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1、Neusoft Medical SystemsBeyond Technology医用电子直线加速器沈阳东软 田新智 Neusoft Medical Systems内容提要一、医用加速器的作用二、放射治疗装置的类型三、医用电子直线加速器的分类四、医用电子直线加速器的原理五、医用直线加速器的发展及前沿动态Neusoft Medical Systems一、医用加速器的作用放射治疗放射治疗（Radiotherapy）是利用辐射对恶性肿瘤进行照射使其生 长受到抑制而致死的一种疗法，简称放疗。放疗的基本原则是破坏恶 性肿瘤和保存正常组织。放射治疗放射治疗是从发现是从发现X X射线及放射性物质后才开始的。随
2、着放射物理学射线及放射性物质后才开始的。随着放射物理学、放射生物学、临床肿瘤学及各种放射治疗装置的发展，已和、放射生物学、临床肿瘤学及各种放射治疗装置的发展，已和手术治手术治 疗疗、化学治疗化学治疗一起成为治疗恶性肿瘤的三大主要手段。约有一起成为治疗恶性肿瘤的三大主要手段。约有70%70%的恶的恶性肿瘤患者需要进行放射治疗。性肿瘤患者需要进行放射治疗。Neusoft Medical Systems二、放射治疗装置的分类1.外照射治疗机同位素远距离治疗机 深部X射线治疗机医用电子加速器医用质子加速器医用中子发生器医用重离子加速器医用-介子发生器Neusoft Medical Systems二、放
3、射治疗装置的分类2.内照射治疗机射线后装机 中子后装机 Neusoft Medical Systems二、放射治疗装置的分类3.立体定向放射外科治疗装置-刀刀 X-X-刀刀 质子刀质子刀中子立体定向放疗装置中子立体定向放疗装置 Neusoft Medical Systems二、放射治疗装置的分类放射治疗中最常用的是钴放射治疗中最常用的是钴6060机和机和医用电子直线医用电子直线加速器加速器。都是利用。都是利用MVMV级的级的X X射线、电子线，对肿射线、电子线，对肿瘤进行放射治疗。瘤进行放射治疗。目前的发展趋势是医用电子加速器将代替钴目前的发展趋势是医用电子加速器将代替钴6060机作为放疗肿瘤
4、病人的主要设备。机作为放疗肿瘤病人的主要设备。Neusoft Medical Systems三、医用电子直线加速器的分类医用电子直线加速器按其能量范围分为低、中、高三类。X X射线能量范围射线能量范围 及能量分档及能量分档电子射线能量范电子射线能量范 围及能量分档围及能量分档应用范围应用范围低能机低能机46MeV46MeV，1 1档档无无深部肿瘤深部肿瘤中能机中能机810MeV810MeV，1 1档档515MeV515MeV，3535 档档大部分深部肿瘤大部分深部肿瘤 、 部分表浅肿瘤部分表浅肿瘤高能机高能机610MeV610MeV， 1525MeV1525MeV，1 1档档525MeV525
5、MeV，5858 档档同上同上Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理1.基本原理Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理2.系统框图Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理3.主要组成部分you are here加速系统加速系统 辐射系统辐射系统 剂量检测系统剂量检测系统 机架、治疗床及辐射头机架、治疗床及辐射头运动系统运动系统 控制系统控制系统 温控及充气系统温控及充气系统Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理4.加速系统加速系统是医用电子直线加速器的核
6、心。由加速管、微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、脉冲调制器等组成。波传输系统、微波功率源、脉冲调制器等组成。Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理4.1加速管加速管由电子枪、加速结构、引出系统、离子泵组成。电加速管由电子枪、加速结构、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，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。从阳极中心孔道穿出注入加速结构。N
7、eusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理4.1加速管Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理4.1加速管加速结构有行波和驻波两种加速结构，是对电子进行加速的核心器件。加速结构有行波和驻波两种加速结构，是对电子进行加速的核心器件。微波功率经耦合波导馈入后，在其中产生行波或驻波电磁场。驻波结构微波功率经耦合波导馈入后，在其中产生行波或驻波电磁场。驻波结构可以在同样长度上比行波获得更高的能量增益。引出系统的作用是将电可以在同样长度上比行波获得更高的能量增益。引出系统的作用是将电子束引出，分为直束式和偏转式两种，低能机的加速管较短，大多
8、采用子束引出，分为直束式和偏转式两种，低能机的加速管较短，大多采用直束式，中、高能机的加速管较长，必须采用带偏转磁铁的偏转式引出直束式，中、高能机的加速管较长，必须采用带偏转磁铁的偏转式引出系统。离子泵用以吸收气体，使加速管里维持真空状态。系统。离子泵用以吸收气体，使加速管里维持真空状态。Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理4.2微波传输系统微波传输系统主要包括：微波传输系统主要包括：弯波导及直波导弯波导及直波导软波导软波导定向耦合器定向耦合器吸收水负载吸收水负载三端环流器三端环流器Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理
