医用电子直线加速器双箔散射系统的研制

医用电子直线加速器双箔散射系统的研制
彭鹏
【摘要】双箔散射系统是医用电子直线加速器中用于对剂量、剂量率进行监测,对对称性进行自动调整以及对治疗时间等一系列与患者安全有关的故障、联锁监测的系统.本文阐述了江苏海明医疗器械有限公司HM-J-16-Ⅰ型医用电子直线加速器ADC系统的工作原理和设计方法.
【期刊名称】《医疗装备》
【年(卷),期】2013(026)002
【总页数】2页(P14-15)
【关键词】医用电子直线加速器;双箔散射系统;加速管
【作者】彭鹏
【作者单位】湖南肿瘤医院设备科,湖南长沙410006
【正文语种】中文
【中图分类】医药卫生
医用电子直线加速器双箔散射系统的研制彭鹏（湖南肿瘤医院设备科，湖南长沙 410006 ） [中图分类号]TH774 [ 文献标识码]B[文章编号]1002-2376(2013) 02 - 0014-02 [ 摘要] 双箔散射系统是医用电子直线加速器中用于对剂量、剂量率进行监测，对对称性进行自动调整以及对治疗时间等一系列与患者安全有关的故障、联锁监测的系统。

本文阐述了江苏海明医疗器械有限公司 HM -J-16-I 型医用电子直线加速器 ADC 系统的工作原理和设计方
法。

关键词 ] 医用电子直线加速器；双箔散射系统；加速管中高能医用电子直线加速器在放射治疗时都具有电子线辐射治疗功能。

电子线辐射治疗野的获得有两种途径：一是利用散射系统使辐射的电子剂量均匀化；二是利用磁场或电
场的二维快速扫描系统使剂量均匀化。

HM-16-J 医用电子直线加速器采用散射系统的方法获得所需的电子辐射治疗野，其结构简单，容易实现，系统安全。

散射系统分为单级散射系统和双级散射系统。

单级散射系统是单个散射箔（不
包括电子输出窗和电离室箔）和具有壁散作用的电子限光桶 (Applicator) 组成，它利用低 Z 材料制成具有适当梯度角的电子限光桶的壁散射效应来修整照射野边缘附近的剂量下塌。

而壁散射电子的能量较低，这就人为地增加了
收稿日期： 2012-10 -26 系统限位开关是否工作可靠。

(4) 季检内容：①检查
谐波减速器是否有渗油漏油现象，及时加专用润滑油。

②检查旋转驱动系统
安装位置有无变化，各固定螺栓有无松动。

③更换水箱用水，用蒸馏水更换。

(5) 物理质控是对 3DCRT 疗效的重要保证，笔者对医用加速器物理质
控技术保证方面总结如下：每周检查内容：①源皮距指示，误差± 2mm 。

②加速器剂量监测，误差± 1% 。

③激光定位灯重合性。

④机架、机头、光野等数字显示。

每月检查内容：①束流中心轴，误差± 2mm 。

②X线质的
测量，误差± 2% 。

③射野平坦度，误差± 3% 。

④射野对称性，误差± 3% 。

每年检查内容：①机架等中心，误差± Imm 。

②治疗床横向纵向运动
标尺，误差± 2mm 。

③治疗14患者皮肤的吸收剂量，降低了剂量峰值点的
深度和深度剂量曲线下降的陡度，故单箔散射系统难以获得具有合格剂量均匀
度的电子辐射野。

采川精心设计的双箔散射复合系统，可获得较好的电子治疗
束特性，本设计目的就在于此。

所谓双箔散射系统，是指在电子柬路径上专为散射电子控制照射野剂量均匀度而安装在特定位置的初、次级两级散射箔。

如
图 1 所示，整个系统南电子输 m 窗、马氏盘、初次散射箔、初级准直
锥、电离室和次级散射箔组成。

初级散射箔有七个（组），分别安装在马氏盘上七个不同的能档位置，以迎合加速器电子治疗束七档不同的能级。

七个组）初级散射箔的材质和厚度均有差异。

次级散射箔安装在电离室的下部，作为电子治疗束公共的散射箔。

电子束穿过电子输出窗的钛膜（厚度床旋转中心，误差± 2mm 。

④ 治疗床垂直下垂性（负荷
70kg ），误差± Smm 。

4 总结近几十年来，随着肿瘤放射治疗事业的蓬勃发展，放射治疗的疗效保证显得尤为重要，如何从T ．程技术角度及物理质控方面进行保证，越来越引起肿瘤放疗界专家们的广泛重视。

