專利名稱：：自校正、多曲線擬合數(shù)字式劑量監(jiān)控方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及放射治療器械的
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及自校正、多曲線擬合數(shù)字式劑量監(jiān)控方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：劑量監(jiān)控系統(tǒng)是將醫(yī)用電子加速器的X輻射或電子輻射應(yīng)用于放射治療的基礎(chǔ)之一。安全、準(zhǔn)確、可靠地傳送所需的劑量正是劑量監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能。在放射治療過程中，劑量監(jiān)控系統(tǒng)采用透射型電離室采集電子加速器的實(shí)際劑量率，并發(fā)送給監(jiān)控主機(jī)，由監(jiān)控主機(jī)根據(jù)實(shí)際劑量率調(diào)整后續(xù)給予劑量率的大小，以保證向病人安全、準(zhǔn)確、可靠地傳送所需劑量。但是，電離室輸出信號與實(shí)際劑量率并非簡單的線性關(guān)系，如果不對電離室的輸出信號進(jìn)行校正，那么在劑量率有較大變化的情況下，監(jiān)控劑量與實(shí)際劑量就會(huì)有較大的偏差。在這種情況下，監(jiān)控主機(jī)根據(jù)電離室采集的實(shí)際劑量率信號進(jìn)行劑量率調(diào)節(jié)不夠精確，從而導(dǎo)致給予的劑量不符合病人需求，危害病人健康。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種自校正、多曲線擬合數(shù)字式劑量監(jiān)控方法，該方法能夠在劑量率有較大變化的情況下，減小監(jiān)控到的劑量與實(shí)際劑量的偏差。該方法包括預(yù)先采集不同劑量率射束照射下對應(yīng)的電離室輸出信號的大小，將采集的電離室輸出信號進(jìn)行分段，根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分段擬合，得到各電離室輸出信號分段的擬合函數(shù)；記錄電離室輸出信號分段與擬合函數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系；在實(shí)際監(jiān)控過程中，采集當(dāng)前電離室的輸出信號，查找建立的對應(yīng)關(guān)系，查找到當(dāng)前電離室輸出信號所在的分段，以及該所在分段對應(yīng)的擬合函數(shù)；采用得到的擬合函數(shù)計(jì)算當(dāng)前電離室的輸出信號對應(yīng)的當(dāng)前劑量率；再采用當(dāng)前工作溫度和大氣壓力對當(dāng)前劑量率進(jìn)行再次校正，得到精確的當(dāng)前劑量率。為了減少存儲(chǔ)量，建立對應(yīng)關(guān)系時(shí)，記錄電離室輸出信號與擬合函數(shù)的參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，約定各分段的函數(shù)類型，例如是一次函數(shù)還是二次函數(shù)，那么在根據(jù)對應(yīng)關(guān)系獲取分段函數(shù)時(shí)，根據(jù)當(dāng)前電離室的輸出信號查找所述對應(yīng)關(guān)系，獲得當(dāng)前電離室輸出信號所在分段以及該所在分段對應(yīng)的擬合函數(shù)的參數(shù)，再根據(jù)獲得的擬合函數(shù)的參數(shù)以及預(yù)先約定的各分段的函數(shù)類型，組成擬合函數(shù)，將當(dāng)前電離室的輸出信號值代入擬合函數(shù)得到當(dāng)前劑量率。本發(fā)明還提供了一種自校正、多曲線擬合數(shù)字式劑量監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩路監(jiān)控通道，每一路監(jiān)控通道都包括電離室、前置放大板和劑量監(jiān)控板；對于每一路監(jiān)控通道電離室被分為兩部分，輸出第一信號和第二信號；其中，其中一個(gè)電離室被分為左右兩部分，輸出左信號和右信號，另一個(gè)電離室被分為前后兩部分，輸出前信號和后信號；在電離室安裝的溫度傳感器輸出電離室的溫度信號、氣壓傳感器輸出電離室的氣壓信號；第一信號、第二信號、溫度信號和氣壓信號經(jīng)過前置放大板的放大輸入給劑量監(jiān)控板；劑量監(jiān)控板包括箝位模塊、脈沖積分模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、同步脈沖差分模塊以及單片機(jī)；所述同步脈沖差分模塊將同步脈沖信號進(jìn)行差分處理后，送入脈沖積分模塊和單片機(jī)；所