用于粒子治疗系统的控制面板的制作方法

本发明涉及医用设备领域，尤其涉及一种用于粒子治疗系统的控制面板。

背景技术

随着肿瘤发病率的不断攀升，科研人员对先进肿瘤治疗方法研究不懈努力，加速粒子治疗肿瘤以其突出优势在众多治疗手段中脱颖而出。治疗时医生需要根据患者的治疗计划向加速器操作人员提出束流请求，加速器操作人员通过调整参数，使粒子束流符合临床的要求，并将粒子束流输送到治疗终端。整个束流配送过程完全由医生和加速器操作人员通过电话沟通，加速器操作人员手动切换束流实现。

重离子加速器是一种结构非常复杂的高科技物理实验装置，其操作过程同样比较复杂，将粒子束流加速到符合临床需求的过程需要专业的加速器操作人员完成，这个过程如果由医疗专业的人员去操作，会非常困难，容易出错，这会给治疗带来巨大的风险。

技术实现要素：

为了克服上述问题的至少一个方面，本发明实施例提供一种用于粒子治疗系统的控制面板，该控制面板包括：用于启动粒子治疗系统的启动模块、用于显示粒子束剂量值和粒子治疗系统的工作状态的显示模块以及用于控制粒子治疗系统的状态的转变的控制模块，该控制模块与启动模块和显示模块通信连接。

根据一些实施例，启动模块包括：第一控制开关，用于使粒子治疗系统从掉电状态转变至待机状态；以及第二控制开关，用于一键释放粒子束流。

根据一些实施例，显示模块包括：第一粒子束剂量显示单元，用于显示粒子束预定剂量值；第二粒子束剂量显示单元，用于显示粒子束实时剂量值；以及工作状态显示单元，其包括多个发光二极管，用于显示粒子治疗系统的工作状态，其中，每隔预定时间，刷新一次第二粒子束剂量显示单元。

根据一些实施例，第一粒子束剂量显示单元和第二粒子束剂量显示单元均包括多个数码管，第一粒子束剂量显示单元和第二粒子束剂量显示单元的数码管的数量相同。

根据一些实施例，控制模块包括：初始化单元，用于对控制面板进行初始化；以及验证单元，用于确认是否可以释放粒子束。

根据一些实施例，控制模块还包括：自动定位控制单元，用于自动地确定患者相对于粒子治疗系统的治疗头的预定位置。

根据一些实施例，控制模块还包括：运动控制单元，用于使患者运动到预定位置。

根据一些实施例，控制模块还包括：x射线摄影控制单元，用于控制x射线摄影装置运动到拍摄位置。

根据一些实施例，控制模块还包括：束流暂停控制单元，用于暂时停止以及恢复释放粒子束流。

根据一些实施例，控制模块还包括：紧急停止控制单元，用于在紧急状态停止粒子治疗系统的操作。

根据一些实施例，控制面板还包括蜂鸣器，蜂鸣器在释放粒子束时以第一频率发声，蜂鸣器在紧急停止单元停止粒子治疗系统的操作后以第二频率发声。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过设置启动模块来控制粒子治疗系统的开启，实现了一键启动治疗，不需要由加速器物理专业人员操作重离子加速器，操作简单，不易出错。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明的实施例的用于粒子治疗系统的控制面板的结构示意图；

图2是根据本发明的实施例的用于粒子治疗系统的控制面板的启动模块的结构示意图；

图3是根据本发明的实施例的用于粒子治疗系统的控制面板的显示模块的结构示意图；

图4是根据本发明的实施例的用于粒子治疗系统的控制面板的控制模块的结构示意图；

图5是根据本发明的实施例的用于粒子治疗系统的控制面板的外部连接示意图；

图6是根据本发明的实施例的用于粒子治疗系统的控制面板的内部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明提供一种用于粒子治疗系统的控制面板，可以一键启动治疗系统，操作简单，安全可靠。本发明提供的控制面板还可以接收粒子治疗系统的指令及数据，显示治疗的状态和粒子剂量值，在治疗过程中可以暂停粒子束流，在紧急情况下可以紧急停止粒子治疗系统，并且可以远程控制治疗室内的运动设备，向粒子治疗系统返回控制面板的所有信息。

下面结合附图对根据本发明的进行详细说明。

图1是根据本发明的实施例的控制面板的结构示意图。如图1所示，控制面板包括用于启动粒子治疗系统的启动模块1、用于显示粒子束剂量值和粒子治疗系统的工作状态的显示模块2以及与启动模块1和显示模块2通信连接的控制模块3，该控制模块3用于控制粒子治疗系统的状态的转变。

