一种硼中子俘获治疗设备的控制系统

1.本技术涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种硼中子俘获治疗设备的控制系统。


背景技术：

2.硼中子俘获治疗（boron neutron capture therapy, bnct）通过在肿瘤细胞的原子核反应来摧毁细胞。具体原理为：通过病人注射一种含硼的特殊化合物，该化合物与癌细胞有很强的亲和力，进入人体后，能够讯速聚集于癌细胞内，而其他组织内分布很少，再利用一种超热中子射线进行照射，使中子与进入癌细胞里的硼能发生很强的核反应，释放出一种杀伤力极强的射线，这种射线的射程很短，只有一个癌细胞的长度。所以只杀死癌细胞，不损伤周围组织。
3.现有的用于硼中子俘获治疗的设备较多，一般利用基于c/s架构编写的控制系统。采用的c/s架构进行的软件部分编写的控制系统在控制模块的部署上相互耦合，维护不便。比如，某一设备损坏时往往会影响到整个系统的工作，在维护以及升级方面都有很大的不便。


技术实现要素：

4.基于上述问题，本技术提供了一种硼中子俘获治疗设备的控制系统，以解决硼中子俘获治疗设备的控制系统的控制灵活性较差、对设备维护不便的问题。
5.本技术实施例公开了如下技术方案：本技术实施例提供了一种硼中子俘获治疗设备的控制系统，所述控制系统基于b/s架构构建而成，所述控制系统包括中控服务器；所述中控服务器与硼中子俘获治疗bnct设备的多个子系统分别对应的控制模块通信连接；所述多个子系统包括：医疗床、阻挡器、屏蔽门、中子探测器和加速器控制系统；所述中控服务器，用于响应于接收到的设备操控请求生成设备操控指令，并将所述设备操控指令发送给与所述设备操控请求对应的目标控制模块，以使所述目标控制模块控制对应的子系统执行与所述设备操控请求对应的操作。
6.可选地，所述医疗床对应的控制模块为医疗床控制机柜；所述中控服务器通过tcp/ip-https协议与所述医疗床控制机柜通信连接；所述医疗床控制机柜与所述医疗床通过模拟信号通信；所述中控服务器，具体用于根据针对所述医疗床的设备操控请求获得坐标信息，所述坐标信息用于控制所述医疗床移动；向所述医疗床控制机柜发送所述坐标信息，以使所述医疗床控制机柜根据所述坐标信息进行坐标转换，得到针对所述医疗床的各个轴的运动信息，并将所述运动信息通过模拟信号发送给所述医疗床。
7.可选地，所述医疗床上设置有传感器，所述传感器用于将采集到的数据发送给所述医疗床控制机柜；
所述中控服务器，还用于接收所述医疗床控制机柜根据所述传感器发送的数据转化得到的数据。
8.可选地，所述阻挡器对应的控制模块为第一控制箱，所述第一控制箱与所述中控服务器通过tcp/ip-opcua协议通信连接；所述第一控制箱与所述阻挡器的使能按钮连接；所述第一控制箱与所述阻挡器通过模拟信号通信；所述第一控制箱，具体用于在所述使能按钮处于被按下状态时，响应所述中控服务器发送的针对所述阻挡器的设备操控指令；在所述使能按钮未处于所述被按下状态时，不响应所述中控服务器发送的针对所述阻挡器的设备操控指令，并向所述中控服务器返回错误码。
9.可选地，所述屏蔽门对应的控制模块为第二控制箱，所述第二控制箱与所述中控服务器通过tcp/ip-opcua协议通信连接；所述第二控制箱与所述屏蔽门的使能按钮连接；所述第二控制箱与所述屏蔽门通过模拟信号通信；所述第二控制箱，具体用于在所述使能按钮处于被按下状态时，响应所述中控服务器发送的针对所述屏蔽门的设备操控指令；在所述使能按钮未处于所述被按下状态时，不响应所述中控服务器发送的针对所述屏蔽门的设备操控指令，并向所述中控服务器返回错误码。
