一种质子束能量选择控制系统的制作方法

技术特征：
1.一种质子束能量选择控制系统，包括系统板卡、运动板卡、降能器、多个四扇准直器、多个磁铁，该多个磁铁包括四级磁铁、导向磁铁和偏转磁铁；所述系统板卡其输入端连接治疗头、从治疗头获取当前治疗所需要的束流能量信息，其输出端分别连接运动板卡和磁铁电源，将降能器步进电机和四扇准直器步进电机的动作命令发送给运动板卡，将磁铁电源参数发送给磁铁电源；所述运动板卡其输入端连接系统板卡、输出端连接降能器和四扇准直器；所述降能器和四扇准直器分别包括降能器组件、降能器步进电机驱动器和降能器步进电机、四扇准直器组件、四扇准直器步进电机驱动器和四扇准直器步进电机，所述降能器组件和四扇准直器组件，它们的输入端分别为降能器步进电机和四扇准直器步进电机，在降能器步进电机和四扇准直器步进电机的控制下运动；所述降能器步进电机驱动器和四扇准直器步进电机驱动器，它们输入端分别连接运动板卡，输出端连接各自的步进电机；所述磁铁包括布设在当前束流线上的多个磁铁和每个磁铁内的磁铁电源，该每个磁铁内的磁铁电源的输入端分别连接系统板卡并从系统板卡获取对应当前治疗头能量的磁铁电源参数，输出端连接对应的磁铁并控制磁铁磁场，其特征在于：所述系统板卡内安装了vxworks嵌入式实时控制系统，vxworks嵌入式实时控制系统使得每个任务的切换时间更短、能够及时得到外界设备的反馈；所述系统板卡和治疗头之间为dds通讯，节省了通讯双方握手的时间；所述系统板卡包括多任务调度单元、以及查表单元；该多任务调度单元设有同步运动指令传送模块，当多个任务的初始化进程以首尾连接的异步方式启动时，该同步运动指令传送模块通过指令传送的方式，使得异步方式启动的多任务模块在同一时刻接收到调度指令；所述能量选择控制系统控制降能器每一档的降能响应时间快于多楔形降能器的响应时间、能够在50毫秒内完成能量切换；所述对楔形降能器包括一对带有倾角的楔形石墨降能片，该一对带有倾角的楔形石墨降能片的长度或所走的路程是多楔形降能片的长度或多楔形降能片所走的路程的数倍，宽度与多楔形降能片的宽度总和相同。2.根据权利要求1所述一种质子束能量选择控制系统，其特征在于：所述查表单元设有降能器查表子模块、四扇准直器查表子模块、磁铁电源查表子模块；这些子模块各自根据系统板卡获取的治疗头束流能量值进行查表，从而获得降能器步进电机需要运动的步数、四扇准直器步进电机需要运动的步数、磁铁电源需要调节的参数并各自发送给多任务调度单元中的同步运动指令传送任务模块。3.根据权利要求1所述一种质子束能量选择控制系统，其特征在于：所述多任务调度单元设有降能器任务模块、四扇准直器任务模块、磁铁电源任务模块、同步运动指令传送模块；所述的降能器任务模块、四扇准直器任务模块、磁铁电源任务模块分别包括执行初始化任务子模块、等待同步运动指令子模块、接收同步运动指令子模块；所述等待同步运动指令子模块判断当前初始化任务完成以后将各自当前的任务挂起，直至接收到同步运动指令；所述接收同步运动指令子模块接收到同步运动指令以后，降能器任务模块向运动控制卡发送指令，四扇准直器任务模块向运动控制卡发送指令，磁铁电源任务模块向磁铁电源发送指令。4.根据权利要求3所述一种质子束能量选择控制系统，其特征在于：所述同步运动指令传送模块设有等待挂起子模块、传送同步指令子模块；所述等待挂起子模块等待最后一个
