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1、常用放射治疗设备,学习目的,掌握现代放射治疗技术实施过程中常用设备的基本结构 熟悉现代放射治疗技术实施过程中常用设备的特点和原理、功能,远距离60钴治疗机,我国现有400多台应用临床，在肿瘤放射治疗过程中发挥重要作用。,60钴射线的特点,穿透力强，百分深度量高，布野方便 保护皮肤 康普顿效应为主，骨和软组织吸收相似 旁向散射小 等剂量曲线较为平坦,60钴射线的特点,半衰期5.24年平均每月衰减1%; 通常由柱状源集合在圆筒形的圆套内。,60钴治疗机的一般结构,密封的钴放射源 源容器及防护机头 具有开关功能遮线器 定向限束功能的准直器 治疗机架 治疗床 计时器及运动控制系统 辐射安全及连锁系统,
2、一.60钴的防护,当钴源处于关闭位置时，距钴源各方向1米处的平均照射剂量均应小于2mR/h，在此距离不应有10mR/h区域。 要达到此要求，对千居里级钴治疗机，需要有106的衰减系数或近20个半价层(HVL)，一般用铅，也可用钨或铀的合金，铅的HVL为1.27cm，则20个HVL需用铅厚度为： 1.27cm20=25.4cm,半价层,半价层 (Half Value layer，HVL)：是指置于X射线束通过的路径上，使其照射量减少一半所需某种物质的厚度。,二、60钴遮线器,截断60钴射线； 开位时，射线射出治疗； 关闭时，射线束截断；,三.60钴准直系统,目的限定照射野的大小适应治疗的需要 钴
3、源在开放位时，限光筒的厚度应使漏射量不超过有用射线剂量的5。按这要求，限光筒或遮线挡块厚度应达4.5HVL，用铅则为：1.27cm4.5=5.7cm(一般制成6cm厚),60钴准直系统,一级准直器 二级准直器 切换式和可调式 可调式方便，采用复式结构,60钴治疗机的半影,定义：照射野边缘剂量随离开中心轴距离增加而发生急剧变化的范围。一般用P90%10%或P80%20%表示。,60钴治疗机的半影,外照射治疗机所谓的半影区是指在按国际标准范围内的射野均匀度以外，由于各种原因造成的低剂量区。,60钴治疗机的半影,几何半影 穿射半影 散射半影,几何半影,由于60Co放射源具有一定的尺寸，射线被准直器限
4、束后，照射野边缘诸点受到剂量不均等的照射，造成剂量由高到低渐变分布。,穿射半影,由于限光筒按HVL的要求设计，即使符合防护要求，也总有一定射线穿过限光系统，若限光筒端面与边缘线束不平行时，将有更多射线穿过限光筒，形成穿射半影。,散射半影,组织中散射线造成照射野边缘剂量渐变分布，这种散射线随能量增高而减少，但始终存在。,几何半影计算,设ds=源直径，C=源限距，F=源皮距， L=限皮距，PG=几何半影，d=组织深度，PG=d深度处的几何半影 按相似三角形原理：ds/PG=C/(F-C) PG=ds(F-C)/C=(dsL)/C(皮肤表面半影) d深度处的几何半影：PG=ds(F-C+d)/C=d
5、s(L+d)/C,例题,例：设国产钴机源皮距F=70cm，源限距C=45cm，源直径d=2.6cm 求：几何半影有多宽?若用消半影装置，向下拉10cm，此时半影区为多少? 解：PG=2.6(70-45)/45=1.4cm PG=2.670-(45+10)/(45+10)=0.71cm,对于给定的组织深度，半影随照射野的增大而增加 放射源距准直器端面的距离越长，半影越小。,钴源的更换,放射活度减少，治疗时间加长，效能下降 换源后需重新测量物理参数，如输出剂量、射野平坦度、对称度、半影测定及机器本身防护,60钴治疗机的种类,直立式 运动范围135cm 旋转式 机头不能升降，只能360度旋转，源到等
