第5章新 常用放射治疗设备

常用的放射治疗设备南阳医专一附院放疗科放射治疗设备是放射治疗技术的基础，也是临床放射治疗方案得以正确实施的基本条件。本章主要讲的是常用的放射治疗设备的基本结构和特点及其原理和功能。2011年中国大陆地区第六次放疗人员及设备调查设备:直线加速器1296台,60Co远距离治疗机286台,深部线机81台,模拟定位机1040台,CT模拟定位机376台,近距离治疗机317台,治疗计划系统1427套,剂量仪1041台,X刀410台,γ刀230台(头部γ刀122台,体部γ刀108台)。远距离钴-60治疗机钴-60治疗机是我们熟知的常规放射治疗设备。我国放射治疗领域内现在有四百多台（最新统计286台）钴-60治疗机正应用于临床，主要分布于地市级及以下医疗单位，其中80%为国产机。一、钴-60γ射线的特点钴-60γ射线的半衰期为5.24年，平均每月衰变约1%，外照射用的钴-60放射源通常由1mm×1mm的多个柱状源集合一个不锈钢的圆筒状源套内。源套直径一般为2.0-2.6cm，其高度决定源的总活度。二、钴-60治疗机的一般结构①一个密封的放射源；②一个源容器及防护机头；③具有开关功能的遮线器装置；④具有定向限束功能的准直器，⑤支持机头的治疗机架，用以调节射线束的照射方向⑥治疗床⑦计时器及运动控制系统⑧辐射安全及连锁系统（一）钴-60源的防护国际放射防护委员会推荐，任何远距离钴-60治疗机，当放射源处于关闭时，据放射源各个方向1米处的平均照射剂量应小于2mR/h,在此距离处不应有超过10mR/h的地方。根据这种要求对千居里级钴-60治疗机，需要大约衰减到近似20个半价层。一般防护材料用铅，也有用钨或铀的合金，通常源容器用钨或铀合金，源容器周围用铅，外面用钢作套。（一）钴-60的遮线器所谓遮线器就是截断射线的装置。当遮线器开放时，射线束按一定方向射出进行治疗；遮线器关闭时，射线被截断，只有少部分漏出。（一）钴-60的准直系统准直系统的目的是限定照射野的大小以适应治疗的需要。国际放射防护委员会推荐，准直器的厚度应使漏射剂量不超过应用照射剂量的5%，根据这个要求，钴-60准直器的厚度应为4.5个半价层。例如铅的HVL为1.27cm,准直器铅的厚度应为5.7cm。实际上，多数准直器的厚度要超过此厚度，使漏射剂量不超过应用照射剂量的1%。（一）钴-60的准直系统准直器的理想设计应使钴-60的半影最小，准直器一般设计为一级准直器和二级准直器。一级准直器一般来限定钴-60治疗机的最大照射野，不能调节。（一）钴-60的准直系统二级准直器有固定可切换式和可调式两种，前者很笨重，不利于摆位，已被放弃。可调式准直器较方便，并采用复式结构。他的主要目的是减少几何半影。该准直器末端的两对叶片设计为伸缩式，可以改变放射源至准直器末端的距离（SDD），一般治疗时，叶片在标准距离，特殊治疗时，叶片位于下拉位置，可使几何半影进一步减少，此叶片为消半影装置。当照射野临近有重要器官或组织，这种装置可以减少半影降低临近组织受照射剂量。三、钴-60治疗机的半影半影为照射野边缘剂量随离开中心轴距离的增加而发生急剧变化的范围。按照半影的成因不同，可分为几何半影、穿射半影和散射半影。几何半影钴-60放射源具有一定的大小和尺寸，射线被准直器限束后，照射野边缘诸点分别受到剂量不等的放射线的照射，因而产生由高到低的剂量渐变分布。改进办法：缩小放射源的尺寸，缩小源皮距，或增加放射源到准直器的距离，但会增加散射线。穿射半影即使是点状放射源，由于准直器端面与边缘线束的不平行，使线束穿透的厚度不等，也可造成剂量的渐变分布。改进办法：采用球面准直器，原则上可以消除穿射半影。即使是采用点状放射源和球面准直器，使几何半影和穿射半影消失，组织中的剂量分布仍有渐变，这主要是由组织中的散射线造成。散射半影是无法消除的，但散射半影的大小随能量的增大而减少。高能X线或γ射线，散射线主要向前，故散射半影较小，低能X线散射半影较大。