笔者作为物理T 程人员，从实践的角度谈了一些工作上的体会，但就某些质控方面问题还有待进一步规范，希望国家有关部门尽快m 台统一标准，达到科学规范的保证。

[参考文献 ] [1] 姜秀英、侯友贤， CT 图象在三维计划系统巾的处理方法，巾国医疗器械杂志社， 2005 ， 2 ： 15
6 ． [2]胡逸民等，肿瘤放射物理学，原子能出版社， 1999[3]顾本广等，医用加速器，北京科学出版社， 200
3 ．Medical Equipment Vol.26,Nt,.2彭鹏设备科，湖南长沙 410006 ）文献标识码]B文章编号]1002-2376(2013) 02 - 0014-02摘要]双箔散射系统是医用电子直线加速器中用于对剂量、剂量率进行监测，对对称性进行自动调 -J-16-I 型医用电子直线加速器 ADC 系统的工作原理和设计方法。

关键词 ] 医用电子直线加速器；双箔散射系统；加速管中高能医用电子直线加速器在放射治疗时都具有电子线辐射治疗功能。

电子线辐射治疗野的获得有两种途径：一是利用散射系统使辐射的电子剂量均匀化；二是利用磁场或电场的二维快速扫描系统使剂量均匀化。

HM-16-J 医用电子直线加速器采用散射系统的方法获得所需的电子辐射治疗野，其结构简单，容易实现，系统安全。

散射系统分为单级
散射系统和双级散射系统。

单级散射系统是单个散射箔（不包括电子输出窗和电离室箔）和具有壁散作用的电子限光桶 (Applicator) 组成，它利用低 Z 材料
制成具有适当梯度角的电子限光桶的壁散射效应来修整照射野边缘附近的剂量下塌。

收稿日期： 2012-10 -26系统限位开关是否工作可靠。

(4) 季检内容：①检查谐波减速器是否有渗油漏油现象，及时加专用润滑油。

②检查旋转驱
动系统安装位置有无变化，各固定螺栓有无松动。

③更换水箱用水，用
蒸馏水更换。

(5) 物理质控是对 3DCRT 疗效的重要保证，笔者对医用加速器物理质控技术保证方面总结如下：每周检查内容：①源皮距指示，误差± 2mm 。

②加速器剂量监测，误差± 1% 。

③激光定位灯重合性。

差±3%。

④射野对称性，误差± 3% 。

每年检查内容：①机架等中心，误差± Imm 。

②治疗床横向纵向运动标尺，误差± 2mm 。

③治疗 14患者皮肤的吸收剂量，降低了剂
量峰值点的深度和深度剂量曲线下降的陡度，故单箔散射系统难以获得具有合格剂量均匀度的电子辐射野。

采川精心设计的双箔散射复合系统，可获得较好的
电子治疗束特性，所谓双箔散射系统，是指在电子柬路径上专为散射电子控制
照射野剂量均匀度而安装在特定位置的初、次级两级散射箔。

如图 1 所示，整个系统南电子输 m 窗、马氏盘、初次散射箔、初级准直锥、电离室和次级散射箔组成。

初级散射箔有七个组）初级散射箔的材质和厚度均有差异。

次级散射箔安装在电离室的下部，作为电子治疗束公共的散射箔。

电子束穿过电子输出窗的钛膜（厚度床旋转中心，误差± 2mm 。

④ 治疗床垂直下垂性 4总结近几十年来，随着肿瘤放射治疗事业的蓬勃发放射治疗的疗效保证显得尤为重要，如何从T ．程技术角度及物理质控方面进行保证，越
来越引起肿瘤放疗界专家们的广泛重视。

笔者作为物理T 程人员，从实践的角
度谈了一些工作上的体会，但就某些质控方面问题还有待进一步规范，希望国家有关部门尽快m 台统一标准，达到科学规范的保证。

[2]胡逸民等，肿瘤放射
物理学，原子能出版社， 1999 [3]顾本广等，医用加速器，北京科学出版社，2003 ． Medical0.005ciii) ，经过近 2cm 厚的空气到达马氏盘上某电子能档
的初级散射箔，通过初级散射，该电子束还不具有电子治疗束特性，电子剂量均匀性和野边缘特性还较差。

