阅读说明：本技术 一种主动变能点扫描电源的快响应扫描控制系统及方法 (Fast response scanning control system and method of active variable energy point scanning power supply ) 是由 赵江 高大庆 周忠祖 申万增 燕宏斌 张华剑 黄玉珍 闫怀海 于俊英 李继强 崔 于 2020-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种主动变能点扫描电源的快响应扫描控制系统及方法,其特征在于,该快响应扫描控制系统包括AD板、快连锁接口板、状态板、FPGA控制器和PWM背板；AD板用于获取主动变能点扫描电源中每一支路的反馈电流；快连锁接口板用于接收治疗终端发送的快连锁信号；状态板用于判断主动变能点扫描电源内部是否发生故障,如果发生故障则实时反馈故障信号至所述FPGA控制器；FPGA控制器用于实时监测并确定主动变能点扫描电源的输出电流控制信号；PWM背板用于FPGA控制器实时确定的输出电流控制信号,实时产生多路PWM光信号,并发送至主动变能点扫描电源,本发明可以广泛应用于离子加速器领域中。(The invention relates to a fast response scanning control system and a method of an active energy point-changing scanning power supply, which are characterized in that the fast response scanning control system comprises an AD board, a fast interlocking interface board, a state board, an FPGA controller and a PWM back board; the AD board is used for acquiring the feedback current of each branch in the active energy-changing point scanning power supply; the quick-chain interface board is used for receiving quick-chain signals sent by the treatment terminal; the state board is used for judging whether the interior of the active energy-changing point scanning power supply fails or not, and if the interior of the active energy-changing point scanning power supply fails, a fault signal is fed back to the FPGA controller in real time; the FPGA controller is used for monitoring and determining an output current control signal of the active variable energy point scanning power supply in real time; the PWM backboard is used for outputting current control signals determined by the FPGA controller in real time, generating multi-path PWM optical signals in real time and sending the multi-path PWM optical signals to the active energy-changing point scanning power supply.)

一种主动变能点扫描电源的快响应扫描控制系统及方法

技术领域

本发明是关于一种主动变能点扫描电源的快响应扫描控制系统及方法，属于离子加速器领域。

背景技术

离子加速器治疗装置是一种利用离子射线进行放疗的大型放疗仪器，带电离子经过同步加速器加速到一定的能量被引出射入到人体，在到达肿瘤病灶前，射线能量释放不多，但是在到达病灶后，会瞬间释放大量的能量，形成“布拉格”能量的脉冲峰。整个照射过程类似于对肿瘤的“立体定向***”，能够对肿瘤病灶进行强有力的射杀，同时又避开照射正常组织，实现疗效的最大化。束流配送系统是实现离子束放射治疗的硬件设施，同时也是离子加速器治疗装置的重要组成部分，包括束流的配送、监测、调试、准直和计量监测等。束流配送系统将加速后的束流引至治疗终端，然后通过控制扫描电源产生扫描磁场来引导束流对肿瘤进行治疗。目前，离子束应用于肿瘤临床治疗的束流配方式主要包括被动式束流配送和主动式变能束流配送两种。在被动式束流配送系统中，加速器提供固定能量的束流，在束流通过的路径上放置射程位移器，从而改变离子束能量以达到不同的入射深度，同时将束流横向扩展得到较大的照射野，利用准直器截取照射野进行实时照射治疗；在主动式的束流配送系统中，加速器主动改变离子的能量,从而改变离子束入射深度，同时利用磁扫描系统引导笔形束(pencil beam)对肿瘤靶区进行适形或调强照射治疗。相对被动均匀扫描而言，主动变能点扫描是一种精确扫描，对束流及束流配送系统设备的要求较高。主动变能点扫描电源是实现主动变能点扫描的关键设备，主动变能点扫描电源的主要作用是实时产生所需的励磁电流，以快速引导束流到达既定的位置。如果采用模拟电源方案，则通过实时改变电流给定基准电压控制扫描过程，这样扫描过程主要由外部控制器改变模拟给定基准来完成控制过程，但是这种控制方法的可靠性、实时性、灵活性有限。随着数字技术的发展，数字扫描电源逐渐取代模拟扫描电源。

