本發(fā)明屬于醫(yī)療器械，特別是涉及一種質(zhì)子治療系統(tǒng)的束流自動(dòng)調(diào)試方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、腫瘤放射治療是利用高能射線，包含x射線、伽馬射線、質(zhì)子以及重離子射線，通過(guò)射線對(duì)細(xì)胞的殺傷作用來(lái)實(shí)現(xiàn)治療腫瘤的目的。質(zhì)子由于其特有的布拉格峰，使得質(zhì)子可以在幾乎不傷害周圍健康組織的情況下集中劑量作用于腫瘤，因而已成為一種重要的放射治療方式。質(zhì)子治療系統(tǒng)的治療室通常包含機(jī)架、治療頭和治療床等部件，在放療實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)架至不同角度滿足臨床上不同的質(zhì)子入射路徑的需求。

2、在質(zhì)子治療系統(tǒng)的束流調(diào)試過(guò)程中，對(duì)于不同束流能量以及旋轉(zhuǎn)機(jī)架不同照射角度等復(fù)雜工況，均要求束流輸運(yùn)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)束流的穩(wěn)定傳輸。通常需要基于束線束流光學(xué)模型進(jìn)行束流調(diào)試，采用人工干預(yù)方式完成調(diào)束。

3、由于束線磁鐵的各類非線性因素及不同工況下磁鐵參數(shù)的偏差，調(diào)試人員需要依賴大量的束流測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò)多次迭代來(lái)找尋各個(gè)磁鐵的實(shí)際工作點(diǎn)。這一過(guò)程不僅耗時(shí)且工作強(qiáng)度大，導(dǎo)致束流調(diào)試效率低下。

4、此外，在質(zhì)子治療系統(tǒng)的日常運(yùn)行中，束流會(huì)存在波動(dòng)，需定期監(jiān)測(cè)機(jī)架角度及能量下的束流波動(dòng)情況。對(duì)于不符合要求的束流參數(shù)，必須及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試。

5、因此，束流調(diào)試不僅是一個(gè)階段性的任務(wù)，更是一個(gè)長(zhǎng)期且工作量較大的持續(xù)過(guò)程。

6、現(xiàn)有技術(shù)中，質(zhì)子治療系統(tǒng)的束流調(diào)試通常依賴于手動(dòng)調(diào)節(jié)和傳統(tǒng)的光學(xué)模型，存在一系列的不足。本發(fā)明最接近的實(shí)現(xiàn)方案通常包含以下幾個(gè)方面：

7、(1)手動(dòng)調(diào)試方案：

8、當(dāng)前的調(diào)試流程主要依靠受過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的調(diào)試人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和一系列實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)手動(dòng)調(diào)整束流系統(tǒng)的各個(gè)磁鐵參數(shù)。這通常涉及對(duì)束流進(jìn)行多次測(cè)量和觀察，通過(guò)數(shù)據(jù)分析逐步收斂到磁鐵的最佳工作點(diǎn)。該過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，容易受到人為因素的影響，且對(duì)于復(fù)雜的束流參數(shù)調(diào)節(jié)，調(diào)試人員可能需要進(jìn)行多次嘗試，導(dǎo)致效率低下。

9、(2)目標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：

10、一些已有方案采用了目標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)束流的基本參數(shù)，如束流強(qiáng)度和能量。然而，這些系統(tǒng)多為單一參數(shù)的監(jiān)控，缺乏全面的束流穩(wěn)定性分析與智能反饋機(jī)制，使得在檢測(cè)到問(wèn)題后，仍需依賴調(diào)試人員進(jìn)行手動(dòng)修正。

11、(3)簡(jiǎn)化的光學(xué)模型：

12、在部分技術(shù)中使用的光學(xué)模型雖然能夠指導(dǎo)調(diào)試過(guò)程，但往往沒(méi)有考慮到多種復(fù)雜因素，比如束流在不同能量和角度下的行為變化，導(dǎo)致調(diào)試精度不足。因此，這類模型通常不夠靈活，無(wú)法適應(yīng)不同運(yùn)行條件下的需求。

13、(4)固定調(diào)試程序：

14、許多質(zhì)子治療系統(tǒng)的調(diào)試方案采用了固定的調(diào)試程序和標(biāo)準(zhǔn)流程，缺乏自適應(yīng)能力。這些固定程序在面對(duì)新的束流狀態(tài)或操作條件時(shí)，不具備及時(shí)調(diào)整的能力，從而限制了系統(tǒng)的適應(yīng)性和效率。

