加速器讲义

复合靶
复合靶由靶片、吸收片和过滤片组成。复合靶靶片也 由高原子系数材料制成，但其厚度则按获得最大X线 剂量率来选取，此厚度通常小于电子在靶片中的射程， 所以也叫薄靶，吸收片的作用是吸收穿过靶片的电子， 过滤片则用于吸收低能X线。所以采用复合靶可以提 高高能X线产额，能有效阻止加速电子的穿透，减少 此级低能电子和中子的污染
X线束的路径 靶→初级准直器→均 整器→电离室→上光 阑→下光阑→限光筒
X线靶
厚靶
靶厚的选择也要全面考虑，一是要使它能得到最强的 韧致辐射，因为过厚容易阻挡已产生的X线，太薄则 束流功率不够；另一方面要考虑辐射强度大小与立体 角中强度分布好坏的折衷，靶厚可以选择为电子射程 的1/5，这样一来可以防止电子对X线的污染
治疗机照射的时序控制（一）
Cone_beam CT加速器
采集高分 辨率影像 与模拟和计 划的参考影 像比较 瞬时移动 体位自动 调整误差 Varian Trilogy 出束治疗
标准X射线片——显示骨骼解剖、植入标记 “锥形束CT”模式——产生三维软组织目标影像
线束与加速器的MV级线束垂直安装 KV级X射 线球管
剂量监测系统的要求
测量电路应采取安全保护和预防措施，提高 剂量监测系统的可靠性 预防措施 保护措施 a：设置保护监测通道 b：设置时间保护通道 c：设置带独立电源的备用剂量表 d：软件剂量保护功能 e: 剂量率保护
剂量监测电路
累积剂量联锁 超剂量率联锁 低剂量率联锁 500V电源电压 不正常会出现 ION1、ION2联锁
医用加速器的种类 类型
• 医用电子加速器 • 医用质子加速器 • 医用重离子加速器 • 中子治疗加速器 • 术中放射治疗加速器
医用电子加速器
类型
电子感应加速器
• 电子在交变的涡旋电场中加速较高能量的装置 • 优点: 技术较简单，成本低，电子束可以达到较高的 能量，可调范围大，输出量大 • 最大缺点: X线输出量小，射野小，剂量分布差
治疗机照射的时序控制（三）
断层放射治疗
Tomotherapy
将直线加速器和螺旋CT整合起来，使治疗计划、 患者摆位和治疗过程融为一体，是完全一体化的是 CT引导的三维调强放射治疗系统，该技术实现了 在治疗中以CT为基础的摆位。可以实施传统的放 疗也可以进行调强放疗，2003年7月开始治疗第1例 患者 断层放射治疗可提供高度精确的调强放射治疗 和实时的位置、剂量验证，是影像介导放射治疗的 典范。它为放射治疗医师开辟了一个新的治疗平台， 在调强放射治疗发展史上占有重要地位
我国电子直线加速器
1956年起，在谢家麟先生的领导下开始研制电子 直线加速器，1964年建成了第一台30 MeV的直线加 速器 1965年南京大学研制成功一台0.7 MeV的电子直线 加速器。 1977年北京、上海研制成功了医用行波电 子直线加速器 七十年代末北京研所和清华大学协作研制医用驻波 直线加速器。八十年代末开始小批量生产BJ-4低能驻 波医用直线加速器，上海核子仪器厂也开始生产ZJ10中能加速器 九十年代初，北京医研所改型研制了BJ-6医用直 线加速器，广东威达医疗器械集团与清华大学等合作 批量生产WDVE-6低能驻波医用直线加速器
灯丝电压应该满足要求，电压过低，温 度不够，阴极发射不足，工作不稳定，且容 易引起灯丝打火，还可能损坏磁控管；电压 过高，灯丝和阴极过热，会缩短磁控管的寿 命。有些磁控管在触发时，要求施加额定电 压，但是振荡后，由于一部分电子回轰，使 阴极温度升高，这时要适当降低电压甚至完 全切断灯丝电压。磁控管的寿命主要取决于 灯丝的寿命，因此必须保证磁控管工作在所 规定的温度范围内
电子直线加速器
• 利用微波电磁场把电子沿直线轨道加速到较高能量的 装置 • 优点: 电子束和X线均有足够的输出量，射野较大 • 主要缺点: 机器复杂，成本较高，维护要求较高
医用电子直线加速器的分类
按所采用的加速电磁场形态的不同
行波直线加速器和驻波直线加速器
按能量的不同
