加速器控制系统测试平台的制作方法

1.本实用新型涉及质子重离子医疗领域，特别是一种加速器控制系统测试平台。


背景技术：

2.质子重离子加速器用于放疗是国际公认的放疗尖端技术。质子重离子加速器是由近千个不同设备组成的系统设备，加速器控制系统承担了核心协调控制众多设备按照既定规则进行工作的角色，从而实现产生用于治疗病人的质子或重离子束流的目的。质子重离子加速器造价高，通常医院只有唯一的一台，但是患者放疗必须按一定时间周期循环，一旦加速器控制系统出现故障就会引发系统宕机，造成暂停或延迟病人治疗，打乱规律的患者治疗计划，可能影响治疗疗效。所以医院对质子重离子系统设备的极限要求是避免宕机或尽可能缩短宕机时间。
3.目前国内对以上问题的解决方案还是处于传统应对常规医疗器械宕机的阶段，即重点城市设置备件库并约定物流时间，但是，这种解决方案存在以下问题:
4.没有考虑到备件在现场安装之前被损坏的风险。备件从供货商处出厂并到达现场过程中，会经历多次存储于仓库中和运输的过程。如果备件在这个过程出现损坏，只有安装到在线系统上才能发现，此时增加了宕机时间。
5.不能确保正在运行的硬件(例如，分布式设备控制器)处于正常工作状态。比如正在运行的系统出现故障，相同故障现象所涉及的设备不止一个时，没有测试工具可以对“涉事”设备进行逐一排查，使得故障排查过程模糊，宕机时间多倍增加。
6.没有解决功能测试的要求。在线运行的设备用于治疗患者，由于安全需要，因此不允许触碰。当部分软件功能开始出现异动时，需要提前检查状态并发现问题，这时就需要各个功能模块能够进行离线测试，然而，现有的系统还无法提供离线测试功能。
7.针对上述问题，目前还没有提出相应的解决方案。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本实用新型提出了一种加速器控制系统测试平台，用以降低质子重离子治疗设备宕机的时间，进一步确保质子重离子治疗设备能够稳定地工作。
9.根据本公开实施方式的一个方面，提供了一种加速器控制系统测试平台，包括：上层用户接口，被配置为检测输入事件；下层服务器工作站，与所述该上层用户接口耦合，所述该下层服务器工作站上安装有在线加速器控制系统所使用的至少一个服务，并被配置为响应于所述该输入事件启动所述该至少一个服务，并分发所述该至少一个服务，其中，多个所述该服务中的每个包括协议和测试信号；多个分布式设备控制器，通过网络与所述该下层服务器工作站连接，并被配置为从所述该下层服务器工作站接收分发的至少一个所述该服务，且多个所述该分布式设备控制器分别安装相应的服务中的协议后，能够与一加速器相关的一个或多个部件通信并测试其响应；其中，多个所述该分布式设备控制器中的每个至少包括：总线，被配置为至少从所述该下层服务器工作站接收测试一个或多个所述该部
件的测试信号；以及接口，被配置为分别与一个或多个所述该部件和所述该下层服务器工作站进行通信。
10.通过上述结构，提供了各种质子重离子治疗设备所涉及的各种部件的备件的测试，可以实现降低该质子重离子治疗设备的宕机时间的有益效果。
11.在一个示例性实施方式中，该一个或多个部件包括电源设备和束流设备中的至少之一。
12.通过对电源设备和束流设备进行测试，可以检测电源设备和束流设备设置的功能是否正常，从而在电源设备或束流设备安装到质子重离子治疗设备上后，保证质子重离子治疗设备正常工作。
13.在一个示例性实施方式中，该分布式设备控制器在安装一个该服务中的协议后被配置为与该加速器的控制系统的配置相关联。
14.分布式设备控制器的功能和在线加速器控制系统的配置相关联，可以使得分布式设备控制器能够模拟控制构成在线加速器控制系统的各个部件，从而能够测试将要安装到质子重离子治疗设备的部件的功能和/或性能是否能够正常工作。
15.在一个示例性实施方式中，该下层服务器工作站包括检测部，以检测该分布式设备控制器与该下层服务器工作站之间的通信是否正常。
16.通过上述结构，能够测试分布式设备控制器能否正常工作。
17.在一个示例性实施方式中，所述该至少一个服务包括测试一束流设备，所述该束流设备在从所述该下层服务器工作站接收一具有运行参数的测试信号，并通过一束流诊断设备测试所述该束流设备的响应情况。
18.通过上述结构，可以将该下层服务器工作站配置为能够产生、引导、和/或检测用于质子重离子治疗设备中加速器质子重离子治疗设备的束流设备的响应特性、通信情况以及控制功能，以测试束流设备的功能是否正常。
19.在一个示例性实施方式中，所述该下层服务器工作站还包括一时序部，多个所述该分布式设备控制器通过所述该总线还被配置为从所述该时序部接收一组时间序列，当多个所述该分布式设备控制器分别接收所述该至少一个服务并安装所述该协议后，多个所述该分布式设备控制器分别连接多个具有不同功能的所述该部件，并在所述该时间序列的作用下对多个所述该部件在测试中产生的响应情况进行同步。