10.可选地，所述中子探测器对应的控制模块为第三控制箱，所述第三控制箱与所述中控服务器通过tcp/ip-opcua协议通信连接；所述第三控制箱与所述中子探测器通过模拟信号通信；所述中控服务器，具体用于根据针对所述中子探测器的设备操控请求向所述第三控制箱写入治疗所需剂量；所述中控服务器，还用于接收所述第三控制箱返回的治疗完成信息，所述治疗完成信息是在所述中子探测器的计数达到所述治疗所需剂量时由所述第三控制箱发送给所述中控服务器。
11.可选地，所述加速器控制系统对应的控制模块隶属于所述加速器控制系统；所述中控服务器与所述加速器控制系统对应的控制模块采用tcp/ip-socket协议通信连接；在所述bnct设备治疗中，所述中控服务器具体用于在治疗准备阶段与所述加速器控制系统对应的控制模块建立双工长连接，在开始治疗后响应于接收到的针对所述加速器控制系统的设备操控请求生成设备操控指令，并将所述设备操控指令发送给与所述加速器控制系统对应的控制模块，以申请束流或停止束流。
12.可选地，所述多个子系统中还包括图像引导系统，所述图像引导系统与所述中控服务器通过tcp/ip-socket协议通信连接；在所述bnct设备治疗时，所述中控服务器用于与所述图像引导系统建立双工长连接，并在所述图像引导系统的引导下控制所述医疗床移动到治疗位置。
13.可选地，所述图像引导系统包括图像采集装置，所述图像采集装置用于采集病人的位置信息；所述图像引导系统具体用于根据所述位置信息获得病人到达治疗位置的位置偏差，将所述位置偏差发送给所述中控服务器；所述中控服务器具体用于根据所述位置偏差控制所述医疗床移动到治疗位置。
14.可选地，所述图像引导系统还包括曝光控制器；所述图像采集装置被配置为在所述曝光控制器被按下的前提下，允许启动所述图像采集装置的放射性照射功能。
15.可选地，所述多个子系统的使能按钮和运动按钮被整合在控制面板上；所述控制面板与所述中控服务器通信连接；所述控制面板被配置为在使用之前需要插入钥匙并且所述钥匙被拧动以上电。
16.可选地，所述阻挡器、所述医疗床和所述屏蔽门均被配置为在所述控制面板上的使能按钮和运动按钮均按下后，允许执行操作。
17.可选地，所述控制面板还包括出束按钮；所述加速器控制系统被配置为在所述控制面板上的使能按钮和出束按钮均按下后，开启束流。
18.可选地，所述控制面板还包括暂停与重启按钮；所述暂停与重启按钮被配置为按下后停止所述控制系统控制的所有动作或者恢复所述控制系统控制的所有动作。
19.可选地，所述控制面板还包括急停按钮；所述急停按钮被配置为按下后停止所述控制系统控制的所有动作并强制重启所述控制系统。
20.可选地，控制系统还包括：数据库服务器，所述数据库服务器与所述中控服务器通过tcp/ip协议通信连接；所述数据库服务器中存储有用于索引的数据以及文件的存储路径。
21.可选地，所述控制系统的操作界面基于web架构编写而成；所述控制系统还包括：客户设备中运行的客户端；所述客户端与所述中控服务器通过tcp/ip-https和tcp/ip-socket两种模式的协议通信连接；若所述客户端发起的是对数据库的请求，则所述中控服务器通过tcp/ip-https协议与所述客户端进行通信；若所述客户端发起的是对所述bnct设备的设备操控请求，则所述中控服务器通过tcp/ip-socket协议与所述客户端进行通信；所述中控服务器还用于在与所述客户端建立socket双工长连接的同时，将所述客户端的链接锁住直至所述客户端主动释放链接。
