質(zhì)子治療束配系統(tǒng)的主要功能是將加速器引出的束流轉(zhuǎn)換為治療束流,并將治療束流準(zhǔn)確照射在目標(biāo)組織上,如何精確地控制質(zhì)子束流在等中心處的照射位置是整個(gè)束配系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。束配系統(tǒng)可以劃分為被動(dòng)束配系統(tǒng)和主動(dòng)束配系統(tǒng)。被動(dòng)束配系統(tǒng)主要采用散射和降能的方法使加速器引出的質(zhì)子束流在空間上均勻分布,適形于目標(biāo)組織;主動(dòng)束配系統(tǒng)直接采用加速器引出束流照射目標(biāo)組織;通過(guò)掃描磁鐵改變束流位置,實(shí)現(xiàn)在側(cè)向擴(kuò)展;采用加速器直接調(diào)節(jié)束流能量,實(shí)現(xiàn)在深度方向擴(kuò)展。主動(dòng)束配系統(tǒng)包括掃描磁鐵和電離室等主要硬件,相對(duì)于被動(dòng)束配系統(tǒng),治療頭的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。主動(dòng)束配系統(tǒng)幾乎可以完全實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)組織的三維適形,同時(shí),主動(dòng)束配系統(tǒng)束流利用率高,半影區(qū)和DDF都比較小。主動(dòng)束配系統(tǒng)大致劃分為點(diǎn)掃描和連續(xù)掃描。點(diǎn)掃描是束流移動(dòng)階段停止照射;連續(xù)掃描是束流移動(dòng)階段保持照射。上海質(zhì)子治療裝置采用的是基于點(diǎn)掃描的照射位置控制系統(tǒng)。照射位置控制的目標(biāo)是引導(dǎo)束流達(dá)到治療計(jì)劃系統(tǒng)(TPS)所要求的側(cè)向(l ateral)位置,其主要功能是控制掃描電源,消除磁滯效應(yīng);通過(guò)反饋系統(tǒng)校正掃描磁鐵磁場(chǎng)誤差、束流位置及偏角變化和各類(lèi)安裝誤差,精確控制束流的照射位置。本文根據(jù)束配系統(tǒng)指標(biāo),通過(guò)蒙特卡羅仿真的方式計(jì)算得出了點(diǎn)掃描照射位置控制系統(tǒng)的指標(biāo);確定了點(diǎn)掃描照射位置控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并且根據(jù)現(xiàn)有的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)了照射位置控制算法。并且通過(guò)最終的帶束測(cè)試驗(yàn)證了該照射位置控制系統(tǒng)在束流橫向位置控制方面的準(zhǔn)確性。本文對(duì)深入了解質(zhì)子點(diǎn)掃描照射位置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有實(shí)際參考價(jià)值。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：R730.55
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 前言
    1.1 質(zhì)子治療簡(jiǎn)介
    1.2 上海質(zhì)子治療裝置
    1.3 SAPT束配系統(tǒng)介紹
    1.4 本論文研究?jī)?nèi)容及方法
第二章 點(diǎn)掃描照射位置控制系統(tǒng)指標(biāo)
    2.1 束配系統(tǒng)指標(biāo)
    2.2 治療劑量誤差對(duì)束流位置偏差的要求
    2.3 劑量率與掃描位置控制
        2.3.1 掃描速度和掃描死時(shí)間對(duì)劑量率的影響
        2.3.2 掃描路徑對(duì)劑量率的影響
    2.4 小結(jié)
第三章 點(diǎn)掃描照射位置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.2 掃描磁鐵
    3.3 掃描電源
    3.4 霍爾探頭
    3.5 位置電離室
    3.6 Lynx熒光靶
    3.7 小結(jié)
第四章 點(diǎn)掃描照射位置控制算法設(shè)計(jì)
    4.1 照射位置控制算法設(shè)計(jì)
    4.2 束流位置映射算法
        4.2.1 曲面擬合算法綜述
        4.2.2“掃描磁鐵磁場(chǎng)強(qiáng)度–等中心處束流位置”的映射關(guān)系
        4.2.3“等中心處的束流位置-位置電離室測(cè)得的束流位置”的映射關(guān)系
    4.3 基于反饋的掃描磁鐵勵(lì)磁電流控制方法
    4.4 基于前饋的掃描磁鐵勵(lì)磁電流控制方法
    4.5 照射位置校正算法
    4.6 小結(jié)
第五章 帶束測(cè)試結(jié)果
    5.1 帶束測(cè)試平臺(tái)的搭建
    5.2 Lynx測(cè)量精度的驗(yàn)證
    5.3 目標(biāo)磁場(chǎng)到掃描位置的標(biāo)定
    5.4 目標(biāo)磁場(chǎng)到位置電離室讀出的標(biāo)定
    5.5 照射位置控制精度測(cè)試
第六章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
作者學(xué)術(shù)成果
致謝

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