质子治疗头快速扫描磁铁系统设计
发布时间：2022-08-12 14:45
质子治疗头快速扫描磁铁系统是保证将质子束剂量精确且安全地输送给患者的重要部分,其对整套质子治疗装置至关重要。本文根据质子治疗装置主要性能要求,考虑了治疗头中束流状态对磁铁尺寸设计的影响,对快速扫描磁铁系统中的关键部件扫描磁铁及其电源的开关状态进行了研究设计,并且利用实验室现有电源设备搭建了电源控制测试平台。论文以二极铁设计理论为基础,结合了基于蒙特卡罗法的治疗头束流初步分析,完成了双轴独立的扫描磁铁及线圈相关参数的初步设计。为了减小线圈安匝数,第一块扫描磁铁的间隙设计为等间型,第二块扫描磁铁的间隙设计为渐变型。并根据磁极间隙的不同设计了相应的横向好场区优化方案,运用电磁仿真软件OPERA-3D完成了双轴独立的扫描磁铁的结构优化,使两者横向积分场均匀度均小于±0.25%。采用叠片叠加模拟沿束流方向渐变磁场的方法,将优化后的扫描磁铁磁场分布导入蒙特卡罗仿真软件中对质子束束斑尺寸和偏转轨迹进行分析,验证当质子束在等中心点平面偏转150mm时,设计的扫描磁铁好场区可以包含99.6%的粒子使得几乎无粒子打在磁极上。最后对扫描磁铁进行交流瞬态分析,仿真结果显示磁铁间隙磁场能较好地随线圈电流变化而变...
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 主要工作和内容安排
2 基于传输矩阵和蒙特卡罗法的治疗头束流初步分析
2.1 基于传输矩阵的束流光学基础理论
2.2 蒙特卡罗法的基本理论
2.3 HUST-PTF治疗头主要传输元件布局及入口束流参数
2.4 基于MADX和Geant4的治疗头束流初步分析
2.5 本章小结
3 基于治疗头束流分析的扫描磁铁设计与结构优化
3.1 扫描磁铁主要指标
3.2 二极铁基本理论
3.3 基于束流分析及二极铁基本理论的磁铁参数设计
3.4 基于OPERA-3D的扫描磁铁结构优化
3.5 治疗头束流验证及扫描磁铁瞬态分析
3.6 本章小结
4 扫描电源拓扑方案选择与开关状态设计
4.1 点扫描电源的性能要求
4.2 扫描电源拓扑方案选择与系统框架
4.3 基于Simulink的仿真与设计
4.4 本章小结
5 电源控制平台搭建与实验
5.1 测试平台框架
5.2 测试平台各模块主要参数
5.3 测试结果
5.4 本章小结
6 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]质子治疗中点扫描照射技术的仿真模拟[J]. 贾亚军,李永江,张潇,马晓颖,吴超,吕明,蒲越虎. 核技术. 2016(09)
[2]考虑局部磁滞损耗的复合电机铁损耗计算[J]. 龚宇,崔巍,章跃进. 中国电机工程学报. 2014(30)
[3]三相桥式整流电路滤波电容的迭代计算[J]. 周霞,王斯然,凌光,吕征宇. 电力电子技术. 2011(02)
[4]质子治疗肿瘤:国内外进展现状及其前景[J]. 蔡伟明,穆向魁. 实用肿瘤杂志. 2007(06)
[5]蒙特卡罗粒子输运计算自动建模程序系统的研究与发展[J]. 吴宜灿,李莹,卢磊,丁爱平,胡海敏,曾勤,罗月童,郑善良,黄群英,陈义学. 核科学与工程. 2006(01)
[6]质子治疗恶性肿瘤的进展[J]. 聂青,康静波. 海军总医院学报. 2005(02)
[7]Geant4在核技术领域的应用[J]. 曾志,李君利,程建平,邱睿. 同位素. 2005(Z1)
[8]CSR60°二极C型铁磁场特性的研究[J]. 何源,熊慧,刘维军,韩少斐,袁平,马力祯,张斌,王文进,王玥,夏佳文. 高能物理与核物理. 2003(06)
[9]重离子扫描磁铁系统的研制[J]. 张灿哲，侯德义，张桂莲，葛继云，侯荣华. 原子能科学技术. 1996(02)
博士论文
[1]点扫描束配系统的扫描算法研究[D]. 苗春晖.中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) 2018
[2]质子治疗束流输运系统光路设计及若干关键技术研究[D]. 陈炜.华中科技大学 2018
[3]用于质子治疗的旋转机架束流输运线设计[D]. 刘旭.华中科技大学 2018
[4]重离子加速器数字电源实时控制方法的研究与实现[D]. 赵江.中国科学院研究生院（近代物理研究所） 2014
[5]关于蒙特卡罗及拟蒙特卡罗方法的若干研究[D]. 雷桂媛.浙江大学 2003
硕士论文
[1]利用蒙特卡罗软件TOPAS研究MRIgRT中磁场对多粒子辐射剂量的影响[D]. 阳露.中国科学技术大学 2018
