用于粒子治疗的终端探测器信号发生装置及方法与流程

本发明涉及粒子治疗，尤其涉及一种用于粒子治疗的终端探测器信号发生装置及方法。

背景技术：

1、在粒子治疗过程中，为了按照预设的位置和剂量对肿瘤病灶进行照射，需要笔形束扫描(pencil beam scanning，pbs)系统精准的对束流扫描过程实施控制，不但要将束流偏转到指定位置，而且需要调整束流流强，以实现对照射剂量的准确控制，从而保证治疗的有效性和安全性。

2、目前，笔形束扫描系统的调试、试运行以及升级改造过程存在以下问题：必须依赖实际束流的存在才能进行以上工作，而实际上，不论治疗控制系统(tcs)、还是治疗头电子学等相关软硬件系统的调试、试运行、还是升级改造，都只与束流反馈的信息有关，而与束流本身存在与否没有直接关系。

3、现有技术的方案是：通过终端探测器分条电离室和剂量电离室实时监测束流、确定束流当前的束斑位置、半高宽和剂量。束流经过分条电离室之后，分条电子学单元通过采集分条电离室的信号并经过拟合、运算得到束流中心位置坐标及束斑大小。同理，剂量信息可以通过剂量电子学对剂量电离室的信号进行积分处理获得。

4、但是，基于现有技术的方案会对整套治疗头电子学和治疗控制系统调试和试运行带来限制，也就是说，当没有实际束流存在的时候，无法运行笔形束扫描系统，也无法和治疗控制系统(tcs)之间进行联合调试，由于治疗指令发出后并没有束流位置和剂量信息的反馈，因此扫描过程也并不会被执行。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种用于粒子治疗的终端探测器信号发生装置及方法，用于解决现有技术只能通过实际载束调试笔形束扫描系统和tcs系统的技术问题。

2、本发明实施例的第一方面提供一种用于粒子治疗的终端探测器信号发生装置，包括：核心控制模块，用于对接收粒子治疗控制系统下发的点阵扫描文件进行解析，得到点阵中每个束斑对应的第一位置、第一束流半高宽和第一束流剂量，计算产生第一束流剂量的束流所需的第一电流值以及产生第一位置和第一束流半高宽的束流所需的第二电流值；剂量信号发生模块，用于根据第一电流值产生第一电流信号；分条位置信号发生模块，用于根据第二电流值产生不同信号通道的第二电流信号；剂量电子学模块，用于将第一电流信号转换为频率信号，并根据频率信号确定实际产生的束流的第二束流剂量；分条电子学模块，用于将不同信号通道的第二电流信号分别转换为电压信号，并对电压信号进行高斯拟合，确定实际产生的束斑的第二位置和第二束流半高宽；数据采集模块，用于将第二位置、第二束流半高宽和第二束流剂量反馈至粒子治疗控制系统。

3、根据本公开的实施例，剂量信号发生模块包括：第一电流预置单元，用于输入与第一电流值大小相等的电流；第一控制单元，用于将与第一电流值大小相等的电流由模拟量转换为数字量以及根据与第一电流值大小相等的电流生成第一控制指令；第一基准电压源，用于产生第一基准数值；第一数模转换单元，用于将第一基准数值与数字量进行比较，输出第一模拟量；第一高共模的差动放大单元，用于对第一模拟量进行放大；第一电压电流变换单元，用于对放大后的第一模拟量进行电压电流转换，产生第二电流信号；第一负反馈单元，用于采样第一电压电流变换单元输出端的第一电压，并反馈第一电压至第一高共模的差动放大单元的输入端来控制第一电压电流变换单元输出恒流的第一电流信号。