钴-60治疗机的半影上述三种半影均可造成照射野边缘剂量的不均匀性，这种剂量的不均匀性对给予肿瘤较高均匀的治疗剂量，减少肿瘤周围正常组织器官的受照射剂量都是不利的，因此应尽量减少半影的存在。。减少几何半影有两种方法：1、缩小放射源的直径S，但S不能太小，主要受放射源的放射性活度的限制，S太小，放射线输出剂量低，不经济。2、加大准直器与放射源的距离，即减少准直器到患者皮肤间的距离。如SSD－SDD＝0，则皮肤半影等于0，这样虽然减少了几何半影，却增加了γ射线的电子污染，破坏了射线的剂量建成效应，增加了皮肤的照射剂量。为了保护剂量建成效应的优点，一般SSD－SDD至少等于15cm。四、钴-60放射源的更换钴-60放射源因不断衰变，放射性活度逐渐减少，致使患者的治疗时间不断加长，此时需要更换新的放射源。更换放射源是一项细致、慎重的工作，需要在专业技术人员指导下进行。新钴-60源应尽量与旧源规格相近，特别是直径至少要等于或不小于旧源的直径。新源换上后，由于源的物理几何参数都发生了变化，故需要对新源进行一系列的剂量学测定。如输出剂量的测量、照射野平坦度和对称度的测定、半影测定机机头防护等，都要一一检查，在获得实际数据后方可交付临床使用。五、钴-60治疗机的种类钴-60治疗机分为直立式和旋转式两种类型。每种类型又可分为“百居里”治疗机和“千居里”治疗机两种。“百居里”治疗机治疗距离短，百分深度剂量低，照射时间长等缺点，现已不再使用。“千居里”甚至“万居里”治疗机较普遍，治疗距离可达100cm，其百分深度剂量可与加速器低能X射线相比。直立式源皮距60cm，800居里钴60治疗机。直立式治疗机机头能上下移动，机头能向一个方向选择一定角度，作切线治疗。旋转式治疗机机头不能升降，只能做360°选择，现在，直立式已不再生产，主要为旋转式，源到等中心距离为80cm-100cm.医用直线加速器一、加速器的基本结构电子直线加速器是指电子被加速的径迹成直线，按微波传输的特点电子直线加速器又分为行波和驻波两类。四、医用加速器与Co60治疗机的比较医用加速器Co60治疗机1、产生的射线X线、电子线，多档γ射线（1.25MV)，单能2、源的特点不需换源，不加高压无射线产生防护好。需定期换源，随时有射线产生，防护困难。3、半影半影小，射野剂量分布均匀，对称性好半影大，均匀性和对称性差。4、剂量率剂量率高，束流稳定，剂量计算准确，治疗时间短不断衰减，剂量率不稳定剂量计算准确性低，治疗时间延长5、结构与费用结构复杂，维修复杂费用昂贵结构简单，维修方便，费用低，经济适用行波医用电子直线加速器示意图驻波医用电子直线加速器示意图二、电子的加速过程电子的加速过程分为三个阶段：第一阶段是由电子枪发射初始速度大约为0.45倍光速的电子被注入加速管；第二阶段是电子在被持续稳定加速的过程中，其速度和能量不断的提升；第三阶段是当电子接近光速时，电子从微波中获取能量，这时电子的速度不再增长，而依质能转换规律使质量不断增加。例如：电子的能量从1MeV增至5MeV，其速度只增加6%。三、加速管的结构临床上常用的电子直线加速器分为行波电子直线加速器和驻波电子直线加速器。行波电子直线加速器行波电子直线加速器加速电子的加速管由一段段盘荷波导组成，从微波功率源发出的微波经过波导传输系统馈送到加速管的功率馈入口建立起一个沿轴向行进的行波加速电磁场。电子骑在不断向前行进的微波波峰上，与波的速度相同，不断得到加速。行波的剩余功率到达加速管末端不反射回来，而是通过输出耦合器被水负载吸收。驻波电子直线加速器驻波电子直线加速器的加速管是一系列以一定耦合方式串联起来的谐振腔链。驻波工作方式时，馈入的微波到达加速器的末端就被反射回来，因为利用了反射波，加速电子的效率高，能量少。另外微波的电场强度高，能在短距离内获得足够的能量。行波与驻波结构的比较从加速管长度看，对低能应用电子直线加速器，驻波管要比行波管的增益高的多，因此，驻波管比行波管短很多。例如，同样是6MV直线加速器，采用驻波管加速结构，加速管仅长30cm，可以做成直立式，无需偏转系统。