该电子束再经过初级准直锥到达电离室，在穿过电离室膜（等效 Al 厚度 0.016cm ）后，进入次级散射箔再散射，此时电子束已基本具有电子治疗束特性，电子剂量均匀性和野边缘特性都较好？图 l 医
用电子直线加速器双箔散射系统 1散射箔系统的设计 1.1散射箔的材料选择设计
初级散射箔时，往往要综合考虑散射效果、能量损失和轫致辐射产额这三
个要素。

为了获得最大散射效果和最小的能量损失，有时采用高原子序数（高
Z ）材料做散射箔。

然而高 Z 材料的 X 线辐射产额较高，这对病人在接受电子
辐射治疗时相当不利。

为此， HM-16-J 医用电子直线加速器的初级散射箔选低 Z 的铝箔和较高 Z 的铜箔。

次级散射箔主要是补充电子散射和修正电子吸收，选低 Z的铝箔。

1.2 散射箔厚度设计电子束与物质相互作用的过程是很复杂的，如果只考察其通过物质后束流的空间分布特性和剂量率时，只需着重研究电子
的库仑弹性散射过程。

实际上电子束通过物质时还有能量的损失，在能量为
数十 MeV以下时导致能量损失的主要是非弹性碰撞和轫致辐射过程。

为此在
设计散射系统时要注重如下问题：①距电子输出窗一定位置截面上剂量的均匀度及所对应的辐射野面积；②在一定辐射野面积内的电子剂量率；③辐射野平
面上的电子剂量率与能量。

根据 ICRU 所推荐的 Rossi 关系及实验结果表明，
散射电子强度的角分布较好地满足正态分布规律，在散射物质的相对原子量
A$210 时。

医疗装备 2013 第2 期 1.3散射后电子束的特征参数和能量损失控制电子束实际上经过下列五层散射箔：电子输出窗的钛膜、 102cm 的空气、
初级散射箔、电离室膜和次级散射箔。

设： ti、 Li 、 Ei 表示第 i 层散射箔
的厚度、与 NTD 平面的距离和到达第 i 层散射箔的电子束能量， La 表示散
射电子束路径内空气层的厚度；以 E 琦表示 m 入空气层电子束能量的平
均值。

冉设卿表示剂量均匀度为 j 时对应的NTD平面上辐射野的直径，，
在忽略初始束斑大小，且散射角 0 不太大，由于电子束通过散射物质时还存在电离、激发等非弹性碰撞和轫致覆辐射等过程从而导致电子能量的损失。

2
讨论根据以上分析，双箔散射系统中不同能档电子束需设计不同的散射箔系统，实际上就是初级散射箔按电子线能档分别设计，次级散射箔各个能档共用。

按上述设计计算的双箔散射系统通过实验验证，平坦度、对称性分别为≤2.3% 、≤ 1.2% ，符合国家标准（分别为≤ 6% 、≤ 3% ）。

最大剂量点
深度，6MV 为 13 — 17mm ； 15MV 为 25 — 30mm ，一般随照射野增
加而减小。

半影宽度为 3.2~ 4.9mm ，与能量关系不大，随照射野增加
略有增加，随治疗深度增加而增加。

表面剂量 6MV 在 51%~72%； 15MV 在 38%~63% ，随照射野增加而增加。

楔形野的质量因子 ( D200/Dl00) 比开野大，显示射线的穿透力增加，同时，表面剂量略小于开野。

对于 6MVX 射线，楔形角越大，质量因子越大；但对于 15MVX 射线，楔形角为 45 。

时，质
量因子为最大值。

离轴比 0.9 的剂量线宽度随深度变化，在 5cm 处，比标称照射野宽度缩小1.5~2.0个半影宽度；在 20cm 处，比标称照射野宽度缩小11%~17%基本能达到加速器电子治疗束的要求。

通过对次级散射箔的精心修正，电子剂量均匀性和野边缘特性等全部符合国家标准。

[ [1]吴建兴，柘江．医用电子直线加速器自动剂量监测控制系统的研制 [J] ．医疗设备，2011 ， 3(7):9-10 ． [2]顾广本主编医用加速器 [M] ．北京：科学出版社，2003. [3]杨绍洲陈龙华张树军医用电子直线加速器 [M] ．军医Ⅲ版社，
2003 ． [4] 曾自力，医用电子直线加速器的质量保证和质量控制 [J]．医疗卫
生装备， 2010 ， 31 (9)： 116-118.150. 005 ciii) ，经过近 2cm 厚的空气到
达马氏盘上某电子能档的初级散射箔，通过初级散射，该电子束还不具有电
子治疗束特性，电子剂量均匀性和野边缘特性还较差。

