重离子治疗肿瘤点扫描控制系统

为了实现重离子治疗肿瘤点扫描,对扫描磁铁进行相应的控制。治疗计划进行剂量与肿瘤适形数据的生成,并传输至点扫描控制器与剂量控制器。同时也向点扫描控制器中存入事例数据,以纳入整个加速器控制时序,等待同步时间事例系统的事例触发。点扫描控制器根据剂量控制器的脉冲控制换点治疗操作以及进行换点治疗的扫描磁铁插值算法平滑处理。剂量控制器对气体电离室前端电子学已经刻度的剂量脉冲进行计数。当达到治疗剂量时,控制法拉第筒来阻挡束流,实现点扫描安全治疗。实验证明在现有的电源与磁铁等设备条件以及束流品质下,点扫描控制系统能实现2 mm点间距扫描。     

DG型电子加速器自校正扫描系统的研制

为了提高DG型电子加速器束流扫描均匀度、解决束流中心偏移、提升束流引出效率,开发了一种既可实现X,Y两相互垂直方向均匀扫描又可以实现束流中心自动对中调节的扫描系统。介绍了扫描磁铁及其电源参数的选取依据,阐述了将扫描磁铁和束流校正线圈进行整体式设计的扫描系统扫描电流成形方式及自动对中电路信号调制过程,包括为提高加速器运行安全性而设计的连锁保护信号。产业化现场使用事实已证明,该系统设计完全达到了设计要求,具有优良的扫描均匀度和长时间工作稳定可靠性。     

DG型电子加速器自校正扫描系统的研制

为了提高DG型电子加速器束流扫描均匀度、解决束流中心偏移、提升束流引出效率,开发了一种既可实现X,Y两相互垂直方向均匀扫描又可以实现束流中心自动对中调节的扫描系统。介绍了扫描磁铁及其电源参数的选取依据,阐述了将扫描磁铁和束流校正线圈进行整体式设计的扫描系统扫描电流成形方式及自动对中电路信号调制过程,包括为提高加速器运行安全性而设计的连锁保护信号。产业化现场使用事实已证明,该系统设计完全达到了设计要求,具有优良的扫描均匀度和长时间工作稳定可靠性。     

兰州重离子加速器冷却存储环慢引出控制系统

兰州重离子加速器冷却存储环为了进行深层重离子治疗肿瘤的实验,需要长时间、均匀地慢引出束流至高能束运线,以满足深层重离子治疗肿瘤的束流要求。慢引出控制系统采用加速器控制系统的同步时间信号来进行同步控制以实现整个过程控制;当加速器控制系统的同步事例的同步触发信号进行触发控制以及数据切换（频率值、tune值、电压幅值）,波形发生器通过这三个数据信息产生相应的波形及进行放大器放大并控制静电偏转板以实现束流RF-KO方式慢引出。慢引出控制系统的同步事例接收器主要由FPGA与光纤接口组成,实现同步事例的高速稳定传输与强抗干扰性。深层重离子治疗肿瘤的正常运行以及冷却存储环已实现104 s超长周期的慢引出实验表明,慢引出控制系统能实现实验束流需求的慢引出。     

医用加速器二极磁铁的非单一工作模式电源控制器设计

近年来,离子治疗技术在国内外发展迅速.为满足加速器调试和不同治疗方案对医用回旋加速器装置的不同束流能量要求,二极磁铁电源要求工作在可相互切换的直流、有序触发和周期脉冲三种模式.使用中国科学院近代物理研究所自主研发的集成盒装式控制器,实现了对电源的控制和保护功能.为了适应调试和治疗两种不同场合的需求,控制器还支持本地和远...     

30MeV医用回旋加速器束流输运线上旋转扫描磁铁的研制

加速器引出束流分布一般都是高斯分布, 而在束流应用中需要更多的是均匀分布的束流. 目前国内研究已经实现了束流的均匀分布, 但事实上这些束流的均匀度不够理想. 因此, 重点介绍了能够使束流实现高均匀分布的旋转扫描磁铁的研制过程, 在理论推敲和实践检测的基础上充分证实: 通过旋转扫描磁铁的作用, 束流可以在目标靶上完全实现高均匀分布. 这项技术在国内实属首创, 其性能已经达到国际同类磁铁的先进水平.     