15、因此，現(xiàn)有的質(zhì)子治療系統(tǒng)在針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)架的束流調(diào)試存在以下問(wèn)題：

16、(1)調(diào)試效率低：

17、現(xiàn)有的束流調(diào)試方法通常依賴人工操作和手動(dòng)調(diào)整，導(dǎo)致調(diào)試過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，效率低下，特別是在需要頻繁調(diào)整旋轉(zhuǎn)機(jī)架角度時(shí)。

18、(2)靈活性不足：

19、在不同旋轉(zhuǎn)機(jī)架角度下對(duì)束流進(jìn)行調(diào)試的過(guò)程中，現(xiàn)有技術(shù)可能無(wú)法做到實(shí)時(shí)和自動(dòng)化的調(diào)整，這限制了系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)環(huán)境中的靈活性。

20、(3)測(cè)量和反饋延遲：

21、現(xiàn)有技術(shù)中的束流測(cè)量和反饋環(huán)節(jié)，可能存在時(shí)延，導(dǎo)致操作人員不能即時(shí)獲取所需的束流參數(shù)，進(jìn)而影響治療效果及效率。

22、(4)對(duì)臨床需求響應(yīng)不及時(shí)：

23、現(xiàn)有束流調(diào)試系統(tǒng)可能無(wú)法迅速響應(yīng)臨床需求的變化，導(dǎo)致在治療時(shí)不能及時(shí)調(diào)整束流參數(shù)，可能影響患者的治療效果。

24、(5)缺乏智能化和自動(dòng)化功能：

25、傳統(tǒng)調(diào)試方法通常不具備基于歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析的能力，缺乏機(jī)器學(xué)習(xí)和自適應(yīng)調(diào)整的功能，從而不能有效提高調(diào)試的準(zhǔn)確性和自動(dòng)化水平。

26、綜上所述，現(xiàn)有的束流調(diào)試方案面臨著效率低下、靈活性不足和昂貴的人力成本等問(wèn)題。因此，有必要通過(guò)引入自動(dòng)化、智能監(jiān)測(cè)和優(yōu)化的光學(xué)模型，來(lái)實(shí)現(xiàn)更加高效和可靠的質(zhì)子治療束流調(diào)試系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出一種質(zhì)子治療系統(tǒng)的束流自動(dòng)調(diào)試方法及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同旋轉(zhuǎn)機(jī)架角度的在線束流自動(dòng)調(diào)試，以提高束流調(diào)試效率及束流調(diào)試的靈活性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種質(zhì)子治療系統(tǒng)的束流自動(dòng)調(diào)試方法及系統(tǒng)，包括：

3、s1：在質(zhì)子治療系統(tǒng)的治療頭上固定安裝束流的外接測(cè)量設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)所述的外接測(cè)量設(shè)備、質(zhì)子治療系統(tǒng)的劑量電離室和位置電離室與一個(gè)自動(dòng)調(diào)試工作站之間的數(shù)據(jù)傳輸；

4、s2：自動(dòng)調(diào)試工作站的處理器開(kāi)始執(zhí)行束流自動(dòng)調(diào)束程序，并設(shè)置調(diào)束目標(biāo)參數(shù)；

5、s3：加速器加載自動(dòng)加載參數(shù)及照射方案后，進(jìn)行照射，所述自動(dòng)加載參數(shù)包括磁鐵參數(shù)和注入器參數(shù)；隨后，利用劑量電離室、位置電離室及外接測(cè)量設(shè)備來(lái)測(cè)量到束流的性能參數(shù)并發(fā)送至自動(dòng)調(diào)試工作站；

6、s4：自動(dòng)調(diào)試工作站根據(jù)束流的性能參數(shù)，判斷束流的性能參數(shù)是否處于所需的閾值范圍；

7、s5：如果處于所需的閾值范圍，則保存當(dāng)前的機(jī)架角度及目標(biāo)能量下的磁鐵參數(shù)并上傳至加速器，并回到步驟s2以繼續(xù)調(diào)試下一個(gè)機(jī)架角度，直到所有的機(jī)架角度調(diào)試完成，此時(shí)所述束流自動(dòng)調(diào)束程序執(zhí)行完成；

8、否則，根據(jù)束流的性能參數(shù)的偏差并基于束線束流光學(xué)算法模型來(lái)調(diào)節(jié)磁鐵參數(shù)并將調(diào)節(jié)后的磁鐵參數(shù)和照射方案發(fā)送至加速器，回到步驟s3以進(jìn)行下一次迭代。

