一种质子治疗系统中输运线磁铁磁场快速调节系统及方法与流程

本发明涉及质子治疗，尤其涉及一种质子治疗系统中输运线磁铁磁场快速调节系统及方法。

背景技术：

1、质子治疗系统固定能量的束流从回旋加速器中出来，经过输运线进入治疗头对病人进行照射，通常是通过降低束流能量，从肿瘤的远端照射到近端，对应磁铁的磁场和电流也是动态降低的，照射的时候要求磁场的准确、稳定。

2、质子治疗系统照射过程中，二极磁铁(以下简称“磁铁”)控制束流的偏转，通常是按电流调节的，磁铁的电流设定值通过查找表设定的量程表与所要求的量程相连。由于磁铁的磁滞特性，单个电流设定点可能对应几个场值，这取决于磁铁的励磁过程。

3、为了确保束流始终是要求的位置，我们必须确保对于给定的能量，磁场始终相同。因此在第一层的设定范围内，所有的磁铁都是循环的。这种“循环”操作包括将磁铁驱动到其最高电流设定值(例如360a)，以达到饱和曲线(b-h)的顶部。然后，通常通过逐渐降低束流能量来照射，磁铁电流也跟随下降，饱和的励磁曲线上的轨迹将始终相同，但是，如果照射过程中包含了增加能量或重绘的层，为了达到相同的场值，就需要在每个设定范围内循环磁铁(重新升到最高电流，然后再降低)，这就会导致非常大的层切换时间(几秒)。

4、质子治疗系统的磁铁在输运线能量调节的时候，相应的磁场和电流需要跟随改变，由于磁铁的自身特性，更改电流的时候磁铁由于涡流效应，并不会立刻达到所需磁场，需要等待磁铁磁场达到稳定才能进行照射。为了解决涡流效应带来的照射时间增加，本发明通过引入霍尔探头安装到磁铁的内部来进行磁场的实时反馈，以快速调节磁铁的磁场到达需要的场值。

5、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，故本发明提供一种质子治疗系统中输运线磁铁磁场快速调节系统即方法，通过引入霍尔探头安装到磁铁的内部来实时反馈磁场参数，并利用额外电源的电流参数改变磁铁的电源供电的电流参数，让磁铁的电源供电误认为没有达到所需的电流参数而调节对磁铁的电源供电的电流参数，快速调节磁铁的磁场到达需要的场值，以解决更改电流时由于磁铁的涡流效应，并不会立刻达到所需磁场，需要等待磁铁磁场达到稳定才能进行照射的问题。

2、本发明提供一种质子治疗系统中输运线磁铁磁场快速调节系统，包括二极磁铁、模块化电源mpss、束流传输线控制单元blcu、磁场调节电源frps以及电流测量装置dcct，二极磁铁中装设有霍尔探头；模块化电源mpss与二极磁铁电连接；束流传输线控制单元blcu分别与霍尔探头和模块化电源mpss电连接；磁场调节电源frps分别与模块化电源mpss和束流传输线控制单元blcu电连接；电流测量装置dcct与模块化电源mpss和磁场调节电源frps电连接。

3、于本发明的一实施例中，束流传输线控制单元blcu根据霍尔探头测量二极磁铁的磁场参数b，分别向模块化电源mpss发送参考电流iref、向磁场调节电源frps发送电流设置点ifr，电流设置点ifr设置为参考电流iref的反向电流，电流测量装置dcct检测电流设置点ifr和参考电流iref的组合电流δi，并将组合电流δi反馈至模块化电源mpss，使模块化电源mpss调整输出至二极磁铁的电流参数i。

4、于本发明的一实施例中，霍尔探头布置在二极磁铁的内部。

5、本发明还提供一种质子治疗系统中输运线磁铁磁场快速调节方法，包括：

6、基于励磁曲线对照表确定磁铁磁场中电流参数i对应的磁场参数b；

7、当需要改变磁场参数b，并对应电流设置点参数i时，在电流调节模式和磁场调节模式中进行选择；

8、电流调节模式通过将磁铁磁场中二极磁铁的电流参数i升到最高电流参数imax，达到二极磁铁的磁场饱和点，再将电流参数imax沿磁滞曲线下降到所需磁场参数b对应的电流参数i；

