本發(fā)明涉及電子直線加速器，尤其涉及超高劑量率電子線劑量控制系統(tǒng)、方法及相關設備。

背景技術：

1、在放射治療領域，確保治療精確性始終是重中之重。當前，精準放射治療技術雖已廣泛應用，但仍面臨瓶頸，即受限于正常組織耐受劑量，難以達成腫瘤治療的最佳效果。而閃光放射治療(flash-rt)作為一種新興技術，以超高劑量率射束(uhdr)進行照射，有望在顯著降低正常組織輻射損傷的同時，最大程度地實現(xiàn)腫瘤治療目標。

2、目前，常規(guī)加速器放射治療所采用的劑量率一般處于600cgy/min(即0.1gy/s)，主要借助電離室進行劑量采樣監(jiān)測與中斷控制。然而，閃光放射治療的劑量率卻遠高于此，高達40gy/s以上，是普通治療劑量率的數(shù)百倍。在該治療過程中，劑量通常在10至12gy左右，出束時間極短，僅零點幾秒。這就導致在如此短暫的時間內，單位時間產生的離子對數(shù)量極為龐大。

3、大量離子的積聚引發(fā)了一系列問題。一方面，新生成的離子對過于密集，正離子與電子在抵達電極之前可能會重新結合，致使被收集到的電荷量減少，進而使讀數(shù)低于實際劑量。另一方面，大量離子在電離室內積聚，改變了電離室內部的電場分布，影響了離子向電極的遷移路徑與速度，不僅進一步降低了收集效率，還可能引發(fā)非線性的響應特性，使得電離室輸出的電流不再與入射輻射劑量成正比關系。最終，一般加速器所使用的平板電離室在超高劑量率下無法實現(xiàn)線性響應，其輸出電流達到上限值后便不再隨劑量率的增加而增大，即出現(xiàn)電流信號飽和現(xiàn)象，故而無法用于對超高劑量率的射線進行劑量率監(jiān)測。

技術實現(xiàn)思路

1、基于上述問題，本發(fā)明提供超高劑量率電子線劑量控制系統(tǒng)、方法及相關設備，通過使用脈沖產生、獨立監(jiān)測、采樣和中斷電路，以及動態(tài)調整劑量方案并通過劑量方案直接控制出束，確保了在極高劑量率下的劑量控制精度和可靠性，同時提供了更高的安全性和操作靈活性。

2、本發(fā)明的目的采用以下技術方案實現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供超高劑量率電子線劑量控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

4、脈沖產生模塊，用于產生脈沖束流；

5、脈沖監(jiān)測模塊，用于監(jiān)測脈沖束流數(shù)量并傳輸至劑量控制模塊；

6、脈沖束流采樣模塊，用于采集脈沖束流劑量并傳輸給所述劑量控制模塊；

7、劑量控制模塊，用于根據(jù)所述脈沖束流數(shù)量、脈沖束流劑量以及劑量方案對脈沖束流進行出束控制，所述出束控制包括控制束流脈沖周期、頻率以及脈沖劑量，以及停止出束；其中，通過劑量方案設置模塊設置所述劑量方案。

8、優(yōu)選地，所述脈沖產生模塊包括高壓脈沖調制器和電子槍脈沖束流調制器；所述高壓脈沖調制器產生脈沖式的高壓，微波源根據(jù)脈沖高壓輸出脈沖微波；所述電子槍脈沖束流調制器用于產生脈沖電子束流；

9、所述脈沖監(jiān)測模塊包括第一脈沖監(jiān)測單元和第二脈沖監(jiān)測單元，所述第一脈沖監(jiān)測單元連接所述高壓脈沖調制器，所述第二脈沖監(jiān)測單元連接所述電子槍脈沖束流調制器；

10、所述第一脈沖監(jiān)測單元和第二脈沖監(jiān)測單元對所述脈沖束流數(shù)量進行同步采樣；

11、所述脈沖束流采樣模塊與所述脈沖監(jiān)測單元同步，進行脈沖束流劑量采樣。

12、優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括中斷電路，所述中斷電路包括第一中斷電路和第二中斷電路；所述第一中斷電路連接所述高壓脈沖調制器；所述第二中斷電路連接所述電子槍脈沖束流調制器；