述第一信號和第二信號分別通過箝位模塊的箝位處理和脈沖積分模塊的脈沖積分處理輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，溫度信號和氣壓信號輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對第一信號、第二信號、溫度信號和氣壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)；單片機(jī)記錄有電離室輸出信號分段與擬合函數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，該對應(yīng)關(guān)系的確定方式為預(yù)先采集不同劑量率射束照射下對應(yīng)的電離室輸出信號的大小，將采集的電離室輸出信號進(jìn)行分段，根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分段擬合，得到各電離室輸出信號分段的擬合函數(shù)，之后建立電離室輸出信號分段與擬合函數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系；在實(shí)際監(jiān)控過程中，所述單片機(jī)接收來自模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的第一信號、第二信號、溫度信號和氣壓信號，將第一信號和第二信號相加，根據(jù)相加結(jié)果在自身記錄的所述對應(yīng)關(guān)系中查找到當(dāng)前電離室輸出信號所在分段，以及該所在分段對應(yīng)的擬合函數(shù)；采用得到的擬合函數(shù)計(jì)算電離室的當(dāng)前輸出信號對應(yīng)的當(dāng)前劑量率，再采用電離室的當(dāng)前工作溫度和大氣壓力對當(dāng)前劑量率進(jìn)行再次校正，得到精確的當(dāng)前劑量率。由以上方案可以看出，采用該方法預(yù)先根據(jù)采集值進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，擬合函數(shù)為分段函數(shù)，從而建立起電離室輸出信號與實(shí)際劑量率的實(shí)際非線性對應(yīng)關(guān)系，并非簡單的線性關(guān)系，因此本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)能夠獲得精確的實(shí)際劑量率，即便在劑量率有較大變化的情況下，也不會(huì)產(chǎn)生監(jiān)控到的劑量與實(shí)際劑量之間的大偏差。而且本發(fā)明采用了單片機(jī)，采用數(shù)字器件實(shí)現(xiàn)根據(jù)對應(yīng)關(guān)系的自校正，系統(tǒng)搭建方便，以較小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)了減小監(jiān)控到的劑量與實(shí)際劑量之間偏差的效果。圖1為本發(fā)明自校正、多曲線擬合數(shù)字式劑量監(jiān)控方法的流程圖。圖2為本發(fā)明自校正、多曲線擬合數(shù)字式劑量監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2中劑量控制板的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明提供了一種自校正、多曲線擬合數(shù)字式劑量監(jiān)控方案，其基本思想為預(yù)先根據(jù)采集值進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，擬合函數(shù)為分段函數(shù)，從而建立起電離室輸出信號與實(shí)際劑量率的實(shí)際非線性對應(yīng)關(guān)系，并非簡單的線性關(guān)系，因此本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)能夠獲得精確的實(shí)際劑量率，即便在劑量率有較大變化的情況下，也不會(huì)產(chǎn)生監(jiān)控到的劑量與實(shí)際劑量之間的大偏差。圖1為自校正、多曲線擬合數(shù)字式劑量監(jiān)控方法的流程圖。如圖1所示，該流程包括步驟1數(shù)據(jù)采集。本步驟中，將電離室安裝在直線加速器樣機(jī)上，用不同劑量率的射束透過電離室，記錄在各個(gè)劑量率時(shí)電離室的輸出信號的大小，將采集的電離室輸出信號進(jìn)行分段，根據(jù)這些采集數(shù)值進(jìn)行分段擬合，得到各電離室輸出信號分段的擬合函數(shù)。具體來說，將劑量率[m，n]區(qū)域分為N個(gè)子區(qū)域，記為Dvnj(i=1、2…N)，針對每個(gè)子區(qū)域進(jìn)行擬合，得到子區(qū)域1的擬合函數(shù)yi=klX+b”y2=k2x2+b2x+c2，等等。