20.通过上述结构，能够通过时间序列实现同步地对多个部件进行测试，从而更精确地测试质子重离子治疗设备的备件的功能。
21.在一个实施方式中，多个所述该分布式设备控制器包括第一分布式设备控制器和第二分布式设备控制器，所述该第一分布式设备控制器从所述该下层服务器工作站接收第一服务以安装第一协议，所述该第一服务对应于检测一个电源设备，所述该第二分布式设备控制器接收第二服务以安装第二协议，所述该第二服务对应于检测一个束流设备，所述该第一分布式设备控制器连接所述该电源设备并配置为接收具有第一参数的第一测试信号，使所述该电源设备响应并产生第一响应情况，所述该第二分布式设备控制器连接束流设备并配置为接收一具有第二参数的第二测试信号，使所述该束流设备响应并产生第二响应情况，其中，所述该第一分布式设备控制器和所述该第二分布式控制器分别接收所述该时间序列以使所述该第一响应情况与第二响应情况在时序上进行同步。
22.通过上述结构，可以同步地测试电源设备和束流设备，从而实现对各部件在系统意义上进行测试。
23.从上述方案中可以看出，在本实用新型中，设置了上层用户接口、下层服务器工作站和分布式设备控制器，其中，下层服务器工作站安装有在线加速器控制系统所使用的至少一个服务，以通过分布式设备控制器测试与分布式设备控制器连接的部件。通过这样的结构，确保了宕机时安装到质子重离子治疗设备上的备件是通过功能测试的备件，从而避免了故障处理过程中用在线系统测试备件导致的增加宕机时间的问题。
附图说明
24.下面将通过参照附图详细描述本实用新型的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本实用新型的上述及其它特征和优点，附图中：
25.图1为根据本公开实施方式提供的加速器控制系统测试平台的结构示意图。
26.图2为根据本公开实施方式提供的加速器控制系统测试平台的另一结构示意图。
27.图3为根据本公开实施方式的模拟在线束流产生传输引出轨迹的示意图。
28.其中，附图标记如下：
29.100
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加速器控制系统测试平台
30.12
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上层用户接口
31.14
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下层服务器工作站
32.16，16
‑
1，16
‑2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
分布式设备控制器
33.17
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电源设备
34.18
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电源诊断设备
35.19
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束流设备
36.20
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束流诊断设备
37.22
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检测部
38.24
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时序部
39.32
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离子源
40.34
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直线加速器
41.36
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同步加速器
42.38
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治疗室
具体实施方式
43.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本实用新型进一步详细说明。
44.质子和重离子束放射治疗是一种癌症治疗方式。在这种治疗方式中，离子的穿透深度与电子束的能量有关，通常称为布拉格峰。知道并能够控制穿透深度对于确保最大的辐射将正确地而不是在肿瘤部位之前或之后沿着离子载体路径传递是至关重要的。
45.对于一重离子加速器治疗系统而言，需要考虑不同能量的粒子束对治疗的影响，x射线或质子穿透人体组织的深度并不同。离子的射程很短，因此仅在皮肤附近才有意义。x射线穿透得更深，但是组织吸收的剂量随厚度的增加而显示出典型的指数衰减。对于质子