图2是根据本发明的实施例的启动模块1的结构示意图。如图2所示，启动模块1包括第一控制开关11和第二控制开关12，第一控制开关11用于使粒子治疗系统从掉电状态转变至待机状态，第二控制开关12用于一键释放粒子束流。

粒子治疗系统的掉电状态是指粒子治疗系统断电，粒子治疗系统的所有部件均处于锁定状态，也即是当粒子治疗系统处于掉电状态时，不能对粒子治疗系统进行任何操作。粒子治疗系统的待机状态是指粒子治疗系统接通电源，随时可以进行操作的状态。粒子治疗系统的操作状态是指对粒子治疗系统进行操作的状态。第二控制开关12可以一键释放粒子束流，也即是只需启动第二控制开关12就能够释放粒子束流，不用去操作加速器，方便快捷。

图3是根据本发明的实施例的显示模块2的结构示意图。显示模块2包括用于显示粒子束预定剂量值的第一粒子束剂量显示单元21、用于显示粒子束实时剂量值的第二粒子束剂量显示单元22以及工作状态显示单元23，工作状态显示单元23包括多个发光二极管231，用于显示粒子治疗系统的工作状态，多个发光二极管可以相同，也可以不同，其中，每隔预定时间，刷新一次第二粒子束剂量显示单元22。

粒子束预定剂量值是通过对患者的病情进行分析后得出的，通过粒子治疗系统将上述粒子束预定剂量值输入控制面板，从而显示在第一粒子束剂量显示单元21上。在实际的辐照过程中，为了便于了解实时的粒子束剂量值，设置了第二粒子束剂量显示单元22，通过查看第二粒子束剂量显示单元22上显示的数字可以很方便的了解粒子束的实时剂量值。每隔预定的时间，例如可以是10毫秒，会刷新一次第二粒子束剂量显示单元22，以便更新最新的实时粒子束剂量值，每次刷新数值，治疗系统都会对数据进行采集。为了能够获得更准确的实时粒子束剂量值，可以将预定时间设置得更小。多个发光二极管用于显示粒子治疗系统和控制面板的工作状态，每个状态都对应一个或多个发光二极管，当处于某个工作状态时，对应的发光二极管就被点亮，其他的发光二极管则熄灭，因此，可以很清楚的看到粒子治疗系统和控制面板所处的工作状态。

根据优选的实施例，第一粒子束剂量显示单元21和第二粒子束剂量显示单元22均包括多个数码管，第一粒子束剂量显示单元21和第二粒子束剂量显示单元22的数码管的数量相同，例如可以是9个，当然也可以根据实际的需求适当增减。数码管价格低廉，并且显示的效果也很好，因此，用数码管来显示粒子束的剂量值是一个比较好的选择。将第一粒子束剂量显示单元21和第二粒子束剂量显示单元22的数码管的数量设置成相同，不仅便于操作人员观察粒子束的剂量值，也简化了制作工艺。

图4是根据本发明的实施例的控制模块3的结构示意图。如图4所示，控制模块3包括用于对粒子治疗系统进行初始化的初始化单元31和用于确认是否可以释放粒子束的验证单元32。

控制面板的初始化功能主要是使第二粒子束剂量显示单元22清零，如果不进行初始化，可能之前已经有患者使用过治疗系统，第二粒子束剂量显示单元22上已经存在数据，在这种情况下继续进行治疗，会在之前的数据上进行累加，所显示的粒子束的实时剂量值则不准确，会严重影响治疗效果。粒子束的辐照对人体存在一定影响，靶体之外的位置尽可能接受少的辐照，因此，在释放粒子束之前有一系列的验证过程，例如确认患者是否处于预定位置、治疗头是否有效等，只有当所有验证都通过之后，才能够释放粒子束。如果有一项验证未能通过，则不允许释放粒子束，这样可以对患者起到保护作用。

根据优选的实施例，控制模块3还包括自动定位控制单元33，用于自动地确定患者相对于粒子治疗系统的治疗头的预定位置。这样可以实现患者的精确定位，从而大大提高治疗效果。

根据优选的实施例，控制模块3还包括运动控制单元34，用于使患者运动到预定位置。运动控制单元34通过控制治疗床的位置，从而将患者运动到预定位置。

根据优选的实施例，控制模块3还包括x射线摄影控制单元35，用于控制x射线摄影装置运动到拍摄位置。这样，通过x射线摄影装置可以清晰的了解患者的靶区信息，从而使得治疗更有针对性。

根据优选的实施例，控制模块3还包括束流暂停控制单元36，用于暂时停止以及恢复释放粒子束流。在患者治疗的过程中，可能会出现某些特殊的情况，需要暂停释放粒子束流，此时可以通过束流暂停控制单元36来暂时停止释放粒子束流，等这些特殊情况解决后，再通过束流暂停控制单元36来恢复释放粒子束流。