9、4.2微波传输系统Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理4.3微波功率源低、中能机常用低、中能机常用磁控管磁控管作微波功率源。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。移，因此需采用自动稳频系统，提高频率稳定度。高能机需较高的微波功率，常用多腔高能机需较高的微波功率，常用多腔速调管速调管作为微波功率源。速调管作为微波功率源。速调管是微波功率放大器，体积大，工作电压高，需要有前置激励来驱动，是微波功率放大器，体积大，工作电压高
10、，需要有前置激励来驱动，频率比较稳定，但也需自动调频系统使其与负载变化保持一致。频率比较稳定，但也需自动调频系统使其与负载变化保持一致。Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理4.3微波功率源Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理4.4脉冲调制器在使用微波电场加速电子的加速器中，为了得到尽可能高的加速电场在使用微波电场加速电子的加速器中，为了得到尽可能高的加速电场，瞬时微波功率很大，达到，瞬时微波功率很大，达到MWMW量级，因此微波源都是脉冲工作的。量级，因此微波源都是脉冲工作的。脉冲调制器是向这种微波源提供脉冲功率的电源。
11、脉冲调制器是向这种微波源提供脉冲功率的电源。工作原理是利用储能放电的原理形成高压脉冲，经脉冲变压器将该电工作原理是利用储能放电的原理形成高压脉冲，经脉冲变压器将该电压进一步放大后供微波功率源使用。压进一步放大后供微波功率源使用。Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理5.辐射系统辐射系统的作用是使从加速系统产生的辐射符合放射治疗的特殊要求辐射系统的作用是使从加速系统产生的辐射符合放射治疗的特殊要求 （均整度、辐射野面积形状等）。（均整度、辐射野面积形状等）。 其主要组成有：靶、均整块、散射箔、准直器、上下光阑等。其主要组成有：靶、均整块、散射箔、准直器、上下光
12、阑等。 靶靶加速电子打靶后产生加速电子打靶后产生X X射线。射线。 均整块均整块使辐射野内的使辐射野内的X X射线剂量分布均匀。射线剂量分布均匀。 散射靶散射靶使从加速系统来的集束的电子射线在一定辐射野内均匀散使从加速系统来的集束的电子射线在一定辐射野内均匀散 开。开。 准直器准直器初步限制辐射的范围。初步限制辐射的范围。 上下光阑上下光阑调节辐射野的形状、面积。调节辐射野的形状、面积。 限束器限束器限定电子射线辐射野的范围以及改善电子射线的均整度。限定电子射线辐射野的范围以及改善电子射线的均整度。 楔形过滤器楔形过滤器在在X X射线辐射野内产生非对称的楔形剂量分布。射线辐射野内产生非对称的楔
13、形剂量分布。Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理5.辐射系统Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理5.辐射系统Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理6.剂量检测系统剂量监测系统由电离室、前置放大器及监测剂量仪组成。剂量监测系统由电离室、前置放大器及监测剂量仪组成。 电离室提供了表征辐射线强度的信号，并通过检测电路的处理转换成电离室提供了表征辐射线强度的信号，并通过检测电路的处理转换成 吸收剂量信号。吸收剂量信号。 电离室位于辐射系统之内，由若干片极片构成，其中有两对用于监测电离室位于辐
14、射系统之内，由若干片极片构成，其中有两对用于监测 辐射野内相互垂直的两个方向的均整度，有一片用于监测辐射的能量辐射野内相互垂直的两个方向的均整度，有一片用于监测辐射的能量 变化，有两片用于检测辐射的吸收剂量。变化，有两片用于检测辐射的吸收剂量。 放射治疗对剂量检测系统的要求：安全性、准确性和长期稳定性。放射治疗对剂量检测系统的要求：安全性、准确性和长期稳定性。 安全性配备两个独立的剂量检测通道和安全性配备两个独立的剂量检测通道和 一个时间保护通道。一个时间保护通道。 准确性主要用重复性和线性指标来表征。准确性主要用重复性和线性指标来表征。 长期稳定性主要用日稳定性和周稳定性指标来表征。长期稳定
15、性主要用日稳定性和周稳定性指标来表征。Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理6.剂量检测系统Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理6.剂量检测系统Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理7.机架、治疗床及辐射头运动系统现代医用电子直线加速器采用等中心原则的运动系统，即机架、辐射现代医用电子直线加速器采用等中心原则的运动系统，即机架、辐射 头及治疗床三者的旋转轴线交于一点，该点称为等中心，要求中心误头及治疗床三者的旋转轴线交于一点，该点称为等中心，要求中心误 差在差在2mm2mm以内。以内。
16、Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理Neusoft Medical Systems四、医用电子直线加速器的原理8.控制系统控制系统由以下几部分组成：控制系统由以下几部分组成：(1) (1) 各种电源。各种电源。(2) (2) 连锁保护：包括水流、水温、水压、高压过载、微波功率源打火等连锁保护：包括水流、水温、水压、高压过载、微波功率源打火等各种保护。各种保护。(3) (3) 自动控制：包括自动频率控制、自动剂量率控制、自动均整度控制自动控制：包括自动频率控制、自动剂量率控制、自动均整度控制、自动楔形过滤器控制、弧形旋转控制等。、自动楔形过滤器控制、弧形旋转控制等。(4) (4) 正常治疗的程序控制：包括待机、预制、准备、出束等几种状态的正常治疗的程序控制：包括待机、预制、准备、出束等几种状态的程序控制。程序控制。Neusoft Med