低能加速器 ≤6MeV 中能直线加速器 ≤14MeV 高能直线加速器 ≤25MeV
医用电子直线加速器的发展概况 1968年，Knapp等发明边耦合驻波结构 适合精确放疗而发展起来的加速器
为了解决器官本身的移动 ，确保调强放疗 等精确技术的准确实施，各种控制和跟随 照射中肿瘤的运动的技术应运而生，包括:
• 控制等中心移位技术 • 呼吸门控技术 • 图像引导的放射治疗（IGRT）
均整器
作用
• 从X线靶出来的X线束具有一定的能量密度、 能量和角度分布。这种分布可以用均整器进 行修正 • 射束在靶上的角度和位置的偏移会使剂量分 布出现不均整现象 • 采用自动偏转系统可以保持射束精确地射在 过滤器的中轴位置上
均整器旋转托盘
作用
不同类型的射束和不同能量的同一类射束， 需要的过滤器结构不一样。旋转托盘可以根 据所选择的能量，将不同的均整器或散射箔 转到相应的位置
聚焦和偏转系统
聚焦线圈
加速管、速调管、聚束线圈、位置线圈和角 度线圈
偏转线圈的必要性 高能机的加速管一般在2米长左右，只能 与地面平行安装，因此必须采用偏转系统 将射束偏转到与病人垂直的方向 加速管中电子束流具有一定的能量分布， 称为“色差”
能量缝
偏转系统根据消色差的能力不同可分为非 消色差、单消色差和双消色差偏转系统 Varian高能加速器的偏转磁铁中有一能量 缝，用于限制通过偏转磁铁的电子的能量。 能量与设定值相差大于3%的电子不能通过 能量缝
主要特点: 加速器置于一个有6个自由度的大型机器手臂上，以两个交角安 装的KV-X线图像导引系统取代刚性的立体定向用的框架， KV-X线 等中心投射到患者治疗部位，根据探测到的标记点（解剖或金属标 记）的位置随呼吸运动的变化，在Ｘ线的定位系统的引导下，加速 器的等中心可以随靶区的变化而同步变化，从非共面的不同角度实 施图像跟踪式照射。 核心技术是机器臂和图像导引系统。解决了病人不愿意使用头盔 和框架，以及照射时脏器不自主运动问题
电子直线加速器的技术特点
双光子或多光子技术 复合靶 复合均整块 电子扫描系统 独立光阑和多叶光阑技术 E线的弧形治疗技术 动态楔形板技术 实时成像系统 动态调强适形放射治疗技术 智能化微机控制系统
医用电子直线加速器的基本结构
电子直线加速器一般由加速管、微波功率源、 微波传输系统、电子注入系统、脉冲调制系 统、束流系统、真空系统、机械系统、恒温 水冷却系统、电源分配及控制系统和应用系 统等组成
加速器的分类
按加速电场所在的频段：静电加速器、高频 加速器和微波加速器，而对高频、微波加速 器，根据交变电场的结构可还分为行波加速 器和驻波加速器 按工作时的温度高低：常温加速器和超导加 速器 按应用领域：工业加速器、农业加速器和医 用加速器 通常将几种名称联系在一起，使加速器的基 本特点更为清晰，如医用电子行波直线加速 器或重离子超导回旋加速器等
按产生X射线的种类
单光子、双光子和多光子
按使用功率源不同
速调管加速器和磁控管加速器
医用电子直线加速器的发展概况 1931年，美国Van de Graff发明电子静 电加速器 1940年，Kerst发明电子感应加速器， 1949年用于放疗 1944年，Veksler提出了电子回旋加速 器的原理，70年代用于放疗 1953年，Hammersmith医院首次用 8MV行波电子直线加速器治疗病人
CARR和FOIL联锁
剂量监测系统
作用
是加速器上测量和显示直接与吸收剂量有关的辐 射量的装置，该装置可以具有当到达预选值时终 止辐照的功能
跳数与输出量Hale Waihona Puke Baidu关系
加速器剂量监测系统以机器单位(Monitor Unit， MU)作为显示单位，也称“跳数”，MU反映的 是辐射量而不是吸收剂量，但它与吸收剂量有直 接的联系。一旦条件确定，便可以MU转换计算 为确定条件下的吸收剂量。要求： SSD=NTD=100cm 10X10cm 中心轴最大剂量 处：1MU=1cG
