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。     

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18 m,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0.10 mm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。     

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0.10 mm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。     

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. A simple plane rotating gantry is proposed at the Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL), where a new project named Cooling Storage Ring is under construction. The gantry is 18 metre long, 5 metre high from upper beam axes to rotation axes. It consists of eight quadruples, two 45° and one large aperture 90° dipole magnets. It is equipped with a two direction magnetic raster scanning system. A beam spot of radii between 2 to 5 mm can be achieved at∶...     

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.     

武威医用重离子加速器同步环的准直安装

武威医用重离子加速器是目前世界上最紧凑的重离子加速器治癌装置,同步环周长小至56.1 m,其中很多关键元件的安装定位精度要求达到亚毫米量级,四极透镜的定位精度要求0.1 mm。结合激光跟踪仪的特点和测量学知识通过三维控制网及多重坐标系的转换,探索了一种在元件自身坐标系下调节准直的方法,提高了准直安装的工作效率,使得最后所有的元件安装各向误差均控制在0.1 mm以内,其结果优于该装置的精度要求,使得同步环在短时间内顺利调束成功,从而验证了同步环准直测量的可靠性与准确性。Wuwei Heavy ion medical machine (HIMM) is the most compact accelerator facility for heavy ion therapy in the world,which has a circumference about 56.1 m.The alignment accuracy of many components of the machine should be submillimeter level.For example,the positioning accuracy of quadrupoles should be within 0.1 mm according to design target.With the combination of laser tracker and surveying knowledge,we develop a method that adjusts and collimates elements under the elements themselves coordinates via three-dimensional control network and the transformation of multiple coordinates to improve the efficiency of installation alignment.By this way,the deviation of each direction from all elements is under 0.1 mm and the result is better than the design target,which leads to the successful commission of Wuwei HIMM.Consequently,the feasibility of this method developed is verified.     

重离子治癌相关研究

癌症是现代医学的难题, 一直危害着人类的健康。放射治疗是癌症治疗的有效手段之一。由于重离子束在物理学和生物学性质上所具有的优势, 它已成为放疗用的最佳射线。简述了重离子治癌的发展历程、 现状以及特点, 详细讨论了在医学物理和放射生物学研究领域值得关注的若干热点问题。Being a challenge to modern medicine, cancer endangers people’s health. Radiotherapy is one of the most successful means to treat cancer. Owing to their advantages in physics and biology, heavy ions have become the optimal particles used in radiotherapy. The features of heavy ion therapy are described, and several hot topics in medical physics and radiobiology are discussed in detail.     

重离子治癌加速器束诊探测器运动控制系统设计

重离子医疗装置（HIMM）中需要束流诊断探测器来测量加速器束流参数,其中大部分探测器属于拦截式探测器,拦截式探测器在测量束流参数时需要将探测器探头插入束流管道中心,测试完成后将探测器拉出。另外,部分探测器需要联动控制,针对上述需求,设计了基于EtherCAT协议的拦截式探测器的运动控制系统架构,并且开发了基于OPC UA （OLE for Process Control Unified Architecture）协议的客户端/服务器软件系统,所有拦截式探测器已通过CFDA （China Food and Drug Administration）验证,自2017年起在束运行至今。使用结果表明,该系统具有较高的稳定性以及可移植性,控制精度以及控制模式均可完全满足现场应用要求。     

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。Basic algorithms of biological effective dose optimization and dose distribution on CT image for the heavy ion therapy project at the Institute of Modern Physics (IMP), Chinese Academy of Sciences (CAS) are reported in this paper. Firstly, biological effective dose optimization is conducted in water. According to the relationship between CT number and water equivalent path length, an integral algorithm is used to calculate the average dose within a pixel and then the dose distribution in tissue is derived. Secondly, the dose determination of layer stacking conformal irradiation is described and the layer stacking method is proposed to be applied in two dimensional conformal irradiation. These methods are sufficient to the requirements of the ongoing and future heavy ion clinical trials conducted at IMP.     

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。     

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． Three dimensional dose shaping methods in heavy-ion therapy facilities,HI MAC and HITAG are introduced.A new tumor irradiation pattern with heavy ion beam which is being designed is analyzed.It aims at choosing suitable three dimensional dose shaping planning for heavy ion beam supplied by HIRFL and the proposed HIRFL-CSR.     

中国科学院近代物理研究所重离子束治癌进展

介绍了中国科学院近代物理研究所在重离子束治癌研究和治疗装置研制方面的最新进展, 以及中国科学院近代物理研究所重离子束治癌的发展规划。     

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700 Pa, 阳极电压为700 V, 两阴极接地, 电子学成形时间常数为2 μs, 测试得到的位置分辨修正后为0.54 mm(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. he principle of the heavy ion therapy is introduced in this article. In order to precisely determine the irradiation profiles and positions of scanned heavy ion beams, we developed a large area parallel plate avalanche counter(PPAC). The detector consists of one anode, two cathodes and two windows with 250 mm×250 mm active area . It was measured at an anode voltage of 700 V and with flowing C3F8 gas at the pressure of 700 Pa. A position resolution of 0.54 mm by correction was obtained with an α source. As compared with the similar devices, we consider the position resolution of the PPAC can satisfy the requirement of the facility of heavy ion therapy.     

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 HIRFL上的重离子治癌终端磁扫描相关参数. The basic principle and characteristic of irradiation in heavy ion radiotherapy are introduced. Based on the basic principle and characteristic of irradiation in heavy ion radiotherapy, two magnetic scan methods for creating uniform irradiation field--the spot scan and the raster scan, are compared briefly. The parameter requests to the magnetic scanning system of the heavy ion radiotherapy facility planned in IMP(Institute of Modern Physics) are presented.     

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。     

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HIRFL重离子治癌的PET成像实验研究与蒙特卡罗模拟

为了HIRFL重离子治癌的需要,使用两个位置灵敏闪烁体探测器组成了一个简单的PET成像系统.对PET成像进行了实验研究,实验测量得到了物体成像以及γ射线能谱,对于511keV全能峰处的能量分辨率为186%,峰总比为52.4%.采用GEANT3程序对该系统进行了模拟计算,并与实验进行比较,最后对该系统进行了优化设计     

重离子束治癌

本文回顾了辐射治癌的历史发展和国内外动态，讨论了重离子束与常规辐射相比在肿瘤治疗上的优势，提出了为治疗应用的重离子束的主要参数以及兰州重离子研究装置（HIRFL）拟建的冷却储存环（CSR）上建立治疗实验室的初步考虑。