13、通過所述中斷電路對所述電子槍脈沖束流調制器和高壓脈沖調制器同步中斷，停止出束。

14、優(yōu)選地，所述劑量控制模塊接收脈沖監(jiān)測模塊信號以及脈沖束流采樣信號，對所述脈沖監(jiān)測模塊信號、脈沖束流采樣信號進行處理，將電信號轉換成數(shù)字信號，從而獲得出束劑量，所述劑量控制模塊接收所述劑量方案設置模塊的劑量方案、并根據(jù)所述劑量方案控制出束劑量，若實際累計出束劑量到達預設劑量，則發(fā)出中斷信號給所述中斷電路。

15、優(yōu)選地，所述劑量方案包括脈沖劑量、輸出脈沖數(shù)量以及脈沖頻率；所述劑量方案的獲取方法包括：

16、通過預設劑量和脈沖劑量，確定脈沖數(shù)量；

17、根據(jù)所述脈沖數(shù)量，確定是否直接輸出該劑量方案，或進行脈沖調整以及輸出不完全動態(tài)劑量方案，所述脈沖調整包括第一調整和第二調整，所述第一調整為調整所述脈沖劑量；所述第二調整為調整脈沖頻率。

18、優(yōu)選地，所述根據(jù)所述脈沖數(shù)量，確定是否直接輸出該劑量方案，或進行脈沖調整以及輸出不完全動態(tài)劑量方案，包括：

19、若所述脈沖數(shù)量為整數(shù)，則直接輸出該劑量方案；

20、若所述脈沖數(shù)量不為整數(shù)，則進行第一調整，使脈沖數(shù)量為整數(shù)，并判斷平均劑量率是否滿足目標劑量率范圍；根據(jù)判定結果確定是否直接輸出第一調整后的劑量方案或繼續(xù)調整脈沖設置，其中，所述平均劑量率為脈沖劑量與脈沖頻率的乘積。

21、優(yōu)選地，所述根據(jù)判定結果確定是否直接輸出第一調整后的劑量方案或繼續(xù)調整脈沖設置；包括：

22、若所述平均劑量率滿足所述目標劑量率范圍，則輸出第一調整后的劑量方案；

23、若所述平均劑量率不滿足所述目標劑量率范圍，則進行第二調整，使脈沖數(shù)量為整數(shù)，并再次判斷平均劑量率是否滿足目標劑量率范圍；若是，則輸出第二調整后的劑量方案；

24、若否，則輸出不完全動態(tài)劑量方案。

25、優(yōu)選地，所述不完全動態(tài)劑量方案包括：

26、通過所述第二調整，獲得第二調整后的脈沖數(shù)量n2；

27、將前n2-1個脈沖束流按照第二次調整后的脈沖劑量進行輸出；

28、對第n2個脈沖劑量進行動態(tài)調整，使得第n2個脈沖劑量為預設劑量與前n2-1個脈沖束流總劑量的差值。

29、第二方面，本發(fā)明提供超高劑量率電子線劑量控制方法，所述方法包括：

30、通過預設劑量獲取劑量方案；所述劑量方案包括脈沖劑量、輸出脈沖數(shù)量以及脈沖頻率；

31、根據(jù)所述劑量方案，通過劑量控制單元對脈沖束流進行出束控制，所述出束控制包括控制束流脈沖周期、頻率以及脈沖劑量，以及停止出束。

32、優(yōu)選地，所述通過預設劑量獲取劑量方案；包括：

33、通過預設劑量和脈沖劑量，確定脈沖數(shù)量；

34、根據(jù)所述脈沖數(shù)量，確定是否直接輸出該劑量方案，或進行脈沖調整以及輸出不完全動態(tài)劑量方案，所述脈沖調整包括第一調整和第二調整，所述第一調整為調整所述脈沖劑量；所述第二調整為調整脈沖頻率。

