一 次，并通過常規(guī)計算得到每一間隔的真實束流值，最后，在該模塊內形成一組真實束流數 值；自動頻率控制模塊AFCC3)在能量區(qū)間內，利用初始頻率位置、兩個增益值、移相器位 置計算出，從觀56. IOOMHz到觀56. 200MHz區(qū)間內，根據細致化級差等級和相鄰二固定能檔 的實際設置值，每隔一定間隔，能得到一組實際跟蹤位置；自動劑量控制模塊ADC(4)在能量區(qū)間內，根據細致化級差等級和相鄰二固定能檔的 實際設置值，每隔一定間隔，通過調整四道增益的修正系數，得到一組預知的劑量率；加速管配電控制模塊( 在能量區(qū)間內，根據細致化級差等級和相鄰二固定能檔的實 際設置值，每隔一定間隔，通過對預聚焦值、輸入導向、四路聚焦值、輸出導向、線性主偏電 源、輻偏電源等的微調和計算，得到一組偏轉后真實束流的能量值；治療頭散射膜選擇控制模塊(6)在能量區(qū)間內，根據細致化級差等級和相鄰二固定能 檔的實際設置值，對6個散射膜進行選擇控制，具體的選擇控制原則如下當治療頭散射能量區(qū)間在6MeV-7MeV之間時，選擇6MeV ；能量區(qū)間7MeV_9MeV之間，選 擇8MeV ；能量區(qū)間9MeV-IlMeV之間，選擇IOMeV ；能量區(qū)間1 IMeV-13MeV之間，選擇12MeV ； 能量區(qū)間13MeV-15MeV之間，選擇14MeV ；能量區(qū)間15MeV_16MeV之間，選擇16MeV ；劑量評估與標校模塊(7)，根據以上模塊，在某一設定級差上得到的一系列數字化醫(yī)用 加速器所需要的值后，在該模塊中根據已設定好的標準對劑量進行評估和校正，如果在正 常的范圍內，則將相關信息發(fā)給外圍設備執(zhí)行機構進行執(zhí)行。
2.根據權利要求1所述的一種電子線能量檔位無級差式數字化醫(yī)用直線加速器系 統(tǒng)的軟件部分，其特征在于各模塊中所述的能量區(qū)間一致，在6MeV-16MeV之間，步長為 0.IMeV0
3.根據權利要求1所述的一種電子線能量檔位無級差式數字化醫(yī)用直線加速器系統(tǒng) 的軟件部分，其特征在于所設定的級差等級一致，優(yōu)先設定為0. 2MeV間隔。
4.根據權利要求1所述的一種電子線能量檔位無級差式數字化醫(yī)用直線加速器系統(tǒng) 的軟件部分，其特征在于相鄰二固定能檔分別為6、8、10、12、14、16MeV。
5.根據權利要求1所述的一種電子線能量檔位無級差式數字化醫(yī)用直線加速器系統(tǒng) 的軟件部分，其特征在于使用時依據能量的大小，調用數據庫內相應的設置值給調制器設 置模塊(1)設置參數，得到一個實際要輸出的調制器功率；調用數據庫內相應的設置值給自動束流控制(AIC)模塊( 設置參數，控制自動束流控制(AIC)模塊( 輸出指定的束 流；調用數據庫內相應的設置值給自動頻率控制(AFC)模塊C3)設置參數，自動頻率控制 (AFC)模塊C3)輸出控制磁控管工作在指定的頻率點；調用數據庫內相應的設置值給自動 劑量控制(ADC)模塊(4)設置參數，自動劑量控制(ADC)模塊(4)控制四道劑量真實的顯 示、監(jiān)控加速器輸出的劑量；調用數據庫內相應的設置值給加速管配電控制模塊( 設置 參數，加速管配電控制模塊控制加速管內的電子束斑形狀、輸出束流的最佳能量；治療頭散 射膜選擇控制模塊(6)根據系統(tǒng)精細化能量的要求，選擇控制原則控制散射膜驅動選擇相 應的散射膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子線能量檔位無級差式數字化醫(yī)用直線加速器系統(tǒng)，其硬件部分包括一臺工業(yè)控制計算機、數據通信專用設備以及治療頭設備；軟件部分包括調制器參數設置模塊，自動束流控制模塊AIC，自動頻率控制模塊AFC，自動劑量控制模塊ADC，加速管配電控制模塊，治療頭散射膜選擇控制模塊，劑量評估與標校模塊，治療模塊；調制器參數設置模塊，自動束流控制模塊AIC，自動頻率控制模塊AFC，自動劑量控制模塊ADC，加速管配電控制模塊，治療頭散射膜選擇控制模塊分別在6MeV-16MeV能量內，根據細致化級差等級和相鄰二固定能檔的實際設置值，每隔一定間隔，得到相應的值，劑量評估與標校模塊，根據以上模塊，在某一設定級差上得到的一系列數字化醫(yī)用加速器所需要的值后，在該模塊中根據已設定好的標準對劑量進行評估和校正，如果在正常的范圍內，則將相關信息發(fā)給外圍設備執(zhí)行機構進行執(zhí)行，使用電子線能量無級差式醫(yī)用直線加速器對病患治療時，提高了能量與腫瘤深度的匹配度，為每個病患制定更為精準的治療方案。
文檔編號A61N5/00GK102078662SQ20101058844
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權日2010年12月10日
發(fā)明者吳建興, 柘江, 王小軍, 王春波, 薛小峰, 鄧勇, 陳璞, 高陽 申請人:江蘇海明醫(yī)療器械有限公司