一种医用加速器剂量率稳定控制方法与流程

本发明属于医疗和工业辐照应用的电子直线加速器技术领域，具体涉及一种医用加速器剂量率稳定控制方法。

背景技术：

在中高能医用电子直线加速器应用中，传统的静态治疗对剂量率的稳定要求不高。随着放射治疗技术的发展，由静态治疗发展出弧度治疗和调强治疗等动态治疗方式，对于不同的医生处方，加速器需要能够动态响应剂量率的变化，并且能够快速稳定剂量率的输出。现有医用加速器的剂量率波动较大，没法满足新的需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种医用加速器剂量率稳定控制方法，能够实现剂量率快速稳定地输出。

本发明的一种医用加速器剂量率稳定控制方法，包括以下步骤：

步骤1，在医用加速器的操作主机上设定剂量率和调节阈值e，操作主机将所设定的剂量率和调节阈值e发送给加速器的控制系统；

步骤2，控制系统将设定的剂量率按固定比例缩小得到基准频率f，根据基准频率f产生脉冲信号，并将此脉冲信号转化为差分信号作为同步信号输出给医用加速器的预调器；

步骤3，预调器接收到同步信号后控制加速器辐射剂量的输出，加速器的电离室检测辐射剂量并将辐射剂量信号发送给控制系统，控制系统将辐射剂量信号进行滤波和积分处理后得到实时剂量率值；

步骤4，控制系统比较实时剂量率值与设定剂量率的差值，若差值在允许的误差范围内则维持当前同步信号的频率进行输出；否则，对同步信号的频率进行调节，进入步骤5；

步骤5，判断新的同步信号频率值与基准频率f的商是否超出[1-e,1+e]的区间范围；若不超出，则将当前的同步信号输出给医用加速器的预调器；否则，进行报警，同时以基准频率f的极限值f*(1+e)或f*(1-e)作为同步信号输出给医用加速器的预调器。

进一步地，所述脉冲信号的脉宽为1～200μs。

进一步地，对同步信号的频率的调节为pid(proportion-integral-differential，比例-积分-微分)调节，具体如下：

将设定的剂量率y与实时剂量率xi进行减法运算，将差(y-xi)乘以设定的比例因子kp实现比例运算；将每一次的差值(y-x1，y-x2，y-x3，...，y-xi)进行求和运算得到和si，将si乘以设定的积分因子ki实现积分运算；将当前剂量率xi与前一次剂量率xi-1进行减法运算，将差(xi-xi-1)乘以设定的微分因子kd实现微分运算；三次运算的结果求和即得到同步信号的频率调整值a，f+a即为新的同步信号频率值。

进一步地，步骤5中，若新的同步信号频率值与基准频率f的商小于1-e，则作为同步信号输出的基准频率极限值为f*(1-e)，若新的同步信号频率值与基准频率f的商大于1+e，则作为同步信号输出的基准频率极限值为f*(1+e)。

有益效果：

1、本发明能够实时动态响应剂量率的变换，并通过pid调节，实现剂量率的快速稳定输出。

2、本发明中，产生的同步信号为固定脉宽(1-200us)的差分信号，精度高，抗干扰能力较强，可以避免外界的误触发。

3、本发明中，报警输出部分简单有效，通知操作人员系统不能正常工作。

附图说明

图1为本发明控制方法的工作流程图。

图2为实现本发明方法的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供一种医用加速器剂量率稳定控制方法。

如图1所示，本方法的工作流程为：

步骤1，设定剂量率和调节阈值e：在医用加速器的操作主机上设定剂量率和调节阈值e，医用加速器的操作主机通过串口通信电路将需要的剂量率数值和调节阈值e发送给加速器的控制系统，控制系统对其进行解析，获得相应数值；

步骤2，同步信号输出：控制系统将设定的剂量率缩小固定比例得到信号产生电路的基准频率f，信号产生电路根据基准频率f生成固定脉宽的脉冲信号，并将脉冲信号转化为不易受干扰的差分信号作为医用加速器预调器的同步信号输出给预调器，所述脉冲信号的脉宽为1～200μs；

