重离子治癌装置治疗室与其机器人坐标系的统一

治疗室与其机器人是重离子治疗装置(HIMM)精准治疗系统的重要组成部分,为了提升重离子放疗过程中患者摆位的精度和效率,研究一种使用激光跟踪仪和其配套软件SA将运载治疗床的机器人基座坐标系与治疗室坐标系统一的方法,通过图形拟合的方法确定了标定点在法兰盘坐标系中的坐标;通过数学模型的搭建完成了机器人法兰盘坐标系和基座标系之间的坐标变换;利用SA软件中最佳拟合算法求出了治疗室坐标系与机器人坐标系之间的变换矩阵,完成了坐标系的统一。在HIMM中的实际应用表明,坐标系的统一方法的使用不但简化了标定点在法兰盘中心坐标系中坐标的标定,简化了法兰盘中心坐标系和基座标系转换的计算过程,而且标定精度良好、效率更高,更加符合重离子精准治疗系统及其他工业应用。

武威重离子治癌装置高能束线的准直安装

武威重离子治癌装置高能线爬升段上下跨度约为18m,由于超大超重元件的悬空安装和狭小的安装空间及通视条件不足,使得就位时磁铁的位置及角度与地面做标定时不同,给准直安装工作带来了挑战。借助于激光跟踪仪和三维控制网,通过多重坐标转换,探索了一种新的方法,消除了爬升段磁铁调节时角度带来的偏差,有效提高了准直安装的工作效率,使得最后所有的磁铁安装各向安装误差均控制在0.10mm以内,其结果优于该装置的精度要求,为整体安装进度提前提供了有力保证。

重离子治癌装置研究

介绍了重离子治癌装置的最新发展状况 ,比较了两类典型的旋转机架的结构及光学特性 ,给出了离子光学的限制条件 .设计了一台桶形机架 ,为兰州重离子冷却储存环应用于医学治疗进行了预研 .

兰州重离子治癌研究装置的准直测量技术

介绍了中国科学院近代物理研究所重离子治癌装置的安装定位测量技术和方法。利用激光跟踪仪通过控制网的建立,和多重坐标系的转换,使最后的磁铁安装径向相对误差不超过±(0.05-0.1)mm,真空管道的横向及竖向精度也达到了±(0.1-0.2)mm。

IMP重离子治癌中的剂量计算方法

针对深部肿瘤重离子治疗临床试验的需求,首先在水介质中进行生物有效剂量的优化计算,然后根据CT图像中像素CT值与水等效长度转换系数之间的关系,结合水中的深度剂量分布曲线对每个像素进行积分得到CT图像上的生物有效剂量分布。同时介绍了基于被动式束流配送系统适形照射时的剂量确定方式,并提出二维适形放疗也应使用分层照射方式以适应治疗时的不同要求。这些方法适合目前及今后在IMP进行的重离子治癌临床试验研究中治疗计划系统的需要。

重离子治癌终端的束流强度及剂量监测系统

为实现重离子肿瘤治疗临床实验中对照射束流状态的实时监测,研制了束流强度及剂量监测系统,包括积分电离室、后续电流频率转换电路及LabVIEW数据获取处理三部分。利用闪烁体探测器和标准剂量计测试了系统的线性响应和得到剂量的准确性,结果表明:系统在束流临床照射流强范围内的线性响应好于90%,其实时反馈的临床照射剂量偏差小于5%。同时束流强度及剂量监测系统与安全控制系统相结合,保证束流照射状态满足临床照射的安全要求。

用于重离子治癌的大面积平行板雪崩计数器

简单介绍了重离子治癌的原理,叙述了一种用于重离子治癌的大面积平行板雪崩计数器,它主要由入射窗、x位置栅极、中心阳极、y位置栅极和出射窗组成.使用C3F8气体,气压700Pa,阳极电压为700V,两阴极接地,电子学成形时间常数为2μs,测试得到的位置分辨修正后为0.54mm(FWHM).通过与国内外同类装置比较,认为这一分辨已经满足了重离子治癌装置的要求.

重离子治癌的磁扫描照射野形成法

在论述重离子治癌照射的基本思想及其特点的基础上 ,着重对磁扫描照射野形成的两种技术路线——点扫描和栅扫描的优缺点进行了分析阐述 .初步给出了

武威重离子治癌装置回旋注入系统的准直安装

武威重离子治癌装置回旋注入系统由自重50余吨的回旋加速器和离子源等多个元件组成,由于离子源和回旋加速器的上下共架结构及回旋注入系统自身过于紧凑等原因,给各元件的安装准直工作增加了难度。借助于激光跟踪仪和三维控制网,通过自下而上分级准直安装及高空架设仪器的方法,克服了通视条件不足等困难,有效提高了工作效率,所有的安装元件误差都控制在0.10mm以内,其结果好于该装置的安装精度要求。回旋注入系统已成功出束,各项指标均已达到或优于设计指标,从而验证了准直安装工作的准确性与可行性。

HIRFL-CSR重离子治癌远程定位及监测系统设计

为满足兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)浅层和深层重离子治癌装置中对病人病灶位置信息的监测与远程控制的需求,基于FPGA技术构建嵌入式实时控制系统,以PCI总线为通信接口,选用凌华的PXI 3800工业控制计算机为上位机,并采用逐点比较运动控制算法来实现定位控制,开发了相应的软件和可视化的监控界面,完成了加速器束运系统和治疗装置的集成。经现场测试,本系统运行稳定可靠,达到了设计要求。

