肿瘤放射物理学-物理师资料-4.1 X射线治疗机

X射线治疗机曾经在放射治疗中广泛使用，但在 20世纪的五、六十年代后，逐渐被高能治疗机所取代。 尽管如此，X射线治疗机由于其固有的一些特点，如与 高能治疗机比较，设计和操作简单，价格比较低，适合 治疗浅表部位的肿瘤等，在中小型的放射治疗中心仍有 使用价值。
一、X射线的产生及其能谱 高速电子撞击靶物质时，产生碰撞和辐射两种损失，
X射线的能谱
有两种成分。轫致辐射形式的能谱是连续的，是X射线谱中的主 要成分。 一个轫致辐射光子所含有的最大可能能量可以与入射 电子的能量相等。最大能量（keV）在数值上等于使用的千伏峰 位（kVp）。
为了获得满意的能谱分 布，往往要加些滤过， 把低能成分去掉。
二、X射线质的改进——过滤板的作用
治疗机的分类 按X射线机球管电压和线束特点，基本分为： （1）接触治疗机：管电压20～50KV，治疗距离即靶到
皮肤距离10cm或更小，治疗深度仅为1～2mm。 （2）浅层治疗机：管电压50～150KV，HVL约为1～8mm铝，
治疗距离10～30cm，治疗深度一般到5mm。 （3）深部治疗机：管电压约150～300KV，治疗距离30～
对于能量较高的加速器产生的X射线，由于电子的动能很高， 电子能量的大部分产生X射线，只有小部分产生热，所以高能电 子加速器一般不需要冷却装置。
辐射产生X射线，主要是两种方式：
（1）特征辐射 高速运动的入射电子与靶材料原子的内层轨道电子相
互作用。内层轨道电子获得动能，脱离原轨道成为自由电子， 这时外层轨道电子发生轨道跃迁，补充到内层轨道的空位，并 以电磁辐射的形式辐射其能量。这一机制产生的X射线称为特征 辐射，其能量正好等于发生跃迁的轨道能级差。
（2）韧致辐射 高速运动的电子，靠近靶材料原子的原子核附近，由于
原子核库仑力的作用，电子运动受阻，改变方向，并伴有电磁 辐射损失能量，即产生X射线。与单能量的特征X射线不同，韧 致辐射X射线的能量，可以是最小直至入射电子的初始动能，即 具有连续能谱。电子与物质相互作用，发生韧致辐射的几率与 靶材料原子序数的平方成正比，也就是说，韧致辐射更容易发 生在高原子序数靶物质中。
低能部分对治疗是毫无用处的，且容易产生高的皮肤剂量。 设法去掉低能部分，而保留较高能量的X射线，过滤板可 以起到这样的作用。滤过主要影响了能谱的初始低能部分但并 不明显影响高能光子的分布。 选择合适的过滤板使其对低能部分比高能部分吸收的多， 使得射线富有较高能光子。随着滤过增加，透射束变硬（改进 后的X射线比原来的X射线其平均能量要高，即半价层高，穿透 力增加）。
40cm，HVL约为1～3mm铜，治疗深度一般到2cm。
小结：
1、X射线的产生机制 2、滤过板的作用及使用 3、X射线机的结构
使用过滤板时，应注意的几点：
（1）140kV以下的用铝，140kV以上的用铜或铜加铝或用 复合滤过。
（2）同一管电压的X射线，过滤板不同，所得X射线的半 价层不同。
（3）使用复合过滤板时，应注意放置次序，沿射线方向， 先放原子序数大的，后放原子序数小的。这样放置的目的 是为了滤掉滤板本身产生的特征谱线，同时也达到滤掉低 能部分的目的。
Hale Waihona Puke 加速电场（阳极和阴极间置上高电压）
（1）X射线球管里包括阳极靶和阴极灯丝。真空度为10-6～10-7 Torr（托），1Torr＝13Pa。抽真空的目的是为了避免电子在打击 靶前与空气作用，损失能量。如果真空被破坏，则X射线管被破坏。 使用时应注意不要一开机就突然加到高kV，高mA，而要从低到高 逐渐上升。
前者主要是产生热，后者主要是产生X射线。二者之比 为：
碰撞损失 800MeV 辐射损失 T Z
式中T是高速运动的电子的动能（MeV）；Z是靶物质的原 子序数。
例如， 250KV的低能X射线治疗机，靶材料钨，则 T＝250keV＝0.25MeV Z＝74
辐射损失占电子能量损失的2％，碰撞损失占98％，以热量 的形式出现，所以一般低能X射线治疗机要有靶的冷却装置。
（2）阳极是由粗而大的铜棒和小钨靶组成。钨的原子 序数大74，熔点高3370℃，作X射线靶很合适。铜散热 快，能及时将靶上的热带走。
（3）用钨丝作灯丝，发射电子能力强。
（4）X射线机的阳极加几百kV的高压作为电子的加速 电场，它代表X射线的峰值能量。
电路可划分为两部分： 1、为电子提供加速电位的高压电路 阴极和阳极间加的电压足够高以使所有电子加速而击靶。 2、为灯丝供应加热电流的低压电路 灯丝温度或灯丝电流控制了管电流和X线强度。使电子发射 的灯丝电源规格通常是10V，6A。
（4）不是滤过越多越好。虽然滤过越多，谱线分布对治 疗越好，但过多的滤过会使X射线强度（图3-1中曲线下的 面积）大大降低，不合算。
三、X射线机的一般构造
真空盒（高真空的玻璃泡）
靶（阳极 包括一厚 铜杆，末 端置一钨 靶）
电子源 （阴极 （负极）， 钨丝，加 热时释放 出电子， 称为热电 子发射）
临床用的X射线机根据能量高低分：临界X射线（6～ 10kV ） 、 接 触 X 射 线 （ 10 ～ 60kV ） 、 浅 层 X 射 线 （ 60 ～ 160kV）、深部X射线（180～400kV）、高压X射线（400kV～ 1MV）以及高能X射线（2～50MV），高能X射线主要是由各种 形式的加速器产生。低能X射线机与钴-60、加速器相比，主 要缺点是：百分深度剂量低、能量低、易于散射、剂量分布 差等，因此其逐渐被取代。
第一节 X射线治疗机
与肿瘤患者治疗有关的常有设备:主要有各种内 外照射治疗机、模拟定位机和治疗计划系统。
治疗机包括中低能X射线治疗机（KV级治疗机）、 高能治疗机（MV级治疗机），目前普通应用的是60Co治 疗机、医用加速器等；和近距离治疗中使用的后装治疗 机；以及立体定向放射外科和立体定向放射治疗设备。