而采用行波加速结构时，其长度在100cm以上，只能水平安装于机架上，必需用偏转系统把电子束引向下方。对于中、高能量的直线加速器，两者增益差别不大，尽管驻波管比行波管短。行波与驻波结构的比较高频功率源•Co60治疗机（HMD-I）型1.磁控管中、低能加速器大多采用磁控管作为微波功率源，不需要使用射频激励器。2.速调管高能机一般使用速调管作为微波功率源，需要使用射频激励器，若射频稳定性好，则速调管工作稳定、寿命长。高频功率源•Co60治疗机（HMD-I）型•Co60治疗机（HMD-I）型线束偏转系统•Co60治疗机（HMD-I）型由加速管出射的电子束经一段距离的漂移后进入偏转相同，在偏转磁铁的磁场作用下电子经弯曲的途径最终导向治疗方位。常用的偏转系统分为两类，即90°和270°。前者比较紧凑、直接，故机头结构简单，机架等中心高度较低，如124cm；后者因需将电子倒翻，故机头结构较大，使得等中心高度不得不提高到130cm左右，以避免机头与地面撞击。•Co60治疗机（HMD-I）型线束偏转系统•Co60治疗机（HMD-I）型•Co60治疗机（HMD-I）型治疗头作用•Co60治疗机（HMD-I）型加速电子经偏转或垂直射出，与高原子序数物质（如钨）制成的靶相互作用，韧致辐射产生X线。X线治疗束的形成初级准直器为固定式，开口角度约15°，由重金属材料构成，其作用是控制原始最大照射野及方向，同时屏蔽其他方向的射线泄露。初级准直器均整•Co60治疗机（HMD-I）型3.均整器从X线靶出来的X线束其剂量分布是不均匀的，强度的分布主要是向前的。在初级准直器的下方设置有呈锥形体的均整滤过器，当射线束通过锥形均整器后，其中央部分的强度会被减弱，并增强了射线束周围区域的散射效果，是分布变得均匀。5.电离室剂量检测系统的传感探头•Co60治疗机（HMD-I）型Varian’s电离室n双通道监控输出剂量n监控均整性和对称性n密封式设计(读数与温度和气压无关)n适用于电子束和光子束n薄膜室壁–对电子束无影响•Co60治疗机（HMD-I）型6.次级准直器调节辐射野的形状、面积。次级准直器由相互垂直的两对相对方向运动的铅或（钨）门构成。铅或（钨）门开启的大小决定照射野的大小和形状。在等中心位置形成的照射野，可控范围在0×0cm至40×40cm内。手动多叶光栅手动多叶光栅手动多叶光栅多叶准直器(多叶光栅)(MLC)•Co60治疗机（HMD-I）型放射野(40x40cm)由40对铅条组成,每条铅条由一个独立的马达推动或拉出,速度2-4cm/秒,全部马达由计算机控制,可形成各种不同几何形状的放射野MLC•Co60治疗机（HMD-I）型直线加速器直线加速器托架•Co60治疗机（HMD-I）型野灯与反射镜食管癌三野照射（一）按加速后产生粒子的能量范围分类•Co60治疗机（HMD-I）型X射线能量范围及能量分档电子射线能量范围及能量分档应用范围低能机4-6MV，1档无治疗深部肿瘤可替代钴-60治疗机中能机8~10MV，1或2档5~15MeV，3~5档大部分深部肿瘤、部分表浅肿瘤高能机6~16MV，15~25MV，1-3档5~25MeV，5~8档同上为区分x线和电子线能量，一般称X线能量的单位用兆伏（MV），称电子线能量的单位用兆电子伏特（MeV）.•Co60治疗机（HMD-I）型1978年我国第一台10MV行波医用直线加速器BJ-10在北京市肿瘤研究所投入使用。20世纪80年代以后，北京医疗器械研究所生产了4MV驻波加速器BJ-4，6MV驻波加速器BJ-6山东新华医疗器械厂生产的6MV低能加速器XH-600相继形成批量生产能力。国产加速器性价比好，维修服务及时，获得了基层肿瘤放疗部门的欢迎。而省级肿瘤医院依然青睐进口大型高档放疗设备，这就形成了国产、进口放疗设备各占50%市场状况。•Co60治疗机（HMD-I）型•Co60治疗机（HMD-I）型30多年来，中国的肿瘤专家对国产治疗放