9、所述步驟s1包括：

10、s11：在治療頭上固定安裝一個(gè)固定支架，并在該固定支架上安裝外接測(cè)量設(shè)備；

11、s12：設(shè)置一個(gè)參考點(diǎn)，所述參考點(diǎn)是治療頭的出口至質(zhì)子治療系統(tǒng)的等中心位置的直線上的任意一點(diǎn)，調(diào)節(jié)固定支架以將外接測(cè)量設(shè)備的測(cè)量中心設(shè)置在所述參考點(diǎn)；

12、s13：連接外接測(cè)量設(shè)備與自動(dòng)調(diào)試工作站之間的線纜，并實(shí)現(xiàn)質(zhì)子治療系統(tǒng)的加速器、劑量電離室和位置電離室與自動(dòng)調(diào)試工作站之間的數(shù)據(jù)傳輸。

13、在所述步驟s2中，設(shè)置調(diào)束目標(biāo)參數(shù)，具體包括：

14、s21：設(shè)置機(jī)架角度，所述機(jī)架角度用于將旋轉(zhuǎn)機(jī)架旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)角度；

15、s22：設(shè)置具有單個(gè)或多個(gè)目標(biāo)能量的照射方案，所述照射方案用于發(fā)送至加速器。

16、在所述步驟s3中，利用劑量電離室、位置電離室及外接測(cè)量設(shè)備來(lái)測(cè)量到束流的性能參數(shù)并發(fā)送至自動(dòng)調(diào)試工作站，具體包括：

17、s31：對(duì)于目標(biāo)單能量的照射，將劑量電離室、位置電離室及外接測(cè)量設(shè)備的測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送至自動(dòng)調(diào)試工作站；

18、s32：對(duì)于多目標(biāo)能量的照射，加速器按照目標(biāo)能量由高至低的照射方案自動(dòng)降能一次照射完成，劑量電離室、位置電離室及外接測(cè)量設(shè)備分別在加速器及自動(dòng)調(diào)試工作站的控制下得到測(cè)量數(shù)據(jù)，在所有目標(biāo)能量均照射完成后，一次性打包將所有的測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送至自動(dòng)調(diào)試工作站。

19、在所述步驟s5中，保存當(dāng)前的機(jī)架角度及目標(biāo)能量下的磁鐵參數(shù)并上傳至加速器，并回到步驟s2以繼續(xù)調(diào)試下一個(gè)機(jī)架角度，直到所有的機(jī)架角度調(diào)試完成，此時(shí)所述束流自動(dòng)調(diào)束程序執(zhí)行完成，具體包括：

20、s510：將當(dāng)前的機(jī)架角度及目標(biāo)能量下的磁鐵參數(shù)及束流的性能參數(shù)作為最優(yōu)調(diào)試結(jié)果保存；同時(shí)，將到當(dāng)前的磁鐵參數(shù)上傳至加速器，使得加速器在加載當(dāng)前的磁鐵參數(shù)的條件下進(jìn)行照射；

21、s520：回到步驟s2以繼續(xù)調(diào)試下一個(gè)機(jī)架角度，直到所有的機(jī)架角度調(diào)試完成，此時(shí)所述束流自動(dòng)調(diào)束程序執(zhí)行完成。

22、在所述步驟s5中，根據(jù)束流的性能參數(shù)的偏差并基于束線束流光學(xué)算法模型來(lái)調(diào)節(jié)磁鐵參數(shù)并將調(diào)節(jié)后的磁鐵參數(shù)和照射方案發(fā)送至加速器，回到步驟s3以進(jìn)行下一次迭代，具體包括：

23、s51：根據(jù)束線束流光學(xué)算法模型，通過(guò)調(diào)節(jié)四極磁鐵以調(diào)節(jié)束斑的尺寸；

24、s52：根據(jù)束線束流光學(xué)算法模型，通過(guò)調(diào)節(jié)校正磁鐵或二極磁鐵以調(diào)節(jié)束斑的位置；

25、s53：在自動(dòng)調(diào)束程序調(diào)節(jié)磁鐵參數(shù)后，回到步驟s3，以進(jìn)行下一次迭代。

26、所述步驟s3還包括：將磁鐵參數(shù)和束流的性能參數(shù)作為歷史調(diào)試數(shù)據(jù)來(lái)保存；

27、并且，在所述步驟s53之后，還可以包括步驟s54：根據(jù)歷史調(diào)試數(shù)據(jù)，對(duì)當(dāng)前的束線束流光學(xué)算法模型進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化。