主动扫描电源控制器的硬件、数据通信、软件和控制策略等应该保持快速、实时、可靠地工作，如果扫描过程中出现异常出现，扫描过程就会停止，这不但会影响治疗效果，而且扫描过程也不容易恢复，最终会影响点扫描的治疗效率。因此，扫描电源的控制应该尽可能减少故障率，提高可靠性，这也是扫描电源控制方法中的一个难点。主动扫描电源的故障发生时，如何快速有效地并实时通知治疗终端控制系统是点扫描电源控制过程中的关键且有难度的问题。主动扫描治疗过程具有严格的治疗顺序，首先医生根据治疗处方将肿瘤划分为多层进行照射治疗，先治疗最外层，然后依次往最近层治疗。因为肿瘤一般是不规则形状，每层的治疗数据不同，所以电源需要接收多个层的位置电流数据，产生约束磁场引导束流在每层精确到达既定的位置。如果发生故障，电源应该确保对治疗的状态的实时保存，并实时通知终端扫描控制系统，以便系统能够重新恢复到治疗状态。治疗过程中，电源控制器应该与终端治疗系统实时保持通信，以确保治疗过程安全可靠。这对电源控制器的硬件、软件的可靠性设计要求很高，因此，主动扫描电源控制器在满足功能的同时更要考虑运行的可靠性。

主动扫描治疗是一种精确性扫描，通常用于治疗无法用手完成的且无法切除治疗的肿瘤，例如脑、肝、肺、***等部位的肿瘤，这些部位对人体来说非常重要，在治疗过程中对正常组织的损伤减少到最小是非常重要的。主动扫描电源是治疗过程中控制束流位置的关键设备，如果主动扫描电源在治疗过程中发生异常，或电流位置发生较大误差，或者电源输出电流的响应时间变长均会使束流的治疗位置发生偏转，严重情况下会损伤正常组织的细胞，这将对治疗患者产生较大的损害，导致治疗的失败。因此，主动扫描电源的扫描控制方法在重离子肿瘤治疗装置中具有非常关键的作用。然而，现有技术中并没有切实可行的主动扫描电源的扫描控制方法，以确保离子加速器治疗装置能够灵活、可靠、安全地完成主动扫描治疗。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够确保离子加速器治疗装置灵活、可靠、安全地完成主动扫描治疗的主动变能点扫描电源的快响应扫描控制系统及方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种主动变能点扫描电源的快响应扫描控制系统，该快响应扫描控制系统包括AD板、快连锁接口板、状态板、FPGA控制器和PWM背板；所述AD板用于获取主动变能点扫描电源中每一支路的反馈电流；所述快连锁接口板用于接收治疗终端发送的快连锁信号以及向治疗终端反馈主动变能点扫描电源的快连锁运行状态；所述状态板用于将快连锁信号与反馈电流进行实时同步；以及根据主动变能点扫描电源内部的电路传感器反馈的状态信号，判断主动变能点扫描电源内部是否发生故障，如果发生故障则实时反馈故障信号至所述FPGA控制器；所述FPGA控制器用于接收治疗终端一次性发送的主动扫描要求和待扫描物体的多层治疗数据，当接收到治疗终端发送的换点或换层事例时，根据主动扫描要求、待扫描物体的多层治疗数据、换点或换层事例、快连锁信号、故障信号和所述状态板的实时同步结果，实时监测并确定主动变能点扫描电源的输出电流控制信号；所述PWM背板用于根据所述FPGA控制器实时确定的输出电流控制信号，实时产生多路PWM光信号，并发送至主动变能点扫描电源，以控制主动变能点扫描电源的主电路，实现对待扫描物体的换层控制和换点控制。