22.相较于现有技术，本技术具有以下有益效果：本技术公开的硼中子俘获治疗设备的控制系统，其特征在于，控制系统基于b/s架构构建而成，控制系统包括中控服务器；中控服务器与硼中子俘获治疗bnct设备的多个子系统分别对应的控制模块通信连接；多个子系统包括：医疗床、阻挡器、屏蔽门、中子探测器和加速器控制系统；中控服务器，用于响应于接收到的设备操控请求生成设备操控指令，并将设备操控指令发送给与设备操控请求对应的目标控制模块，以使目标控制模块控制对应的子系统执行与设备操控请求对应的操作。基于b/s架构构建整个控制系统，该控制系统对于bnct设备的各硬件部分的控制都是相对独立存在的，并通过中控服务器进行统一调度，在需要对bnct设备的任意一个乃至全部的硬件进行维护或升级时，只需对与之相对应的控制部分进行操作，使整个系统具有较高的灵活性，提升了控制系统升级或维护bnct设备的效率。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本技术实施例提供的一种bnct设备的控制系统与bnct设备中子系统的通信连接示意图；图2a为本技术实施例提供的另一种bnct设备的控制系统与bnct设备中子系统的通信连接示意图；图2b为一种控制面板的示意图；图2c为本技术实施例提供的一种bnct设备的结构示意图；图3为本技术实施例提供的一种bnct设备的控制系统的结构示意图；图4为基于web架构的客户端操作界面示意图。
具体实施方式
25.正如前文描述，目前的硼中子俘获治疗bnct设备的控制系统一般是采用c/s架构，对控制的部署上难以满足对bnct设备灵活控制升级和维护的需求。针对此问题，本技术实施例提供的bnct设备的控制系统采用了b/s架构构建而成，使得该控制系统对于bnct设备的各硬件部分的控制都是相对独立，并由中控服务器统一调度。为避免工作人员操作各设备时间过长或者突发情况时操作设备不及时对患者造成伤害，通过控制系统对各种设备进行控制，不仅能够减少操作时间，还能在发生紧急情况时，及时终止操作，保证患者不受伤害。
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
27.图1为本技术实施例提供的一种bnct设备的控制系统与bnct设备中子系统的通信连接示意图。本技术中，bnct设备包括多个子系统，例如图1所示的医疗床、阻挡器、屏蔽门、中子探测器和加速器控制系统。其中，加速器控制系统具体可以包括束流发生装置。所述控制系统基于b/s架构构建而成，所述控制系统包括中控服务器。所述中控服务器与硼中子俘获治疗bnct设备的多个子系统分别对应的控制模块通信连接。在本技术实施例中，所述医疗床对应的控制模块为医疗床控制机柜；阻挡器、屏蔽门、中子探测器对应的控制模块分别为第一控制箱、第二控制箱和第三控制箱。加速器控制系统对应的控制模块隶属于加速器控制系统。第一控制箱、第二控制箱和第三控制箱可以分别独立存在，也可以集成在一个机柜中。
28.下面示例性地介绍中控服务器与上述控制模块的通信方式。中控服务器通过tcp/ip-https协议与所述医疗床控制机柜通信连接；所述医疗床控制机柜与所述医疗床通过模拟信号通信；所述第一控制箱与所述中控服务器通过tcp/ip-opcua协议通信连接；所述第二控制箱与所述中控服务器通过tcp/ip-opcua协议通信连接；所述第三控制箱与所述中控
服务器通过tcp/ip-opcua协议通信连接；所述中控服务器与所述加速器控制系统对应的控制模块采用tcp/ip-socket协议通信连接。
29.所述中控服务器，用于响应于接收到的设备操控请求生成设备操控指令，并将所述设备操控指令发送给与所述设备操控请求对应的目标控制模块，以使所述目标控制模块控制对应的子系统执行与所述设备操控请求对应的操作。
30.举例而言，如果接收到的设备操控请求为针对屏蔽门的设备操作请求，则中控服务器可以通过发送给第二控制箱对应的设备操控指令操控屏蔽门执行对应的操作。