4、根据本公开的实施例，分条位置信号发生模块包括多路信号产生链路和连接器，连接器用于将每一路信号产生链路的输出传输至分条电子学模块，每一路信号产生链路包括：第二电流预置单元，用于输入与第二电流值大小相等的电流；第二控制单元，用于将与第二电流值大小相等的电流由模拟量转换为数字量以及根据与第二电流值大小相等的电流生成第二控制指令；第二基准电压源，用于产生第二基准数值；第二数模转换单元，用于将第二基准数值与数字量进行比较，输出第二模拟量；第二高共模的差动放大单元，用于对第二模拟量进行放大；第二电压电流变换单元，用于对放大后的第二模拟量进行电压电流转换，产生第二电流信号；第二负反馈单元，用于采样第二电压电流变换单元输出端的第二电压，并反馈第二电压至第二高共模的差动放大单元的输入端来控制第二电压电流变换单元输出恒流的第二电流信号。

5、根据本公开的实施例，分条电子学模块包括多个电压电流转化通道，每一个电压电流转换通道将一个通道的第二电流信号转换为电压信号；每一个电压电流转换通道包括：电流电压转换器，用于将第二电流信号转换成负电压信号；反相放大电路，用于将负的电压信号转换为正电压信号，得到电压信号。

6、根据本公开的实施例，电流电压转换器包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；第一电阻的一端连接第一运算放大器的反向输入端，另一端用于输入第二电流信号；第五电阻一端连接第一运算放大器的正向输入端，另一端接地；第二电阻的一端连接第一运算放大器的反向输入端，另一端与第三电组的一端串联，第三电组的另一端连接第一运算放大器的输出端；第四电阻一端并联在第二电阻与第三电阻之间，另一端接地，第二电阻、第三电阻和第四电阻构成的t型电阻反馈网络。

7、根据本公开的实施例，反相放大电路包括第二运算放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第九电阻；第六电阻的一端连接第二运算放大器的输出端，另一端连接第二运算放大器的反向输入端；第七电阻的一端连接第二运算放大器的正向输入端，另一端接地；第八电阻一端连接第二运算放大器的反向输入端，另一端连接第二运算放大器的输出端；第九电阻一端连接第二运算放大器的输出端，另一端用于输出正电压信号。

8、根据本公开的实施例，分条电子学模块输入的第二电流信号的电流范围为10pa～100na，输出的电压信号的电压范围为-20mv～2v。

9、根据本公开的实施例，分条位置信号发生模块产生的不同信号通道的第二电流信号的电流值的相对大小满足高斯函数分布，不同信号通道的第二电流信号的电流值的中的最大电流值不超过预设电流阈值。

10、根据本公开的实施例，在水平方向最多分布256个信号通道，在垂直方向最多分布256个信号通道。

11、本发明实施例的第一方面提供一种用于粒子治疗的终端探测器信号发生方法，包括：对接收粒子治疗控制系统下发的点阵扫描文件进行解析，得到点阵中每个束斑对应的第一位置、第一束流半高宽和第一束流剂量，计算产生第一束流剂量的束流所需的第一电流值以及产生第一位置和第一束流半高宽的束流所需的第二电流值；根据第一电流值产生第一电流信号；根据第二电流值产生不同信号通道的第二电流信号；将第一电流信号转换为频率信号，并根据频率信号确定实际产生的束流的第二束流剂量；将不同信号通道的第二电流信号分别转换为电压信号，并对电压信号进行高斯拟合，确定实际产生的束斑的第二位置和第二束流半高宽；将第二位置、第二束流半高宽和第二束流剂量反馈至粒子治疗控制系统。

12、根据本发明实施例提供的用于粒子治疗的终端探测器信号发生装置及方法，至少能够实现以下技术效果：

13、通过终端探测器信号发生装置来仿真模拟束流的产出，用来调节其他相关系统，解决了目前笔形束扫描控制系统和tcs系统调试必须在载束条件下进行的难题，使得这两个系统的在离线条件下调试成为可能。并且，通过仿真模拟的束流来调节其他相关系统，能够排除束流本身原因(如束流不稳定影响测试结果、厂区内剂量存在无法同时进行施工)带来的不便，使得整个调试过程更方便、灵活。