进一步地，所述快连锁信号包括连锁电平信号和换点脉冲信号，连锁电平信号用于对治疗过程的安全连锁控制，换点脉冲信号用于控制治疗过程中电流值的实时切换。

进一步地，主动扫描要求包括治疗启动位置、治疗结束位置、治疗暂停和治疗恢复，待扫描物体的多层治疗数据包括待扫描物体每一层治疗的位置电流数据、点数、层数和换层数据。

进一步地，所述FPGA控制器包括底板、FPGA核心控制板和EPCS芯片，其中，所述FPGA核心控制板的片上系统包括第一CPU、第二CPU、换层控制器、主动点扫描控制模块、电流复合调节器、EPCS控制器、FLASH控制器、UART控制器、定时器控制器和以太网控制器；所述底板上设置有光纤接口以及所述状态板、快连锁接口板、PWM背板和FPGA核心控制板；所述第一CPU用于通过以太网接口接收并存储治疗终端一次性发送的主动扫描要求和待扫描物体的多层治疗数据，根据所述换层控制器发送的硬件信号中指示的待扫描物体的层号和主动扫描要求，对多层治疗数据进行选择，并发送至所述第二CPU；通过所述快连锁接口板向治疗终端反馈主动变能点扫描电源的快连锁运行状态；将治疗终端发送的开关机或故障复位命令发送至所述状态板；接收所述第二CPU反馈的输出电流控制信号；所述第二CPU用于根据快连锁信号中的换点脉冲信号，从所选层的治疗数据中选择某一治疗数据值，并发送至所述电流复合调节器；以及根据所述状态板的实时同步结果，实时监测输出电流控制信号并发送至所述第一CPU；所述换层控制器用于通过所述光纤接口接收治疗终端发送的换点或换层事例，产生硬件信号，并发送至所述第一CPU；所述主动点扫描控制模块用于根据预先设定的连锁要求、快连锁信号中的连锁电平信号和所述状态板发送的故障信号，对所述电流复合调节器电流控制信号的输出进行实时控制；所述电流复合调节器用于根据预先设定的输出电流阈值、治疗数据值、快连锁信号中的换点脉冲信号以及所述主动点扫描控制模块的控制信号，反馈调节输出电流控制信号；所述EPCS控制器用于控制所述EPCS芯片的工作；所述FLASH控制器用于存储所述第一CPU和第二CPU所使用的应用程序代码；所述UART控制器用于实现所述状态板与FPGA核心控制板之间的数据通信；所述定时器控制器用于对所述第一CPU和第二CPU所使用的应用程序进行定时控制；所述以太网控制器用于提供所述FPGA核心控制板上的以太网接口。

进一步地，所述电流复合调节器包括电流反馈调节模块和换点加速器模块，其中，所述电流反馈调节模块内设置有并行处理的滤波单元、限幅单元、PI调节器和PWM输出单元；所述滤波单元用于对所述第二CPU实时监测的输出电流控制信号进行滤波；所述限幅单元用于根据预先设定的输出电流阈值和滤波后的输出电流控制信号，对超出输出电流阈值的输出电流控制信号进行限制；所述PI调节器用于对没有超出输出电流阈值的输出电流控制信号进行比例积分调节；所述PWM输出单元用于根据比例积分调节后的输出电流控制信号，确定主动变能点扫描电源的输出电流控制信号；所述换点加速器模块用于根据快连锁信号中的换点脉冲信号触发工作，在换点时刻，对输出电流控制信号进行预加重。

进一步地，所述AD板设置有9路数据采集通道，其中，8路数据采集通道为12bit、100Kbps的低精度通道，用于电压反馈和实时保护；1路数据采集通道为18bit、500Kbps的高精度通道，用于输出电流反馈。

进一步地，所述FPGA核心控制板采用Intel公司的可嵌入SoC的FPGA核心控制板。

一种主动变能点扫描电源的快响应扫描控制方法，包括以下内容：1)快连锁接口板接收治疗终端发送的快连锁信号并发送至状态板和FPGA控制器，同时，快连锁接口板向治疗终端反馈主动变能点扫描电源的快连锁状态；2)AD板获取主动变能点扫描电源中每一支路的反馈电流，并发送至FPGA控制器；3)状态板将快连锁信号与AD板获取的反馈电流进行实时同步；4)状态板根据主动变能点扫描电源内部的电路传感器反馈的状态信号，判断主动变能点扫描电源内部是否发生故障，如果发生故障，则实时反馈故障信号至FPGA控制器；5)FPGA控制器接收治疗终端一次性发送的主动扫描要求和待扫描物体的多层治疗数据，当接收到治疗终端发送的换点或换层事例时，根据主动扫描要求、待扫描物体的多层治疗数据、换点或换层事例、快连锁信号、故障信号和状态板的实时同步结果，实时监测并确定主动变能点扫描电源的输出电流控制信号；6)PWM背板根据FPGA控制器实时确定的输出电流控制信号，实时产生多路PWM光信号，并发送至主动变能点扫描电源，以控制主动变能点扫描电源的主电路，实现对待扫描物体的换层控制和换点控制。

