一种医用电子直线加速器治疗头的控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种医用电子直线加速器治疗头的控制系统。使用本发明专利技术能够实现医用电子直线加速器治疗头的精确、可靠的集中控制，治疗头状态能实时在显控设备上显示，结构简单。本发明专利技术包括计算机模块、接口扩展模块、电机驱动控制模块、联锁逻辑控制模块和显示控制模块；利用计算机模块精确协调地完成对治疗头各部件的控制，利用电位器进行运动部件的位置测量，并通过数学计算获得运动部件的运动信息，仅采用电位器即可实现位置伺服和速度伺服的双重伺服，使设备控制可以在这两个模式之间进行切换，提高了系统控制的灵活性，且降低成本；同时，采用软件和硬件双重故障汇报和执行系统，提高了整机在运行过程中的安全性和可靠性。

Control system for medical electron linear accelerator therapeutic head

The invention discloses a control system of a medical linear accelerator therapeutic head. The invention can realize the accurate and reliable centralized control of the medical electron linear accelerator treatment head, and the treatment head state can be displayed on the display and control device in real time, and the structure is simple. The invention comprises a computer module, interface module, motor control module, the interlock logic control module and display module control module; using computer to control the precise coordination of treatment head components, position measurement of moving parts by using the potentiometer, and the moving parts of the motion information obtained by mathematical calculation, only the potentiometer can be realized double servo position servo and speed servo control, the device can switch between the two modes, and improve the flexibility of system control, and reduce the cost; at the same time, the software and hardware of the double fault report and the implementation of the system, improve the machine in the process of running safety and reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种医用电子直线加速器治疗头的控制系统
本专利技术涉及自动控制
，具体涉及一种医用电子直线加速器治疗头的控制系统。
技术介绍
医用加速器是生物医学上的一种用来对肿瘤进行放射治疗的粒子加速器装置，目前国际上，在放射治疗中使用最多的是电子直线加速器。电子直线加速器是利用具有一定能量的高能电子与大功率微波的微波电场相互作用，能量电子直接引出，可做电子线治疗。电子打击重金属靶，产生韧致辐射，发射X射线，做X线治疗。电子直线加速器的治疗头包含多个运动部件，需要通过电机进行精确控制，如钨门运动控制、能档切换控制、能档定位控制(准直锥定位电机、电离室)、电离室驱动机构控制、野灯控制(马氏盘)、准直器控制、附件控制(联锁逻辑控制模块)等，使各运动部件准确定位，从而确保精确的剂量，并且，还需要实时监控治疗头各部件状态，确保治疗的安全性和可靠性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种医用电子直线加速器治疗头的控制系统，能够实现医用电子直线加速器治疗头的精确、可靠的集中控制，治疗头状态能实时在显控设备上显示，结构简单。