栅扫描重离子束治癌束流配送系统对运动靶区的适形放疗冰(Ⅰ)模拟计算

从理论上研究了在主动型栅扫描束流配送系统下,靶体运动对靶区剂量均匀性以及重离子治疗适形程度的影响.模拟计算了在实验测量得到的脉冲束流照射下,栅扫描系统引导束流对运动靶体实施照射后,靶体运动模式与靶区各等能量断层剂量分布均匀性的关系.由这些模拟计算结果,得到了一些针对运动靶体提高靶区剂量分布均匀性的策略.模拟计算提供了一种评估运动靶体上剂量分布的有效手段,其结果及内涵为今后该方向上的可行性实验研究奠定了坚实的基础.     

栅扫描重离子束治癌束流配送系统对运动靶区的适形放疗(Ⅰ)模拟计算

从理论上研究了在主动型栅扫描束流配送系统下,靶体运动对靶区剂量均匀性以及重离子治疗适形程度的影响.模拟计算了在实验测量得到的脉冲束流照射下,栅扫描系统引导束流对运动靶体实施照射后,靶体运动模式与靶区各等能量断层剂量分布均匀性的关系.由这些模拟计算结果,得到了一些针对运动靶体提高靶区剂量分布均匀性的策略.模拟计算提供了一种评估运动靶体上剂量分布的有效手段,其结果及内涵为今后该方向上的可行性实验研究奠定了坚实的基础.     

面向HIRFL-CSR主动式点扫描技术的剂量标定方法研究(英文)

基于HIRFL-CSR肿瘤重离子治疗终端主动式束流配送系统发展了面向三维点扫描适形调强治疗技术的在线监测器点扫描剂量标定方法。为了验证点扫描剂量标定方法的稳定性和可靠性,利用HIRFL-CSR提供的C离子束考察了在线监测器剂量标定因子的能量依赖以及不同扫描步长的影响。结果表明:在线监测器剂量标定因子存在能量依赖;不同扫描步长对剂量标定因子影响较小（偏差小于1.8%）。证明了点扫描剂量标定方法的稳定性和可靠性。鉴于在三维点扫描适形调强治疗技术中影响在线监测器点扫描剂量标定因子的因素较多,建议今后续继续研究点扫描剂量标定因子影响因素,修正和完善点扫描剂量标定方法。As an important step of the application of spot scanning technique to heavy ion therapy, an experimental calibration procedure of online beam monitors based on standard of absorbed dose to water has recently been developed for scanned pencil like carbon ion beam in the deep seated tumor therapy terminal at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL). In this work, creating homogeneous irradiation field with steerable spot beam was tested using a 207 MeV/u penci like carbon ion beam. Then the verification of energy dependence of the calibration factors (CFs) and the influence of scanning step on the CF were also shown, as a part of the heavy ion clinic dosimetry researches. The results showd that the monitor CF presented energy dependence and performed stable response with deviation of 1.8% for the variation of scan steps. In this paper, the suitability and effectiveness of beam monitor calibration procedure for dynamic particle beam delivery were verified and the further research points to improve the calibration procedure were suggested.     

基于51单片机的边界扫描控制器的设计与实现

为提高现代军事装备的故障检测能力,运用VC++软件编辑控制界面,设计并制作了一种基于51系列单片机的边界扫描控制器;该控制器由USB转串口电路和单片机构成,结构简单、通用性强且成本低廉;将PC机发送的测试指令或数据进行USB与JTAG协议转换,产生符合IEEE1149.1标准的JTAG总线信号;以EPM7128芯片为测试对象,注入JTAG信号并采集测试响应,实现了对基于测试芯片硬件电路的故障检测;测试结果表明:设计的边界扫描控制器可实现对单芯片和芯片级联的边界扫描状态的控制,能避开可编程芯片的内部逻辑程序控制,完成对可编程芯片及其外围电路的故障检测。     

兰州重离子加速器冷却存储环控制系统

为了完成建设兰州重离子加速器冷却存储环,自主研发设计了其大型分布式控制系统。控制系统从功能上分为三层：业务管理层、前端控制层以及设备控制层。业务管理层主要包含控制管理程序、中心数据库以及同步时间系统;前端控制层主要包含前端服务器、前端控制器以及各其他控制器等;设备控制层主要为微控制单元 (MCU)多功能控制器以及被控设备等。其中中央数据库存储整个加速器的所有控制数据,为变能时控制系统的控制数据切换提供数据支持。从长期运行情况来看,控制系统需要进行相应的改进,但是能基本满足现行的实验需求。     