9、磁场调节模式通过霍尔探头检测磁铁磁场中的磁场参数b，并读取二极磁铁的电流参数i，基于霍尔探头实时检测的磁场参数b动态调整二极磁铁的电流参数i。

10、于本发明的一实施例中，电流调节模式通过将磁铁磁场中二极磁铁的电流参数i升到最高电流参数imax，达到二极磁铁的磁场饱和点，再将电流参数imax沿磁滞曲线下降到所需磁场参数b对应的电流参数i的步骤，包括：

11、通过模块化电源mpss将二极磁铁的电流参数i升到最高电流参数imax；

12、通过束流传输线控制单元blcu计算所需磁场参数b对应的参考电流iref、并将参考电流iref发送至模块化电源mpss；

13、通过模块化电源mpss将二极磁铁的电流参数i从最高电流参数imax降低至参考电流iref。

14、于本发明的一实施例中，磁场调节模式通过霍尔探头检测磁铁磁场中的磁场参数b，并读取二极磁铁的电流参数i，基于霍尔探头实时检测的磁场参数b动态调整二极磁铁的电流参数i的步骤，包括：

15、通过霍尔探头检测二极磁铁的磁场参数b、并反馈至束流传输线控制单元blcu；

16、通过束流传输线控制单元blcu计算所需的磁场参数b对应的电流参数i、并将电流参数i分别转化为电流设置点ifr发送至磁场调节电源frps、转化为参考电流iref发送至模块化电源mpss；

17、通过电流测量装置dcct检测电流设置点ifr和参考电流iref的组合电流δi，使模块化电源mpss基于组合电流δi调整输出至二极磁铁的电流参数i。

18、于本发明的一实施例中，磁场参数b包括第一磁场ba和第二磁场bb，第一磁场ba大于第二磁场bb；电流参数i包括第一电流ia和第二电流ib，第一电流ia大于第二电流ib；电流设置点ifr还包括电流设置点ifra，电流设置点ifra大于0。

19、于本发明的一实施例中，当二极磁铁的磁场参数b从第一磁场ba调整至第二磁场bb时；

20、电流参数i从第一电流ia降低至第二电流ib以下，并关于第二电流ib上下波动，且电流参数i关于第二电流ib上下波动的值随时间降低至零；

21、电流设置点ifr从零值升高、并关于零值上下波动，且电流设置点ifr随时间恢复零值。

22、于本发明的一实施例中，当二极磁铁的磁场参数b从第二磁场bb调整至第一磁场ba且采用磁场调节模式时；

23、电流参数i从第二电流ib升高至第一电流ia以上，并关于第一电流ia上下波动，且电流参数i关于第一电流ia上下波动的值随时间降低至零；

24、电流设置点ifr从零值升高至电流设置点ifra以上、并关于电流设置点ifra上下波动，且电流设置点ifr关于电流设置点ifra上下波动的值随时间降低至零。

25、于本发明的一实施例中，磁场参数b还包括第三磁场bc，第三磁场bc小于第一磁场ba且大于第二磁场bb，电流参数i还包括第三电流ic，第三电流ic小于第一电流ia且大于第二电流ib；

26、当二极磁铁的磁场参数b从第二磁场bb调整至第一磁场ba且未采用磁场调节模式时；

27、磁场参数b从第二磁场bb升高至第三磁场bc；

28、电流参数i从第二电流ib升高至第三电流ic。

29、本发明的有益效果：本发明提供一种质子治疗系统中输运线磁铁磁场快速调节系统及方法，通过利用一个额外的磁场调节电源去“欺骗”磁铁的模块化电源供电，让调节系统误认为没有达到所需的电流参数而自动快速调节磁铁供电的模块化电源的电流参数，调节系统自动根据电流参数的增益去放大调节值，让磁铁的电流参数迅速达到所需磁场值对应的电流参数减小涡流效应造成的时间延迟，缩短照射时间。

30、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。