6、中心的距离为80cm或100cm。,医用直线加速器,前面介绍的60Co治疗机虽然开创了高能射线时代，使肿瘤治疗效果得到了大幅度提高，但也有其固有缺点，如半影区大、剂量曲线不能调节、深度量仍不够理想等，千伏级X线虽然能量较低，但也有深度量可以调节的优点。将两者的优点结合起来(深度量高和可调节)，可用医用加速器进行治疗。,医用直线加速器,按加速粒子的种类分类 加速电子 加速离子 加速任何一种带电粒子,按加速器粒子的轨道分类,有直线形 圆形 螺旋线形,按加速器的电磁场的特点分类,(1)静电场加速的高压加速器，其中有静电加速器等。 (2)高涡旋电场的感应加速器，其中有电子感应加速器。 (3)高频电场加
7、速的回旋加速器，包括回旋加速器、微波加速器、稳相加速器、电子同步相加速器、同步稳相加速器等。 (4)微波电场加速的有直线加速器，其中主要有电子直线加速器和质子直线加速器。,常用医用直线加速器,电子感应加速器 高能X线的输出量和照射野都小 电子直线加速器 当今临床使用的主要加速器类型 电子回旋加速器,医用电子直线加速器结构,医用电子直线加速器由加速系统，辐射系统，剂量检测系统，机架及治疗床运动系统，电气控制系统，温控及充气系统，真空系统，侍服系统(聚焦线圈、对中线圈)，偏转系统(偏转室、偏转磁铁)组成。,医用电子直线加速器结构,微波源是磁控管或速调管，可以提供10cm波段的电磁波（频率为2998
8、MHz或2856MHz） 电子枪发射可供加速的电子；真空系统由钛泵和真空器件构成，作用是保持加速管内部和电子枪等部位的高度真空状态，以避免烧坏灯丝、腔内打火和能量损失等；,医用电子直线加速器结构,束流输出系统主要在机头部分，包括束流的偏转、靶窗转换、束流均整、束流准直、计量检测等功能；水冷系统的作用是对加速管、微波源（磁控管或速调管）和偏转磁铁等产生热能的部件进行冷却，以保持设备稳定运行；,医用电子直线加速器结构,治疗床系统则是对病人进行放射治疗时的床体结构，可以进行X、Y、Z三个方向的直线运动和治疗床系统等中心的旋转运动，以满足不同部位的治疗需求；,医用电子直线加速器结构,自动控制系统包括能
9、量控制和故障检测两大功能，在正常情况下，操作人员通过计算机对各大系统进行工作控制，发生各类故障时，计算机会自动进行检测报警，并禁止治疗，以保证绝对安全。,医用电子加速器的基本工作原理,在电子直线加速器的加速管内部，“谐振腔”在微波的激励下产生沿轴线向前移动的高压电场，电子被持续加速而获得能量。电场强度越高，加速距离越长，电子获得的能量就越高，这些获得高能量的电子，直接引出就是电子射线，打靶以后就可以输出X线。,电子加速过程,电子注入加速管 持续加速 电子接近光速，从微波获取能量 质量和速度关系 m/m0=(1-2) -1/2 EK=e V=(m-m0) C 2,加速管结构,加速管 由电子枪、加
10、速结构、引出系统、离子泵组成。电子枪产生供加速的电子，其阴极被加热后产生热发射电子，在阴极和阳极间的高压电场作用下，以一定的初始能量从阳极中心孔道穿出注入加速结构。,加速系统,加速系统是医用电子直线加速器的核心，由加速管、微波传输系统、微波功率源、高压脉冲调制器等组成。按加速方式的不同又可分为行波和驻波两种加速系统。,(a) 行波加速系统 (b) 驻波加速系统 A-加速结构 B-引出系统 C-环流器 D-耦合波导 E-聚焦及导向线圈 G-电子枪 I-隔离器 L-吸收负载 M-高压脉冲调制器 P-离子泵 S-微波功率源 T-脉冲变压器 W-波导窗 图8.3 医用电子直线加速器加速系统,行波加速管
11、的基本原理,微波以行波形式加速电子的加速管称为行波加速管，微波以驻波形式加速电子的加速管叫做驻波加速管。行波加速：微波电磁场沿加速管中心轴向前传播，在谐振腔中激励生成行波电场，注入的电子就像踏着冲浪板一样，骑在行波电场上加速前进。如果能保持行波电场的速度始终与被加速的电子速度一致，就会持续不断地对电子进行加速，被加速的电子能量就会不断增加，这就是行波加速管的基本原理。,驻波加速管的基本原理,驻波加速：微波电磁场被引入加速管后，就在腔体中建立起随时间振荡的轴向驻波电场，如果电子到达每个腔体的时候，该腔的电场也正好是由负变正，就可以让电子得到持续加速，被加速的电子的能量就会不断增加，这就是驻波加速