步骤3，剂量率检测：预调器接收到同步信号后控制加速器辐射剂量的输出，加速器的电离室检测辐射剂量并发送给信号滤波电路，信号滤波电路对电离室传输过来的辐射剂量信号进行滤波处理后，传送到信号采集电路，信号采集电路对辐射剂量进行实时计算传送给mcu电路，从而得到实时的剂量率值xi；

步骤4，比较调整：控制系统计算实时剂量率数值与设定剂量率的差值，若差值在误差允许范围内，则不改变同步信号的频率，维持输出。若差值超出误差允许范围，调节同步信号的频率，得到新的同步信号，进入步骤5；对同步信号的频率的调节为pid调节，具体如下：

将设定的剂量率y与实时剂量率xi进行减法运算，将差(y-xi)乘以设定的比例因子kp实现比例运算；将每一次的差值(y-x1，y-x2，y-x3，...，y-xi)进行求和运算得到和si，将si乘以设定的积分因子ki实现积分运算；将当前剂量率xi与前一次剂量率xi-1进行减法运算，将差(xi-xi-1)乘以设定的微分因子kd实现微分运算；三次运算的结果求和即得到同步信号的频率调整值a，f+a即为新的同步信号频率值。

步骤5，判断超调：判断新的同步信号频率值与基准频率f的商是否超出[1-e,1+e]的区间范围；若不超出，则将当前的同步信号输出给医用加速器的预调器否则，则电路进行报警，通知外界电路已超调，同时以基准频率f的极限值f*(1+e)或f*(1-e)作为同步信号输出给医用加速器的预调器，保证同步信号的输出，若新的同步信号频率值与基准频率f的商小于1-e，则作为同步信号输出的基准频率极限值为f*(1-e)，若新的同步信号频率值与基准频率f的商大于1+e，则作为同步信号输出的基准频率极限值为f*(1+e)。本发明方法基于以下系统实现：

如图2所示，一种医用加速器剂量率稳定控制系统，包括：串口通信电路、信号滤波电路、信号采集电路、mcu电路、信号产生电路和报警输出电路。

其中，信号滤波电路接收医用加速器其他分系统电离室传入的实时剂量率信号，并进行降低空间和电网的干扰，将滤波后的信号发送至信号采集电路；

信号采集电路由高速fpga芯片完成对滤波后的信号迅速分析得到实时剂量率数值xi后发送至mcu电路；

mcu电路主要由解析器、pid算法器和比较器组成。其中，mcu电路的解析器通过串口通信电路与医用加速器操作主机连接，接收医用加速器操作主机设定的剂量率预设值y和调节阈值e，并根据剂量率预设值y计算出信号产生电路的基准频率f；将剂量率预设值y传输至pid算法器，将调节阈值e和基准频率f发送至比较器；将接收到的实时剂量率数值xi发送至pid算法器；pid算法器根据收到的实时剂量率数值xi和剂量率预设值y，计算出调整信号的频率a，并将调整信号的频率a发送至比较器；比较器将收到的调整信号的频率a和基准频率f的商的绝对值与调节阈值e进行比较，根据商的绝对值与e的大小关系，判断调整信号的频率a是否超出调节阈值e：：如果商的绝对值不大于e，则说明频率a未超出调节阈值e，则将频率值f+a发送至信号产生电路；如果商的绝对值大于e则说明超出，则输出报警数字量至报警输出电路，同时，若是调整信号的频率a符号为正，将上限值(f*(1+e))发送至信号产生电路；若是调整信号的频率a符号为负，将下限值(f*(1-e))发送至信号产生电路。

所述信号产生电路根据比较器输出的频率产生固定脉宽(1～200μs)的脉冲信号，再将脉冲信号转化为抗干扰能力较强的差分信号作为外界的同步信号，从而控制剂量率的稳定输出。

所述报警输出电路根据比较器输出的报警数字量进行警告操作，通知外界本系统已超出调节阈值。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。