放射治疗装置的点扫描控制系统及方法

1.本发明涉及加速器技术领域，更具体的说是涉及一种放射治疗装置的点扫描控制系统。


背景技术：

2.目前，放射治疗是治疗癌症的三种主要手段之一，对于改善人类健康和增益人类寿命有重大意义。放射治疗涉及将诸如电子、质子或重离子等高能粒子射束引导到患者体内的靶标体积(例如，肿瘤或病变)中。在用辐射来治疗患者之前，开发特定于患者的治疗计划，例如强度调制粒子治疗(impt)，计划可以指定适当的射束类型和适当的射束能量。计划的其他部分可以指定例如射束相对于患者/靶标体积的角度、射束形状等。通常，治疗计划的目的是向靶标体积递送足够的辐射，同时最小化周围健康组织到辐射的暴露，放射治疗期间的基本关注点是靶标体积，但是在剂量递送期间可能发生移动(例如，由于患者移动、呼吸等)，剂量递送期间的移动可能无意中将健康组织放置在旨在针对靶标体积的辐射路径中，而任何平面外运动(尤其是靠近靶标的正常健康结构的那些运动)可能引入与运动相关的不确定性，这继而可能在靶标体积内产生剂量交叠(“热斑点”)或甚至更严重的间隙(“冷斑点”)，从而影响治疗效果，甚至造成伤害。
3.因此，如何实现放射治疗装置的点扫描的精确控制是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种放射治疗装置的点扫描控制系统及方法，实现放射治疗中的点扫描控制，解决放射剂量的精确控制和束流位置控制，可以完全避免笔形束束流重位或者错位的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种放射治疗装置的点扫描控制系统，包括扫描磁铁、控制器、前端服务器、剂量控制器、控制界面、数据库和治疗计划模块；
7.所述前端服务器与所述治疗计划模块、所述控制器、所述剂量控制器、所述控制界面和所述数据库通过以太网通讯连接，模块之间通过tcp/ip协议进行数据传输；
8.所述控制器与所述扫描磁铁通过以太网通讯连接；
9.所述控制器与所述剂量控制器通过光纤通讯连接。
10.优选的，所述扫描磁铁包括横向扫描磁铁和纵向扫描磁铁；所述控制器包括横向控制器和纵向控制器；所述横向扫描磁铁与所述横向控制器连接，所述纵向扫描磁铁与所述纵向控制器连接。
11.优选的，所述治疗计划模块生成横向扫描磁铁电源控制数据、纵向扫描磁铁电源控制数据和本次治疗剂量数据通过所述前端服务器发送保存至所述数据库；所述数据库通过所述前端服务器并向所述横向控制器和所述纵向控制器分别发送所述横向扫描磁铁电
源控制数据和所述总线扫描磁铁电源控制数据，向所述剂量控制器发送本次治疗剂量数据；或者所述治疗计划模块向所述横向控制器和所述纵向控制器分别发送所述横向扫描磁铁电源控制数据和所述纵向扫描磁铁电源控制数据，向所述剂量控制器发送本次治疗剂量数据。所述治疗计划模块直接传输数据需要首先与数据库中存储的对应数据进行对比，判断当前数据为最新数据，然后在发送至对应模块；数据首先更新至数据库，再由所述数据库进行分发，能够保证传输数据为最新数据，减少数据对比判断过程；所述数据库接收每次治疗生成的所述本次治疗剂量数据生成剂量数据。
12.优选的，还设置有同步事例模块，所述同步事例模块存储有同步事例数据，根据所述同步事例数据生成事例信号通过所述前端服务器发送至所述控制器；所述同步事例数据保存至所述数据库。同步事例模块生成事例信号传输至所述控制器的横向控制器和纵向控制器，实现位置同步。
13.优选的，所述剂量控制器接收所述治疗计划模块传输的本次治疗剂量数据，或所述数据库通过所述前端服务器传输的所述本次治疗剂量数据，以及接收放射治疗装置的剂量探测器发出的剂量信号，并结合通过所述前端服务器传输的所述控制界面生成的控制参数，并生成换点操作信号。所述控制参数包括扫描参数的剂量参数，所述扫描参数控制所述横向控制器和纵向扫描控制器的扫描控制精度，所述剂量参数控制放射治疗装置的束流发射量。
14.优选的，所述横向控制器和所述纵向控制器与所述剂量控制器连接，接收所述剂量控制器发送的换点操作信号，同时所述横向控制器和所述纵向控制器接收和向放射治疗装置的各控制子系统发送安全联锁信号，进行安全联锁。只要接收到任何联锁信号就切断束流。