其中，y為電離室輸出信號值，x為實(shí)際劑量率。例如，在250-360倫琴/分鐘的區(qū)域，x=100時(shí)，y=251；x=145時(shí)，y=342，把這兩組數(shù)據(jù)分別代入250-360倫琴/分鐘的區(qū)域?qū)?yīng)的擬合函數(shù)，求出k2.02，b^24.12。步驟2、建立數(shù)據(jù)庫。本步驟中，記錄電離室輸出信號分段與擬合函數(shù)的參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，且記錄約定各分段的函數(shù)類型。在實(shí)際中，也可以直接記錄電離室輸出信號分段與擬合函數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系。具體來說，對于Dvrg，i=1時(shí)在數(shù)據(jù)庫記錄[m^nj與的對應(yīng)關(guān)系，i=2時(shí)，在數(shù)據(jù)庫記錄[m2，n2]與1^2、132、(32的對應(yīng)關(guān)系。表1示出了一種實(shí)際數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表1步驟3:劑量監(jiān)控過程。該步驟3包括以下子步驟步驟31、采集當(dāng)前電離室的輸出信號，查找記錄在數(shù)據(jù)庫中的對應(yīng)關(guān)系，查找到當(dāng)前電離室輸出信號所在的分段，以及該所在分段對應(yīng)的擬合函數(shù)的參數(shù)，從而得到相應(yīng)的擬合函數(shù)。例如，采集到的電離室輸出信號y為300，查上表，得到它所在分段的參數(shù)k=2.02，b=24.12，則擬合函數(shù)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>。步驟32、采用得到的擬合函數(shù)計(jì)算當(dāng)前電離室的輸出信號對應(yīng)的當(dāng)前劑量率。例如，將y=300,k=2.02、b=24.12代入步驟31得到的擬合函數(shù)，即可算出當(dāng)前電離室的輸出信號對應(yīng)的當(dāng)前劑量率為124.4倫琴/分鐘。步驟33、再采用電離室的當(dāng)前工作溫度和大氣壓力對當(dāng)前劑量率進(jìn)行校正，得到精確的當(dāng)前劑量率。本步驟的校正可以采用常規(guī)的根據(jù)溫度和壓力對劑量率進(jìn)行校正的方法實(shí)現(xiàn)。例如，將采用溫度傳感器獲取的當(dāng)前工作溫度和采用大氣壓力傳感器獲取的當(dāng)前大氣壓力信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入系統(tǒng)中的計(jì)算模塊，采用如下公式對當(dāng)前劑量率進(jìn)行校正，得到精確的當(dāng)前劑量率。假設(shè)當(dāng)前的工作溫度t為25°C、大氣壓力P為1.000X105Pa，代入下式即可算出當(dāng)前的校正因子J1.03；其中，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>最后采用校正因子J對當(dāng)前劑量率進(jìn)行校正，得到準(zhǔn)確劑量率為124.4X1.03^128.1倫琴/分鐘。至此，本流程結(jié)束。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的自校正、多曲線擬合數(shù)字式劑量監(jiān)控方法，本發(fā)明還提供了一種如圖2所示的自校正、多曲線擬合數(shù)字式劑量監(jiān)控系統(tǒng)。該數(shù)字式劑量監(jiān)控系統(tǒng)包括兩組監(jiān)控通道，每一路監(jiān)控通道都包括安裝在直線加速器上的電離室、前置放大板和劑量監(jiān)控板，各路監(jiān)控通道的處理過程相通。下面針對一路監(jiān)控通道進(jìn)行描述。如圖2所示，電離室安裝在直線加速器上，且被分為兩部分，分別輸出第一信號和第二信號；其中，電離室1被分為左右兩部分，輸出左(L)信號和右(R)信號，電離室2被分為前后兩部分，輸出前(G)信號和后(T)信號。并且在電離室附近安裝的溫度傳感器輸出溫度信號，在電離室附近安裝的氣壓傳感器輸出氣壓信號，第一信號、第二信號、溫度信號和氣壓信號通過前置放大板的放大，輸出給劑量監(jiān)控板。如圖3所示，劑量監(jiān)控板包括箝位模塊、脈沖積分模塊、模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換模塊、同步脈沖差分模塊以及單片機(jī)(例如89C52)。其中，同步脈沖差分模塊將同步脈沖信號進(jìn)行差分處理后，送入脈沖積分模塊和單片機(jī)。