进一步地，所述步骤5)的具体过程为：5.1)第一CPU通过以太网接口接收并存储治疗终端一次性发送的主动扫描要求和治疗数据；5.2)换层控制器通过光纤接口接收治疗终端发送的换点或换层事例，产生硬件信号，并发送至第一CPU；5.3)第一CPU根据硬件信号中指示的待扫描物体的层号和主动扫描要求，对多层治疗数据进行选择，并发送至第二CPU；5.4)第二CPU根据快连锁信号中的换点脉冲信号，从所选层的治疗数据中选择某一治疗数据值，并发送至电流复合调节器；5.5)同时，第二CPU根据状态板的实时同步结果，实时监测输出电流控制信号并反馈至第一CPU；5.6)主动点扫描控制模块根据预先设定的连锁要求、快连锁信号中的连锁电平信号和状态板发送的故障信号，对电流复合调节器电流控制信号的输出进行实时控制；5.7)电流复合调节器根据预先设定的输出电流阈值、治疗数据值、快连锁信号中的换点脉冲信号以及主动点扫描控制模块的控制信号，反馈调节输出电流控制信号；5.8)第一CPU将主动变能点扫描电源的快连锁运行状态通过快连锁接口板发送至治疗终端。

进一步地，所述步骤6)的具体过程为：PWM背板根据FPGA控制器实时确定的输出电流控制信号，实时产生得到16路PWM光信号，并发送至主动变能点扫描电源主电路中IGBT的驱动电路，作为IGBT的驱动电路开关的控制信号，该PWM光信号为一组存在时序关系的数字信号，当为高电平，IGBT打开；当为低电平时，IGBT关闭。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明由于设置有FPGA(现场可编程门阵列)控制器，通过控制主动变能点扫描电源，能够有效实现主动点扫描治疗装置的精准治疗，满足治疗终端对主动变能点扫描电源的可靠性、安全性和实时性控制需求。

2、主动变能点扫描电源的状态对主动点扫描治疗装置的主动扫描过程有重要影响，本发明由于设置有状态板，能够实时交互信号，特别是在治疗过程中如果主动变能点扫描电源自身发生故障，能够将故障快速且实时地上传。

3、主动变能点扫描电源的主电路采用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的H桥多级串结构，结构复杂，通过倍频的方式以提高电源的响应速度，因此需要多路PWM(脉冲宽度调制)完成主电路的控制，本发明由于设置有PWM背板，提供16路PWM光信号，能够完成主动变能点扫描电源主电路的控制，提高PWM信号的可靠性。

4、快连锁信号的实时性是治疗过程中保证电流换点安全可靠的有效手段，本发明中，治疗终端发送的快连锁信号经快连锁接口板转接至FPGA控制器，状态板对快连锁接口板的快连锁信号和AD板获取的反馈电流进行实时同步，能够有效保证换点的安全可靠，同时，本发明能够迅速有效地向治疗终端反馈主动变能点扫描电源的运行状态，这对治疗的安全性、可靠性起到重要作用。

5、本发明FPGA控制器的FPGA核心控制板中由于设置有第一CPU和第二CPU，使得换层和换点均通过光纤接口独立控制，且治疗终端一次性下发多层治疗数据，然后发送换点或换层事例选择下一层治疗数据，最后再接收换点脉冲信号进行单层治疗，直至所有层治疗完毕，这种数据传输、换层、换点方式，能够减小治疗数据的下发次数，提高治疗过程的可靠性。

6、本发明中，治疗终端通过一次性下发符合要求的待扫描物体的多层治疗数据和主动扫描要求，可以输出三角波等周期性电流波形，实现扫描方式的主动被动模式切换，从而使得单个终端具备主动、被动治疗能力，可以广泛应用于离子加速器领域中。

附图说明

图1是主动扫描治疗的工作原理示意图；

图2是本发明系统的结构示意图；

图3是本发明系统中FPGA控制器的结构示意图；

图4是本发明FPGA控制器中FPGA核心控制板片上系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

由于本发明提出的主动变能点扫描电源的快响应扫描控制系统及方法涉及到主动点扫描治疗装置和主动变能点扫描电源等的相关内容，下面对相关内容进行介绍，以便本领域技术人员对本发明的内容更加清楚。