根据优选的实施例，控制模块3还包括紧急停止控制单元37，用于在紧急状态停止粒子治疗系统的操作。在患者治疗的过程中，某些时候可能会出现紧急情况，例如，粒子治疗系统出现异常，此时需要通过紧急停止控制单元37来停止粒子治疗系统的操作，从而保护患者。

根据优选的实施例，根据本发明的用于粒子治疗系统的控制面板还可以包括蜂鸣器，蜂鸣器在释放粒子束时以第一频率发声，蜂鸣器在紧急停止单元停止粒子治疗系统的操作后以第二频率发声。蜂鸣器在释放粒子束时发出声音可以向操作人员和患者提供信息，表明此时正在释放粒子束，同时也可以提醒其他人员请勿靠近。蜂鸣器在紧急状态时发出声音可以提醒所有人粒子治疗系统处于异常状态。蜂鸣器采用两种不同频率的声音可以让人清楚的了解粒子治疗系统所处的状态。

图5是根据本发明的实施例的控制面板a的外部连接示意图。如图5所示，控制面板a外部连接有粒子治疗系统控制器b、治疗床c、x射线摄影装置d、剂量配送系统e以及粒子束流控制开关f。控制面板a可以从粒子治疗系统控制器b接收指令和数据，数据例如可以是粒子束预定剂量值；控制面板a可以通过控制治疗床c使患者处于预设位置；控制面板a可以通过控制x射线摄影装置d运动到拍摄位置；控制面板a可以通过控制剂量配送系统e来统计粒子束实时剂量值；控制面板a可以通过控制粒子束流控制开关f来决定是否释放粒子束。

图6是根据本发明的实施例的控制面板的内部结构示意图。如图6所示，控制面板内部包括主板4和接口板5，主板4用于控制控制面板上的各个器件，接口板5用于与其他的系统之间进行信息的传递。主板4包括第一控制芯片41和第二控制芯片42，第二控制芯片42接收第一控制芯片41的指令来控制第一粒子束剂量显示单元21和第二粒子束剂量显示单元22，控制面板上的其他器件由第一控制芯片41直接控制。接口板5包括单片机51和第三控制芯片52，第一控制芯片41会将控制指令传递给第三控制芯片52，单片机51和第三控制芯片52之间能够进行信息的传递。

下面结合图6对控制面板的各种状态作进一步的介绍。

在正常情况下，控制面板的状态依次为：掉电状态、待机状态、预置状态、定位状态、定位验证状态、准备状态、治疗头有效状态、出束状态和治疗结束状态。

掉电状态：控制面板的各个器件均处于断电状态，此时控制面板所有的模块都是锁定的，不能进行任何操作。在这种状态下，工作状态显示单元23中的发光二极管也是处于熄灭状态。

待机状态：第一控制开关11开启，点亮工作状态显示单元23中待机状态对应的发光二极管l1，解除初始化单元31和紧急停止控制单元37的锁定，等待进一步的操作，粒子治疗系统可以获取该状态。具体实现如下：第一控制芯片41处理待机状态信号，将待机状态信息传递给第三控制芯片52。

预置状态：登录粒子治疗系统，点亮工作状态显示单元23中的与预置状态对应的发光二极管l2，关闭l1。具体实现如下：第一控制芯片41监测状态，处理预置状态信号。

定位状态：粒子治疗系统确认患者信息后，解除运动控制单元34和自动定位控制单元33的锁定。具体实现如下：第一控制芯片41处理定位状态信号，发出释放运动控制单元34的信号relay_out7，自动定位控制单元33开启后将状态反馈给粒子治疗系统，粒子治疗系统发出治疗床的运动命令和参数，将治疗床移动到预定位置。

定位验证状态：粒子治疗系统定位完成后，解除验证单元32和x射线摄影控制单元35的锁定，锁定运动控制单元34和自动定位控制单元33。具体实现如下：第一控制芯片41处理定位验证状态信号，发出释放x射线摄影控制单元35的信号relay_out0，验证单元32开启后将状态反馈给粒子治疗系统，粒子治疗系统发出x射线摄影装置的运动命令及参数，将x射线摄影装置移动到预定位置。本状态需要连续执行两次，两次之间由粒子治疗系统弹窗确认，在未确认之前锁定验证单元32和x射线摄影控制单元35。当验证成功，未进行其他操作时，治疗系统处于空闲状态，此时会解除对its初始化按钮的锁定，当该按钮启动时，清零信号relay_out4或relay_out5会将根据当前治疗头传入相应的剂量配送系统控制器。