15.一种放射治疗装置的点扫描控制方法，包括以下步骤：
16.步骤1：治疗计划模块根据治疗计划生成和加载横向扫描磁铁电源控制数据和纵向扫描磁铁电源控制数据和本次治疗剂量数据，并发送至数据库进行更新保存；横向扫描磁铁电源控制数据为逐行扫描控制数据，纵向扫描磁铁电源控制数据为逐列扫描控制数据；
17.步骤2：前端服务器向横向控制器和纵向控制器传输事例信号，同时治疗计划模块或数据库通过前端服务器分别向横向控制器和纵向控制器传输横向扫描磁铁电源控制数据和纵向扫描磁铁电源控制数据，向剂量控制器传输本次治疗剂量数据，开始等待束流准备点扫描治疗；传输横向扫描磁铁电源控制数据、纵向扫描磁铁电源控制数据、同步事例数据和本次治疗剂量数据通过控制以太网进行数据通信；
18.步骤3：当一个能量级的束流通过慢引出引出至高能束运线与治疗终端时，剂量探测器则按预设的剂量刻度进行脉冲发送至剂量控制器，剂量控制器则根据所述本次治疗剂量数据对剂量刻度的脉冲进行计数，即是对剂量刻度进行累加，进行判别每个照射点的剂量是否达到要求，当剂量满足时则剂量控制器发送换点操作信号至横向控制器和纵向控制器，横向控制器和纵向控制器接收到触发则进行换点操作；剂量控制器的换点操作信号通过光纤通信传输至横向控制器和纵向控制器；
19.步骤4：当横向控制器完成一行扫描时，向纵向控制器发送触发信号进行下一行扫描，或纵向控制器完成一列扫描时，则向横向控制器发送触发信号进行下一列的扫描，直至
扫描完成；触发信号通过光纤通信。
20.优选的，横向控制器、纵向控制器和剂量控制器任何时刻都可以接收或向放射治疗装置的各控制子系统发送安全联锁信号，实施安全治疗保护切断束流。只要接收到任何联锁信号就切断束流。
21.优选的，扫描磁铁电源控制数据必须严格按照点扫描控制系统设定的数据格式进行数据生成，否则系统拒绝传输该数据并进行相关的错误提示。
22.优选的，在横向控制器或纵向控制器中对点到点的每一次换点操作，都进行插值算法平滑处理，防止磁铁电源跳闸，同时可以优化束流路径。
23.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种放射治疗装置的点扫描控制系统及方法，点扫描系统包括扫描磁铁、控制器、前端服务器、剂量控制器、控制界面、数据库和治疗计划模块，通过治疗计划模块生成扫描磁铁电源控制数据和本次治疗剂量数据，并对应发送至前端服务器和剂量控制器；通过前端服务器对扫描磁铁进行换点操作控制，实现逐行或逐列扫描；剂量控制是通过实时触发控制，即通过剂量控制器对剂量探测器的剂量刻度脉冲进行计数，剂量控制器完成计数后向控制器发送触发信号，实现剂量精确控制，同时，通过控制器间进行安全联锁信号通信传输，只要接收到任何联锁信号就切断束流实现安全治疗保护，放射治疗装置控制系统的同步事例模块向控制器发送同步事例数据进行同步行或列触发控制，实现位置同步。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
25.图1为本发明提供的点扫描控制系统模块结构图；
26.图2为本发明提供的点扫描控制方法数据传输结构图；
27.图3为本发明提供的9点*9点的点扫描验证平面效果图；
28.图4为本发明提供的9点*9点的点扫描验证立体效果图；
29.图5为本发明提供的20点*20点的点扫描验证平面效果图；
30.图6为本发明提供的20点*20点的点扫描验证立体效果图；
31.图7为本发明提供的任意形状扫描验证效果图。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.本发明实施例公开了一种放射治疗装置的点扫描控制系统及方法，点扫描控制系统模块结构框图如图1所示，点扫描控制方法数据传输结构图如图1 所示。
34.一种放射治疗装置的点扫描控制系统，包括扫描磁铁、控制器、前端服务器、剂量
控制器、控制界面、数据库和治疗计划模块；
35.前端服务器与治疗计划模块、控制器、剂量控制器、控制界面和数据库通过以太网通讯连接，模块之间通过tcp/ip协议进行数据传输；
36.控制器与扫描磁铁通过以太网通讯连接；
37.控制器与剂量控制器通过光纤模块通讯连接。