主动点扫描治疗装置的工作原理如图1所示，主要根据治疗处方对肿瘤(tumor)进行治疗，束流(beam)通过垂直扫描磁铁(vertical sweep magnet)和水平扫描磁铁(horizontal sweep magnet)产生的实时变化磁场约束束流在束流截面的x、y方向快速移动进行扫描治疗。首先对最外层的束流进行治疗，然后再依次从外向里(last slice Emin至first slice Emax)治疗。主动变能点扫描电源负责为垂直扫描磁铁和水平扫描磁铁提供快速变化的励磁电流，产生定位磁场，从而扫描约束束斑在治疗照射野平面上快速移动以完成治疗。

主动变能点扫描电源要求在很短的时间内切换电流，且每一电流值保持时间均很短，通常为几个毫秒，于此同时还需保证电流具有一定的稳定度，这对电源电流调节器要求较高。由于主动变能点扫描电源的负载电感大且电阻小，而大多数情况下，点与点位置电流的相对变化较小，如果采用常规控制算法进行调节，换点时间相对较长。对算法进行优化，明显可以提高点扫描的换点时间。因此，本发明对电流调节器滤波、上升时间等环节进行优化，以保证换点的实时性和准确性。

主动扫描的过程是治疗终端多个连锁信号与扫描电源交互的过程。通常，主动变能点扫描电源根据来自终端的换点脉冲信号进行电流的切换。治疗过程中需要调整能量时，也需通过来自终端的光纤控制信号来实时控制主动变能点扫描电源的控制器进行换层。整个换层、换点过程具有严格的时序控制，这些都是点扫描控制需要考虑的问题。本发明通过在FPGA(现场可编程门阵列)核心控制板内设置主动点扫描控制模块完成换层、换点、连锁等对电流的实时控制功能，保证电流按照治疗终端主动扫描要求完成整个主动扫描治疗过程。

基于上述说明，如图2所示，本发明提供的主动变能点扫描电源的快响应扫描控制系统包括AD(模数转换)板1、快连锁接口板2、状态板3、FPGA控制器4和PWM背板5。

AD板1用于获取主动变能点扫描电源中每一支路的反馈电流和电压，并发送至FPGA控制器4，以便对电流进行实时反馈调节和监控，从而保证输出电流的快速性和精确性。

快连锁接口板2用于接收治疗终端发送的快连锁信号，其中，快连锁信号包括连锁电平信号和换点脉冲信号，连锁电平信号用于对治疗过程的安全连锁控制，换点脉冲信号用于控制治疗过程中电流值的实时切换。

状态板3用于将快连锁信号与AD板1获取的反馈电流进行实时同步，以确保在发生故障连锁时对主动变能点扫描电源的电流进行有效控制；根据主动变能点扫描电源内部的电路传感器反馈的状态信号，判断主动变能点扫描电源内部是否发生由电路硬件造成的故障，如果发生故障，则实时反馈故障信号至FPGA控制器4；以及根据治疗终端发送的命令，控制主动变能点扫描电源的开关机或故障复位。

FPGA控制器4用于通过以太网接口接收治疗终端一次性发送的主动扫描要求和待扫描物体的多层治疗数据，当接收到治疗终端通过光纤接口发送的换点或换层事例时，根据主动扫描要求、待扫描物体的多层治疗数据、换点或换层事例、快连锁信号、故障信号和状态板3的实时同步结果，实时监测并确定主动变能点扫描电源的输出电流控制信号；以及将主动变能点扫描电源的快连锁运行状态通过快连锁接口板2发送至治疗终端，其中，主动扫描要求包括治疗启动位置、治疗结束位置、治疗暂停和治疗恢复等控制要求，待扫描物体的多层治疗数据包括待扫描物体每一层治疗的位置电流数据、点数、层数和换层数据等。

PWM背板5用于根据FPGA控制器4实时确定的输出电流控制信号，实时产生16路PWM光信号，并发送至主动变能点扫描电源，以控制主动变能点扫描电源的主电路，实现对待扫描物体的换层控制和换点控制，其中，主动变能点扫描电源的主电路为IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的串并结构。

在一个优选的实施例中，如图3、图4所示，FPGA控制器4包括底板41、FPGA核心控制板42和EPCS(串行存储器)芯片，其中，FPGA核心控制板42的片上系统包括第一CPU420、第二CPU421、换层控制器422、主动点扫描控制模块423、电流复合调节器424、EPCS控制器425、FLASH(闪存)控制器426、UART(通用异步收发传输器)控制器427、定时器控制器428和以太网控制器429。

