变革​性的​癌症​疗法​将​对​健康​组织​的​损害​降至​最低

Luigi Tremolada, SIDeA

"PXI​架构​的​灵活​性​与​LabVIEW​的​能力,​配合​NI RIO​解决​方案​的​卓越​性能,​使​我们​能够​控制​基于​强​子​疗法​的​后期​癌症​治疗​设施。"

- Luigi Tremolada, SIDeA

挑战:

最​彻底​地​摧毁​肿瘤​细胞,​最小​程度​地​损害​病人​健康​组织。

解决​方案:

运用​NI​技术​制订​具体​的、​精确​的​癌症​治疗、​强​子​治疗​或​质子​治疗​方式,​高速​粒子​束​直​指​深​层​癌​细胞。

 

约​90%​的​肿瘤​治疗​成功​案例​是​通过​外科​手术​和​放射性​治疗。​比较​常见​的​微​创​癌症​疗法,​化学​疗法​和​放射​疗法,​会对​人体​产生​破坏​性​作用。​使用​高速​粒子​束​是​开发​高效​靶​向​癌症​疗法​的​一步,​可​避免​损害​健康​组织。​当​癌症​发生​在​要害​器官​附近​时,​这​是​至​关​重要​的。​位于​Pavia​市​的​意大利​国家​肿瘤​强​子​疗法​中心​(CNAO)​正在​研究​此​项​技术。

 

根据​每​个​肿瘤​的​形成,​肿瘤​学家​们​必须​频繁​调整​粒子​束​的​物理​特性,​以​优​化​治疗​程序,​这​要求​提供​精确​的​控制​系统。​通过​将​高能​电离​粒子​精确​对准​目标​肿瘤,​目标​组织​周围​的​健康​组织​所​接受​的​能量​减少​了。

 

此​项​复杂​的​治疗​需要​近​300​台​联​网​设备​来​控制​机器​和​房间​进​出。​为了​确保​在​核​辐射​期间​安全​进​出​治疗​室,​人们​利用​NI LabVIEW FPGA​和​NI PXI​硬件​开发​了​一个​安全​联​锁​系统。​产生​并​控制​实际​粒子​束​的​系统​要求​将​Windows​用户​界面​与​基于​FPGA​的​实​时​控制​设备​相​连接。​LabVIEW​系统​设计​软件​将​这些​不同​的​计算​设备​集合​在​一个​开发​环境​中,​从而​简化​了​此​问题。


定​时​和​同步​对于​安全​地​产生​和​控制​粒子​束​至​关​重要。​为了​满足​苛刻​的​100µs​分辨​率​要求,​我们​使用​LabVIEW Real-​Time​模​块​和​PXI​开发​了​一个​独特​的​以太​网​消息​收​发​协议。​对于​更加​严格​的​50 ns​分辨​率​要求,​我们​采用​配备​专用​PXI​模​块​的​光纤​网络。


要​将​粒子​束​指向​肿瘤,​系统​需要​先​准备​产生​粒子​束,​然后​测量​并​控制​粒子​束​的​强度​和​位置,​同时​将​粒子​束​均匀​地​射到​肿瘤​上。​这些​系统​采用​LabVIEW​和​实​时​NI PXI​及​NI CompactRIO FPGA​硬件​来​开发,​每​微秒​测量​粒子​束​的​强度​一次,​并且​每​100-200 µs​测量​粒子​束​的​位置​一次。

 

作者​信息:

Luigi Tremolada
SIDeA
eng@sidea.it

Figure 1. ​ ​Overview of the Synchrotron ​
Figure 2. ​ ​Particle Physicist Marco Pullia Discussing how the Synchrotron Works ​
Figure 3. ​ ​The PXI System that Helps Control the Synchrotron ​
Figure 4. ​ ​PXI Systems in the Power Supply Room ​
Figure 5. ​ ​LabVIEW in Use in The Control Room ​
Figure 6. ​ ​The Patient Treatment Room ​
Figure 7. ​ ​A Doctor Working in the Patient Treatment Room ​