第一信號和第二信號分別通過箝位模塊的箝位處理和脈沖積分模塊的脈沖積分處理后輸入ad轉(zhuǎn)換模塊，溫度信號和氣壓信號直接輸入AD轉(zhuǎn)換模塊。AD轉(zhuǎn)換模塊對第一信號、第二信號、溫度信號和氣壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)。單片機(jī)中記錄有電離室輸出信號分段與擬合函數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，該對應(yīng)關(guān)系的確定方式為預(yù)先采集不同劑量率射束照射下對應(yīng)的電離室輸出信號的大小，將采集的電離室輸出信號進(jìn)行分段，根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分段擬合，得到各電離室輸出信號分段的擬合函數(shù)，之后建立電離室輸出信號分段與擬合函數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系。其中，記錄的對應(yīng)關(guān)系可以具體為電離室輸出信號分段與擬合函數(shù)的參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，并約定分段與函數(shù)類型之間的關(guān)系。在實(shí)際監(jiān)控過程中，所述單片機(jī)接收來自模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的第一信號、第二信號、溫度信號和氣壓信號，將第一信號和第二信號相加，根據(jù)相加結(jié)果在自身記錄的所述對應(yīng)關(guān)系中查找到當(dāng)前電離室輸出信號所在分段，以及該所在分段對應(yīng)的擬合函數(shù)；采用得到的擬合函數(shù)計(jì)算電離室的當(dāng)前輸出信號對應(yīng)的當(dāng)前劑量率，再采用電離室的當(dāng)前工作溫度和大氣壓力對當(dāng)前劑量率進(jìn)行再次校正，得到精確的當(dāng)前劑量率。如圖2所示，劑量監(jiān)控板還根據(jù)第一信號和第二信號進(jìn)行比較，得到第一信號和第二信號之間的誤差，輸出到相應(yīng)的輸出導(dǎo)向電源。例如，L和R之間的誤差輸入到X輸出導(dǎo)向電源，X輸出導(dǎo)向電源根據(jù)LR之間的誤差控制束流照射電離室的位置，用以控制電離室1的左右對稱性。同理，T和G信號之間的誤差輸入到Y(jié)輸出導(dǎo)向電源，Y輸出導(dǎo)向電源根據(jù)TG之間的誤差控制束流照射電離室的位置，用以控制電離室2的左右對稱性。此外，劑量控制板進(jìn)一步向前置放大板發(fā)送能檔控制信號(能檔控制1和能檔控制0)，用于控制前置放大的倍數(shù)，不同能檔對應(yīng)不同的放大倍數(shù)。劑量監(jiān)控板處理后的劑量率值通過485總線輸入給后級的控制臺(tái)，控制臺(tái)上的工控機(jī)根據(jù)劑量率進(jìn)行控制處理。由于劑量率是根據(jù)多段擬合的函數(shù)計(jì)算得到，因此工控機(jī)可以根據(jù)精確的劑量率進(jìn)行控制，從而避免了控制上的大偏差。權(quán)利要求一種自校正、多曲線擬合數(shù)字式劑量監(jiān)控方法，其特征在于，該方法包括預(yù)先采集不同劑量率射束照射下對應(yīng)的電離室輸出信號的大小，將采集的電離室輸出信號進(jìn)行分段，根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分段擬合，得到各電離室輸出信號分段的擬合函數(shù)；記錄電離室輸出信號分段與擬合函數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系；在實(shí)際監(jiān)控過程中，采集當(dāng)前電離室的輸出信號，根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系，查找當(dāng)前電離室輸出信號所在分段，以及該所在分段對應(yīng)的擬合函數(shù)；采用得到的擬合函數(shù)計(jì)算當(dāng)前電離室的輸出信號對應(yīng)的當(dāng)前劑量率。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用得到的擬合函數(shù)計(jì)算當(dāng)前電離室的輸出信號對應(yīng)的當(dāng)前劑量率之后，該方法進(jìn)一步包括采用電離室的當(dāng)前工作溫度和大氣壓力對當(dāng)前劑量率進(jìn)行再次校正，得到精確的當(dāng)前劑量率。