12、管的基本原理。,行波和驻波结构比较,长度：低能加速器，驻波管比行波管高，因此驻波管短，中、高能加速器，增益差别不大 能谱和控制特性: 行波加速管聚束特性优于驻波加速管，因此能谱较好；能量调节比驻波加速管容易。,微波源,磁控管 6个谐振腔，磁场作用下螺旋，以射频波方式发射能量。低、中能机常用磁控管作微波功率源。磁控管是微波自激震荡器，体积小，工作电压低，但其工作频率易漂移，因此需采用自动稳频系统，提高频率稳定度。 速调管 作为射频放大器使用，分聚速腔、漂移管和能量捕获腔，高能机需较高的微波功率，常用多腔速调管作为微波功率源。体积大，工作电压高，需要有前置激励来驱动，频率比较稳定，但也需自动调频系
13、统使其与负载变化保持一致。,线速偏转系统,900 机头结构简单，机架等中心高度较低120cm 2700 机头结构较大，电子倒翻，机架等中心高度130cm;分三重聚焦和法国Pretzel型。,线速偏转系统,滑雪型偏转系统 采用三组近乎同一水平的900 偏转磁铁系统，既保持机头垂向尺度小、等中心高度低特点，又提高光学聚焦精度，加速电子的轨迹成波浪形，故名滑雪型偏转系统,多叶准直器,多叶准直器,多叶准直器(MLC) 从1965 年诞生并第一次使用后, 获得了迅猛发展和广泛应用。MLC 的最初应用是取代传统的挡块, 形成期望的射野形状,开展经典适形放疗。与射野挡块相比, MLC 适形具有显著优势: 能
14、大幅提高适形治疗的效率, 操作简便, 不会产生有害气体或粉尘。,多叶准直器,但是, MLC 的应用并没有局限在射野适形。它还广泛应用于旋转照射: 在放射源旋转过程中, 调节射野形状跟随靶区(PTV) 的投影形状; 应用于调强放射治疗中:通过控制MLC 叶片的运动, 实现期望的剂量分布。广泛的应用已使MLC 成为部分医用直线加速器治疗准直器的标准配置,多叶准直器,多叶准直器叶片纵截面设计,纵截面形状主要取决于两个因素: (1) 叶片的底面和顶面必须在与叶片运动方向垂直的平面内聚焦于放射源的位置。 (2) 相邻叶片组合在一起, 必须使叶片间的漏 射线剂量最小。第一个因素决定了叶片的横截面必须是梯形
15、结构, 顶面宽度小于底面宽度。,多叶准直器,将来对MLC 结构的可能改造主要在于以下几个方面: (1) 进一步减小叶片宽度, 提高MLC 的适形性能; (2) 推广多层设计, 降低MLC 的故障率; (3) 优化叶片端面设计, 减小照射野半影。,加速器治疗机头,主准直器由重金属合金和铅块组成，一方面限定x线的范围，另一方面减少机头的泄漏辐射，x线方式下的均整器和电子线方式下的散射箔都安装在同一转台上，可旋转至线束出口,加速器治疗机头,散射箔作用是把截面只有几个毫米的电子束展宽到临床使用要求的范围，且在照射野面积上其平坦度不得低于5%. 单一型和双散射箔。双散射箔分别负责扩展和均整。,加速器治疗
16、机头,射野大小指示器 源皮距光学指示器 X线射野由次级铅门控制形成方野或长方野，电子线由限光筒限束 托架（挡铅） 固定线束改造附件 楔板、补偿板、剂量调强板,加速器治疗机头,立体放射手术附件 多叶准直器,近距离放射治疗机,与外照射相对而言，源到治疗部位很近。 辐射能量绝大部分被肿瘤吸收，最大限度杀灭肿瘤细胞，保护正常组织和危及器官。,后装治疗机,后装近距离放射治疗也称内照射。其治疗范围为：具有天然管腔和管道的器官（如：食管、气管、鼻腔、口腔、口咽、直肠、妇科恶性肿瘤等）。它是将密封的放射源经插植针置入被治疗的组织内或通过人体的天然腔道，或经模板直接贴敷于皮肤和粘膜的表面或临近瘤体的表面进行照射。,后装治疗机组成,计划系统 计算机、数字化仪、打印机、治疗系统软件（选择参数、图像重建、剂量计算及优化）,后装治疗机组成,操作系统 接受指令，然后传给后装治疗机，通过输源管道将放射源送到指定靶点，停留相应时间，使治疗剂量曲线达到预定要求。,后装治疗机组成,治疗系统部分 专用控制微机系统、步进电机、放射源、储源器、真假源传输结构、紧急回源结构、计时器和治疗通道组成。,近
