用于粒子加速器治疗装置的分布式失超探测系统制造方法及图纸

本公开提供一种用于粒子加速器治疗装置的分布式失超探测系统，包括：客户端控制层，用于提供人机交互界面，实现失超参数的配置、失超过程波形数据的监测和存储管理的远程控制；中间服务层，用于收集、存储和管理运行过程中产生的时间戳标记数据，运行服务端控制程序监控不同区域的集成化失超探测器的设备参数和状态，根据系统运行数据统计分析失超过程电压变化特征及分布式失超探测系统进行集中监控；集成化失超探测器，用于接收超导磁铁单元的线圈电压，并经过高压隔离、信号滤波及逻辑判断后输出双冗余失超保护光/电信号触发失超保护动作，接收外部触发和使能信号实现与其他系统的联动控制；各层之间基于高速以太网和时间系统网络实现通信。统网络实现通信。统网络实现通信。

【技术实现步骤摘要】
用于粒子加速器治疗装置的分布式失超探测系统


[0001]本公开涉及粒子加速器超导磁铁失超保护领域，具体涉及失超探测领域，尤其涉及一种用于粒子加速器治疗装置的分布式失超探测系统和集成化失超探测器。

技术介绍

[0002]粒子加速器产生重离子/质子束流进行肿瘤治疗具有对健康组织损伤小、治愈率高、适形照射剂量分布好、可精确监控照射位置和剂量、疗程短、无明显毒副作用等优点，作为一种先进的放疗技术，多年来在癌症放射治疗领域应用广泛。
[0003]重离子/质子束流由粒子治疗装置加速器产生，磁铁作为加速器的重要结构组成，负责在加速过程中提供弯转力控制束流运动轨道，给束流一种聚焦力使之沿期望的中心轨道运动，加速器磁铁分为常规磁铁和超导磁铁，超导磁铁由于可以提高磁场强度，减小偏转半径，相比于常规磁铁，超导磁铁磁场主要由线圈主导，所需铁芯尺寸小，重量轻，能够大幅度缩减加速器的规模并有效降低能耗，已经成为未来粒子加速器治疗装置小型化发展的主要趋势。
[0004]超导磁铁在实际运行过程中，因为种种原因可能会突然失去超导特性进入常导状态，这种状态被称为失超；超导磁铁失超瞬间，磁铁内部出现正常区电阻，在大电流负载的情况下，会产生大量焦耳热，这会对磁体内部结构及线材性能造成不同程度的损害，严重情况下甚至会熔毁磁体；因此，需要一套失超探测系统快速、准确地识别出这种状态，并向电源保护模块发出失超保护信号，切断电源输出并触发保护系统动作，建立泄能回路，通过泄能电阻或外部吸收电路有效转移储存在超导线圈中的能量，以便尽量减小磁体内的正常区热点温度。
[0005]粒子加速器中实现失超探测的常用方法包括：电压探测法、温度探测法、压力探测法、流速探测法和超声波探测法，由于电压探测法具有速度快、灵敏度高等特点，在失超探测中得到普遍应用。通常，基于电压探测法构建的失超探测装置由高压隔离模块、信号采集模块、信号滤波模块、逻辑判断模块和光电转换模块等构成，通过PXI或PXIE机箱集成不同功能模块，并通过背板总线实现不同功能模块和客户端控制层的数据交互。
[0006]然而，现有的基于PXIE或PXIE机箱的失超探测装置，体积大，每个模块为独立的插件，集成化程度低。不利于治疗装置小型化和集成化的发展。此外，粒子加速器运行数据的可追溯性和关联性分析的智能化程度不高，与治疗装置其他系统之间的联动性不足。