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述記錄電離室輸出信號分段與擬合函數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系為記錄電離室輸出信號與擬合函數(shù)的參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，約定各分段的函數(shù)類型；所述查找所述對應(yīng)關(guān)系，查找到當(dāng)前電離室輸出信號所在分段，以及該所在分段對應(yīng)的擬合函數(shù)為根據(jù)當(dāng)前電離室的輸出信號查找所述對應(yīng)關(guān)系，獲得當(dāng)前電離室輸出信號所在分段以及該所在分段對應(yīng)的擬合函數(shù)的參數(shù)，再根據(jù)獲得的擬合函數(shù)的參數(shù)以及預(yù)先約定的各分段的函數(shù)類型，組成擬合函數(shù)，將當(dāng)前電離室的輸出信號值代入擬合函數(shù)得到當(dāng)前劑量率。4.一種自校正、多曲線擬合數(shù)字式劑量監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括兩路監(jiān)控通道，每一路監(jiān)控通道都包括電離室、前置放大板和劑量監(jiān)控板；對于每一路監(jiān)控通道電離室被分為兩部分，分別輸出第一信號和第二信號；其中，其中一個(gè)電離室被分為左右兩部分，分別輸出左信號和右信號，另一個(gè)電離室被分為前后兩部分，輸出前信號和后信號；在電離室附近安裝的溫度傳感器輸出電離室的溫度信號、氣壓傳感器輸出電離室的氣壓信號；第一信號、第二信號、溫度信號和氣壓信號經(jīng)過前置放大板的放大輸入給劑量監(jiān)控板；劑量監(jiān)控板包括箝位模塊、脈沖積分模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、同步脈沖差分模塊以及單片機(jī)；所述同步脈沖差分模塊將同步脈沖信號進(jìn)行差分處理后，送入脈沖積分模塊和單片機(jī)；所述第一信號和第二信號分別通過箝位模塊的箝位處理和脈沖積分模塊的脈沖積分處理輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，溫度信號和氣壓信號輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對第一信號、第二信號、溫度信號和氣壓信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)；單片機(jī)記錄有電離室輸出信號分段與擬合函數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，該對應(yīng)關(guān)系的確定方式為預(yù)先采集不同劑量率射束照射下對應(yīng)的電離室輸出信號的大小，將采集的電離室輸出信號進(jìn)行分段，根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分段擬合，得到各電離室輸出信號分段的擬合函數(shù)，之后建立電離室輸出信號分段與擬合函數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系；在實(shí)際監(jiān)控過程中，所述單片機(jī)接收來自模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的第一信號、第二信號、溫度信號和氣壓信號，將第一信號和第二信號相加，根據(jù)相加結(jié)果在自身記錄的所述對應(yīng)關(guān)系中查找到當(dāng)前電離室輸出信號所在分段，以及該所在分段對應(yīng)的擬合函數(shù)；采用得到的擬合函數(shù)計(jì)算電離室的當(dāng)前輸出信號對應(yīng)的當(dāng)前劑量率，再采用電離室的當(dāng)前工作溫度和大氣壓力對當(dāng)前劑量率進(jìn)行再次校正，得到精確的當(dāng)前劑量率。全文摘要本發(fā)明公開了一種自校正、多曲線擬合數(shù)字式劑量監(jiān)控方法和系統(tǒng)，所述方法包括預(yù)先根據(jù)采集值進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，擬合函數(shù)為分段函數(shù)，從而建立起電離室輸出信號與實(shí)際劑量率的實(shí)際非線性對應(yīng)關(guān)系，并非簡單的線性關(guān)系，因此本發(fā)明的監(jiān)控系統(tǒng)能夠獲得精確的實(shí)際劑量率，即便在劑量率有較大變化的情況下，也不會(huì)產(chǎn)生監(jiān)控到的劑量與實(shí)際劑量之間的大偏差。文檔編號H05G1/26GK101797423SQ20101014379公開日2010年8月11日申請日期2010年4月12日優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日發(fā)明者吳建興,柘江,王小軍,王春波,薛小峰,鄧勇,高陽申請人:江蘇海明醫(yī)療器械有限公司