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1、第六讲 放射治疗相关设备的主要放射防护与安全性能要求,肿瘤放射治疗的放射源,（1）发射、射线和中子射线的放射性同位素源； （2）产生不同能量X射线的X射线治疗机； （3）产生高能电子束和高能X射线的各类医用加速器； （4）产生质子束、中子束、负介子束，以及其他重粒子束的各类重粒子加速器。,根据放射治疗时电离辐射源与患者距离的远近将放射治疗设备分为远距离放射治疗设备和近距离放射治疗设备。,第一节 放射治疗的物理基础,X射线射线的特点,不同的物质对X射线和射线具有不同的穿透能力，通常是物质的原子序数越高，X射线或射线的穿透能力越弱 根据这一特点，选用穿透能力弱的材料对X射线和射线进行控制与防护，铅
2、被广泛应用 。,X射线射线的特点,“电离辐射”是X射线和射线的另一个重要特点。能量越高，辐射深度越深，“电离”性能越强。 医用直线加速器、钴-60治疗机、近距离后装治疗机等现代肿瘤放射治疗设备就是按照X射线和射线的这一特性而设计生产并逐渐发展起来的。,粒子辐射,粒子辐射包括带电粒子辐射和中性粒子辐射(电子、质子、中子等) 带电粒子带正电的粒子-正电粒子带负电的粒子-负电粒子 粒子辐射按质量轻粒子重粒子 电子和质子是带电粒子电子是负电粒子质子是正电粒子 中子是中性粒子,粒子辐射,粒子的质量 电子-轻粒子 质子 中子-较重的离子 碳、氧、氮等粒子-重粒子 一个质子=一个电子的电荷量=1.60Xl0
3、-19C(库仑)； 一个质子的质量1.67X10-27kg= 1836倍个电子质量 两者的质量差别巨大碳离子等重离子的质量更大,粒子辐射,不同的粒子辐射 不同的射线装置或射线设备来产生 不同的设备所输出的粒子辐射具有各不相同的放射特性 利用各具特色的放射特性，输出各种粒子束的放射治疗设备，以满足临床放疗的不同需求。,直接致电离辐射,具有比较明显的“射程” 即电子线、质子束和重离子束这三条曲线都有比较明显的终点，这是带电粒子辐射的共同特点。 电子的射程很浅，只适合于皮肤和较浅部位病变的治疗,直接致电离辐射,质子和重离子的射程比较远最大优势： “布拉格峰”：达到最大射程以后的射线剂量迅速降低到零点
4、的曲线 有效保护后面的正常组织，比较适合于重要器官周围病变的治疗。 重粒子的“布拉格峰”比质子的“布拉格峰”更加尖锐，对某些特定的病变而言具有更大的优越性，设备更加笨重和复杂，故目前很少应用。质子加速器和重粒子加速器设备的造价太昂贵等原因，目前还难以广泛推广应用。,间接致电离辐射,射线没有“射程”kV级K射线、射线、高能X射线、中子束这四条曲线几乎没有终点，这是间接致电离辐射包括光子和中性粒子(中子)的共同特点，但它们的最大剂量点的深度随能量的增加而加深， 为了表示这种射线的特点，通常将从表面到最大剂量点的区域称之为“建成区”。通过选择合适的能量即根据病灶深度选择合适的“建成区”，并采取合理布
5、野照射技术，这类射线可以适合于多数病灶的放射治疗。 高能X射线和中子束的剂量特性曲线比较接近，似乎两者没有什么区别，而实际上，从放射生物学的角度分析，两者还是有较大差别的。另外，因中子设备更加复杂昂贵，故目前很少应用。,第二节 放射治疗设备,常用放射治疗设备,放射治疗设备的照射方式：外照射 内照射 外照射（远距离照射）是将放射源置于体外一定距离进行照射，放射线需经皮肤和正常组织才能到达肿瘤或病变组织。根据不同病灶，只要选择合适的射线类型和能量，精心设计治疗计划和治疗方案，就可以达到预计的治疗效果。 内照射（近距离照射）是采用某种方式将放射源置于人体的自然腔道或组织间进行近距离直接照射，由于内照
