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质子治疗剂量控制诊断软件的设计与开发

质子治疗剂量控制诊断软件的设计与开发

作者：李东华中科技大学

学位级别：硕士

基于铅笔束离散点扫描的质子治疗方式具有优越的剂量适形特点,实现逐点剂量的精确控制与快速诊断是确保其治疗安全的关键环节。在整机系统调试初期,为实现HUST-PTF治疗头各硬件设备与离散点扫描剂量配送控制及上层治疗控制软件的协同工... 详细信息

基于铅笔束离散点扫描的质子治疗方式具有优越的剂量适形特点,实现逐点剂量的精确控制与快速诊断是确保其治疗安全的关键环节。在整机系统调试初期,为实现HUST-PTF治疗头各硬件设备与离散点扫描剂量配送控制及上层治疗控制软件的协同工作与集成调试,本文根据剂量控制系统的基本功能,设计并开发了剂量控制诊断软件,主要研究其与上位机系统的可靠通信、对各硬件设备的分布式控制、治疗头出口处束流分布的在线监测。同时为方便工程调试和诊断,开发了图形化诊断界面。根据分层思想,剂量控制诊断软件架构划分为四层结构,并确定使用Open DDS作为系统间通信中间件,EPICS作为硬件设备控制方式。然后根据状态机思想,设计软件的运行状态机和运行流程,确定子状态之间的转移条件。剂量控制诊断软件执行的治疗地图由上位机系统下发,因此为了在治疗照射前准确获取扫描用治疗地图,与上位机系统的可靠通信至关重要。由于二者支持的协议存在差异,本文设计了TCP/IP协议和Open DDS间的转换接口,以实现二者间实时、稳定的通信连接。治疗照射期间,软件通过控制偏转磁场的大小实现将束流偏转至指定的目标位置,同时为确保束流照射患者的位置和剂量符合预期,需在治疗头出口处进行最靠近患者的束流在线监测与诊断。为实现快速高精度的束流分布监测,论文对微分-积分法进行了改进,通过缩短积分域减少噪声累积带来的误差,并根据束流探测器的背景噪声,设定噪声过滤门限,在提高算法估计精度的同时,减少了计算量。仿真和实验结果表明,当信号的信噪比高于20 d B时,算法对束流中心位置的估计误差小于0.2mm,对束流尺寸的相对估计误差小于3%,且单次运行时间不超过0.05ms。基于C++/Qt开发工具,在Ubuntu 20.04下完成了剂量控制诊断软件的开发。通过搭建实验平台并模拟治疗时上层软件TCS与其交互过程,对软件的运行逻辑和磁场及束流在线监测等功能进行测试,结果均符合预期,表明该软件能够在上位机系统的指令下,控制各硬件设备执行离散点扫描任务,同时提供诊断服务,满足设计要求。

关键词：剂量控制束流诊断离散点扫描配送束流在线监测高斯拟合

步进扫描投影光刻机剂量控制参量优化新算法研究

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光学学报 2006年第8期26卷 1192-1197页

作者：刘世元吴小健华中科技大学机械学院微系统研究中心

提出了一种以生产率、剂量精度与激光器使用成本三者最佳匹配为优化目标的步进扫描投影光刻机剂量控制参量优化新算法及其数学模型,通过将激光器重复频率作为可调参量并引入有效脉冲个数的概念,获得了有效剂量区间内任意给定剂量所应采... 详细信息

提出了一种以生产率、剂量精度与激光器使用成本三者最佳匹配为优化目标的步进扫描投影光刻机剂量控制参量优化新算法及其数学模型,通过将激光器重复频率作为可调参量并引入有效脉冲个数的概念,获得了有效剂量区间内任意给定剂量所应采取的优化策略并给出了剂量控制参量的具体计算方法。理论推导和模拟计算结果表明,新算法既保持了原算法在生产率和剂量精度优化方面的优势,又改进了原算法在激光器成本优化目标上的缺陷。随着准分子激光器及其剂量控制技术的进一步发展,新算法可望更能显示出其优越性并具有更广阔的应用前景。

关键词：深紫外准分子激光剂量控制扫描曝光光刻术优化算法

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深紫外准分子激光实时曝光剂量控制算法研究

光学学报 2006年第6期26卷 878-884页

作者：刘世元吴小健华中科技大学机械科学与工程学院

提出了一种面向步进扫描投影光刻机的深紫外准分子激光实时曝光剂量控制算法。通过建立扫描曝光过程的抽象模型并分析准分子激光器单脉冲能量波动特性,提出采用闭环反馈控制进行实时调节,着重研究了抑制单脉冲能量超调和随机波动的有效... 详细信息

