紧凑型质子治疗同步加速器直线注入器RFO和DTL的研究
发布时间：2021-01-18 15:32
作为放射性治疗肿瘤的一种,质子治疗因其独特的物理特性,使其在某些特定肿瘤的治疗方面具有一定的优越性,同时其优越的术中治疗感受、术后生活质量和较高的生存率,使其成为目前放射性治疗的一个焦点。中国科学院上海应用物理研究所与上海市瑞金医院合作共建国内首台质子治疗装置APTRON,目前装置处于认证阶段。作为基于同步加速器的质子治疗装置的核心部件之一,质子直线注入器通常由质子源、低能束线、RFQ直线加速器、中能束线以及漂移管直线加速器DTL几个部分组成。为加快质子治疗装置的国产化、小型化和产业化进程,本论文基于目前在线运行的进口的直线注入器PL-7,以整个注入器的紧凑性、运行维护方便和降低成本为出发点,在满足国产同步加速器注入要求下,对质子治疗同步加速器直线注入器中的RFQ和DTL直线加速腔体进行设计。基于APTRON质子治疗装置,本论文以ECR离子源和LEBT出口束流为基准,对紧凑型质子直线注入器的进行初步设计,主要内容包括:1)低能端预加速器射频四极场直线加速器RFQ的物理设计和相关的电磁谐振结构设计仿真;2)高能端的主加速段基于KONUS动力学的漂移管直线加速器的物理设计。对于低能端预加速...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１癌症病例增长趋势图??
第１章引言??采用带有偏转系统的引出装置，采用离子泵来保证加速管内的真空状态，详细部??件及分系统组成见图１．２?［３］。该系统的放疗事业发展大致可以概括为：??１）常规放射治疗——上世纪１８年代以前；??２）立体定向放疗——９０年代初期——ＳＲＳ?（ｙ刀）和ＳＲＴ?（Ｘ刀）；??３）三维适形放疗——９０年代中期——３Ｄ－ＣＲＴ；??４）适形调强放射治疗——９０年代末期——ＩＭＲＴ；??５）图像引导放射治疗——当今——ＩＧＲＴ和ＤＧＲＴ?（图像引导ＭＲＩ和??ＣＴ）。??Ｙ射线或Ｘ射线在体内的能量的沉积随深度的增加而逐渐降低，这就意味着??射线的能量主要沉积在人体表层，加大了对表层或者路径中正常细胞的损伤。??电子偏转??枪？■力隱ｅ?磁铁??脉冲调制器?磁控管??照射系统??图１．２医用电子／光子治疗加速器结构原理图??１．２．２质子重离子治疗加速器??质子重离子的能量主要沉积在一定能量深度的病灶细胞处，而在其他细胞处??沉积的能量较少［５］［６］。目前质子治疗相对成熟，碳离子治疗对装置的要求更高，??截止２０１６年底，根据国际粒子治疗联合会ＰＴＣＯＧ数据显示，全球共有超过１４??万例患者接受过质子治疗，超过２万例患者接受过碳离子治疗％１（）］。表１．１中展??示了质子和重离子治疗的异同点，质子治疗和重离子治疗均可降低对正常组织细??３??