6、射距离近，一般选用低能量放射源，只要选择合适的适应证，也可以达到比较理想的治疗效果。 内照射治疗既可以单独实施，也可以与外照射配合实施，具体采用哪种照射方式，要根据不同的病灶由放疗医师来确定具体的治疗实施方案。,外照射 内照射,常用的放射治疗设备,kV级X射线治疗机 钴-60治疗机 医用电子直线加速器 内照射近距离后装治疗机 质子加速器 在普通医用电子直线加速器上辅加动态多叶光阑(MLC)、实时验证系统和呼吸门控系统等装置，使得“适形治疗”和“调强治疗”等精确放射治疗技术获得了飞速发展。,设备一： kV级X射线治疗机,kV级X射线治疗机和钴-60治疗机是早期的外照射设备，前者目前已趋于淘汰；后
7、者由于设备结构比较简单，成本较低，具有较好的临床意义，目前在中小医院仍有一定的市场。 而在大型综合性医院和专业肿瘤医院，作为主流外照射设备，医用电子直线加速器正在放疗界得到迅速推广和应用。 在计算机控制下，以铱- 192作为放射源的近距离后装治疗机是目前应用最为广泛的内照射设备。 而性能更加优越的重粒子加速器等高能粒子加速器，由于结构更加复杂，价格昂贵等原因，目前和今后相当长的时间内还难以推广应用。 放射治疗究竟选用何种放疗设备，选用何种放射源，用多高的能量进行照射，要根据实际临床需要和当时的经济技术水平综合考虑来确定。,为了进行有效的放射治疗，还必须配备相应的放疗辅助设备。主要包括： 模拟定
8、位机 治疗计划系统 挡铅制作系统 患者定位体架等 CT模拟机”定位计划系统 “模拟机CT”定位计划系统,半值层(HVL),对kV级X射线治疗机而言，不能用管电压来表示X射线的质。临床上，一般是用“半值层(HVL)”来定义X射线的射线质。 半值层(HVL)是指使原射线的强度衰减到一半时所需的吸收体的厚度，就称为以该吸收体的厚度表示的半值层。 半值层越高，穿透力越高，射线的质就越高，即射线的能量越高。一般120 kV以下的浅层K射线用铝(A1)表示半值层，120400 kV的中、深层X射线用铜(Cu)加铝(A1)表示半值层(HVL)。,采用体外的射线照射给定部位的肿瘤体积，称为远距离治疗，通常该距
9、离大于50cm。使用的治疗机主要有以下几种： （1）能量为40-50kV的X射线接触治疗机； （2）能量为50-150KV的X射线浅表治疗机； （3）能量为150-300KV的X射线深部治疗机； （4）平均能量为1.25MeV的60Co射线治疗机； （5）能量大于1MeV的直线加速器。它产生的电子束可以进行浅表治疗，产生的高能X射线可以进行深部治疗。,X射线治疗机类型和适用范围,kV级X射线治疗机的管电压越高，适合治疗的病灶越深，但主要适合于人体表浅组织的病变 深层X射线治疗机，也只适合治疗体表下较深的肿瘤或淋巴结肿瘤(一般是皮下25cm) 出于材料耐压、极间打火和安全等因素的考虑，限制了管电
10、压的进一步提高，难以满足更深部位病灶的治疗需要。因此，kV级X射线治疗机的适应范围有限，趋于淘汰也就在所难免了,设备二：外照射钴-60治疗机,放射性核素60钴发射出的射线可以达到兆伏(MV)级能量 具有更强的穿透能力 可以治疗浅表组织的病变 适合于治疗更深处的病变 结构比较简单，制造和运行成本都比较低， 自20世纪60年代起，外照射钴-60治疗机就逐步取代了kV级X射线治疗机而成为临床放射治疗设备的主流机型,钴-60治疗机,钴-60治疗机按结构:固定式和旋转式 固定式钴-60治疗机是早期产品，已被旋转式钴-60治疗机逐步取代。 旋转式钴-60治疗机的机架可以作360旋转，机头也可朝一定方向移动
11、，照射起来方便，可以做多种治疗，如等中心治疗、切野照射等，有些还能作钟摆照射和定角照射等等。,旋转式钴-60治疗机的基本结构,治疗机头 准直器 治疗机架 治疗机床 控制操作部分,治疗机头,钴-60治疗机的关键部件:治疗机头 钴源:放射性核素60钴 遮线器装置:使放射源能在关机储存和开机照射状态之间自如转换，治疗机头内必须安装。当遮线器处于关位时，射线束被遮挡，治疗机处于安全状态；当遮线器处于开位时，射线束从机头射出，处于治疗状态。 常用遮线器有：钨门式遮线器、旋转式遮线器、水银柱式遮线器和抽屉式遮线器 抽屉式遮线器是目前最常用的一种方式,抽屉式遮线器的工作原理,将钴源的储源杯装在一只抽屉中，防