提出了一种面向步进扫描投影光刻机的深紫外准分子激光实时曝光剂量控制算法。通过建立扫描曝光过程的抽象模型并分析准分子激光器单脉冲能量波动特性,提出采用闭环反馈控制进行实时调节,着重研究了抑制单脉冲能量超调和随机波动的有效算法。在一台波长为193 nm、重复频率为4 kHz、单脉冲能量为5 mJ的ArF准分子激光器上进行了实验研究。结果表明,当脉冲个数仅为20时算法控制下的剂量精度即可达0.89%,不但满足亚微米光刻越来越严的剂量要求,而且有助于提高光刻机生产效率和激光器使用效率。

关键词：应用光学深紫外准分子激光剂量控制扫描曝光光刻机能量超调脉冲能量随机波动

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一种用于重离子治癌的剂量控制器设计

原子能科学技术 2011年第12期45卷 1532-1536页

作者：李桂花乔卫民敬岚中国科学院近代物理研究所甘肃兰州730000

剂量控制器是重离子治癌主动型束流扫描系统中的重要组成单元,通过它与位置控制器配合使用实现束流辐照位置-剂量联动,能控制束流按三维空间点分布逐点扫描,每个点的辐照剂量严格控制在处方剂量。本控制器采用FPGA技术,在ACEX1K50芯片... 详细信息

剂量控制器是重离子治癌主动型束流扫描系统中的重要组成单元,通过它与位置控制器配合使用实现束流辐照位置-剂量联动,能控制束流按三维空间点分布逐点扫描,每个点的辐照剂量严格控制在处方剂量。本控制器采用FPGA技术,在ACEX1K50芯片上实现了剂量的控制及SDRAM控制。本文介绍了剂量控制器的控制原理和各模块的具体实现过程,对将要进一步展开的重离子治癌工程具有广阔的使用前景。

关键词：主动型束流扫描剂量控制 FPGA SDRAM

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混合扫描式旋转靶离子注入机剂量控制系统

电子工业专用设备 2023年第5期52卷 22-25,45页

作者：曹华翔彭立波王迪平罗南安徐松罗才旺北京烁科中科信电子装备有限公司长沙分公司湖南长沙410014

为了进一步提升旋转靶离子注入机的设备产能,提出了一种基于混合扫描式旋转靶离子注入机剂量控制系统;论述了该旋转靶离子注入机剂量控制系统设计思路、工作原理及控制离子束按设定的剂量精确均匀地注入到晶片表面的实现方法。介绍了该... 详细信息

为了进一步提升旋转靶离子注入机的设备产能,提出了一种基于混合扫描式旋转靶离子注入机剂量控制系统;论述了该旋转靶离子注入机剂量控制系统设计思路、工作原理及控制离子束按设定的剂量精确均匀地注入到晶片表面的实现方法。介绍了该剂量控制系统硬件组成,并描述了剂量控制系统的核心部件剂量积分仪的详细硬件设计方案。基于该剂量控制系统的旋转靶离子注入机已批量交付客户使用,注入均匀性和重复性均达到1%以内。

关键词：旋转靶剂量控制离子注入机静电扫描均匀性控制剂量积分仪

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实验室职业照射的剂量控制

实验技术与管理 2019年第10期36卷 256-258,268页

作者：赵刚赵西雄曹瑜何柳四川大学实验室及设备管理处

在接触辐射的工作中,不恰当的防护措施或违反操作程序可能导致人体受到过度照射或体内污染,从而对辐射工作人员的身体健康造成危害,因此,必须制定科学的操作程序,采取有效的防护措施,对工作人员的操作加以规范,对工作场所的辐射水平和... 详细信息

在接触辐射的工作中,不恰当的防护措施或违反操作程序可能导致人体受到过度照射或体内污染,从而对辐射工作人员的身体健康造成危害,因此,必须制定科学的操作程序,采取有效的防护措施,对工作人员的操作加以规范,对工作场所的辐射水平和污染水平加以控制,避免人员受到过量的照射,确保他们受到职业照射的剂量始终保持在国家有关标准所规定的限值之下尽可能低的水平.