和重离子而言粒子会穿透组织并很少失去能量，使得大部分剂量在肿瘤的目标位置爆破，而该爆破位置即为布拉格峰。直到在粒子范围末端附近出现布拉格峰后，剂量下降到零(对于质子)或几乎为零(对于较重的离子)。所以，基于物理原理质子重离子治疗可以精准定位病灶位置，然后能量爆破，治疗癌症的同时保护正常组织不被伤害。
46.参考图3，示出一质子重离子治疗设备，可以包括：用于出射粒子束流的离子源32、直线加速器34、同步加速器36和治疗室38。离子源32射出的粒子束流经过直线加速器34和同步加速器36的加速之后，到达治疗室38。直线加速器34包括束流设备和为束流设备中的磁体提供电力的电源，为使直线加速器34出射合适能量的离子束，需要对包括束流装置和电源等多种部件进行测试的加速器控制系统测试平台。
47.以下结合附图对本公开提供的一种加速器控制系统测试平台进行详细说明。
48.图1为根据本公开实施方式提供的加速器控制系统测试平台的结构示意图，如图1所示，加速器控制系统测试平台100包括上层用户接口12、下层服务器工作站14和分布式设备控制器16，该分布式设备控制器16在本实施方式中可以包括两种规格的分布式设备控制器16
‑
1和16
‑
2。
49.上层用户接口12被配置为接收用户的输入事件，例如，指令。为此，上层用户接口12可以提供一交互界面，使用户通过操作该交互界面接收用户的输入事件。另外，上层用户接口12可以设置在一终端设备。
50.下层服务器工作站14被配置为安装有所有在线加速器控制系统使用的服务，这些服务的功能如同在线加速器控制系统的软件部分，以提供例如电源、束流设备、磁体等的通信情况，响应特性以及控制功能等。该下层服务器工作站14通过网络连接至分布式设备控制器16。
51.分布式设备控制器16包括：总线，被配置为至少从下层服务器工作站14接收测试部件的测试信号；以及接口，被配置为与至少一个部件和下层服务器工作站14工作通信。例如，通过该接口分布式设备控制器16从下层服务器工作站14接收一种服务，包括向分布式设备控制器16从下层服务器工作站14加载一协议以及用于传输测试一种部件的性能的包括参数的测试信号，使得分布式控制器16可与一待测部件进行通信以及传输测试信号。
52.另外，下层服务器工作站14还包括检测部22，以检测分布式设备控制器16与下层服务器工作站14之间的通信是否正常。
53.图2为根据本公开实施方式提供的加速器控制系统测试平台的另一结构示意图。如图2所示，该加速器控制系统测试平台100包括上层用户接口12、下层服务器工作站14和分布式设备控制器16。
54.在此，分布式设备控制器16
‑
1从下层服务器工作站14接收一服务，该服务包括适用于分布式设备控制器16
‑
1的协议，在分布式设备控制器16
‑
1加载此协议后，分布式设备控制器16
‑
1可以通过与电源设备17耦合，以测试一作为备件的电源设备17是否能够正常工作。例如，以测试电源设备17是否可以正常供电为例，电源设备17配置为连接用于测试的电源诊断设备18和/或负载，以测试低电流情况下电路是否正常。在一示出的实施例中，分布式设备控制器16从下层服务器工作站14接收一测试信号，并将电源设备17或者电源诊断设备18产生的可测信号作为回读值发送给下层服务器工作站14，下层服务器工作站14对所接收到的回读值与预先设置值进行比较，如果二者之差小于阈值，则表明电源设备17功能正
常，否则，则表明电源设备17功能不正常。
55.另外，以测试用于给加速器磁体供电的电源设备和磁体电源控制器为例，进一步测试一磁体电源控制器中除正常供电功能外的功能。在本实施方式中，以用于给加速器磁体供电的电源设备和磁体电源控制器为例。以下，将详细描述测试有安全防护功能的磁体电源控制器的处理过程，即通过加速器控制系统测试平台测试其“允许输出”门禁功能的处理过程。
56.具体地，分布式设备控制器16接收到下层服务器工作站14分发的服务之后，基于该服务对应的协议和参数，将对应于该磁体电源对应的固件(firmware)和软件(software)相关的协议安装在该分布式设备控制器16之上，以使分布式设备控制器16能够识别磁体电源控制器的状态。
57.下层服务器工作站14向一磁体电源控制器发送开关命令。如果磁体电源控制器不能开启电源设备，则外接24v电源到磁体电源控制器，使门禁处于高电平。此时如果能通过发送“on(开)”命令使磁体电源控制器处于“on”状态，表明该具有门禁功能的磁体电源控制器的门禁功能是正常的，而且远程控制功能是正常的。否则，表明磁体电源控制器的门禁功能是不正常的，或者远程控制功能是不正常的。
58.下面提供测试束流设备的实施例，以测试束流设备是否可以正常工作或正常响应为例，来说明加速器控制系统测试平台100的工作过程。
59.参考图2，在一示出的实施例中，分布式设备控制器16
‑
