点扫描束配系统的扫描算法研究

发布时间：2020-10-13 01:13

　　 质子治疗束配系统的主要功能是将加速器引出的束流转换为治疗束流,并将治疗束流准确照射在目标组织上,如何精确地控制质子束流在等中心处的照射位置是整个束配系统的关键之一。束配系统可以划分为被动束配系统和主动束配系统。被动束配系统主要采用散射和降能的方法使加速器引出的质子束流在空间上均匀分布,适形于目标组织;主动束配系统直接采用加速器引出束流照射目标组织;通过扫描磁铁改变束流位置,实现在侧向扩展;采用加速器直接调节束流能量,实现在深度方向扩展。主动束配系统包括扫描磁铁和电离室等主要硬件,相对于被动束配系统,治疗头的结构大为简化。主动束配系统几乎可以完全实现对目标组织的三维适形,同时,主动束配系统束流利用率高,半影区和DDF都比较小。主动束配系统大致划分为点扫描和连续扫描。点扫描是束流移动阶段停止照射;连续扫描是束流移动阶段保持照射。上海质子治疗装置采用的是基于点扫描的照射位置控制系统。照射位置控制的目标是引导束流达到治疗计划系统(TPS)所要求的侧向(l ateral)位置,其主要功能是控制扫描电源,消除磁滞效应;通过反馈系统校正扫描磁铁磁场误差、束流位置及偏角变化和各类安装误差,精确控制束流的照射位置。本文根据束配系统指标,通过蒙特卡罗仿真的方式计算得出了点扫描照射位置控制系统的指标;确定了点扫描照射位置控制系统的系统结构,并且根据现有的硬件系统设计了照射位置控制算法。并且通过最终的带束测试验证了该照射位置控制系统在束流横向位置控制方面的准确性。本文对深入了解质子点扫描照射位置控制系统的设计具有实际参考价值。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R730.55
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 前言
    1.1 质子治疗简介
    1.2 上海质子治疗装置
    1.3 SAPT束配系统介绍
    1.4 本论文研究内容及方法
第二章 点扫描照射位置控制系统指标
    2.1 束配系统指标
    2.2 治疗剂量误差对束流位置偏差的要求
    2.3 剂量率与扫描位置控制
        2.3.1 扫描速度和扫描死时间对剂量率的影响
        2.3.2 扫描路径对剂量率的影响
    2.4 小结
第三章 点扫描照射位置控制系统设计
    3.1 系统架构设计
    3.2 扫描磁铁
    3.3 扫描电源
    3.4 霍尔探头
    3.5 位置电离室
    3.6 Lynx荧光靶
    3.7 小结
第四章 点扫描照射位置控制算法设计
    4.1 照射位置控制算法设计
    4.2 束流位置映射算法
        4.2.1 曲面拟合算法综述
        4.2.2“扫描磁铁磁场强度–等中心处束流位置”的映射关系
        4.2.3“等中心处的束流位置-位置电离室测得的束流位置”的映射关系
    4.3 基于反馈的扫描磁铁励磁电流控制方法
    4.4 基于前馈的扫描磁铁励磁电流控制方法
    4.5 照射位置校正算法
    4.6 小结
第五章 带束测试结果
    5.1 带束测试平台的搭建
    5.2 Lynx测量精度的验证
    5.3 目标磁场到扫描位置的标定
    5.4 目标磁场到位置电离室读出的标定
    5.5 照射位置控制精度测试
第六章 总结与展望
参考文献
作者学术成果
致谢

【相似文献】

相关博士学位论文 前2条

1 苗春晖;点扫描束配系统的扫描算法研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所);2018年

2 严晗;全数字化束流位置测量系统工程样机的设计与制作[D];中国科学技术大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 吴庆楠;SEM的动态扫描算法研究及其FPGA实现[D];东南大学;2016年

2 周星璇;可自定精度的键值数据扫描算法的研究[D];华中科技大学;2015年

3 姚箫箫;纳米位置控制系统的滤波器设计与实现[D];沈阳建筑大学;2015年

4 钟瑞琼;电动三轴稳定跟踪平台控制策略研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

5 张立龙;直线驱动的精密点胶系统设计与关键技术分析[D];山东大学;2017年

6 周扬扬;静电悬浮位置控制系统的设计[D];中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）;2010年

7 靳海燕;研配压机位置控制系统的研究[D];西北工业大学;2001年

8 吴坡;作动筒性能测试装置——气动比例位置控制系统的研究[D];兰州理工大学;2010年

9 李远慧;工业炉用电液阀门位置控制系统研究[D];武汉科技大学;2005年

10 张林娜;红外触控屏固件扫描算法的设计与实现[D];中国海洋大学;2015年

本文编号：2838537