12、护机头中间有一条可以自由运动的滑道，抽屉的运动动力靠压缩空气完成，在压缩空气的气路中，有一套二位五路的电控阀门，把压缩空气注入到气缸的左端或右端，使抽屉自由运动，达到放射源自由开启或关闭的功能。 遮线器用机头本身防护，机头是用铅浇铸而成，外壳用钢板成型。在钴源储存处用净化铀和钨加强防护。钴源固定在钢柱中心，钢柱沿轨道可以滑行，利用空气压缩机使钢柱移动，变换安全位和照射位。 抽屉式遮线器的特点是结构比较简单。万一钴源钢柱运动时被卡住，该机器有强行回源按钮，启动后可自动强行回源或采用其他回源措施。,由于60钴是活度很高的放射源，必须加强放射防护才能保证使用安全，因此，治疗机头主要的就是一个大安全防
13、护壳，它用高密度材料做成，一般是由铅或钨合金浇铸而成，外表面则用钢材做套壳。 根据国际放射防护委员会(ICRP)推荐，机头的基本防护要求是，任何一个远距离核素治疗机，当机器处于关闭位置时，在距离放射源1m处测量，各方向平均剂量应小于2mR/h(约等于0.02mGy/h)，同时，在此距离处不应有超过10mR/h的地方。 根据这一要求，对千居里钴-60治疗机而言，需要大约10-6的衰减系数，或近似20个半值层。为了达到这一要求，通常储源容器是用钨或铀合金制作的，容器周围再用铅做防护层，机头的外壳用钢材料做成。,准直器系统,准直器就是限制线束的范围，即限定一定的照射野大小以适应治疗需要。 准直器一般
14、有固定和可调两种，因为准直器本身很笨重，所以固定的很少有人使用，大多数是可调的准直器。由于钴源包壳是直径为20mm以上的不锈钢容器，并非“点源”，因此，“半影”较大,钴-60治疗机的几何半影示意图,O点发出的射线束(实线)是正常的投影区域，A和B两处发出的射线束(虚线)就形成了半影区。 为了减少几何半影，准直器距体表越近越好，但太近了不利于机器转角旋转，同时由于准直器的散射剂量破坏建成效应反而提高了表面剂量，因此准直器一般距离体表不能低于1520cm。为了减少穿射半影，准直器的厚度应大于4.5半值层，也就是说用铅作准直器时厚度应大于7cm，而且均采用复式球面结构。,治疗机架,治疗机架是机器的支
15、撑装置，整个机器的所有部件都由机架将其连为一体，直立固定式钴-60机的机架较为简单，主要就是支撑防护机头和平衡体，而回转式机器除有支撑作用外，还是等中心技术的最基本组成部分。,治疗床,承载足够体重的患者 射线通过时，要求吸收剂量小散射少 床面能垂直升降患者上下床左右移动纵向移动床座和床面可旋转角度90度,钴-60治疗机的控制系统,电气控制 机械控制 安全保护控制 控制台总电源开关、源位指示灯、双道计时系统、治疗机控制钥匙开关、门连锁指示、气源压力系统、机头机架角度指示、电视监控和对讲机等。,安全连锁,钴-60治疗机必须设置一系列的安全连锁装置，这些装置都连接到主控电路中，也就是说，无论哪一个安
16、全连锁不在正常位置，机器都不能顺利出源治疗。 封装好的钴源，平时被存储在机头的“源容器”内。,治疗时，通过特制的机械装置，将钴源自动推到照射窗口处。通过准直器等射线控制与遮挡装置进行放射治疗。治疗结束后，机器会自动将钴源拉回“源容器”内储存。由于”钴源是活度很高的放射性核素，如果回源不到位，就会造成放射事故，因此，必须随时检查钴源归位情况，以保证患者和工作人员不会因为意外照射而受到伤害。,射线的剂量特性,射线的辐射能量：1.25MV 比kV级X射线的辐射能量高出许多，但“建成区”仍然太浅，皮肤受量仍然较大 不是很适合于深部肿瘤的放射治疗,钴-60治疗机的优缺点,射线的剂量分布特性不够理想，皮肤受量较大，能量不可调节，适应证受到一定限制 需要定期换源，对工作人员具有较大的放射危险性。 主要优点是结构简单，成本较低，因此，在中小医院，目前仍有一定的市场。,设备三： 医用电子直线加速器,医用电子直线加速器,输出能量较高 剂量分布特性较好 输出不同能量的光子(X射线) 不同能量的电子 医用电子直线加速器是放射治疗领域的主流机型,医用电子加速器