放射屏蔽
放射屏蔽和准直器占治疗头的重量和体积 的大部分 在治疗头中，对电子束起阻挡作用的装置 都必须屏蔽 10MV X线能量以上的机器的治疗头用掺 硼的低原子数的材料作屏蔽 射束遮挡器（beam stopper）
固定的或旋转的屏蔽装置，对穿过病人的射线 进行衰减。一般安装在机架的另一端
准直器
电子束治疗束的路径
电子束的路径 初级准直器→散射箔 →电离室→上光阑→ 下光阑→限光筒
X线治疗束的形成
靶
产生X线的强度与靶材料、电子束流强度、 电子能量等因素有关 只有一小部分的能量转化为X射线，大部分 转化为热量，使靶温度很快升高，必须用内 循环水冷却 靶材料一般选用耐高温、产生X线剂量率高 的钨金属
偏转系统
90o单偏转磁铁系统
270o复合偏转磁铁系统
辐射系统
作用
• 从加速管输出端出来的射束不能直接用于治 疗病人，必须经治疗头和各种附件修整，形 成剂量分布均匀，射野大小合适的治疗束之 后，才能用于治疗病人 • 最终用于治疗的射束的形成部位
结构
屏蔽材料、靶、均整器或散射箔、电离室、 初级准直器、次级准直器
代替常规的X线照射挡块 进行旋转治疗时，用于调节射野的形状， 使之与靶区的投影形状适形 通过控制MLC叶片的运动，对射线进行调 强，使剂量的三维分布与靶区容积适形
电子治疗束的形成
散射箔的作用
• 电子束离开加速管时的直径约为3mm，临床应用 时必须把电子束的截面扩展，且80%野面积上的 平坦度不得低于5%。散射箔就是要扩大射束的直 径以满足治疗要求 • 复合散射箔是采用散射箔来改进电子线均整度的 一种技术措施，是由高z材料的初级散射箔和低z 材料的次级散射箔组成。
– 第一层是由高原子系数材料形成初级散射箔，它直接安 放在电子引出窗，厚度非常薄，目的是为了减少电子的 能量损失和X线污染。 – 第二层是由低原子系数材料做成的次级散射箔，它安放 在初级准直器的下方，轴附近较厚，其厚度沿径向逐渐 减少，它对中心区电子吸收较多，能更有效地将电子散 射到周围，提高均整度
直线加速器上岗培训
医用加速器 加速器的定义
利用电磁场把带电粒子加速到较高能量的装置。它 还可以利用被加速后的高能粒子轰击不同材料的靶， 产生次级粒子，如X线、中子和介子束等
分类方法
按粒子加速轨道形状：直线加速器和回旋加速器 按加速粒子的不同：电子加速器、质子加速器、 离子加速器和中子加速器等 按被加速后粒子能量的高低：低能加速器(能量 小于100MeV)、中能加速器(100~1000MeV)、高 能加速器(103~106MeV)和超高能加速器(能量 1000GeV以上)
直线加速器的系统结构图
加速器的工作方式
以脉冲方式工作的 重复脉冲周期为2~20ms，脉冲宽度约2~4.5s 电子在这个脉冲宽度中可以看成是连续发射注 入群聚腔的，在经过预群聚腔的相位会聚之后， 大多数电子会聚到0~90°范围内，再经过群聚腔 继续汇聚，在群聚腔的出口集中相位在 20°~45° 附近，在通过主加速管段时逐步滑相， 最后在主加速管出口时会集在波峰之后的一个小 相位附近 在一个脉冲中，微波场振荡达到几千次，电子 枪连续发射的电子流通过整个加速管后就形成了 几千块电子注，从加速管末端射出
初级准直器
• 位于加速管电子引出窗下，为X线和电子线所 共有 • 限制了X线束的最大治疗射野，同时减少治疗 头的辐射
次级准直器
• 可调的，为减少X线束的穿射半影，准直器的 内端面必须与以靶为圆心的径向线一致 • 两对光阑组成，上下排列，相互垂直
准直器
独立准直器
形成对称或不对称规则野
多叶准直器
非晶硅平 板X射线 探测器
成像模式： 透视——将快速X射线序列转换成动态影像
治疗机照射的时序控制（二）
Cyber-knife（赛博刀）治疗机
Stanford大学医疗中心1992年研发的大型立体定向放射治疗设备，采用计 算机立体定位导向，自动跟踪靶区，无须使用固定头架或体架. 摆脱了加速器机架和治疗床旋转的束缚和对精度的影响