准备状态：粒子治疗系统加载治疗计划数据，点亮工作状态显示单元23中准备状态对应的发光二极管l3，关闭l2，剂量配送系统显示粒子剂量预设值，并且将当前值清零，锁定x射线摄影控制单元35和验证单元32。具体实现如下：第一控制芯片41直接控制l3点亮，粒子治疗系统将预设值写入剂量配送系统控制器，并对剂量配送系统当前值清零，第一控制芯片41向剂量配送系统控制器给出剂量配送系统清零信号relay_out4或relay_out5。

治疗头有效状态：粒子治疗系统将束流闸打开，点亮工作状态显示单元23中治疗头有效状态对应的发光二极管l4，关闭l3，解除第二控制开关12的锁定。具体实现如下：粒子治疗系统读取束流闸开启信号，第一控制芯片41处理治疗头有效状态信号。

出束状态：第二控制开关12按下后，点亮工作状态显示单元23中的与出束状态对应的发光二极管l5，蜂鸣器以第一频率发声，锁定第二控制开关12，向剂量配送系统发送信号，解除束流暂停控制单元36。具体实现如下：控制面板向剂量配送系统发送可出束信号，粒子治疗系统每10ms刷新控制面板上的剂量配送系统粒子实时剂量值显示。

治疗结束状态：当达到预定治疗时间或者达到预定剂量值，结束治疗，关闭l4、l5和蜂鸣器，锁定束流暂停控制单元36，停止出束。具体实现如下：第一控制芯片41处理治疗结束状态信号，撤销给剂量配送系统的可出束信号。

至此，一个完整的过程就结束了，当然，在治疗的过程中，有时候会有一些特殊的情况，例如出现紧急情况需要停止治疗，此时，可以启动控制面板中的紧急停止控制单元37，点亮工作状态显示单元23中紧急状态对应的发光二极管l6，熄灭其他发光二极管，蜂鸣器以第二频率发声，向粒子束流控制开关发出禁止信号，剂量配送系统也会向粒子束流控制开关发出禁止信号，锁定所有的模块，向所有运动设备，例如x射线摄影装置和治疗床，发出紧急停止信号。具体实现如下：第一控制芯片41向粒子束流控制开关发出禁止信号ttl_out0，向x射线摄影装置发出紧急停止信号relay_out1，向治疗床发出紧急停止信号relay_out6。当粒子束非正常停止时，治疗系统就处于联锁状态，这里的“非正常停止”是指不是按照预定程序停止，即不是达到预定治疗时间或者预定剂量而停止。

另外，有些时候可能没有上述紧急情况这么严重，或者出于其他原因需要暂停操作，只需要暂时停止出束，可以通过启动束流暂停控制单元来暂停出束，当想要再次出束时，再次启动束流暂停控制单元就可以继续出束。这种状态也是通过第一控制芯片41向粒子束流控制开关发出或者撤销禁止信号来实现。

粒子治疗系统与控制面板通信连接，治疗系统中包括写入寄存器和读出寄存器，写入寄存器和读出寄存器的预留空间均为40比特，也即是有四十位，写入寄存器和读出寄存器内每个位会有不同的含义，详情请参见表1和表2。

表1治疗系统写入寄存器数据定义

举例说明，对于0位，如果清零信号relay_out4或relay_out5传入剂量配送系统控制器，则0位上显示“1”，表明此时处于空闲状态，否则0位上显示“0”，表明此时不处于空闲状态。对于12-15位，如果使用的是1号治疗室的水平治疗头，则显示“0001”，如果使用的是2号治疗室的水平治疗头，则显示“0010”，如果实际上没有的治疗头，则显示“1111”。其他位的显示也类似于此。

表2治疗系统读出寄存器数据定义

举例说明，对于0位，如果第一控制开关处于开启状态，则显示“1”，否则显示“0”，对于9-12位，如果使用的是1号治疗室的水平治疗头，则显示“0001”，如果使用的是2号治疗室的水平治疗头，则显示“0010”，如果实际上没有的治疗头，则显示“1111”。其他位的显示也类似于此。

本发明能够接收粒子治疗系统的指令及数据，在显示模块上显示治疗状态和剂量读数，并且可以一键启动束流，在治疗过程中出现意外情况可以暂停束流，甚至是紧急停止粒子治疗系统的操作，还可以远程控制治疗室内运动设备，向粒子治疗系统返回所有面板信息。

本发明采用现场可编程门阵列(fpga)和单片机控制的方案。fpga实现底层逻辑严格保证执行时间；fpga逻辑执行在硬件层面，保证准确性；fpga本身的可重构特性使得功能修改升级比较容易；单片机完成资源管理和外部接口，使设备的开发难度降低，缩短了开发周期，并保证了完整功能的实现。

本发明可以一键启动治疗，即一键控制粒子束的释放，免去了由专业的加速器操作人员操作加速器加速粒子的麻烦，操作简单，安全可靠。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。