紧凑型质子治疗同步加速器直线注入器ＲＦＱ和ＤＴＬ的研宄??胞的损伤，而质子治疗的优势在于成本低、可以使用旋转机架多角度治疗、实际??剂量准确度高；碳离子的主要优势在于其ＲＢＥ较高，可以直接打断肿瘤细胞的??ＤＮＡ双链，从而起到杀死肿瘤细胞的作用，同时碳离子的横向半影较小［８＿１Ｇ］。??表１．１质子治疗和重离子治疗的比较??￣￣｜质子治疗?｜重离子治疗??低成本?高成本（相当于２－３个质子治疗装置）??可使用机架实现多角度治疗通常采用固定束??ＲＢＥ?范围小（１－１．１）?ＲＢＥ?范围大（１．５－３．４）??不同点?＿?—，，、??不确定度低?不确定度髙??ＲＢＥ与Ｘ射线治疗相近?更高的ＲＢＥ??横向半影较大?横向半影较小??相同点降低正常组织剂量及二次肿瘤发生风险??在治疗过程中，根据肿瘤细胞在身体内的深度不同，质子束能量在７０—２５０??ＭｅＶ范围内调整，使得质子束在肿瘤内引起的肿瘤细胞损伤最大化，同时使得??接近体表的组织细胞接受最少的辐射损伤，下面主要介绍质子治疗加速器。??图１．３?ＩＢＡ公司Ｓ２Ｃ２超导质子回旋加速器丨１１】一??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]RF design and study of a 325 MHz 7 Me V APF IH-DTL for an injector of a proton medical accelerator[J]. Xuan Li,Yue-Hu Pu,Fan Yang,Xiu-Cui Xie,Qiang Gu,Jian Qiao,Ming-Hua Zhao. Nuclear Science and Techniques. 2019(09)
[2]2014年中国恶性肿瘤发病和死亡分析[J]. 陈万青,李贺,孙可欣,郑荣寿,张思维,曾红梅,邹小农,顾秀瑛,赫捷. 中华肿瘤杂志. 2018 (01)
[3]Precise magnetic field control of the scanning magnets for the APTRON beam delivery system[J]. Chun-Hui Miao,Ming Liu,Chong-Xian Yin,Zhen-Tang Zhao. Nuclear Science and Techniques. 2017(12)
[4]中国散裂中子源RFQ的研制[J]. 肖永川,欧阳华甫,薛康佳,刘盛进,曹秀霞,吕永佳,黄涛. 核技术. 2015(12)
[5]中国癌症防治三年行动计划（2015-2017年）[J]. 中老年保健. 2015(11)
[6]RF and field measurements of the SSC-LINAC RFQ[J]. LIU Ge,LU YuanRong,YIN XueJun,ZHANG XiaoHu,DU Heng,JIANG PeiYong,LI ZhongShan,LI XiaoNi,HE Yuan,WANG Zhi,GAO ShuLi,YANG YaQing,ZHU Kun,YAN XueQing,CHEN JiaEr,YUAN YouJin,XIA JiaWen,ZHAO HongWei. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(07)
[7]中国质子、重离子放疗装置建设现状[J]. 肖平,贾少微. 罕少疾病杂志. 2014(02)
[8]ATPF–a dedicated proton therapy facility[J]. 方守贤,关遐令,唐靖宇,陈沅,邓昌东,董海义,傅世年,焦毅,舒航,欧阳华甫,邱静,石才土,孙虹,韦杰,杨梅,张旌. 中国物理C. 2010(03)
[9]光子加速器的理论研究[J]. 余玮,马锦秀,徐至展,盛政明. 光学学报. 1993(06)
博士论文
[1]紧凑型重离子射频四极场直线加速器的理论设计与研究[D]. 王科栋.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2019
[2]中国材料辐照装置CMIF前端射频四极场加速器的设计与测试[D]. 李晨星.兰州大学 2018
[3]低能量强流高电荷态RFQ加速器的研究[D]. 马伟.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2018
本文编号：2985193
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１癌症病例增长趋势图??
第１章引言??采用带有偏转系统的引出装置，采用离子泵来保证加速管内的真空状态，详细部??件及分系统组成见图１．２?［３］。该系统的放疗事业发展大致可以概括为：??１）常规放射治疗——上世纪１８年代以前；??２）立体定向放疗——９０年代初期——ＳＲＳ?（ｙ刀）和ＳＲＴ?（Ｘ刀）；??３）三维适形放疗——９０年代中期——３Ｄ－ＣＲＴ；??４）适形调强放射治疗——９０年代末期——ＩＭＲＴ；??５）图像引导放射治疗——当今——ＩＧＲＴ和ＤＧＲＴ?（图像引导ＭＲＩ和??ＣＴ）。??Ｙ射线或Ｘ射线在体内的能量的沉积随深度的增加而逐渐降低，这就意味着??射线的能量主要沉积在人体表层，加大了对表层或者路径中正常细胞的损伤。??电子偏转??枪？■力隱ｅ?磁铁??脉冲调制器?磁控管??照射系统??图１．２医用电子／光子治疗加速器结构原理图??１．２．２质子重离子治疗加速器??质子重离子的能量主要沉积在一定能量深度的病灶细胞处，而在其他细胞处??沉积的能量较少［５］［６］。目前质子治疗相对成熟，碳离子治疗对装置的要求更高，??截止２０１６年底，根据国际粒子治疗联合会ＰＴＣＯＧ数据显示，全球共有超过１４??万例患者接受过质子治疗，超过２万例患者接受过碳离子治疗％１（）］。表１．１中展??示了质子和重离子治疗的异同点，质子治疗和重离子治疗均可降低对正常组织细??３??
