点扫描束配系统的扫描算法研究

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1、密级:_______博士学位论文点扫描束配系统的扫描算法研究作者姓名：苗春晖指导教师:赵振堂研究员博士生导师中国科学院上海应用物理研究所学位类别:工学博士学科专业:核技术及应用培养单位:中国科学院上海应用物理研究所二零一八年五月质子治疗束配系统电离室电子学研究StudyoftheScanningAlgorithmfortheSpotScanningBeamDeliverySystemByMiaoChunhuiADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesIn

2、partialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEngineeringShanghaiInstituteofAppliedPhysics,ChineseAcademyofSciencesMay,2018II中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研宄工作所取得的成果。尽我所知，除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个

3、人和集体，均己在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：曰期？：上从午４尺学位论文版权使用授权书本人完全了解中国科学院大学有关保留、使用学位论文的规定？，即？学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，编入ＣＮＫＩ学位论文全文数据库并充实到“学位论文学术不端行为检测系统，，比

4、对资源库，同意按章程规定享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：指导教师签名日期＿２０：／ｇ年乎月＿２３日摘要摘要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；

5、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（lateral）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

6、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。I质子治疗束配系统电离室电子学研究关键词：质子治疗，点扫描，束流照射位置，控制系统IIAbstractABSTRACTStudyofthescanning

7、algorithmofthespotscanningbeamdeliverysystemMiaoChunhui(NuclearTechnologyandApplications)DirectedbyZhaoZhentangThemainfunctionsoftheprotonbeamdeliverysystemistoconverttheprotonbeamextractedfromtheacceleratortotreatmentbeam,anddeliverthetreatmentbeamtothetargettissue.Thek

8、eypointofthebeamdeliverysystemistheprecisecontroloftheprotonbeampositionattheISOcenter.Beamdeliverysyst