本专利技术的医用电子直线加速器治疗头的控制系统，包括：计算机模块、接口扩展模块、电机驱动控制模块、联锁逻辑控制模块和显示控制模块；其中，治疗头的各运动部件分别对应各自的电机驱动控制模块；其中，所述计算机模块：接收并解码加速器整机控制器发送的控制指令，并将控制指令通过接口扩展模块发送至治疗头对应运动部件的电机驱动控制模块；接收各电机驱动控制模块经由接口扩展模块送达的运动部件的位置、速度反馈信号，并将位置、速度反馈信号发送至显示控制模块和加速器整机控制器；根据各运动部件的位置反馈信号判断是否与控制指令的指定位置相同，如果相同，形成软件联锁信号，否则，报警；接收联锁逻辑控制模块经由接口扩展模块送达的硬件联锁信号；当硬件联锁信号和软件联锁信号均存在时，向加速器整机控制器发送治疗头联锁信号，加速器整机控制器在收到计算机模块发送的治疗头联锁信号以及加速器其他部件发送的到位信息后，允许加速器出束；所述接口扩展模块用于实现计算机模块与电机驱动控制模块、联锁逻辑控制模块之间的数据交换；所述电机驱动控制模块包括电机、电位器和驱动控制装置；其中，电位器用于测量治疗头运动部件位置信息；电机驱动控制模块将所述位置信息发送至联锁逻辑控制模块和计算机模块；或者，电机驱动控制模块对所述位置信息进行微分处理，变为速度信息，再将速度信息经接口扩展模块反馈至计算机模块；驱动控制装置接收计算机模块经接口扩展模块发送的控制指令，根据控制指令控制电机驱动治疗头运动部件至指定位置，或控制电机驱动治疗头运动部件以指定速度运动；联锁逻辑控制模块接收各电机驱动控制模块发送的治疗头运动部件的位置信息，当治疗头所有运动部件均到达控制指令指定的位置时，并且所有电机均未发生过流或限位情况时，发送联锁信号至计算机模块，否则，报警；显示控制模块接收计算机模块发送的治疗头各运动部件的位置、速度反馈信号，并进行显示。进一步地，电机驱动控制模块采用如下方式将位置信息或速度信息反馈至计算机模块：首先将电位器电平信号或将电位器电平信号微分处理后的信号进行电压/频率转换，变为脉冲频率信号，然后采用差分传输的方式将脉冲频率信号发送至接口扩展模块，接口扩展模块对该脉冲频率信号进行差分接收后，进行频率/数字信号转换，获得位置或速度数字信号，将位置或速度数字信号发送至计算机模块；计算机模块采用如下方式将控制指令发送至电机驱动控制模块：计算机模块首先将位置或速度控制指令发送至接口扩展模块，所述接口扩展模块控制指令进行数字信号/频率转化，变为脉冲频率信号，并采用差分传输的方式将脉冲频率信号发送至电机驱动控制模块，所述电机驱动控制模块对该脉冲频率信号进行差分接收后，进行频率/电压转换，形成电压形式的位置或速度控制指令。进一步地，所述电机驱动控制模块中，采用电机刹车电路使得电机刹车，控制运动部件停止在控制指令指定的位置；所述电机刹车电路为电机输入端子短路电路。进一步地，其特征在于，所述电机刹车电路包括：继电器、电容C1和C2；其中，电容C1的两端分别接电机输入端Power0和电机输入电压端Power01；电容C2的两端分别接电机输入端Power0和电机输出端Motor；继电器的公共端接电机输入端Power0，电机运动时，继电器的触点接电机输入电压端Power01，当电机对应的运动部件到达指定位置时，计算机模块发送刹车信号，此时，继电器的触点接电机输出端Motor，电机两端子短接，电机刹车。进一步地，所述联锁逻辑控制模块包括能档联锁、到位联锁和保护联锁；其中，能档联锁包括一个与非门和多个与与非门输入端相接的非门，每个非门的输入端对应接一个异或门，其中，异或门分别对应接收能档定位电机的插入开关与拔出开关、准直锥光野、准直锥X8、准直锥X16、楔形块、限光筒、电离室光野，以及电离室射线的位置信号，并分别与对应的控制指令指定的位置进行异或运算，当异或门接收的位置信号与控制指令指定的位置相同时，输出低电平的到位信号至非门，经非门转为高电平后输出至与非门；当与非门的所有输入信号均为高电平时，输出低电平的能档联锁信号，不报故障，否则，能档联锁故障，报警；到位联锁包括一个与非门和多个与与非门输入端相接的非门，每个非门的输入端对应接一个异或门，其中，异或门分别对应接收治疗头4个钨门、准直器、马氏盘、机架的位置信号，并分别与对应的控制指令指定的位置进行异或运算，当异或门接收的位置信号与控制指令指定的位置相同时，输出低电平的到位信号至非门，经非门转为高电平后输出至与非门，当与非门的所有输入信号均为高电平时，输出低电平的到位联锁信号，不报故障，否则，到位联锁故障，报警；所述保护联锁包括一个与非门和多个与与非门输入端相接的判决门，其中，判决门分别对应接收治疗头4个钨门、准直器、马氏盘、机架、准直锥的位置信号以及对应电机的电流信号，并与对应的控制指令指定的位置以及电极额定电流进行对比，当电机发生过流或限位时，判决门输出低电平的保护信号至与非门，当与非门的所有输入信号中任一输入信号为低电平时，输出高电平的保护联锁信号，保护联锁故障，报警。有益效果：(1)本专利技术提供了一种结构简单，可精确集中控制，可靠性高的医用电子直线加速器治疗头的控制系统。利用计算机模块精确协调地完成对治疗头各部件(钨门、准直锥、电离室、准直器、马氏盘)的控制，利用电位器进行运动部件的位置测量，并通过数学计算获得运动部件的运动信息，仅采用电位器即可实现位置伺服和速度伺服的双重伺服，使设备控制可以在这两个模式之间进行切换，提高了系统控制的灵活性，且降低成本；同时，采用软件和硬件双重故障汇报和执行系统，提高了整机在运行过程中的安全性和可靠性。(2)本专利技术的反馈信号和设置信号的传输采取了V/F、F/D和D/F、F/V的方式进行，提高了系统的抗电磁干扰性能。