1、放射治疗机及辅助设备,杨绍洲南方医院设备器材科,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(1001000MeV)、高能加速器(103106MeV)和超高能加速器(能量1000GeV以上),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
2、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,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
3、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,电子回旋加速器,电子在交变的超高频电场中做圆周运动不断得到加速的装置 优点束流品质优良、能散度和发散角小、输出量高能量稳定、束流强度连续可调，回旋加速器的主机可自成体系，与治疗机分开，一机多用能量较高时，具有较小的直线尺寸 缺点磁场和电子轨道调整比较麻烦，磁铁多，设备重轨道和真空室所占空间大,医用质子加速器,类型质子回旋加速器 恒定磁场，螺旋线轨道加速质子等时性回旋加速器 恒定磁场，但场强从中心沿半径增加，以保证谐振加速，轨道还是螺旋线质子同步回旋加速器（稳相加速器） 恒定磁场，加速电场频率随质子质量同步增加，加
4、速轨道还是螺旋线质子同步加速器 磁场随质子能量同步增加，轨道半径保持不变，环形轨道质子回旋加速器除可以直接用于放射治疗外，还可以生产医用放射性核素，供正电子发射断层扫描机（PET）使用，加速能量固定在10 MeV,医用重离子加速器,重离子有明显的射程，为了适合人体深部肿瘤治疗，离子的单核能量要求400500 MeV主要有医用重离子等时性回旋加速器和医用重离子同步加速器,中子治疗加速器,中子不带电，不能直接加速，只能是间接产生的粒子主要产生方法有以密封中子管为基础的医用中子治疗装置和以回旋加速器为基础的医用中子治疗装置两种。前者利用氘和氚（d+T）聚变反应产生单能中子辐射（1415MeV），后者
5、利用加速的d（氘）、p（质子）撞击铍（Be）或锂（Li）靶引起产生中子的核反应,术中放射治疗加速器,定义手术切除肿瘤病灶后的瘤床、残存灶，或借助手术暴露不能切除的肿瘤病灶、淋巴引流区或原发瘤灶，在直视下进行大剂量照射，称为术中放射治疗（intraoperative radiation therapy, IORT） 类型用放射性核素进行术中组织插植照射使用620MeV的高能电子束照射，充分利用电子束的有限射程保护靶区后的正常组织，用电子辐射进行术中放射治疗是较佳的辐射方式,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
6、直线加速器 14MeV高能直线加速器 25MeV 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,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
7、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）,控制等中心移位技术（Isocenter Shift Technique）,是在加速器治疗室内安装一台， CT与加 速器同一轨道, 共用一个治疗床，CT定位后把治疗床旋转180度后，利用摆位时的数据来修正靶区的移动超声引导摆位系统（）X射线正侧位片EPID (Electronic portal imaging)利用前若干次（一般为次）摆位时检测到的运动和摆位的系统误差，对肿瘤（靶区）中心的位置进行修正，如此过程修正到整个疗程结束。但不能修正照射中的瞬时移动,在线纠正: On-Line离线纠
8、正： Off-Line,一、控制等中心移位技术,（二）呼吸门控技术,被动呼吸门控(Gating Technique) ： 如Elekta的ABC、VARIAN的DIBH技术 （深吸气屏气）即控制患者某一时段的呼吸，进行照射。患者戴上呼吸机，平静呼吸或深吸气后蹩气进行定位及照射该技术需要患者的配合和治疗前的呼吸训练，同时要求患者能承受适当时间长度的屏气动作,（三）图像引导下的放射治疗（IGRT）,CT扫描并重建一段时间内肿瘤靶区和重要器官在每一时刻的变化情况 ，加速器根据CT扫描结果来控制照射野随着时间作相应调整。即除了考虑CT扫描的三维成像和加速器照射的三维方向因素之外，还考虑了时序（T）因素
9、，故称为四维放射治疗（4DRT），相应的CT时序扫描也被称为四维CT，包含两个内容： CT的时序扫描 治疗机照射的时序控制,在进行放疗的过程中，同样把时间因素也考虑进去，治疗照射时，加速器控制计算机利用MV-X或KV-X级Cone Beam CT，根据不同时相获得的肿瘤或重要器官的3D图像与4DCT序列的3D图像进行比较，通过控制治疗床和准直器的运动，从而跟踪肿瘤进行实时照射（Real-time Irradiation)， 即4D放射治疗，包括:赛博刀断层放射治疗C形背X刀诺力刀,治疗机照射的时序控制（一）,Varian Trilogy,Cone_beam CT加速器线束与加速器的MV级线束垂