31.基于b/s架构构建整个控制系统，该控制系统对于bnct设备的各硬件部分的控制都是相对独立存在的，并通过中控服务器进行统一调度，在需要对bnct设备的任意一个乃至全部的硬件进行维护或升级时，只需对与之相对应的控制部分进行操作，使整个系统具有较高的灵活性，提升了控制系统升级或维护bnct设备的效率。
32.下面针对各子系统与中控服务器的交互进行说明。
33.（1）医疗床作为示例本技术中bnct设备使用的医疗床是一种六轴医疗床，该医疗床一共拥有六个可以运动的轴，其在空间坐标上的定位误差最大为0.2mm，角度误差最大为0.2
°
。医疗床主要用于将患者送到指定的位置进行治疗，因此其定位的精度非常重要，医疗床与中控服务器之间通过医疗床控制机柜进行连接。医疗床控制机柜中内置了一套用于转换坐标的算法。
34.所述中控服务器，具体用于根据针对所述医疗床的设备操控请求获得坐标信息，所述坐标信息用于控制所述医疗床移动；向所述医疗床控制机柜发送所述坐标信息，以使所述医疗床控制机柜根据所述坐标信息进行坐标转换。医疗床控制机柜基于内置的坐标转换的算法，可以根据坐标信息得到针对所述医疗床的各个轴的运动信息，并将所述运动信息通过模拟信号发送给所述医疗床。
35.除此之外，医疗床上还有一些传感器也与医疗床控制机柜相连，传感器采集的数据会发送给医疗床控制机柜。医疗床控制机柜将接收到的传感器数据转化为可被其他设备识别、参考或使用的数据。医疗床控制机柜将转化的数据中对于中控服务器有价值的部分或全部数据发送给中控服务器，以便中控服务器获知医疗床传感器采集的与患者有关的数据。例如，患者的位置、姿态、面部朝向、体温等。
36.传感器，轴以及医疗床的安全连锁设备与医疗床控制机柜都是通过独立的线路进行的连接，互不干扰互不影响。除此之外，医疗床控制机柜中还有一套独立于中控服务器运行的安全逻辑程序，在一些事故工况下（如发生碰撞等），可以不通过中控服务器，利用此安全逻辑程序直接将医疗床停下。
37.（2）阻挡器阻挡器是一个用于屏蔽中子束流的装置，其安装在中子束的出束口，主要的作用是在bnct治疗出现异常时，将中子束截断从而保护病人。实际应用中，阻挡器有能力在接收到截断命令之后在7秒内到达遮挡位并将束流截断。在未进行治疗时，阻挡器也是处于遮挡位的，可以将被活化了的旋转靶产生的辐射屏蔽掉，从而使治疗室的辐射水平降低。
38.阻挡器的主体零部件移动滑台采用了大幅面铝合金包覆铅块遮挡束流组件，在满足结构及性能要求的同时，最大限度减少包含易活化元素材料的使用（如元素锰、锌等）。阻
挡器的驱动方式采用了滚珠丝杠滑轨直线进给机构，该机构具备行程控制及安全连锁功能。
39.如图1所示，阻挡器与中控服务器之间通过一个第一控制箱连接。阻挡器收到的截断命令（一种设备操控指令）可以由中控服务器生成后发送给第一控制箱，再由第一控制箱发送给阻挡器。所述第一控制箱与所述阻挡器通过模拟信号通信；此外，所述第一控制箱与所述阻挡器的使能按钮连接。
40.所述第一控制箱，具体用于在所述使能按钮处于被按下状态时，响应所述中控服务器发送的针对所述阻挡器的设备操控指令；在所述使能按钮未处于所述被按下状态时，不响应所述中控服务器发送的针对所述阻挡器的设备操控指令，并向所述中控服务器返回错误码。
41.该使能按钮还具有紧急停止功能，将其复位之后控制箱会强制将阻挡器移动到遮挡位以达到保护病人的目的。
42.（3）屏蔽门屏蔽门是用于屏蔽治疗室入口与外界之间的铅门，采用电机提供动力的滑轨式驱动。如图1所示，屏蔽门与中控服务器通过第二控制器进行通信连接。所述第二控制箱与所述屏蔽门通过模拟信号通信。