技术实现思路

[0007]针对上述技术问题，本公开提供一种用于粒子加速器治疗装置的分布式失超探测系统，用于至少部分解决现有失超探测装置集成化程度低，体积大，粒子加速器运行数据的可追溯性和关联性分析的智能化程度不高，与治疗装置其他系统之间的联动性不足等技术问题。
[0008]基于此，本公开提供一种用于粒子加速器治疗装置的分布式失超探测系统，包括
客户端控制层、中间服务层以及分布式的集成化失超探测器，其中，客户端控制层，用于提供人机交互界面，实现失超参数的配置、失超过程波形数据的监测和存储管理的远程控制；中间服务层，用于收集、存储和管理分布式失超探测系统运行过程中产生的时间戳标记数据，运行服务端控制程序监控分布于治疗装置不同区域的集成化失超探测器的设备参数和状态，根据系统运行数据建立数据分析模型来统计分析超导磁铁失超过程电压变化特征以及对整个分布式失超探测系统进行集中监控；集成化失超探测器，用于接收粒子加速器治疗装置中超导磁铁的线圈电压，将线圈电压经过高压隔离、信号滤波及逻辑判断后输出双冗余失超保护光/电信号触发失超保护动作，对粒子加速器治疗装置的超导磁铁进行失超保护；其中，分布式的集成化失超探测器通过高速以太网和时间系统网络与客户端控制层、中间服务层实现通信。
[0009]根据本公开的实施例，中间服务层包括数据库服务器、失超探测系统服务器、数据分析平台、中央监控系统服务器和低温系统服务器；数据库服务器，用于收集、存储和管理分布式失超探测系统运行过程中产生的时间戳标记数据，时间戳标记数据用于为数据的可追溯性、关联性及失超过程电压变化特征分析提供可靠的数据源；失超探测系统服务器，用于运行服务端控制程序监控分布于治疗装置不同区域的集成化失超探测器的设备参数和状态，并作为工程师站实现分布式失超探测系统维护调试；数据分析平台，用于基于数据库服务器存储的系统运行数据，通过建立数据分析模型来统计分析设备的运行数据和失超过程电压变化特征；中央监控系统服务器，用于对整个分布式失超探测系统以及治疗装置其他子系统进行集中监控；低温系统服务器，用于与集成化失超探测器进行实时数据交互，在为超导磁铁单元提供低温运行环境的液氦蒸发异常或其他异常情况下，使集成化失超探测器主动触发失超控制输出失超保护光/电信号。
[0010]根据本公开的实施例，集成化失超探测器的硬件由信号调理电路、低压采集电路、高压采集电路、可编程片上系统电路、时间获取电路和模拟/数字接口电路构成；信号调理电路，用于将超导磁铁单元正常工作和失超瞬间突变的高压对应的线圈模拟电压信号经衰减、放大、滤波，处理成符合低压采集电路和高压采集电路输入动态范围的电压信号；低压采集电路，用于基于多通道模数转换器，采用固定量程对处理后的电压信号进行多通道同步采集；高压采集电路，用于采集超导磁铁失超前、失超瞬间和失超后的所选探测通道全过程工作电压，并根据输入电压范围匹配不同量程的模数转换器对多路电压进行同步采集；可编程片上系统电路，用于根据低压采集电路同步采集的处理后的电压信号进行信号滤波后，再进行基于电压探测法的失超探测逻辑控制，产生失超保护信号；时间获取电路，用于基于不同类型的时间同步协议，通过专用时间系统网络获取时间戳信息，为分布式的集成化失超探测器提供统一的时间基准，基于该时间对过程动作变化和运行的数据进行时间戳标记；模拟/数字接口电路，用于根据失超保护信号输出双冗余失超保护光/电信号触发失超保护动作，对粒子加速器治疗装置的超导磁铁进行失超保护。
[0011]根据本公开的实施例，模拟/数字接口电路还用于接收外部触发信号主动触发集成化失超探测器输出失超保护信号触发失超保护动作，接收外部使能信号启动或关闭失超探测器的失超探测功能，实现与其他系统的联动控制。
[0012]根据本公开的实施例，信号调理电路配置有不同的放大档位，通过切换不同的放大档位对衰减后的线圈模拟电压信号进行不同倍数的放大。