底板41上设置有Max485接口、96针总线接口、以太网接口、光纤接口和FPGA核心控制板42，Max485接口通过SPI总线连接状态板3，96针总线接口通过SPI总线连接PWM背板5和快连锁接口板2，以太网接口连接治疗终端，用于接收主动扫描要求和待扫描物体的多层治疗数据，光纤接口连接治疗终端，用于接收换点或换层事例，FPGA核心控制板42还通过SPI总线连接AD板1。

第一CPU420用于通过以太网接口接收并存储治疗终端一次性发送的主动扫描要求和待扫描物体的多层治疗数据，根据换层控制器422发送的硬件信号中指示的待扫描物体的层号和主动扫描要求，对多层治疗数据进行选择，并发送至第二CPU421；通过快连锁接口板2向治疗终端反馈主动变能点扫描电源的快连锁运行状态；将治疗终端发送的开关机或故障复位命令发送至状态板3；以及接收第二CPU421反馈的电流复合调节器424的输出电流控制信号。

第二CPU421用于根据快连锁信号中的换点脉冲信号，从所选层的治疗数据中选择某一治疗数据值，并发送至电流复合调节器424；以及根据状态板3的实时同步结果，实时监测电流复合调节器424的输出电流控制信号并发送至第一CPU420，对换点过程的电流变化进行实时反馈。

换层控制器422用于通过光纤接口接收治疗终端发送的换点或换层事例，产生硬件信号，并发送至第一CPU420，以中断选择下一层的治疗数据，准备治疗下一层。

主动点扫描控制模块423用于根据预先设定的连锁要求、快连锁信号中的连锁电平信号和状态板3发送的故障信号，对电流复合调节器424电流控制信号的输出进行实时控制，以保证足够的实时性。

电流复合调节器424用于根据预先设定的输出电流阈值、治疗数据值、快连锁信号中的换点脉冲信号以及主动点扫描控制模块423的控制信号，反馈调节输出电流控制信号，保证输出电流达到所需的精度、响应速度和稳定度，以满足主动点扫描治疗装置实时扫描的特殊要求。

EPCS芯片用于存储FPGA核心控制板42电路的配置文件，其中，配置文件由硬件描述语言编写，编译后存储至EPCS芯片，当FPGA核心控制板42通电后，电路结构首先从EPCS芯片读入FPGA核心控制板42，完成对FPGA核心控制板42的电路配置。

EPCS控制器425用于控制EPCS芯片的工作。

FLASH控制器426用于存储第一CPU420和第二CPU421所使用的应用程序代码。

UART控制器427用于实现状态板3与FPGA核心控制板42之间的数据通信。

定时器控制器428用于对第一CPU420和第二CPU421所使用的应用程序进行定时控制。

以太网控制器429用于提供FPGA核心控制板上的以太网接口，以进行数据传输和状态反馈等通信。

在一个优选的实施例中，电流复合调节器424包括电流反馈调节模块和换点加速器模块，其中，电流反馈调节模块内设置有并行处理的滤波单元、限幅单元、PI(比例积分)调节器和PWM输出单元。

滤波单元用于对第二CPU421实时监测的输出电流控制信号进行滤波。

限幅单元用于根据预先设定的输出电流阈值和滤波后的输出电流控制信号，对超出输出电流阈值的输出电流控制信号进行限制。

PI调节器用于对没有超出输出电流阈值的输出电流控制信号进行比例积分调节。

PWM输出单元用于根据比例积分调节后的输出电流控制信号，确定主动变能点扫描电源的输出电流控制信号，以对主动变能点扫描电源的IGBT进行实时控制。

换点加速器模块用于根据快连锁信号中的换点脉冲信号触发工作，在换点时刻，对输出电流控制信号进行预加重，以缩短输出电流的上升或下降的控制过程。

在一个优选的实施例中，FPGA核心控制板42可以采用Intel公司的可嵌入SoC(System-on-a-Chip，片上系统)的FPGA核心控制板42。

在一个优选的实施例中，FPGA核心控制板42的PCB板为6层，以保证电路的稳定性。

在一个优选的实施例中，底板41与FPGA核心控制板42之间采用3组64针堆叠板链接器连接，以保证高速数字信号的可靠传输。

在一个优选的实施例中，AD板1设置有9路数据采集通道，其中，8路数据采集通道为12bit、100Kbps的低精度通道，8路低精度通道的信号独立采集，分别用于电压反馈和实时保护；1路数据采集通道为18bit、500Kbps的高精度通道，高精度通道采集的信号用于输出电流反馈。