Active spot-scanning test with heavy ions at HIRFL-CSR

An active spot beam delivery system for heavy ion therapy has been developed based on the Cooling Storage Ring at HIRFL-CSR, where the pencil carbon-ion beams were scanned within a target volume transversely by a pair of orthogonal (horizontal and vertical) dipole magnets to paint the slices of the target volume and longitudinally by active energy variation of the synchrotron slice by slice. The unique techniques such as dose shaping via active energy variation and magnetic deflection constitute a promising three-dimensional conformal even intensity-modulated radiotherapy with heavy ions at HIRFL-CSR. In this paper, the verification of active energy variation and the calibration of steerable beam deflection are shown, as the basic functionality components of the active spot-scanning system. Additionally, based on the capability of creating homogeneous irradiation fields with steerable pencil beams, a radiobiological experiment like cell survival measurement has been performed aiming at comparison of the radiobiological effects under active and passive beam deliveries.     

Spot-scanning beam delivery with laterally-and longitudinally-mixed spot size pencil beams in heavy ion radiotherapy

The three-dimensional(3D) spot-scanning method is one of the most commonly used irradiation methods in charged particle beam radiotherapy.Generally,spot-scanning beam delivery utilizes the same size pencil beam to irradiate the tumor targets.Here we propose a spot-scanning beam delivery method with laterally-and longitudinallymixed size pencil beams for heavy ion radiotherapy.This uses pencil beams with a bigger spot size in the lateral direction and wider mini spread-out Bragg peak(mini-SOBP) to irradiate the inner part of a target volume,and pencil beams with a smaller spot size in the lateral direction and narrower mini-SOBP to irradiate the peripheral part of the target volume.Instead of being controlled by the accelerator,the lateral size of the pencil beam was adjusted by inserting Ta scatterers in the beam delivery line.The longitudinal size of the pencil beam(i.e.the width of the mini-SOBP) was adjusted by tilting mini ridge filters along the beam direction.The new spot-scanning beam delivery using carbon ions was investigated theoretically and compared with traditional spot-scanning beam delivery.Our results show that the new spot-scanning beam delivery has smaller lateral penumbra,steeper distal dose fall-off and the dose homogeneity(1-standard deviation/mean) in the target volume is better than 95%.     

兰州重离子加速器分时供束的Chopper模式解析

介绍了兰州重离子加速器分时供束系统中Chopper模式解析子系统的体系结构及硬件组成,分析了软件需求,并采用多线程技术设计了Chopper模式解析程序。首先使用NI-DAQmx函数实时读取PXI6133数据采集卡上采集的Chopper模式脉冲,然后对其作进一步分析,最后使用TCP/IP协议将相应的工作模式控制指令发送给控制器。设计的程序达到了系统要求,实现了Chopper模式自动转换的功能,并通过了现场测试。     

强流质子加速器PXIe控制器的子控制系统

针对一台用于加速器驱动次临界系统(ADS)的强流质子加速器,即ADS注入器Ⅱ,开展其定时系统和快保护系统的研究工作,设计了一款可在这两个系统中应用的PXIe控制器。该控制器基于现场可编程门阵列设计,可实现光纤通信、PXIe总线通信、延时触发信号输出等功能。其中,光纤通信功能用于实现各PXIe控制器之间的数据传输;PXIe总线通信功能主要是为了实现控制器与工控机之间的数据交互;延时触发信号输出功能可以给出精确的低电压晶体管-晶体管逻辑电平标准的时序触发信号,从而保证加速器的各子系统和设备能够按照一定的时序协调一致地工作。     

强流质子加速器PXIe控制器的子控制系统

针对一台用于加速器驱动次临界系统（ADS）的强流质子加速器,即ADS注入器Ⅱ,开展其定时系统和快保护系统的研究工作,设计了一款可在这两个系统中应用的PXIe控制器。该控制器基于现场可编程门阵列设计,可实现光纤通信、PXIe总线通信、延时触发信号输出等功能。其中,光纤通信功能用于实现各PXIe控制器之间的数据传输;PXIe总线通信功能主要是为了实现控制器与工控机之间的数据交互;延时触发信号输出功能可以给出精确的低电压晶体管-晶体管逻辑电平标准的时序触发信号,从而保证加速器的各子系统和设备能够按照一定的时序协调一致地工作。