重离子治癌束流的精确位置控制研究

为了实现对肿瘤的精确三维适形照射，最好采用主动磁扫描方式。本课题将通过对束流照射位置的精确控制，配合HIRFL-CSR的主动变能功能，对肿瘤进行逐点扫描，从而做到用主动磁扫描方式完成重离子束流对肿瘤的精确三维适形扫描。要实现主动磁扫描，必须设计重离子束流的精确位置控制系统，本课题要重点研究和发展的就是其核心部件扫描磁铁电源控制器。我们将采用高性能的ARM、FPGA、DSP等器件，结合先进的软硬件编程技术，来开展对扫描磁铁电源的高精度控制。我们将重点解决高速电路板设计，高精度束流扫描分辨率等问题，最终达到扫描行速度100Hz，束流扫描分辨率好于2mm，束流扫描范围20cm×20cm的技术指标。本课题的实施将对我国的重离子治癌研究和加速器控制技术的发展有着重要的科学意义和工程意义。

束流位置的精确控制技术在重离子治疗癌症过程中是非常关键的环节。本课题对这一技术的核心部件扫描电源控制器以及相关的控制算法进行了试验研究。研发了扫描电源控制器硬件平台、束流位置控制算法，对其中涉及到的高速数据传输技术、精确控制信号输出技术做了深入研究，综合运用高速电路板设计、FPGA控制算法编程、DSP算法编程、PCI接口逻辑编程、PCI驱动程序编程等技术，实现了束流位置精确控制系统。扫描电源控制器为标准3U PCI接口插件，以DSP和FPGA作为主要部件，在FPGA内部了实现PCI接口的IO、Memory读写逻辑及高速DMA读写逻辑，满足了点扫描实时大数据传输要求。束流位置控制算法采用DDS频率积分方法，实现精确控制信号二次曲线输出。通过对系统的严格测试，可以看出，该系统可以实现100Hz扫描行速度，束流扫描分辨率好于2mm，束流扫描范围20cm×20cm的技术指标。该系统运行稳定，已具备实际应用价值，在今后的重离子治癌装置中将会是扫描系统的核心部件。