重离子治癌电源调节器的嵌入式系统

为满足HITFiL重离子治癌装置中对扫描铁电源精确控制的需求,基于EDA技术构建了嵌入式实时控制系统,采用高级RISC微处理器(ARM)+现场可编程门阵列(FPGA)+DA/AD技术实现对磁铁电源系统数字调节器的设计。经现场测试,本套系统运行稳定可靠,达到了设计要求,为今后重离子治癌专用装置的建设应用提供了可靠的技术保障。

重离子治癌中的三维剂量成形方式

介绍了重离子治癌装置ＨＩＭＡＣ和ＨＩＴＡＧ的三维剂量成形方式；对一种正在设计中的重离子对肿瘤的照射方式进行了分析，旨在为ＨＩＲＦＬ及ＨＩＲＦＬ－ＣＳＲ所提供的离子束设计三维剂量成形方案．

一台用于IMP重离子治癌线上的电离室

介绍一种用于中国科学院近代物理研究所(IMP)重离子肿瘤治疗线上、于纵向场常压下工作的气体电离室,其灵敏面积为250mm×250mm,极间距离为10mm,电离室工作气体为P10,在85kPa下流气式工作。用75MeV/u12C离子入射,测量了电离室的坪曲线。发现电离室工作坪区900—3000V,12C的Bragg峰位于13.73mm,峰的极大值半高宽(FWHM)为0.19mm。

重离子治癌加速器高速实时数据传输系统研制

分析了重离子治癌专用加速器对部分同步数据和过程数据的传输要求,提出并实现了一种高速率、可纠错、远距离的实时数据传输系统,以提高加速器同步和控制的效率和可靠性。系统优化了传统系统的硬件配置和布局。采用PXI、FPGA、SDRAM与远距离千兆光纤模块相结合的系统构架,替代了原数据传输过程中低速、近距离、抗干扰性不强的数据通路和处理器件。软件上,通过对两片FPGA的编程,在系统后端实现了PXI接口和DMA相结合的方式与加速器服务器进行数据交互;在系统前端实现了800MHz载波100MHz基带信号的实时、远程、高速串行帧传输。通过该数据传输系统,保证新加速器系统的同步事例、电源波形等实时数据在服务器和远端控制器之间的高效传输。

用于重离子治癌回旋引出的实时流强测量系统

为满足重离子治癌加速器装置(HIMM)回旋加速器引出段束流流强的测量需求,设计了新的束流流强测量系统,该系统利用积分电流变换器(ICT)及锁相放大器等配套电子学,能够实现束流流强的非拦截实时测量。文中首先分析了中能束线(MEBT)束流流强的测量需求,并对设计方案进行了实验室系统分析和在线束流强测量。实验室结果表明,锁相放大器的幅度和相位响应一致性满足测量需求。由于ICT对束流流强的测量是相对测量,先使用法拉第筒对ICT进行在线标定;标定前先对法拉第筒(FC)(20μA档位)和ICT系统的流强分辨在线测量,分别为6.45 nA和5.163 nA。由于束流抖动的影响,测量的束流的稳定性约90 nA,其对应的相对测量误差约8%,ICT系统响应时间小于1 ms。测量结果表明,该系统满足物理测量需求。回旋加速器高频系统参数变化引起ICT标定系数变化的工作将在进一步工作中展开。

基于AD9854重离子治癌加速器高频控制器设计

介绍了兰州重离子治癌加速器治疗装置的高频控制系统原理、软件设计、硬件配置和布局;提出并实现了对重离子治癌加速器高频控制系统的高频腔体的精确控制;在硬件上,重离子治癌加速器高频控制系统硬件平台由监视控制板和数据分析板两部分构成,采用双FPGA+DSP+DDS+PXI结构,此结构具有强大的数据处理能力,其核心器件是FPGA和DDS;通过设计编写FPGA VHDL代码实现对DDS芯片的配置,产生的IQ两路信号,分别发送到高频腔、幅度调制器以及偏流电源上,完成幅相同调和频率调制;通过该设计,实现与DAC和ADC操作配合进行高速高效的数据传输,产生高品质束流。

基于FLUKA平台的重离子治癌模拟实验

重离子治癌是指利用大型重离子加速器产生的高能带电重离子束辐照病灶来治疗恶性肿瘤的一种新型放射治疗方法.与传统的常规放射治疗方法相比,重离子束治疗癌症具有特殊的布拉格峰和高RBE优势.相关研究目前已成为放射治疗领域的前沿和热点,同时作为核科学前沿也常被引入到相关专业教学中,由于使用大型重离子加速器的实验教学很难引入高校,为了更好地展示加速器在核医学实验和临床治疗中的使用过程和效果,本文利用FLUKA软件作为操作平台,模拟了用碳离子束治疗脑部肿瘤的实验过程,并根据模拟结果调节参数,给出优化的治疗方案,使学生更深刻的掌握重离子与物质相互作用过程以及重离子治癌的基本原理.

中子、质子、重离子治癌的原理及应用建议

癌症作为严重威胁人类生命的疾病之一,已经成为全球研究的重点和难点问题,传统的治癌方法已经无法满足患者的需求。对此,医学界不断探究前沿治癌技术。中子、质子、重离子技术作为国际前沿治癌技术之一,给癌症患者带来了希望。简要论述了中子、质子、重离子的治癌原理,从健康组织辐射损伤、疗程、治愈率、开始治疗时间、治疗患者数、典型专用装置价格和治疗费用7个维度对比、分析了3种治癌技术的疗效,并阐述了其未来的发展趋势,同时,针对地区、政府、患者分别给出了应用建议。

我国重离子治癌研究取得突破

经中国科学院近代物理研究所与兰州等地医疗机构合作，我国重离子治癌取得突破，成为世界上第四个实现重离子临床治癌的国家，现已具备自主建造重离子治癌专用装置技术的实力，首个离子治癌中心建设已选址兰州，市场前景十分看好。