【摘 要】
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目前质子重离子放疗是医学物理界的一大前沿热点。基于粒子放疗治疗流程的要求,患者需要在治疗室设备的自动运行下,将病灶精准的对准束流。治疗室设备控制系统的安全运行是实现精确放疗的基础,是保证患者安全治疗的关键。在国内已有的粒子放疗系统中,治疗室中设备种类繁多、控制系统安全体系一致性差。在测试和使用过程中时常会发生故障,安全放疗存在巨大隐患。在治疗室设备的使用中,缺乏全面准确的安全性分析与评价,且当前的
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目前质子重离子放疗是医学物理界的一大前沿热点。基于粒子放疗治疗流程的要求,患者需要在治疗室设备的自动运行下,将病灶精准的对准束流。治疗室设备控制系统的安全运行是实现精确放疗的基础,是保证患者安全治疗的关键。在国内已有的粒子放疗系统中,治疗室中设备种类繁多、控制系统安全体系一致性差。在测试和使用过程中时常会发生故障,安全放疗存在巨大隐患。在治疗室设备的使用中,缺乏全面准确的安全性分析与评价,且当前的安全性分析方法难以应对这种高度复杂化、软件密集化、高安全性要求的控制系统。针对这种情况,本文结合相关安全规范,引入基于模型的系统工程（Model Based Systems Engineering,MBSE）思想,探索一种适用于粒子放疗中治疗室设备控制系统的实践框架。从系统开发阶段到应用阶段进行全面的安全分析,并针对治疗室设备控制系统在使用过程中,因逻辑模糊和软件负荷调节所导致系统失效的问题进行研究和优化。首先从系统开发阶段入手,以MBSE建模过程中的关系追溯对系统进行正向的迭代分析,提出以“状态”为核心的控制逻辑优化方法;其次针对系统软件可靠性进行单独分析,以解决软件负荷分配为目标,提出基于模型的可靠性计算方法和优化策略;最后通过构建系统安全模型并生成安全性分析结果,在系统应用阶段进行反向验证。本文主要内容和创新点如下:（1）在粒子放疗治疗室设备控制系统的安全研究中引入MBSE思想,以解决传统的系统研究存在信息传递不准确、安全性分析与优化过程困难等问题;（2）探索适用于治疗室设备控制系统开发阶段的建模方法,从需求出发,以功能为主线,对系统由外到内逐步细化,并针对控制逻辑进行梳理和优化,在解决因控制逻辑所引发系统失效问题的基础上,提升了系统的安全性和实用性;（3）针对软件负荷调节引发的系统失效问题,应用基于模型的软件可靠性计算方法,完成对系统软件的计算和优化,为系统后续开发和维护提供参考依据;（4）在系统应用阶段,运用基于模型的安全性分析技术,生成FTA和FMEA安全评估结果,对系统失效原因进行总结并制定了对应的优化建议,解决了传统安全性分析方法主观性过强,评估结果不准确的问题。本文研究成果对治疗室设备控制系统的优化更迭有一定促进作用,对系统进行全面安全性分析和研究,弥补了在治疗室设备控制系统安全性分析领域的空白,同时相应的分析结果和优化建议,可以转换为系统的安全性需求,提升系统质量。
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