(3)对固定位置电机的控制，采用电机输入端子短路刹车的方式进行(直流电机)，免去了制动装置，减少了对治疗头内空间的占用。附图说明图1为本专利技术控制系统组成示意图。图2为联锁逻辑和控制的组成示意图。图3为传统控制系统的电机驱动控制模块示意图。图4为反馈信号处理示意图。图5为本专利技术反馈信号传输示意图。图6为电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种医用电子直线加速器治疗头的控制系统，其特征在于，包括：计算机模块、接口扩展模块、电机驱动控制模块、联锁逻辑控制模块和显示控制模块；其中，治疗头的各运动部件分别对应各自的电机驱动控制模块；其中，所述计算机模块：接收并解码加速器整机控制器发送的控制指令，并将控制指令通过接口扩展模块发送至治疗头对应运动部件的电机驱动控制模块；接收各电机驱动控制模块经由接口扩展模块送达的运动部件的位置、速度反馈信号，并将位置、速度反馈信号发送至显示控制模块和加速器整机控制器；根据各运动部件的位置反馈信号判断是否与控制指令的指定位置相同，如果相同，形成软件联锁信号，否则，报警；接收联锁逻辑控制模块经由接口扩展模块送达的硬件联锁信号；当硬件联锁信号和软件联锁信号均存在时，向加速器整机控制器发送治疗头联锁信号，加速器整机控制器在收到计算机模块发送的治疗头联锁信号以及加速器其他部件发送的到位信息后，允许加速器出束；所述接口扩展模块用于实现计算机模块与电机驱动控制模块、联锁逻辑控制模块之间的数据交换；所述电机驱动控制模块包括电机、电位器和驱动控制装置；其中，电位器用于测量治疗头运动部件位置信息；电机驱动控制模块将所述位置信息发送至联锁逻辑控制模块和计算机模块；或者，电机驱动控制模块对所述位置信息进行微分处理，变为速度信息，再将速度信息经接口扩展模块反馈至计算机模块；驱动控制装置接收计算机模块经接口扩展模块发送的控制指令，根据控制指令控制电机驱动治疗头运动部件至指定位置，或控制电机驱动治疗头运动部件以指定速度运动；联锁逻辑控制模块接收各电机驱动控制模块发送的治疗头运动部件的位置信息，当治疗头所有运动部件均到达控制指令指定的位置时，并且所有电机均未发生过流或限位情况时，发送联锁信号至计算机模块，否则，报警；显示控制模块接收计算机模块发送的治疗头各运动部件的位置、速度反馈信号，并进行显示。...

【技术特征摘要】
1.一种医用电子直线加速器治疗头的控制系统，其特征在于，包括：计算机模块、接口扩展模块、电机驱动控制模块、联锁逻辑控制模块和显示控制模块；其中，治疗头的各运动部件分别对应各自的电机驱动控制模块；其中，所述计算机模块：接收并解码加速器整机控制器发送的控制指令，并将控制指令通过接口扩展模块发送至治疗头对应运动部件的电机驱动控制模块；接收各电机驱动控制模块经由接口扩展模块送达的运动部件的位置、速度反馈信号，并将位置、速度反馈信号发送至显示控制模块和加速器整机控制器；根据各运动部件的位置反馈信号判断是否与控制指令的指定位置相同，如果相同，形成软件联锁信号，否则，报警；接收联锁逻辑控制模块经由接口扩展模块送达的硬件联锁信号；当硬件联锁信号和软件联锁信号均存在时，向加速器整机控制器发送治疗头联锁信号，加速器整机控制器在收到计算机模块发送的治疗头联锁信号以及加速器其他部件发送的到位信息后，允许加速器出束；所述接口扩展模块用于实现计算机模块与电机驱动控制模块、联锁逻辑控制模块之间的数据交换；所述电机驱动控制模块包括电机、电位器和驱动控制装置；其中，电位器用于测量治疗头运动部件位置信息；电机驱动控制模块将所述位置信息发送至联锁逻辑控制模块和计算机模块；或者，电机驱动控制模块对所述位置信息进行微分处理，变为速度信息，再将速度信息经接口扩展模块反馈至计算机模块；驱动控制装置接收计算机模块经接口扩展模块发送的控制指令，根据控制指令控制电机驱动治疗头运动部件至指定位置，或控制电机驱动治疗头运动部件以指定速度运动；联锁逻辑控制模块接收各电机驱动控制模块发送的治疗头运动部件的位置信息，当治疗头所有运动部件均到达控制指令指定的位置时，并且所有电机均未发生过流或限位情况时，发送联锁信号至计算机模块，否则，报警；显示控制模块接收计算机模块发送的治疗头各运动部件的位置、速度反馈信号，并进行显示。2.如权利要求1所述的医用电子直线加速器治疗头的控制系统，其特征在于，其特征在于，电机驱动控制模块采用如下方式将位置信息或速度信息反馈至计算机模块：首先将电位器电平信号或将电位器电平信号微分处理后的信号进行电压/频率转换，变为脉冲频率信号，然后采用差分传输的方式将脉冲频率信号发送至接口扩展模块，接口扩展模块对该脉冲频率信号进行差分接收后，进行频率/数字信号转换，获得位置或速度数字信号，将位置或速度数字信号发送至计算机模块；计算机模块采用如下方式将控制指令发送至电机驱动控制模块：计算机模块首先将位置或速度控制指令发送至接口扩展模块，所述接口扩展模块控制指令进行数字信号/频率转化，变为脉冲频率信号，并采用差分传输的方式将脉冲频率信号发送至电...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建兴，王春波，蔡星文，李军，闫婧，柘江，邓勇，柏磊，
申请(专利权)人：江苏海明医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32