关键词：实验室职业照射剂量控制

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PET／CT中的CT剂量和质量控制

中国医学影像技术 2011年第11期27卷 2365-2367页

作者：张连宇耿建华中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院影像诊断科北京100021 中国医学科学院北京协和医学院核医学科、PET／CT中心北京100021

PET/CT检查中的CT扫描起着重要作用,而在全身PET/CT检查过程受检者接受的放射剂量中,因CT扫描产生的放射剂量占较大比例。本文对PET/CT检查中PET及CT扫描对放射剂量的贡献进行分析,探讨如何在不影响临床对CT图像质量需求的前提下,减少... 详细信息

PET/CT检查中的CT扫描起着重要作用,而在全身PET/CT检查过程受检者接受的放射剂量中,因CT扫描产生的放射剂量占较大比例。本文对PET/CT检查中PET及CT扫描对放射剂量的贡献进行分析,探讨如何在不影响临床对CT图像质量需求的前提下,减少不必要的放射剂量,降低受检者辐射剂量。

关键词：正电子发射型体层摄影术体层摄影术,X线计算机剂量控制质量控制

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罗布麻茶辐照灭菌工艺中的剂量控制

激光生物学报 1998年第2期7卷 121-123,117页

作者：哈益明山东农业大学

本文给出罗布麻茶灭菌剂量的Ｄ１０值。讨论了产品箱内吸收剂量分布及剂量场空间纵向分布规律。结果表明，罗布麻茶最佳灭菌剂量范围为６～９ＫＧｙ。静态辐照灭菌宜选用水平方向沿等剂量线多层码放，纵向采用不等时多源位辐照处理工艺... 详细信息

本文给出罗布麻茶灭菌剂量的Ｄ１０值。讨论了产品箱内吸收剂量分布及剂量场空间纵向分布规律。结果表明，罗布麻茶最佳灭菌剂量范围为６～９ＫＧｙ。静态辐照灭菌宜选用水平方向沿等剂量线多层码放，纵向采用不等时多源位辐照处理工艺。可有效地提高产品的剂量均匀性及射线利用率。

关键词：茶叶灭菌剂量控制辐照处理罗布麻茶

基于电阻抗分布的高强度聚焦超声疗效监测和剂量控制研究

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基于电阻抗分布的高强度聚焦超声疗效监测和剂量控制研究

作者：宿慧丹南京师范大学

学位级别：硕士

高强度聚焦超声(HIFU)是一种非侵入性、对正常组织无损伤且不易引起癌细胞转移的肿瘤治疗手段,对其治疗过程中的疗效以及肿瘤周围正常组织破坏情况的监测是实现HIFU治疗剂量精准控制的关键。本文首先从HIFU局部组织加热出发,分析了 HIF... 详细信息

高强度聚焦超声(HIFU)是一种非侵入性、对正常组织无损伤且不易引起癌细胞转移的肿瘤治疗手段,对其治疗过程中的疗效以及肿瘤周围正常组织破坏情况的监测是实现HIFU治疗剂量精准控制的关键。本文首先从HIFU局部组织加热出发,分析了 HIFU治疗中组织模型处的声场以及温度场分布,并基于温度-电阻抗关系建立了 HIFU治疗和电阻抗测量模型,数值模拟了 HIFU焦域处的声场、温度场和电导率分布,并通过电势和电流密度分布的变化来计算模型的电阻抗变化特性。结果表明HIFU声功率一定时,组织电阻抗相对变化和治疗时间呈线性关系,其电阻抗相对变化率和HIFU声功率也呈线性关系;在达到HIFU治疗疗效时(焦域径向±0.4 mm和轴向±2 mm区域达到70 ℃),模型电阻抗相对变化和HIFU声功率呈现反比关系,而所需的治疗时间和声功率的平方呈现反比关系。建立了和仿真条件相同的HIFU治疗和电阻抗实时测量的实验系统,实验结果和理论仿真结果高度一致。最后针对结论的普适性,分析了换能器结构参数对测量结果的影响,证明对于不同类型的换能器,除了相关系数的变化,所提出的电阻抗相对变化的规律仍然有效。针对提出的基于电阻抗相对变化的HIFU温度监测方法是测量治疗过程中的综合效应,存在定位不准的问题,结合EIT技术,提出了一种基于组织模型表面电势分布的HIFU焦域的电阻抗重建方法。搭建了 HIFU焦域二维径向焦平面处的电阻抗重建模型,对比了在同一治疗声功率下不同治疗时刻的电阻抗重建情况,分析了焦域偏心对电阻抗重建的影响。结果表明基于EIT的HIFU焦域电阻抗重建不仅可以精确定位焦点位置以及焦域范围和内部的电阻抗变化趋势,而且还能反映出随着治疗时间的焦域电阻抗变化,进而反映出焦域处的温度分布变化,完善了基于电阻抗变化的组织模型焦域温度无创测温理论。本研究将HIFU焦域处的电阻抗相对变化与电阻抗重建结合,提出了一种基于电阻抗分布的HIFU焦域无损测温方法,可以实现HIFU热疗中的快速、实时、定位精确的无创温度测量以及准确的疗效监测和剂量控制,对实现HIFU治疗的精确控制有着积极的意义,为后续的理论研究和临床应用提供了新的思路和研究方向。

关键词： HIFU治疗相对电阻抗变化电导率重建疗效评估剂量控制