43.所述第二控制箱与所述屏蔽门的使能按钮连接。所述第二控制箱，具体用于在屏蔽门的使能按钮处于被按下状态时，响应所述中控服务器发送的针对所述屏蔽门的设备操控指令；在所述使能按钮未处于所述被按下状态时，不响应所述中控服务器发送的针对所述屏蔽门的设备操控指令，并向所述中控服务器返回错误码。
44.屏蔽门上可以设置有一个物理按钮，该物理按钮可以由医生或者物理师控制，在必要的时候，物理按钮被按下后，医生或者物理师能够进入到病人进行bnct治疗的环境中，辅助病人进行调整。
45.（4）中子探测器中子探测器用于测定病人在治疗中所接收到的剂量，同时有部分探测器布置在房间的其他位置用于收集房间中的环境剂量并返回给中控服务器。所述第三控制箱与所述中子探测器通过模拟信号通信。
46.所述中控服务器，具体用于根据针对所述中子探测器的设备操控请求向所述第三控制箱写入病人本次治疗所需剂量；所述中控服务器，还用于接收所述第三控制箱返回的治疗完成信息，所述治疗完成信息是在所述中子探测器的计数达到所述治疗所需剂量时由所述第三控制箱发送给所述中控服务器。
47.实际应用中，中控服务器可以在接收到第三控制箱返回的治疗完成信息后，向第三控制箱发送反馈信号。例如，该反馈信号用于指示中子探测器停止探测。
48.（4）加速器控制系统加速器控制系统不是一个单一的硬件设备，而是一套包括独立控制模块在内的系统。在加速器控制系统中，包括离子源，低能束流传输线lebt，射频四级加速器rfq，中能束流传输线mebt和靶站等硬件设备，这一套系统主要用于产生并输送治疗所需要的中子束流。在实际工作中，本技术中控制系统的中控服务器不会直接控制该套设备的运作，而是通过与该加速器控制系统的控制模块进行交互来间接控制其工作。
49.在所述bnct设备治疗中，所述中控服务器具体用于在治疗准备阶段与所述加速器控制系统对应的控制模块建立双工长连接，在开始治疗后响应于接收到的针对所述加速器控制系统的设备操控请求生成设备操控指令，并将所述设备操控指令发送给与所述加速器控制系统对应的控制模块，以申请束流或停止束流。
50.可选地，所述bnct设备还包括图像引导系统，所述图像引导系统与所述中控服务器通过tcp/ip-socket协议通信连接。该图像引导系统具体可以是室内全球定位系统（indoor gps, igps）。在所述bnct设备治疗时，所述中控服务器用于与所述图像引导系统建立双工长连接，并在所述图像引导系统的引导下控制所述医疗床移动到治疗位置。通过图像引导系统的引导，能够使中控服务器对医疗床位置控制更加精确，从而实现更好的治疗效果。
51.所述图像引导系统包括图像采集装置，所述图像采集装置用于采集病人的位置信息。
52.所述图像引导系统具体用于根据所述位置信息获得病人到达治疗位置的位置偏差，将所述位置偏差发送给所述中控服务器；所述中控服务器具体用于根据所述位置偏差控制所述医疗床移动到治疗位置。
53.所述图像引导系统还包括曝光控制器；所述图像采集装置被配置为在所述曝光控制器被按下的前提下，允许启动所述图像采集装置的放射性照射功能。
54.在可选的实现方式中，所述多个子系统的使能按钮和运动按钮被整合在控制面板上；所述控制面板与所述中控服务器通信连接。图2a为本技术实施例提供的另一种bnct设备的控制系统与bnct设备中子系统的通信连接示意图。图2a额外展示了中控服务器与图像引导系统以及控制面板通信的通信连接关系。
55.所述控制面板被配置为在使用之前需要插入钥匙并且所述钥匙被拧动以上电。这样保证了控制系统控制bnct设备的子系统运动时的可靠性和安全性。
