醫(yī)用直線加速器技術(shù)簡(jiǎn)述

許鋒，陳薇薇

北京大學(xué)第三醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程處，北京100191

醫(yī)用直線加速器技術(shù)簡(jiǎn)述

許鋒，陳薇薇

北京大學(xué)第三醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程處，北京100191

本文對(duì)醫(yī)用直線加速器（LA）的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)介，供相關(guān)工作參考。

醫(yī)用直線加速器；放射治療；工作原理；技術(shù)參數(shù)

醫(yī)用直線加速器MLA自20世紀(jì)70年代產(chǎn)生至今已被廣泛應(yīng)用于腫瘤患者的放射治療，它利用電離輻射來治療腫瘤，對(duì)于鼻咽癌、扁桃體癌、喉癌以及前列腺癌等療效較好，且對(duì)一些晚期腫瘤患者也可以進(jìn)行姑息性治療以達(dá)到止痛、止血、消炎等目的，從而減輕患者的痛苦，改善患者的生存質(zhì)量。

目前，按產(chǎn)生射線能量，MLA可分為低能單光子（4～6mV）和高能雙光子帶電子線兩大類。臨床實(shí)踐證明，約80%的深部腫瘤可以用6mV的X線進(jìn)行治療，現(xiàn)在絕大部分的醫(yī)用電子直線加速器均包含這一能量。其它在臨床上常用的中高能X線為10mV、15mV和18mV，如較深部位（腹部）需X射線16～18mV；對(duì)于比較表淺的腫瘤，有時(shí)也使用4～22MeV的電子束進(jìn)行治療。由于放射線不可避免地同時(shí)存在治療和損傷作用，該類設(shè)備配置的需全面考慮以保證其射線范圍、定位、強(qiáng)度和劑量精準(zhǔn)，操控智能便捷，維護(hù)維修成本低，不僅關(guān)系到疾病的治療效果和效率，而且關(guān)系人體正常組織器官健康甚至生命安全。

醫(yī)用直線加速器的工作原理，如圖1、圖2。

圖1 速調(diào)管設(shè)備原理圖

圖2 磁控管（治療頭部分）設(shè)備原理圖

1 醫(yī)用直線加速器的核心硬件

1.1 為加速器提供電子束的電子槍

目前普遍采用的三級(jí)柵控電子槍比二級(jí)槍增加了一個(gè)控制極(柵極)，通過其在陰極上加負(fù)電壓，截止陰極發(fā)射，從而對(duì)電子注流進(jìn)行控制。槍結(jié)構(gòu)有一定的耐壓強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工、安裝和檢修，可單獨(dú)從加速管上拆卸更換，使醫(yī)用直線加速器的維修停機(jī)時(shí)間最短。

1.2 匹配加速電子的相位變化和速度的真空波導(dǎo)系統(tǒng)（即加速管）

根據(jù)微波在加速管中不同的工作方式分為行波和駐波加速管，二者區(qū)別見表1。

表1 行波加速管和駐波加速管的區(qū)別

1.3 加速電子的高頻功率源（即微波發(fā)生器）

大功率微波源分為磁控管和速調(diào)管兩類，二者區(qū)別見表2。

表2 磁控管和速調(diào)管的區(qū)別

1.4 將電子束引向最終治療部位的磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)

磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)還可起到束留穩(wěn)定控制器的作用，它分為90°和270°，二者區(qū)別見表3，電子線和X線出束原理見圖3。

表3 90°和270°的區(qū)別

圖3 電子線和X線出束原理

1.5 替代射野擋鉛并可靈活調(diào)節(jié)進(jìn)行調(diào)強(qiáng)治療的多葉準(zhǔn)直器（MLC）

由鎢和鎢合金制成的單個(gè)梯形截面葉片，目前多用20～60對(duì)葉片，葉片越薄適合度越好，但制作越難，造價(jià)越高，且故障率也越高。計(jì)算機(jī)控制的電動(dòng)多葉準(zhǔn)直器（MLC）在今天幾乎成為加速器上的標(biāo)準(zhǔn)配置，用于生成臨床所需的X線射束形狀。使用MLC與使用擋鉛塊相比，可以大幅度地提高效率，是三維適形放射治療和調(diào)強(qiáng)放射治療的必備裝置。當(dāng)前多葉準(zhǔn)直器在治療平面投影的葉片寬度通常在10mm以內(nèi)，寬度在5mm或更小時(shí)一般稱為高精度MLC系統(tǒng)；總的葉片數(shù)量在27～80對(duì)之間，以40或60對(duì)比較常見。

多葉準(zhǔn)直器可以是由加速器生產(chǎn)商提供并直接內(nèi)置在加速器中，亦可以由第三方生產(chǎn)由用戶安裝在加速器的機(jī)頭下方，稱為外掛式MLC。一般內(nèi)置式MLC效率較高、使用方便、通用性較強(qiáng)；后者通?？蓾M足一些特殊可求，如較低的成本或特別高的精度或特別的治療模式?，F(xiàn)在臨床上使用比較多的還是內(nèi)置式MLC系統(tǒng)。

