【摘要】：重離子放療因其獨(dú)特的物理和生物學(xué)優(yōu)勢(shì),成為癌癥治療的新興利器。在建的甘肅武威和蘭州醫(yī)用重離子加速器,電源系統(tǒng)大量采用我所自主研發(fā)的數(shù)字電源控制器。在醫(yī)用重離子加速器電源系統(tǒng)的安裝調(diào)試及運(yùn)維過(guò)程中,自成體系的電源控制與回讀系統(tǒng)扮演著非常重要的角色。本文分析了醫(yī)用重離子加速器電源系統(tǒng)的特殊需求,基于數(shù)字電源控制器,研發(fā)了電源控制與回讀系統(tǒng)。本文研發(fā)的電源控制系統(tǒng)符合加速器控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)模型,創(chuàng)新性的引入了分布式前端服務(wù)器,為不同類型電源提供了統(tǒng)一接口,第一次解決了多用戶多終端操作同一臺(tái)數(shù)字電源的競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。操作員接口層提供了電源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作及監(jiān)控功能,提供了虛擬加速器數(shù)據(jù)傳輸與電源系統(tǒng)脈沖同步輸出功能。特別的,為特殊電源如BUMP電源、掃描電源,在統(tǒng)一接口框架下,提出了獨(dú)特控制方案。電源回讀系統(tǒng),則利用數(shù)字電源控制器本身,通過(guò)光模塊按專用協(xié)議以2kHz頻率發(fā)送四種回讀數(shù)據(jù),一套高性能數(shù)字信號(hào)采集設(shè)備同步并行接收、存儲(chǔ)每臺(tái)電源的數(shù)據(jù)并標(biāo)記數(shù)據(jù)同步時(shí)間戳。全數(shù)字化回讀首次成功應(yīng)用到醫(yī)用重離子加速器勵(lì)磁電源系統(tǒng),在提高數(shù)字電源回讀數(shù)據(jù)的精確性、抑制噪聲、降低成本方面效果顯著。本文提出的醫(yī)用重離子加速器電源控制與回讀系統(tǒng),在武威醫(yī)用重離子加速器現(xiàn)場(chǎng)得到了驗(yàn)證,為電源系統(tǒng)級(jí)自測(cè)及加速器故障診斷提供強(qiáng)有力支持,基于其功能的完備性及成本的經(jīng)濟(jì)性,可在現(xiàn)有和未來(lái)重離子加速器中推廣應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH77;TL56
【圖文】：

織吸收電離輻射能量后，會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)物學(xué)損傷，即生物效應(yīng)，從而達(dá)到損壞腫瘤組主要有三類：第一類是放出 α，β，γ 射線的放量 X 射線的治療機(jī)和各類加速器；第三類是產(chǎn) π 介子束，以及其它重粒子束的各類加速器[2]的重離子指元素周期表上 18 號(hào)元素以前如氦子。與常規(guī)放療射線相比，重離子束能在組織深度劑量分布[3-4]，能以物理方式改善靶區(qū)與密度 LET(linear energy transfer)值高，能以生物射線效應(yīng)，兼?zhèn)湮锢砗蜕锏碾p重優(yōu)勢(shì)。重離agg 峰，坪區(qū)與峰區(qū)的 LET 顯著不同，利用 B的病灶，局部高效的殺死癌細(xì)胞，而在區(qū)域之線 X 射線與重離子束的劑量分布曲線如圖 1

有 433 名腫瘤患者參與了重離子治療試驗(yàn)[7]。日本是所有國(guó)家中擁有最多重離子治癌裝置和醫(yī)用專用設(shè)施最先進(jìn)的國(guó)家日本于 1993 年在千葉縣建成了一臺(tái)重離子醫(yī)用加速器 HIMAC(Heavy-IonMedical Accelerator in Chiba)，并成立了專門從事重離子治癌的國(guó)立放射醫(yī)學(xué)綜合研究所 NIRS(National Institute of Radiological Sciences)[8]，到 2008 年底已治療腫瘤患者 5000 多例[9]。HIMAC 由注入器系統(tǒng)、雙同步環(huán)系統(tǒng)、高能束運(yùn)線系統(tǒng)和三個(gè)終端水平/垂直治療室及三個(gè)輻照實(shí)驗(yàn)室組成，可以把氦離子、碳離子、氖離子、硅離子和氬離子等加速到 100-800 MeV/u, 其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖 1.2；日本又于 1996 年開(kāi)始在兵庫(kù)縣興建兵庫(kù)縣立粒子線治療中心，能提供能量 230 Me的質(zhì)子、單核能 230 MeV 的氦離子和 320 MeV 的碳離子用于質(zhì)子束和重離子束治癌的臨床治療，到 2007 年底用碳離子束治療患者 274 例；于 2010 年 3 月開(kāi)始治療患者的群馬大學(xué)醫(yī)學(xué)院普及型小型醫(yī)用加速器則是日本的第三臺(tái)重離治療裝置；日本政府計(jì)劃在全日本布局 50-60 個(gè)重離子束治療中心。

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