Funzioni e operazioni del DDS

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4.3.2) Slow Control

Il crate SC include una CPU real-time, tre schede input-output digitali, una scheda di rete aggiuntiva e un modulo PXI per fornire segnali al sistema di interlock. Per trattamenti specifici possono essere necessari range shifter e modulatori, i quali sono definiti come elementi passivi.

Questi elementi vengono montati manualmente. L'SC verifica la loro corretta installazione prima che il piano di trattamento venga erogato e, poi, a una frequenza di circa 1 Hz, esegue la verif ica della configurazione durante il trattamento generando un segnale di interlock in caso di errore . Esegue, quindi, un controllo iniziale e, successivamente, un controllo in tempo reale.

55 Fig. 4.14. Flusso di dati durante un trattamento [9].

4.4.2) Pre – trattamento

Pochi minuti prima del trattamento, durante la procedura di posizionamento del paziente, l’FC riceve il file “DD_Treatment” tramite la TC, come mostrato in Fig.4.14. Per ogni spot, l’FC esegue la conversione delle proprietà definite dal TPS nelle quantità corrispondenti utilizzate internamente dal DDS. In dettaglio, il numero di particelle da erogare a ciascuno spot viene convertito in numero di conteggi letti dalle camere integrali, le coordinate dello spot all'isocentro vengono convertite nella posizione del fascio in unità di canale nei rivelatori di posizione. Inoltre, vengono calcolate le correnti dei magneti necessarie per raggiungere la posizione di ciascuno spot tenendo conto dell’energia del fascio.

Gli spot da trattare con la stessa energia sono raggruppati in file binari (Input FPGA in Fig.4.14, denominato slice_data, sld file), uno per ogni layer. Successivamente, durante il trattamento, i dati memorizzati nei file sld verranno caricati sequenzialmente nelle schede di memoria, ciclo dopo ciclo, per essere consultati sequenzialmente dalle FPGA dell’FC. Vengono, inoltre, controllate le correnti di fondo del rivelatore, l'alta tensione, la temperatura e la pressione del gas, il setup degli elementi passivi e i registri di interlock; se non viene riscontrato alcun problema, il file DD si porta in uno stato di ‘ready’, che sarà riconosciuto dal Sistema di Supervisione (SS) come via libera per erogare il fascio.

4.4.3) Erogazione del fascio

Ogni ciclo inizia dopo che l’FC ha riconosciuto il cycle code. L'MTG avvia le operazioni per indirizzare il fascio richiesto nella sala di trattamento corretta. L’erogazione comincia seguendo la sequenza degli spot definita nei file sld. Non appena una delle due camere integrali raggiunge il numero prescritto di conteggi per un dato spot, un trigger dall'Int FPGA viene inviato alla Scan FPGA che imposta le nuove correnti dei magneti di scansione. Parallelamente, lo stesso trigger viene ricevuto dalle FPGA Strip e Pixel per caricare i dati di riferimento dello spot successivo utilizzati per l'interlock e il feedback di posizionamento. Una volta che l'ultimo spot di un layer è stato trattato (questo potrebbe richiedere più di un ciclo), la Scan FPGA interrompe immediatamente l'erogazione del fascio agendo sul chopper del fascio. Al termine di ogni estrazione, l’FC, tramite la Timing FPGA, invia una richiesta di un nuovo ciclo che può coincidere o meno con quello precedente, a seconda che il layer sia stato concluso o meno. In quest'ultimo caso, l’FC ricarica nelle memorie i dati del layer corrente, dove sono stati rimossi gli spot già erogati durante il ciclo precedente. Come mostrato in Fig.4.14, i dati di output FPGA, contenenti le

56 misurazioni online del DDS, sono temporaneamente memorizzati nell’FC come file binario specifico per il ciclo chiamato dose_delivery_data (ddd). La disponibilità di questi file, che contengono la lettura completa del monitor, è obbligatoria per la creazione del file Log.

4.4.4) Post – trattamento

Quando l'ultimo spot dell'ultimo layer viene irradiato, è creato un file Log che viene inviato all'OIS.

L’OIS applica ulteriori controlli rispetto al trattamento pianificato, al fine di garantire la fine dell'erogazione della dose. Il file Log viene creato dall’FC utilizzando i dati memorizzati nei file ddd e applicando delle conversioni per fornire le seguenti quantità: numero di layer erogati, numero di spot erogati, numero di particelle erogate e posizione degli spot erogati. Infine, il DDS termina il trattamento salvando i file sld e ddd in un archivio remoto per l'analisi dei dati offline. Tale analisi produce un feedback importante sulle prestazioni del sistema.

4.4.5) Gestione degli interlock

La sicurezza del trattamento si basa principalmente su due sistemi di interlock: sistema di interlock paziente (PIS) e sistema di interlock di sicurezza. Questi sistemi rilevano eventuali condizioni anomale o di errore e forzano l'immediata interruzione dell'erogazione del fascio o inibiscono le operazioni fintanto che le condizioni persistono. Il PIS è dedicato alla sicurezza del paziente agendo sul chopper per interrompere il trattamento quando si verifica un interlock. L'erogazione può così essere interrotta per un breve periodo, solitamente pochi secondi, consentendo il ripristino della normale esecuzione del trattamento, oppure può essere interrotta quando persiste la condizione di guasto che ha provocato l'interlock, anche dopo il ripristino effettuato dall'operatore. Nell'ultimo caso, il trattamento viene interrotto attraverso una procedura di recupero sicuro, in cui la dose non erogata viene calcolata dall'OIS in base al numero di particelle e spot memorizzati nel file DD Log e utilizzata per fornire un nuovo campo di irradiazione da erogare appena possibile per completare la frazione di trattamento. Le condizioni di errore del DDS vengono raccolte e inviate al PIS tramite segnali a livello hardware in modo da garantire una rapida reazione. Diversi interlock vengono generati dalle FPGA dell’FC e SC quando alcune quantità sono al di fuori della finestra di tolleranza, come ad esempio l’intensità del fascio, il numero di conteggi, l’alta tensione o la temperatura e pressione del gas.

Un dispositivo a batteria tampone, chiamato sistema di recupero della dose erogata, riceve, memorizza e visualizza continuamente le informazioni relative all'ultimo layer e spot trattato. Può funzionare per almeno 20 minuti senza alimentazione esterna e fornisce le informazioni importanti per poter recuperare la parte mancante di un trattamento in caso di grave guasto del sistema durante il trattamento stesso.

4.4.6) Pubblicazione dei dati

Ciascuna sala trattamenti è dotata di una propria sala controllo locale, dove vengono gestite tutte le operazioni a distanza relative all'esecuzione del trattamento. Un programma dedicato riceve dall’FC e visualizza i dati misurati, lo stato del sistema e l'avanzamento del trattamento. La posizione del fascio, il numero di conteggi del monitor e la percentuale di spot e layer erogati vengono aggiornati continuamente nel display del monitor del DDS. In caso ci sia un interlock, il display lo visualizzerà

57 permettendo di individuare rapidamente il problema che arresta il fascio. Anche lo stato del DDS durante le fasi off, pre e post trattamento viene monitorato dall’SS e visualizzato nella sala di controllo principale.

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