2连接束流设备19和束流诊断设备20。在本实施方式中，具体地，上层用户接口12，被配置为检测输入事件。在此，输入事件包括对束流设备19进行测试。
60.下层服务器工作站14响应于该输入事件提供测试一束流设备19的服务，分布式设备控制器16
‑
2通过网络与下层服务器工作站14连接，并被配置为从下层服务器工作站14接收分发的服务，该服务包括一协议使得分布式设备控制器16
‑
2在安装该协议后与束流设备19和束流诊断设备20之间建立通信，并且束流设备19可以从下层服务器工作站14接收一测试信号和运行参数后，响应于该测试信号和运行参数，束流设备19产生响应情况，并且能够被束流诊断设备20测量束流设备19的部分响应情况，例如束流设备19的接口是否正常接收响应，束流设备19的通信功能是否正常或是否能响应输入的运行参数而启动响应的功能等，例如束流设备19是否响应控制束流产生、引出、传输的设置和相关参数的命令或测试信号。
61.为此，束流设备19设置为与加速器控制系统测试平台100通信或接收门控信号，束流诊断设备20为测量流强、计数以及波形的电子设备。
62.另外，本公开所涉及的加速器控制系统测试平台100可以提供对加速器各组成部件的系统性测试，特别是时间响应上是否符合加速器系统工作的需求。考虑加速器系统包括直线加速器和同步加速器等，且上述系统皆可以包括不同的电源、磁体以及束流设备等，因此需要在时序上配合工作从而保证加速器系统的正常运行。
63.参考图2，在一示出的实施例中，加速器控制系统测试平台100提供多个分布式设备控制器16
‑
1、16
‑
2，它们分别安装服务中对应的协议后，能够与加速器相关的一个或多个部件通信并测试其功能，从而进一步对加速器的各组成部件进行测试，包括测试各组成部件之间系统性的响应，以接近真实的模拟离子束流的性质。以一作为简单的示例性实施例
为例，下层服务器工作站基于用户的输入事件(例如请求同步测试电源和束流设备)，分布式设备控制器16
‑
1接收下层服务器工作站14分发的第一服务，并安装对应的第一协议以对应于与一电源设备17以及电源诊断设备18(电源检测设备)进行通信；分布式设备控制器16
‑
2则从下层服务器工作站14接收分发的第二服务，并安装对应的第二协议，使得分布式设备控制器16
‑
2与束流设备19建立通信，束流设备19则连接一束流诊断设备20，束流诊断设备20配置为测试束流设备19在响应从下层服务器工作站14接收的测试信号而产生响应情况。分布式设备控制器16
‑
1、16
‑
2的总线还被配置为从下层服务器工作站14的时序部24接收一组时间序列，当分布式设备控制器16
‑
1、16
‑
2分别接收到相应的服务并安装服务中的相应的协议后，分布式设备控制器16
‑
1、16
‑
2分别连接多个具有不同功能的部件，并在时间序列的作用下对多个部件在测试中的响应情况进行同步。
64.在本实施方式中，下层服务工作站14通过分布式设备控制器16
‑
1向电源设备17发送一定运行参数的测试信号，电源设备17响应该信号产生显示电源特性的响应，在时间序列的作用下，下层服务工作站14通过分布式设备控制器16
‑
2向束流设备19发送另一具有一定运行参数的测试信号，束流设备19依此产生响应情况并被同步于显示电源特性的响应情况，据此我们例如确定电源设备17的响应和束流设备19的响应在时序上的差异是否符合加速器控制性的性能要求，以及了解不同部件之间因性能的差异而导致的测试结果的不同，从而更有效的测试各部件性能是否合格。需要说明的是，上述构造仅反映最简单的系统测试及各部件的性能，另外，可以理解的是可以将多个磁体相关的电源装置通过多个分布式设备控制器16纳入测试系统中，以进一步扩展加速器控制性测试平台100的测试功能。
65.本公开实施方式中的加速器控制系统测试平台100通过提供多个分布式设备控制器16和选择相应的服务进行安装，包括协议的安装和相应测试参数的输入，使该加速器控制系统测试平台100具有很强扩展性，例如扩展到对磁体电源、束流设备、射频和真空控制系统的离线测试，进而对加速器的离子源、磁体电源、高频系统、引出系统、真空系统、束流诊断、连锁安全保护、开机、停机、启动和有关加速器参数的反馈自动调整等部件进行测试，从而确保了宕机时安装到质子重离子治疗设备上的备件是通过功能测试的备件，避免故障处理过程中用在线系统测试备件导致的增加了宕机时间的问题，还实现了离线测试部分软件功能以及模拟了当前在线系统的束流传输特性，从而达到提前预防故障发生以及发生后尽快定位故障点的目的。
66.此外，本公开实施方式的加速器控制系统测试平台还填补了传统维修方案中尚无对重要唯一设备极限缩短宕机次数和时间而建立现场测试平台的技术方案的空白。由于减少了宕机，因此提高了医院满意度，提高了病人治疗量，同时还增加了医院收入。
67.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。