38.为了进一步优化上述具体技术方案，扫描磁铁包括横向扫描磁铁和纵向扫描磁铁；控制器包括横向控制器和纵向控制器；横向扫描磁铁与横向控制器连接，纵向扫描磁铁与纵向控制器连接。
39.为了进一步优化上述具体技术方案，治疗计划模块生成横向扫描磁铁电源控制数据、纵向扫描磁铁电源控制数据和本次治疗剂量数据通过前端服务器发送保存至数据库；数据库通过前端服务器并向横向控制器和纵向控制器分别发送横向扫描磁铁电源控制数据和总线扫描磁铁电源控制数据，向剂量控制器发送本次治疗剂量数据；或者治疗计划模块向横向控制器和纵向控制器分别发送横向扫描磁铁电源控制数据和纵向扫描磁铁电源控制数据，向剂量控制器发送本次治疗剂量数据。
40.为了进一步优化上述具体技术方案，还设置有同步事例模块，同步事例模块存储有同步事例数据，根据同步事例数据生成事例信号通过前端服务器发送至控制器；同步事例数据保存至数据库。
41.为了进一步优化上述具体技术方案，剂量控制器接收治疗计划模块传输的本次治疗剂量数据，或数据库通过前端服务器传输的本次治疗剂量数据，以及接收放射治疗装置的剂量探测器发出的剂量信号，并结合通过前端服务器传输的控制界面生成的控制参数，并生成换点操作信号。
42.为了进一步优化上述具体技术方案，横向控制器和纵向控制器与剂量控制器连接，接收剂量控制器发送的换点操作信号，同时横向控制器和纵向控制器接收和向放射治疗装置的各控制子系统发送安全联锁信号，进行安全联锁。只要接收到任何联锁信号就切断束流。
43.一种放射治疗装置的点扫描控制方法，包括以下步骤：
44.s1：治疗计划模块根据治疗计划生成和加载横向扫描磁铁电源控制数据、纵向扫描磁铁电源控制数据和本次治疗剂量数据，并发送至数据库进行更新保存；横向扫描磁铁电源控制数据为逐行扫描控制数据，纵向扫描磁铁电源控制数据为逐列扫描控制数据；
45.s2：前端服务器向横向控制器和纵向控制器传输事例信号，同时治疗计划模块或数据库通过前端服务器分别向横向控制器和纵向控制器传输横向扫描磁铁电源控制数据和纵向扫描磁铁电源控制数据，并向剂量控制器传输本次治疗剂量数据，开始等待束流准备点扫描治疗；传输横向扫描磁铁电源控制数据、纵向扫描磁铁电源控制数据、同步事例数据和本次治疗剂量数据通过控制以太网进行数据通信；
46.s3：当一个能量级的束流通过慢引出引出至高能束运线与治疗终端时，剂量探测器则按预设的剂量刻度进行脉冲发送至剂量控制器，剂量控制器则根据剂量数据对剂量刻度的脉冲进行计数，即是对剂量刻度进行累加，进行判别每个照射点的剂量是否达到要求，当剂量满足时则剂量控制器发送换点操作信号至横向控制器和纵向控制器，横向控制器和纵向控制器接收到触发则进行换点操作；剂量控制器的换点操作信号通过光纤通信传输至
横向控制器和纵向控制器；
47.s4：当横向控制器完成一行扫描时，向纵向控制器发送触发信号进行下一行扫描，或纵向控制器完成一列扫描时，则向纵向控制器或横向控制器发送触发信号进行下一列的扫描，直至扫描完成；触发信号通过光纤通信。
48.为了进一步优化上述技术方案，横向控制器、纵向控制器和剂量控制器任何时刻都可以接收或向放射治疗装置的各控制子系统发送安全联锁信号，并实施安全治疗保护切断束流。
49.为了进一步优化上述技术方案，扫描磁铁电源控制数据必须严格按照点扫描控制系统设定的数据格式进行数据生成，否则系统拒绝传输该数据并进行相关的错误提示。
50.为了进一步优化上述技术方案，在横向控制器或纵向控制器中对点到点的每一次换点操作，都进行插值算法平滑处理防止磁铁电源跳闸，同时可以优化束流路径。
51.实施例
52.预先设定9点*9点和20点*20点，以及任意形状3种情况来进行点扫描控制系统控制束流的扫描验证。图3-7分别展示了验证效果，图3-6横坐标和纵坐标分别表示位置坐标，图中不同颜色表示束流脉冲不同剂量，扫描结果可以验证该点扫描控制系统可以完全实现任意形状的肿瘤适形。
53.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
54.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。