随着癌症发病率的逐年升高和患者年轻化的趋势,质子治疗作为治疗癌症的有效手段之一正在国际上得到越来越多的关注。目前质子治疗装置的扫描系统通常使用两块分离式的二极扫描磁铁,在两个正交方向上对束流进行偏转,但这种分离式结构需占用较大的纵向空间,使得治疗头长度和旋转机架半径较大。为了实现小型化和紧凑型的质子治疗装置,可以使用一块多极扫描磁铁来代替原有的两块分离式二极铁,在对线圈电流进行动态配置后,该磁铁可以在好场区内生成旋转的二极场。基于多极扫描磁铁的原理,推导了励磁电流变化时磁铁好场区二极场大小保持不变这一特点,验证了由Pyramid提出的使用一块多极扫描磁铁来实现束流在两个正交方向上的偏转是可行的。由于多极扫描磁铁的磁场特性,其好场区应为圆形。从装置对扫描磁铁的需求出发,通过对扫描磁铁二维和三维模型静态场的仿真模拟和计算分析,给出了磁铁的设计参数,确定了扫描磁铁的磁极数为八极,选择了合适的孔径大小和磁极头形状。好场区横向场均匀性在±1.2×10-2以内,积分场均匀性在±1×10-2以内。当励磁电流变化引起好场区磁场旋转时,观察到好场区磁场品质在这一过程中保持稳定。为了观察好场区磁场的不均匀对束流品质的影响和验证磁场指标,对束流进行了跟踪,得到了磁场大小变化和磁场方向变化这两种情况下,束流在照射野处相椭圆形状的变化。给出了在照射野1/4圆周内4×4点阵上束流的实际包络,束流包络的最大畸变小于1.6%,照射野处束流的位置精度在±0.5 mm范围内。对磁铁的动态过程进行了研究,发现在换行式点扫描中,相邻两个扫描点处四对线圈励磁电流幅值的变化保持不变,分析了三种动态过程下涡流对磁场响应的影响,对换行式点扫描和旋转扫描涡流对磁场的滞后影响进行了比较,给出了动态过程中好场区磁场品质的变化,观察到励磁电流变化结束后好场区横向场和积分场品质保持稳定。最后,对八极扫描磁铁的线圈进行了工程设计,确定了线圈的几何参数、电参数和水冷方案。