[发明专利]一种质子束能量选择控制系统

说明书

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。

技术领域

本发明属于质子治疗系统技术领域，尤其涉及一种质子束能量选择控制系统。

背景技术

质子放疗装置中，若要将质子回旋加速器应用于临床，必须采用能量质子选择控制系统按照肿瘤的不同深度和厚度来对引出质子束能量进行调节。所述的质子束能量选择控制系统包括：从束流线起始点（束流从加速器引出口引出，经过一组四级磁铁和导向磁铁后）到目标点（与治疗头相连接的旋转机架）沿途布设的降能器、多个磁铁、多个四扇准直器、动量选择狭缝、能量选择狭缝、以及运动板卡、系统板卡等。

现有技术实现质子能量选择控制系统的难点之一在于：指令下发给束流线各个设备的通信耗时长、影响设备之间响应的同步性，而临床上要求每一档的能量变化响应时间只有80毫秒。所述指令下发给各设备的通信耗时长、影响各设备之间响应的同步性的原因是：第一，束流线能量的控制是对整条束流线的能量控制，整条束流线的能量控制需要在束流线起点到终点分布几十个甚至上百个设备，非常苛刻的要求在于：不论束流线上的设备数量有多庞大，只有所有设备都在规定的时间内完成执行指定动作的动态过程，才能保证整条束流线在规定的时间内完成降能；第二、目前质子治疗系统对束流线设备的控制是一种并行命令的方式，但从微观上看，对于发送控制指令这一步骤仍是串行命令，且任务切换时间长：例如下位机采用vxworks实时操作系统代替linux操作系统，因为vxworks和其他系统（例如linux）相比，vxworks每个任务切换的时间更短，但vxworks对于多任务的初始化进程的启动仍然是首尾相接的异步启动方式，所述首尾相接的异步启动方式既是上一个任务的初始化进程完毕才能开始下一个任务的初始化进程，如果对于束流线上的多个设备发送命令就需要一个一个地发送命令。当需控制的束流线设备数量较多时，在通信过程中的耗时就大大增加，通信耗时叠加在动态响应时间上，使动态响应速度变慢。同时，收到命令的第一个设备和最后一个设备之间存在较长时间间隔，导致设备之间响应不同步。

现有技术实现质子能量选择控制系统的难点之二在于：现有技术的降能器不能同时兼顾响应速度快和避免束流能量损失的需求。第一种多楔形降能器，虽然降能速度上能够满足要求，但其束流的能量损失大：由于多楔形降能器是采用多个体积相对小（宽度、长度相对小）的对楔形降能器并排组合，通过其长度相对小或所走的路程相对短的特点实现快速响应，又通过并排组合达到降能器厚度要求，降能器厚度满足要求才能达到降能的最大范围，但因为是多个对楔形降能器并排组合，其中有多个空气间隙，束流每经过一个空气间隙就发生一次能量损失，当经过多组对楔形降能器时就发生多次能量损失。现有技术的另外一种为双楔翼形铍降能器，该双楔翼型铍降能器虽然减小了多楔形降能器束流损失问题，但铍材料有毒，且生成的中子量较大，给辐射防护增加了难度，并且该双楔翼形铍降能器虽然由多个双楔翼形改造为一个双楔翼形，减小了能量损失问题，但是由于总的体积加大，在用一个双楔翼形代替多个双楔翼形的同时，不仅厚度增加而且长度或者走过的路程也增加为原来的几倍。由于长度或走过的路程增加几倍，导致响应时间也慢了几倍，由于降能器处于质子束能量选择控制系统上的第一个设备，如果第一个设备响应时间延迟，并且质子治疗系统对束流线设备的控制是一种串行命令的方式，则整条束流线的延迟时间就会更加严重。

发明内容