28、另一方面，本技術(shù)提供一種質(zhì)子治療系統(tǒng)的束流自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于，包括安裝于治療頭的出口處的劑量電離室和位置電離室、安裝于參考點(diǎn)處的外接測(cè)量設(shè)備、以及與劑量電離室、位置電離室、和外接測(cè)量設(shè)備均連接的自動(dòng)調(diào)試工作站；

29、其中，參考點(diǎn)可以是治療頭的出口至質(zhì)子治療系統(tǒng)的等中心位置的直線上的任意一點(diǎn)；所述自動(dòng)調(diào)試工作站包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上的計(jì)算機(jī)可讀的束流自動(dòng)調(diào)束程序，所述處理器執(zhí)行所述束流自動(dòng)調(diào)束程序以實(shí)現(xiàn)上文所述的質(zhì)子治療系統(tǒng)的束流自動(dòng)調(diào)試方法。

30、所述質(zhì)子治療系統(tǒng)的機(jī)架是旋轉(zhuǎn)機(jī)架或固定機(jī)架。

31、本發(fā)明的質(zhì)子治療系統(tǒng)的束流自動(dòng)調(diào)試方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

32、(1)自動(dòng)調(diào)試方法：

33、本發(fā)明引入了自動(dòng)調(diào)試方法，減少了對(duì)人工干預(yù)的依賴，提高了調(diào)試效率。與傳統(tǒng)手動(dòng)調(diào)試方案相比，自動(dòng)化調(diào)試顯著提高了調(diào)試效率和準(zhǔn)確性，能夠快速響應(yīng)系統(tǒng)變化，減少調(diào)試時(shí)間。具體來(lái)說(shuō)，自動(dòng)調(diào)試方法通過(guò)減少人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了快速響應(yīng)和精確調(diào)整，顯著縮短了調(diào)試周期，顯著降低了質(zhì)子治療系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)了資源的高效利用，提高調(diào)試效率。由于調(diào)試過(guò)程的自動(dòng)化和智能化，本發(fā)明可以顯著降低對(duì)高素質(zhì)調(diào)試人員的需求，從而減少人力成本，降低了整體維持和運(yùn)行的資源消耗。同時(shí)，減少人為操作也相應(yīng)降低了調(diào)試過(guò)程中錯(cuò)誤發(fā)生的概率，提高了系統(tǒng)的整體可靠性。

34、(2)束流穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)：

35、通過(guò)外接測(cè)量設(shè)備建立了一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量束流參數(shù)的波動(dòng)情況，能夠及時(shí)識(shí)別和調(diào)整不滿足要求的束流參數(shù)，并及時(shí)調(diào)整不符合要求的參數(shù)，確保束流的穩(wěn)定性和治療效果。束流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整機(jī)制確保了束流的穩(wěn)定性，從而提高了治療過(guò)程中的安全性和有效性，并能在問(wèn)題出現(xiàn)后快速響應(yīng)，避免潛在的治療風(fēng)險(xiǎn)。

36、(3)光學(xué)模型的優(yōu)化：

37、通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)所述歷史調(diào)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來(lái)得到優(yōu)化后的束線束流光學(xué)算法模型，在調(diào)試過(guò)程中自動(dòng)計(jì)算和調(diào)整磁鐵的工作點(diǎn)，提升調(diào)試的精確性和可靠性，克服了現(xiàn)有方案中光學(xué)模型不夠精確的問(wèn)題。

38、(4)適應(yīng)性調(diào)試策略：

39、采用機(jī)器學(xué)習(xí)的適應(yīng)性算法，根據(jù)不同束流能量和機(jī)架照射角度的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整調(diào)試策略，這種靈活性使得系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)狀況進(jìn)行自我調(diào)整，顯著提高了操作的適應(yīng)性和靈活性。本發(fā)明結(jié)合了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以分析和預(yù)測(cè)調(diào)試策略的效果，優(yōu)化調(diào)試過(guò)程。這種智能化的方法使得束流參數(shù)調(diào)節(jié)更加準(zhǔn)確，并且能夠減少迭代次數(shù)。

40、(5)整合多種功能：

41、本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了束流的自動(dòng)調(diào)試功能，還集成了監(jiān)測(cè)、反饋和優(yōu)化算法，有效整合了多個(gè)功能，提升了整個(gè)系統(tǒng)的性能。

42、綜上所述，本發(fā)明通過(guò)引入自動(dòng)化、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、優(yōu)化模型和適應(yīng)性算法等技術(shù)手段，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，顯著提高了質(zhì)子治療束流調(diào)試的效率、安全性和可靠性，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。