56.图2b展示了一种控制面板。如图2b所示，控制面板包括使能按钮、运动按钮、出束按钮、暂停与重启按钮、急停按钮。还包括钥匙开关，对应于上文所指的插入钥匙的位置。此外，在控制面板上还可以包括代表预置、准备、出束和紧急四种状态的指示灯，指示灯亮起，则代表控制系统控制bnct设备处于相应的状态。指示灯能够更加明确准确地反映bnct设备的工作状态或者工作阶段，便于用户使用。
57.所述阻挡器、所述医疗床和所述屏蔽门均被配置为在所述控制面板上的使能按钮和运动按钮均按下后，允许执行操作。
58.所述加速器控制系统被配置为在所述控制面板上的使能按钮和出束按钮均按下后，开启束流。在中控服务器向加速器控制系统申请开启束流之前需要按下使能按钮和出束按钮，只有当这两个按钮都按下之后才可开启束流，出束按钮较为特殊，其为自复位按钮，在使用时需要一直按住才能生效，同时在束流开启的状况下松开出束按钮，会导致束流停止，以此避免错误操作带来的安全风险。
59.所述暂停与重启按钮被配置为按下后停止所述控制系统控制的所有动作或者恢复所述控制系统控制的所有动作。
60.所述急停按钮被配置为按下后停止所述控制系统控制的所有动作并强制重启所
述控制系统。
61.图2c展示了一种bnct设备的结构，其包括：图像引导系统、屏蔽门、加速器控制系统、阻挡器、医疗床、中子探测器。
62.前面提到，bnct设备的控制系统包括中控服务器，其用于协调bnct设备中各子系统的工作。图3展示了另一bnct设备的控制系统的结构。如图3所示，bnct设备的控制系统包括中控服务器，还包括：数据库服务器，以及客户设备中运行的客户端。所述数据库服务器与所述中控服务器通过tcp/ip协议通信连接。所述数据库服务器中存储有用于索引的数据以及文件的存储路径。进行数据库操作时使用sqlalchemy方法，数据库采用了轻量级的sqlite数据库，在数据库中仅存储了少量用于索引的数据如病人信息（经过病人知悉和允许上述存储行为）等以及大文件的存储路径（如pet文件），便于提高搜索速度。
63.可选地，所述控制系统的操作界面基于web架构编写而成。图4为基于web架构的客户端操作界面示意图。从图4所示的操作界面可以看到，用户可以选择模式，还能够在登录界面中看到子系统例如阻挡器、屏蔽门、医疗床的状态。还能够获知中子探测器探测到的数据。
64.所述客户端与所述中控服务器通过tcp/ip-https和tcp/ip-socket两种模式的协议通信连接；若所述客户端发起的是对数据库的请求，则所述中控服务器通过tcp/ip-https协议与所述客户端进行通信；若所述客户端发起的是对所述bnct设备的设备操控请求，则所述中控服务器通过tcp/ip-socket协议与所述客户端进行通信；所述中控服务器还用于在与所述客户端建立socket双工长连接的同时，将所述客户端的链接锁住直至所述客户端主动释放链接。锁住直至客户端主动释放链接，能够防止其他客户端接入并产生相互冲突的指令，保证bnct设备工作的稳定性和可靠性。
65.在实际应用中，医疗床、阻挡器、屏蔽门、加速器控制系统可以配置安全连锁装置。安全连锁装置用于控制医疗床、阻挡器、屏蔽门、加速器控制系统集体停止工作。安全连锁装置可以由中控服务器进行控制。以此保证bnct设备工作的可控性和治疗期间的安全性。
66.本技术实施例中，bnct设备的控制系统对bnct设备各子系统的模块化的控制设计，保证了系统在某一子系统失效情况下不影响对其他未失效子系统的控制。保证控制的正常进行。此外建立在b/s架构上，在客户端兼容性方面也比传统的c/s架构更好，可以在目前所有拥有web客户端的平台上进行使用，较为便利。
67.以上所述，仅为本技术的一种具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。