[0013]根据本公开的实施例，可编程片上系统电路上运行有失超业务逻辑单元和嵌入式系统；失超业务逻辑单元，用于运行失超探测算法，对低压采集电路同步采集的处理后的电压信号和高压采集电路同步采集的多路电压进行数字滤波、失超探测逻辑控制、时间解析、存储管理、失超确认、状态标记和故障状态巡检；嵌入式系统，用于运行嵌入式系统软件和应用程序，与客户端控制层的控制程序进行数据交互，接收客户端控制层加载的失超探测参数和控制指令，并将失超业务逻辑单元生成的时间戳标记数据发送至客户端控制层进行实时显示。
[0014]根据本公开的实施例，失超业务逻辑单元运行多种不同模式的失超探测算法，每种模式的失超探测算法设置启动或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于粒子加速器治疗装置的分布式失超探测系统，其特征在于，包括客户端控制层、中间服务层以及分布式的集成化失超探测器，其中：客户端控制层，用于提供人机交互界面，实现失超参数的配置、失超过程波形数据的监测和存储管理的远程控制；中间服务层，用于收集、存储和管理所述分布式失超探测系统运行过程中产生的时间戳标记数据，运行服务端控制程序监控分布于治疗装置不同区域的所述集成化失超探测器的设备参数和状态，根据系统运行数据建立数据分析模型来统计分析超导磁铁失超过程电压变化特征以及对整个分布式失超探测系统进行集中监控；集成化失超探测器，用于接收所述粒子加速器治疗装置中超导磁铁单元的线圈电压，将所述线圈电压经过高压隔离、信号滤波及逻辑判断后输出双冗余失超保护光/电信号触发失超保护动作，对所述粒子加速器治疗装置的超导磁铁进行失超保护；其中，分布式的所述集成化失超探测器通过高速以太网和时间系统网络与所述客户端控制层、所述中间服务层实现通信。2.根据权利要求1所述的分布式失超探测系统，其特征在于，所述中间服务层包括数据库服务器、失超探测系统服务器、数据分析平台、中央监控系统服务器和低温系统服务器；数据库服务器，用于收集、存储和管理所述分布式失超探测系统运行过程中产生的时间戳标记数据，所述时间戳标记数据用于为数据的可追溯性和关联性分析提供可靠的数据源；失超探测系统服务器，用于运行服务端控制程序监控分布于治疗装置不同区域的所述集成化失超探测器的设备参数和状态，并作为工程师站实现所述的分布式失超探测系统维护调试；数据分析平台，用于基于所述数据库服务器存储的系统运行数据，通过建立数据分析模型来统计分析超导磁铁失超过程电压变化特征；中央监控系统服务器，用于对整个分布式失超探测系统以及治疗装置其他子系统进行集中监控；低温系统服务器，用于与所述集成化失超探测器进行实时数据交互，在为所述超导磁铁单元提供低温运行环境的液氦蒸发异常或其他异常情况下，使所述集成化失超探测器主动触发失超控制输出失超保护光/电信号。3.根据权利要求1所述的分布式失超探测系统，其特征在于，所述集成化失超探测器的硬件由信号调理电路、低压采集电路、高压采集电路、可编程片上系统电路、时间获取电路和模拟/数字接口电路构成；信号调理电路，用于将所述超导磁铁单元正常工作和失超瞬间突变的高压对应的线圈模拟电压信号经衰减、放大、滤波，处理成符合所述低压采集电路和所述高压采集电路输入动态范围的电压信号；低压采集电路，用于基于多通道模数转换器，采用固定量程对处理后的电压信号进行多通道同步采集；高压采集电路，用于采集超导磁铁失超前、失超瞬间和失超后的所选探测通道全过程工作电压，并根据输入电压范围匹配不同量程的模数转换器对多路电压进行同步采集；可编程片上系统电路，用于对低压采集电路同步采集的处理后的电压信号进行信号滤
波后...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旗，杨文杰，李朋，杨柳，朱毅，王伟，
申请(专利权)人：杭州嘉辐科技有限公司，
类型：发明
国别省市：