2 核心軟件功能

2.1 調(diào)強(qiáng)放射治療功能（IMRT）

本技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)控制的電動(dòng)多葉準(zhǔn)直器和治療計(jì)劃系統(tǒng)的發(fā)展而得到廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)放療技術(shù)。IMRT可以對(duì)極不規(guī)則的腫瘤靶區(qū)進(jìn)行高適形度的治療，使得放療的適用范圍和治療效果都得到了有效的提高。當(dāng)前調(diào)強(qiáng)技術(shù)主要分為靜態(tài)調(diào)強(qiáng)（step and shot）和動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)（Sliding window）兩種方式，這兩種技術(shù)的差別主要表現(xiàn)在治療所需的時(shí)間上，靜態(tài)調(diào)強(qiáng)在給靶區(qū)投照2Gy劑量所需要的時(shí)間一般為15～40min，而動(dòng)態(tài)調(diào)強(qiáng)照射同樣的劑量所需的時(shí)間在10min以下。 一般而言，調(diào)強(qiáng)放療技術(shù)的治療效果要優(yōu)于常規(guī)的放療技術(shù)，但其應(yīng)用所需的技術(shù)力量和設(shè)備都較多，治療時(shí)間也比較長(zhǎng)。

2.2 電子射野影像系統(tǒng)

射野影像系統(tǒng)（Portal Imaging System）是在射束透過靶區(qū)后的出射方向采集影像的裝置，早期系統(tǒng)為光激熒光板影像系統(tǒng)，現(xiàn)在通常為非單晶硅X線探測(cè)板系統(tǒng)，稱為電子射野影像系統(tǒng)（Electronic Portal Imaging System，EPID）?？梢杂糜谥委熐暗亩ㄎ或?yàn)證和治療過程中的驗(yàn)證照相。既可用于位置驗(yàn)證，也可用更于劑量驗(yàn)證。電子射野影像系統(tǒng)可以為放療計(jì)劃提供最為直觀的驗(yàn)證，以保障治療的質(zhì)量，同時(shí)使用EPID系統(tǒng)的效率較高通常只需要1～2min。

2.3 圖像引導(dǎo)放療技術(shù)

圖像引導(dǎo)技術(shù)一直伴隨著放射治療的發(fā)展而不斷進(jìn)步，從廣義上說，所有的影像設(shè)備（如CT、MRI、X線機(jī)）均可以用于確定腫瘤靶區(qū)和危及器官位置，也就是引導(dǎo)放射治療?，F(xiàn)在所說的圖像引導(dǎo)放療，一般指的是在治療室采集病人影像并用于提高放療精度的技術(shù)。以直觀的影像證據(jù)確定了在放射治療每次擺位時(shí)，腫瘤靶區(qū)誤差的數(shù)值大小。在2002年、2003年和2008年，Varian、Elekta和Siemens公司分別發(fā)布了各自的加速器機(jī)載kV影像系統(tǒng)，可以在治療時(shí)在治療位置對(duì)病人采集X線透視和錐形束CT影像，如瓦里安的Trilogy、Clinac iX，Elekta的Axesse、Synergy、SynergyS 和 Siemens的 Artist。

2.4 容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)

2008年以來，Varian、Elekta分別推出了RapidArc和VMAT的容積旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)技術(shù)，這一技術(shù)在做加速器出束時(shí)，同時(shí)進(jìn)行機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度、多葉準(zhǔn)直器形狀、輸出劑量率等多個(gè)設(shè)備參數(shù)，可以在2～3min內(nèi)對(duì)靶區(qū)投照2Gy的劑量，并達(dá)到不低于調(diào)強(qiáng)治療（IMRT）的劑量分布效果。從而極大地提高了高適形度放射治療的速度，使得快速的調(diào)強(qiáng)治療成為可能，同時(shí)也帶動(dòng)了大分割治療的應(yīng)用。

綜上所述，就目前看來，影像引導(dǎo)放療和快速容積旋轉(zhuǎn)放療技術(shù)代表著將來一定時(shí)期內(nèi)的放療發(fā)展。我們相信作為一種腫瘤學(xué)科的核心治療設(shè)備，醫(yī)用直線加速器的技術(shù)發(fā)展將決定著腫瘤攻克的進(jìn)展，在不久的將來，使腫瘤疾病徹底攻克。

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The Brief Description of Medical Linear Accelerator Technology

XU Feng, CHEN Wei-wei
Medical Engineering Department,Peking University Third Hospital,Beijing 100191,China

R197.39；TL53

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.04.030

1674-1633(2011)04-0085-02

2010-12-24

作者郵箱：bysy_cw@126.com

Abstract:This article describes technical parameters of medical linear accelerator for relevant job reference.

Key words:medical linear accelerator; radiotherapy; working principle; technical parameters