在一个优选的实施例中，快连锁接口板2可以采用Avago公司型号为HFBR1624或HFBR2624的光纤收发器，以使FPGA控制器4能够可靠接收外部快速变化的光纤信号。

在一个优选的实施例中，FPGA控制器4与治疗终端之间的数据通信采用基于100Mbps的以太网TCP/IP协议进行传输，通信协议采用自定义标准协议，以保证治疗数据能够可靠有效地传输至制主动变能点扫描电源的主电路。

基于上述主动变能点扫描电源的快响应扫描控制系统，本发明还提供一种主动变能点扫描电源的快响应扫描控制方法，包括以下步骤：

1)快连锁接口板2接收治疗终端发送的快连锁信号并发送至状态板3和FPGA控制器4，实现治疗终端快连锁信号与FPGA控制器4的交互，同时，快连锁接口板2向治疗终端反馈主动变能点扫描电源的快连锁状态。

2)AD板1获取主动变能点扫描电源中每一支路的反馈电流和电压，并发送至FPGA控制器4。

3)状态板3将快连锁信号与AD板1获取的反馈电流进行实时同步，以确保在发生故障连锁时对主动变能点扫描电源的输出电流进行有效控制。

4)状态板3根据主动变能点扫描电源内部的电路传感器反馈的状态信号，判断主动变能点扫描电源内部是否发生由电路硬件造成的故障，如果发生故障，则实时反馈故障信号至FPGA控制器4。

5)FPGA控制器4通过以太网接口接收治疗终端一次性发送的主动扫描要求和待扫描物体的多层治疗数据，当接收到治疗终端通过光纤接口发送的换点或换层事例时，根据主动扫描要求、待扫描物体的多层治疗数据、换点或换层事例、快连锁信号、故障信号和状态板3的实时同步结果，实时监测并确定主动变能点扫描电源的输出电流控制信号，具体为：

5.1)第一CPU420通过以太网接口接收并存储治疗终端一次性发送的主动扫描要求和待扫描物体的多层治疗数据。

5.2)换层控制器422通过光纤接口接收治疗终端发送的换点或换层事例，产生硬件信号，并发送至第一CPU420。

5.3)第一CPU420根据硬件信号中指示的待扫描物体的层号和主动扫描要求，对多层治疗数据进行选择，并发送至第二CPU421。

5.4)第二CPU421根据快连锁信号中的换点脉冲信号，从所选层的治疗数据中选择某一治疗数据值，并发送至电流复合调节器424。

5.5)同时，第二CPU421根据状态板3的实时同步结果，实时监测电流复合调节器424的输出电流控制信号并反馈至第一CPU420，对换点过程的电流变化进行实时反馈。

5.6)主动点扫描控制模块423根据预先设定的连锁要求、快连锁信号中的连锁电平信号和状态板3发送的故障信号，对电流复合调节器424电流控制信号的输出进行实时控制。

5.7)电流复合调节器424根据预先设定的输出电流阈值、治疗数据值、快连锁信号中的换点脉冲信号以及主动点扫描控制模块423的控制信号，反馈调节输出电流控制信号。

5.8)第一CPU420将主动变能点扫描电源的快连锁运行状态通过快连锁接口板2发送至治疗终端。

6)PWM背板5根据FPGA控制器4实时确定的输出电流控制信号，实时产生16路PWM光信号，并发送至主动变能点扫描电源，以控制主动变能点扫描电源的主电路，实现对待扫描物体的换层控制和换点控制，具体为：

PWM背板5根据FPGA控制器4实时确定的输出电流控制信号，实时产生得到16路PWM光信号，PWM光信号发送至主动变能点扫描电源主电路中IGBT的驱动电路，作为IGBT的驱动电路开关的控制信号，该PWM光信号为一组存在时序关系的数字信号，当为高电平，IGBT打开；当为低电平时，IGBT关闭，通过高电平持续的时间控制主电路输出电流大小，持续时间越长则电流越大，持续时间越短则电流越小。

7)状态板3根据治疗终端发送的命令，控制主动变能点扫描电源的开关机或故障复位。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。