35、優(yōu)選地，所述根據(jù)所述脈沖數(shù)量，確定是否直接輸出該劑量方案，或進行脈沖調整以及輸出不完全動態(tài)劑量方案；包括：

36、若所述脈沖數(shù)量為整數(shù)，則直接輸出該劑量方案；

37、若所述脈沖數(shù)量不為整數(shù)，則進行第一調整，使脈沖數(shù)量為整數(shù)，并判斷平均劑量率是否滿足目標劑量率范圍；根據(jù)判定結果確定是否直接輸出第一調整后的劑量方案或繼續(xù)調整脈沖設置，其中，所述平均劑量率為脈沖劑量與脈沖頻率的乘積。

38、優(yōu)選地，所述根據(jù)判定結果確定是否直接輸出第一調整后的劑量方案或繼續(xù)調整脈沖設置；包括：

39、若所述平均劑量率滿足所述目標劑量率范圍，則輸出第一調整后的劑量方案；

40、若所述平均劑量率不滿足所述目標劑量率范圍，則進行第二調整，使脈沖數(shù)量為整數(shù)，并再次判斷平均劑量率是否滿足目標劑量率范圍；若是，則輸出第二調整后的劑量方案；

41、若否，則輸出不完全動態(tài)劑量方案。

42、優(yōu)選地，所述不完全動態(tài)劑量方案包括：

43、通過所述第二調整，獲得第二調整后的脈沖數(shù)量n2；

44、將前n2-1個脈沖束流按照第二次調整后的脈沖劑量進行輸出；

45、對第n2個脈沖劑量進行動態(tài)調整，使得第n2個脈沖劑量為預設劑量與前n2-1個脈沖束流總劑量的差值。

46、第三方面，本發(fā)明提供一種治療系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

47、放射治療裝置，用于通過治療計劃對患者進行放射治療；

48、本發(fā)明任一所述超高劑量率電子線劑量控制系統(tǒng)，用于對放射治療的粒子出束劑量進行控制。

49、第四方面，本發(fā)明提供一種電子設備，所述電子設備包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)本發(fā)明前述方法的步驟或本發(fā)明所述裝置的功能。

50、第五方面，本發(fā)明提供一種計算機可讀存儲介質，所述存儲介質存儲計算機指令，當計算機讀取所述計算機指令時，所述計算機執(zhí)行本發(fā)明前述方法的步驟。

51、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果至少包括：本發(fā)明采用劑量方案模塊對預設劑量進行精確分割，提供了常規(guī)劑量方案和不完全動態(tài)調整方案兩種輸出方式；不僅使得劑量分配更加靈活，而且根據(jù)實際情況調整劑量輸出，確保了治療過程中的劑量控制既可靠又穩(wěn)定。在劑量輸出過程中，通過劑量檢測單元實時監(jiān)測醫(yī)用加速器的輸出劑量，并與累計脈沖劑量進行對比，必要時，系統(tǒng)可以動態(tài)調整最終脈沖劑量(dplast)，以確?？倓┝繙蚀_無誤地達到預設值，這種機制提高了劑量測量的精確度和系統(tǒng)的可靠性，電子槍脈沖束流調制器的中斷電路與高壓脈沖調制器的中斷電路是獨立工作的，兩者之間相互隔離，不會互相影響，同時，兩個單獨的監(jiān)測系統(tǒng)同步工作，提供了一層額外的安全保障，增強了整個系統(tǒng)的安全性。中斷電路采用了高速光耦技術，能夠以高達1mbit/s的速度進行開關操作，其響應時間可短至1微秒(μs)。這種高速響應特性保證了在需要立即停止出束的情況下，系統(tǒng)能夠迅速作出反應，從而進一步提升了系統(tǒng)的安全性和可靠性?？梢愿鶕?jù)預設劑量自動計算所需的脈沖數(shù)量，并根據(jù)實際脈沖數(shù)量是否為整數(shù)來進行必要的調整。如果平均劑量率不符合目標范圍，則會繼續(xù)調整直至滿足要求或采用不完全動態(tài)劑量方案，保證了治療計劃的靈活性和自適應性。