[2]质子治疗装置中治疗头剂量监测系统的仿真与设计[D]. 郭慧东.华中科技大学 2018
[3]用于质子治疗束流输运线的二极磁铁设计研究[D]. 方小宇.华中科技大学 2018
[4]医用质子加速器数字化扫描电源技术的研究[D]. 朱晓慧.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2015
[5]Geant4的开发及其在空间辐射效应分析中的应用[D]. 路伟.国防科学技术大学 2007
本文编号：3676068
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 主要工作和内容安排
2 基于传输矩阵和蒙特卡罗法的治疗头束流初步分析
2.1 基于传输矩阵的束流光学基础理论
2.2 蒙特卡罗法的基本理论
2.3 HUST-PTF治疗头主要传输元件布局及入口束流参数
2.4 基于MADX和Geant4的治疗头束流初步分析
2.5 本章小结
3 基于治疗头束流分析的扫描磁铁设计与结构优化
3.1 扫描磁铁主要指标
3.2 二极铁基本理论
3.3 基于束流分析及二极铁基本理论的磁铁参数设计
3.4 基于OPERA-3D的扫描磁铁结构优化
3.5 治疗头束流验证及扫描磁铁瞬态分析
3.6 本章小结
4 扫描电源拓扑方案选择与开关状态设计
4.1 点扫描电源的性能要求
4.2 扫描电源拓扑方案选择与系统框架
4.3 基于Simulink的仿真与设计
4.4 本章小结
5 电源控制平台搭建与实验
5.1 测试平台框架
5.2 测试平台各模块主要参数
5.3 测试结果
5.4 本章小结
6 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]质子治疗中点扫描照射技术的仿真模拟[J]. 贾亚军,李永江,张潇,马晓颖,吴超,吕明,蒲越虎. 核技术. 2016(09)
[2]考虑局部磁滞损耗的复合电机铁损耗计算[J]. 龚宇,崔巍,章跃进. 中国电机工程学报. 2014(30)
[3]三相桥式整流电路滤波电容的迭代计算[J]. 周霞,王斯然,凌光,吕征宇. 电力电子技术. 2011(02)
[4]质子治疗肿瘤:国内外进展现状及其前景[J]. 蔡伟明,穆向魁. 实用肿瘤杂志. 2007(06)
[5]蒙特卡罗粒子输运计算自动建模程序系统的研究与发展[J]. 吴宜灿,李莹,卢磊,丁爱平,胡海敏,曾勤,罗月童,郑善良,黄群英,陈义学. 核科学与工程. 2006(01)
[6]质子治疗恶性肿瘤的进展[J]. 聂青,康静波. 海军总医院学报. 2005(02)
[7]Geant4在核技术领域的应用[J]. 曾志,李君利,程建平,邱睿. 同位素. 2005(Z1)
[8]CSR60°二极C型铁磁场特性的研究[J]. 何源,熊慧,刘维军,韩少斐,袁平,马力祯,张斌,王文进,王玥,夏佳文. 高能物理与核物理. 2003(06)
[9]重离子扫描磁铁系统的研制[J]. 张灿哲，侯德义，张桂莲，葛继云，侯荣华. 原子能科学技术. 1996(02)
博士论文
[1]点扫描束配系统的扫描算法研究[D]. 苗春晖.中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) 2018
[2]质子治疗束流输运系统光路设计及若干关键技术研究[D]. 陈炜.华中科技大学 2018
[3]用于质子治疗的旋转机架束流输运线设计[D]. 刘旭.华中科技大学 2018
[4]重离子加速器数字电源实时控制方法的研究与实现[D]. 赵江.中国科学院研究生院（近代物理研究所） 2014
[5]关于蒙特卡罗及拟蒙特卡罗方法的若干研究[D]. 雷桂媛.浙江大学 2003
硕士论文
[1]利用蒙特卡罗软件TOPAS研究MRIgRT中磁场对多粒子辐射剂量的影响[D]. 阳露.中国科学技术大学 2018
[2]质子治疗装置中治疗头剂量监测系统的仿真与设计[D]. 郭慧东.华中科技大学 2018
[3]用于质子治疗束流输运线的二极磁铁设计研究[D]. 方小宇.华中科技大学 2018
[4]医用质子加速器数字化扫描电源技术的研究[D]. 朱晓慧.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2015
[5]Geant4的开发及其在空间辐射效应分析中的应用[D]. 路伟.国防科学技术大学 2007
本文编号：3676068
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