放射治疗是目前治疗癌症的主要方法之一,其中基于质子重离子的放疗方式由于其高相对生物学效应、高剂量均匀性以及对正常组织有很好的保护能力的特点,在对恶性肿瘤的治疗过程中展现出了不俗的成果。但是质子重离子放疗也面临着一些难题,对于位于人体胸腹部的很多组织器官而言,在放疗过程中会随着患者呼吸运动产生牵连运动。这种运动致使肿瘤靶区的位置产生偏差,进而导致出现靶区剂量分布不均,靶区产生非期望的几何遗漏,以及对周围正常组织的不必要照射等一系列问题,对治疗结果产生不良影响。为解决这些难题,本文针对放射治疗期间对于呼吸运动的控制问题展开研究,在对现有解决方案进行对比与总结后,设计出一种基于激光位移传感器的,具有特异性引导功能的视觉反馈呼吸门控系统,从而解决呼吸运动下靶区位置产生偏差的问题。该系统选用激光位移传感器来监测患者的呼吸运动,在实际放疗过程中系统根据所监测患者自由呼吸下的运动波形生成一条特异性引导曲线,随后指示患者调整自己的呼吸运动与引导曲线保持同步便可满足治疗精度要求。系统的软件部分是基于Lab VIEW平台开发的。相较于目前主流的呼吸运动监测方法,光学追踪方式具有精确度高,追踪范围大,患者易于耐受和抗干扰能力强的优点。为了评估这一解决方案的应用前景和发展潜力,本文选用Polaris Vega红外光学追踪系统,并在其原有的特性基础上,借助空间位置传感器的应用程序接口开发了对于单个光学标记物的追踪功能。之后的实验过程中,在对本文所设计基于激光位移传感器的呼吸门控系统进行测试的同时,尝试使用经过二次开发的红外追踪系统获取体表的空间运动数据。本系统共邀请了16名年轻志愿者参与模拟实验,志愿者使用该系统模拟了整个治疗过程,对系统中各功能的完成情况进行检验。通过实验共计获得了16条长度600秒的呼吸运动轨迹,240条长度600秒的光学标记物空间运动轨迹,2条长度60秒的模体运动轨迹以及18条特异性引导曲线波形。然后基于实验所获得的数据,本文逐步开展以下工作内容:对特异性引导曲线准确性与有效性进行验证;测试呼吸门控系统在呼吸同步能力,屏气执行能力和耐受性变化方面的性能表现;以及评估光学追踪系统的应用前景,这一部分围绕分析光学追踪系统中各个标记物的空间运动关系,以及各部位的代表性标记物与呼吸轨迹的运动关系展开。