紧凑型质子治疗同步加速器直线注入器ＲＦＱ和ＤＴＬ的研宄??胞的损伤，而质子治疗的优势在于成本低、可以使用旋转机架多角度治疗、实际??剂量准确度高；碳离子的主要优势在于其ＲＢＥ较高，可以直接打断肿瘤细胞的??ＤＮＡ双链，从而起到杀死肿瘤细胞的作用，同时碳离子的横向半影较小［８＿１Ｇ］。??表１．１质子治疗和重离子治疗的比较??￣￣｜质子治疗?｜重离子治疗??低成本?高成本（相当于２－３个质子治疗装置）??可使用机架实现多角度治疗通常采用固定束??ＲＢＥ?范围小（１－１．１）?ＲＢＥ?范围大（１．５－３．４）??不同点?＿?—，，、??不确定度低?不确定度髙??ＲＢＥ与Ｘ射线治疗相近?更高的ＲＢＥ??横向半影较大?横向半影较小??相同点降低正常组织剂量及二次肿瘤发生风险??在治疗过程中，根据肿瘤细胞在身体内的深度不同，质子束能量在７０—２５０??ＭｅＶ范围内调整，使得质子束在肿瘤内引起的肿瘤细胞损伤最大化，同时使得??接近体表的组织细胞接受最少的辐射损伤，下面主要介绍质子治疗加速器。??图１．３?ＩＢＡ公司Ｓ２Ｃ２超导质子回旋加速器丨１１】一??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]RF design and study of a 325 MHz 7 Me V APF IH-DTL for an injector of a proton medical accelerator[J]. Xuan Li,Yue-Hu Pu,Fan Yang,Xiu-Cui Xie,Qiang Gu,Jian Qiao,Ming-Hua Zhao. Nuclear Science and Techniques. 2019(09)
[2]2014年中国恶性肿瘤发病和死亡分析[J]. 陈万青,李贺,孙可欣,郑荣寿,张思维,曾红梅,邹小农,顾秀瑛,赫捷. 中华肿瘤杂志. 2018 (01)
[3]Precise magnetic field control of the scanning magnets for the APTRON beam delivery system[J]. Chun-Hui Miao,Ming Liu,Chong-Xian Yin,Zhen-Tang Zhao. Nuclear Science and Techniques. 2017(12)
[4]中国散裂中子源RFQ的研制[J]. 肖永川,欧阳华甫,薛康佳,刘盛进,曹秀霞,吕永佳,黄涛. 核技术. 2015(12)
[5]中国癌症防治三年行动计划（2015-2017年）[J]. 中老年保健. 2015(11)
[6]RF and field measurements of the SSC-LINAC RFQ[J]. LIU Ge,LU YuanRong,YIN XueJun,ZHANG XiaoHu,DU Heng,JIANG PeiYong,LI ZhongShan,LI XiaoNi,HE Yuan,WANG Zhi,GAO ShuLi,YANG YaQing,ZHU Kun,YAN XueQing,CHEN JiaEr,YUAN YouJin,XIA JiaWen,ZHAO HongWei. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(07)
[7]中国质子、重离子放疗装置建设现状[J]. 肖平,贾少微. 罕少疾病杂志. 2014(02)
[8]ATPF–a dedicated proton therapy facility[J]. 方守贤,关遐令,唐靖宇,陈沅,邓昌东,董海义,傅世年,焦毅,舒航,欧阳华甫,邱静,石才土,孙虹,韦杰,杨梅,张旌. 中国物理C. 2010(03)
[9]光子加速器的理论研究[J]. 余玮,马锦秀,徐至展,盛政明. 光学学报. 1993(06)
博士论文
[1]紧凑型重离子射频四极场直线加速器的理论设计与研究[D]. 王科栋.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2019
[2]中国材料辐照装置CMIF前端射频四极场加速器的设计与测试[D]. 李晨星.兰州大学 2018
[3]低能量强流高电荷态RFQ加速器的研究[D]. 马伟.中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所) 2018
本文编号：2985193
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