该电子束再经过初级准直锥到达电离室，在穿过电离室膜（等效 Al 厚度 0.016cm ）后进入次级散射箔再散射，此时电子束已基本具有电子治疗束特性，电子剂量均匀性和野边缘特性都较好？图l医用电子直线加速器双箔散射系统果、能量损失和轫致辐射产额这三个要素。

为了获得最大散射效果和最小的能量损失，有时采用高原子序数（高 Z ）材料做散射箔。

然而高 Z 材料的 X线辐射产额较高，这对病人在接受电子辐射治疗时相当不利。

为此， HM-16-J 医用电子直线加速器的初级散射箔选低 Z 的铝箔和较高 Z 的铜箔。

次级散射箔主要是补充电子散射和修正电子吸收，选低 Z的铝箔。

1.2散射箔厚度设计电子束与物质相互作用的过程是很复杂的，如果只考察其通过物质后束流的空间分布特性和剂量率时，只需着重研究电子的库仑弹性散射过程。

实际上电子束通过物质时还有能量的损失，在能量为数十 MeV撞和轫致辐射过程。

为此在设计散射系统时要注重如下问题：①距电子输出窗一定位置截面上剂量的均匀度及所对应的辐射野面积；②在一定辐射野面积内的电子剂量率；③辐射野平面上的电子剂量率与能量。

根据 ICRU 所推荐的 Rossi 关系及实验结果表明，散射电子强度的角分布较好地满足正态分布规律，在散射物质的相对原子量 A$210 时。

医疗装备 2013 第2 期散射后电子束的特征参数和能量损失控制电子束实际上经过下列五层散射箔：电子输出窗的钛膜、 102cm 的空气、初级散射箔、电离室膜和次级散射箔。

设： ti、Li 、 Ei 表示第 i 层散射箔的厚度、与 NTD 平面的距离和到达第 i 层散射箔的电子束能量， La 表示散射电子束路径内空气层的厚度；以 E 琦表示 m 入空气层电子束能量的平均值。

冉设卿表示剂量均匀度为 j 时对应的 NTD平面上辐射野的直径，，在忽略初始束斑大小，且散射角 0 不太大，由于电子束通过散射物质时还存在电离、激发等非弹性碰撞和轫致覆辐射等过程 2讨论根据以上分析，双箔散射系统中不同能档电子束需设计不同的散射箔系统，实
际上就是初级散射箔按电子线能档分别设计，次级散射箔各个能档共用。

平坦度、对称性分别为≤2.3% 、≤ 1.2% ，符合国家标准（分别为≤ 6% 、≤
3% ）。

最大剂量点深度，6 MV为13—17 mm；152530一般随照射野增加而减小。

半影宽度为 3.2~ 4.9与能量关系不大，随照射野增加略有增加随治疗深度增加而增加。

表面剂量 6MV 在在38%~63%野大显示射线的穿
透力增加，同时，表面剂量略小于开野。

对于 6MVX 射线，楔形角越大，
质量因子越大；但对于 15MVX 射线，楔形角为 45质量因子为最大值。

离轴比 0.9 的剂量线宽度随深度变化，在 5cm 处，比标称照射野宽度缩小 1.5~2.0个半影宽度；在 20cm 处，比标称照射治疗束的要求。

通过对次级散射箔的精心修正，电子剂量均匀性和野边缘特性等全部符合国家标准。

[1]吴建兴，柘江．医用电子直线加速器自动剂量监测控制系统的研制 [J] ．医疗设备，2011 ， 3(7):9- 10 ． (9)：116 -118. 15
【文献来源】https:///academic-journal-cn_medical-equipment_thesis/0201211652478.html
【相关文献】
1.医用电子直线加速器双箔散射系统的设计 [J], 张益贵
2.XHA1400双光子医用电子直线加速器的研制 [J], 李秀清，成希革，纪东泽，陈万忠，张中元，
马宗国，尹振宇，车永新，崔刚
3.KV/MV同源双束医用电子直线加速器样机研制[J], 刘耀红，胡海峰，高建军，陈怀璧，陈志强，何宇，陈玉梅，高峰，梁笑天
4.医用电子直线加速器自动剂量监测控制系统的研制 [J], 吴建兴，柘江
5.医用电子直线加速器机头散射X射线的分析 [J], 赵旭娜，黄斐增，赵洪斌，包尚联。