【摘 要】
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质子治疗作为新型的肿瘤放射治疗手段,与光子治疗相比,拥有深度剂量分布在射程末端形成剂量峰值区布拉格峰的优势,在赋予肿瘤靶区充分剂量的同时,可以减少对周围健康组织产生不必要的剂量,从而降低副作用,提高患者接受治疗后的生活质量。质子治疗系统主要由两部分组成:1、用于产生质子并把它加速到足够高能量的加速器;2、根据治疗计划输出的照射参数对病人实施治疗照射的照射系统。上海先进质子治疗示范装置的加速器系统采
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
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质子治疗作为新型的肿瘤放射治疗手段,与光子治疗相比,拥有深度剂量分布在射程末端形成剂量峰值区布拉格峰的优势,在赋予肿瘤靶区充分剂量的同时,可以减少对周围健康组织产生不必要的剂量,从而降低副作用,提高患者接受治疗后的生活质量。质子治疗系统主要由两部分组成:1、用于产生质子并把它加速到足够高能量的加速器;2、根据治疗计划输出的照射参数对病人实施治疗照射的照射系统。上海先进质子治疗示范装置的加速器系统采用同步加速器作为主体加速设备的方案,同步加速器具有可根据治疗计划的需求调节质子束能量的优点。质子同步加速器系统包含离子源、直线注入器、中能输运线、同步加速环、束流引出系统以及高能输运线。出于对项目进度的考虑,上海先进质子治疗示范装置采用了进口质子直线加速器作为注入器。出于确保产品供应链的多样性和可靠性的目的,中科院上海应用物理研究所、上海高等研究院以及上海艾普强粒子设备有限公司在科技部十三五数字诊疗研发计划的资助下进行了国产医用质子直线注入器的研制。为了验证国产医用质子直线注入器束流的关键指标,需要开发直线注入器的束流参数测量系统。本论文的研究范围包括设计一套满足国产医用质子直线注入器参数测量要求的测量系统的方案并完成其物理设计部分。针对注入器所需测量束流流强、发射度、能量、能散的指标确定的测量方案为:交流电流变压器（ACCT）测量束流流强;变聚焦测量系统测量束流发射度;分析磁铁和法拉第杯组合使用测量束流能量和能散。根据各测量手段对束流的影响,对各装置的位置排布进行了确定。使用动力学模拟软件（Trace Win）按照确定方案完成该束流测量系统的物理设计,对设计的系统测量发射度和能量的部分进行了模拟研究。除了为国产医用质子直线注入器设计了一套满足测量需求的束流测量系统以外,本论文的主要创新点在于:1、针对经过APF-DTL加速后输出的带有纵向“拖尾”特性的粒子束团,首次提出了一种基于Trace Win软件直接限制相位差截取束团对束团进行纵向“切片”的模拟研究方法,对纵向“拖尾”粒子束团的“拖尾”在变聚焦法测量束流发射度的过程中产生的影响进行了定量分析。2、根据Trace Win软件模拟测量纵向“拖尾”粒子束团发射度时,在变聚焦测量系统三块四极磁铁的设置下,发现在X方向产生较大的发射度测量误差,针对这种现象提出两种优化方案:（1）测量方法:改变三块四极磁铁的磁场方向测量束流发射度,即可准确地测量X方向发射度;（2）物理设计优化:在变聚焦测量系统前,加设自带法拉第杯的双狭缝测量装置。利用Trace Win对两种测量方案进行了模拟,验证得到两种方案均可行。根据加设双狭缝测量装置的优化方案进行机械加工和平台搭建,使用搭建好的束测平台进行束流测量实验,将流强与能量部分实际测量数据与模拟结果进行对比,验证得到束测系统测量束流参数可靠,可直接用于国产医用质子直线注入器的束流流强和能量、能散的测量。本论文为针对医用质子直线注入器束流测量系统的研究,该研究成功为质子放疗装备硬件的全面国产化提供了有效的支持,对普及质子放疗和降低国内质子放疗的费用有较大意义。
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