任务挂起后通知所述传送同步指令子模块，所述传送同步指令子模块接到通知后向降能器任务模块、四扇准直器任务模块、磁铁电源任务模块发送同步运动指令。5.根据权利要求3所述一种质子束能量选择控制系统，其特征在于：所述降能器任务模块、四扇准直器任务模块的初始化任务子模块包括调用s曲线算法模块，所述调用s曲线算法模块包括设置s曲线参数子模块，所述设置s曲线参数子模块包括设置四个加速度参数、以及四个减速度参数；磁铁电源任务模块的初始化包括通过建立udp连接的方式建立磁铁电源与系统板卡之间的网络通信。6.根据权利要求1所述一种质子束能量选择控制系统，其特征在于：所述对楔形降能器，包括对楔形降能片、入射准直器、出射准直器、电子尺、步进电机、步进电机驱动器、支撑台架；所述对楔形降能片竖直方向带有一定倾斜角度地安装在支撑台架上，该对楔形降能片由一对带有倾角的楔形石墨降能片通过万向轴和丝杆连接而成、并且对楔形石墨降能片之间留有缝隙，束流沿着垂直于该缝隙的方向穿过；所述入射准直器和出射准直器沿着束流方向布设在所述对楔形降能片两侧的支撑台架上，其高度为束流线中心点的高度；所述电子尺布设在支撑台架的对楔形降能片的一侧，随着对楔形降能片的移动，读取和显示对楔形降能片的位移；所述步进电机通过十字滑块联轴器和右旋滚珠丝杆连接对楔形降能片、带动对楔形降能片做增加对楔形降能片厚度或减少楔形降能片厚度的位移；所述步进电机驱动器输入端连接运动控制板卡、输出端连接步进电机；所述万向轴和丝杆包括右旋滚珠丝杆和左旋滚珠丝杆，中间为万向轴。7.根据权利要求1所述一种质子束能量选择控制系统，其特征在于：所述一对带有倾角的楔形石墨降能片，每块楔形石墨降能片其倾角为12
°
，其厚度为40mm，顶角宽度1mm，低边宽度为100mm，长度500mm；该对楔形降能器相对运动过程中的最大宽度为200mm，最小宽度为6mm。8.根据权利要求1所述一种质子束能量选择控制系统，其特征在于：所述对楔形降能片每一档的降能响应时间快于多楔形降能片的响应时间，具体为：每次能量切换时间为50ms以内，相比多楔形片每一档的降能时间快1.2倍以上。9.根据权利要求1所述一种质子束能量选择控制系统，其特征在于：所述降能器驱动器和步进电机驱动器，分别设有外接运动板卡的接口，通过该接口从运动板卡获得能够确保每次能量切换时间为50ms以内的相关步进电机的运动信息，该运动信息包括确保50毫秒相应时间的运动步数、运动速度、运动加速度。10.根据权利要求1所述一种质子束能量选择控制系统，其特征在于：所述对楔形降能片包括右降能片和左降能片；右降能片连接于右丝杆螺母上、右丝杆螺母连接右旋滚珠丝杆；左降能片连接于左丝杆螺母上、左丝杆螺母连接左旋滚珠丝杆，所述步进电机连接十字滑块联轴器、再通过十字滑块联轴器连接右旋滚珠丝杆转动，通过右旋滚珠丝杆带动万向轴、进而带动左旋滚珠丝杆转动、左旋滚珠丝杆通过左丝杆螺母带动左降能片运动，从而实现步进电机带动左降能片和右降能片做相向运动或相背运动。

技术总结
一种质子束能量选择控制系统，包括系统板卡、运动板卡、降能器、多个四扇准直器、多个磁铁，该多个磁铁包括四级磁铁、导向磁铁和偏转磁铁；所述系统板卡包括多任务调度单元设有同步运动指令传送模块，当多个任务的初始化进程以首尾连接的异步方式启动时，该模块通过指令传送的方式，使得异步方式启动的多任务模块在同一时刻接收到调度指令；所述能量选择控制系统控制降能器每一档的降能响应时间快于多楔形降能器的响应时间、能够在50毫秒内完成能量切换；本发明解决了现有技术指令下发给束流线各个设备的通信耗时长、导致影响设备之间响应的同步性的问题，以及解决现有技术的对楔形降能器由于体积增大，导致降能器响应时间变慢了很多的问题。很多的问题。很多的问题。


技术研发人员：宋琦琪 殷治国 何澳来 张天爵 蔡红茹 蒋天仡 赵博涵 汪洋 郭乾坤
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：2022.10.25
技术公布日：2023/1/13