10、直安装,KV级X射线球管,非晶硅平板X射线探测器,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,出束治疗,成像模式：,标准X射线片显示骨骼解剖、植入标记 透视将快速X射线序列转换成动态影像 “锥形束CT”模式产生三维软组织目标影像,治疗机照射的时序控制（二）,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
11、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,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,Cyberknife 主要组成部分,工作频率9.3GVhz的X波段加速管，产生6MVX射线支撑加速器的三维机械臂，旋转到任意角度进行逐点照射。定位精度0.5mm，定角精度0.57度几台线机组成的影像装置，在治疗过程不断获取患者图像并使射束始终对准靶区，病灶点5mm可以有效跟踪
12、，实现影像引导立体放射外科治疗，也可用于治疗躯干病变,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,断层放射治疗,在其环形机架内同时装有MV级螺旋CT扫描仪和直线加速器加速器发出的射
13、线为 MV光子束。它的MLC叶片在等中心投影的宽度为mm,断层治疗机有独特的验证登记计算机断层（VRCT），可以在治疗前的瞬间提取图像，其图像能够清晰地显现从肺到骨的解剖结构，由于采用了虚拟消除伪影技术，所以它的图像甚至好于一般的诊断CT,C形臂X刀,专门用于立体定向放射外科及立体定向放射治疗的装置，解决加速器非共面弧形照射需要多角度旋转，摆位精度和重复性很难满足需要,C形臂X刀的结构特点,旋转机架和常规医用电子直线加速器一样，绕Y轴旋转。C形臂装在旋转机架上的导轨内，可绕U轴旋转60而构成相互垂直二轴旋转系统患者精密摆位后，治疗床在治疗过程中始终不动，提高了治疗等中心精度机架旋转角195，C
14、形臂旋转角=060，从而使患者头部86.5%的立体角范围内可获得治疗照射X射线能量可任选4MV或6MV。本机选用了较长的卧式加速管结构和270偏转装置，以降低机架高度照射头对侧的C形臂端，装有小型活动挡束板，降低了对机房的屏蔽要求,诺力刀,Brainlab 1998年开发成功的 集加速器、MLC和自动摆位装置于一体立体定向放射外科装置等中心精度达0.7mm、剂量率高达800cGy/min、半影宽度只有3mm组成：加速器内置MLC头部定位系统影像引导定位系统远红外全自动摆位系统动态IMRS治疗计划系统,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
15、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ZJ-10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,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
16、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,直线加速器的系统结构图,医用电子直线加速器的基本原理,电子枪 电子枪的功能就是发射具有一定的能量、流强、束流直径和发散角的电子束流 电子枪可分为二极电子枪和三极电子枪,RF Pulse,Gun Pulse,Target Current,二极管和三极管结构电子枪的比较：( Per “Medical Electron Accelerators” by Karzmar
17、k,Nunan, and Tanabe),二极管结构：生产工艺简单成本较低束流输出控制能力缺乏能量注入不稳定,三极管结构：生产工艺较复杂快速变换剂量电子束流输出稳定剂量控制精确,瓦里安三极管结构电子枪,行波加速原理,行波是按一定方向传播的电磁波，行波电磁场的方向在时间和空间上是交变的,行波加速模型,电子只能在存在加速电场的加速缝隙(D)中加速如果系统与电子以相同的速度前进，电子的加速能持续电子很容易达到光速，系统不可能达到光速,行波加速原理一,电磁波可以达到光速 ，电子的速度不可能大于光速。电磁波必须与电子同步前进，电子的加速才能持续。行波加速原理的核心是电子速度和行波相速之间必须满足同步条件
18、：V(z)Vp(z)相速度是波的相位传播速度，是一种状态的传播速度。相速度可以大于光速。,行波加速原理二,减速半波,加速半波,-Ez,电子在前进的过程中始终处于加速电场的加速相位上，从而不断获得能量,行波加速管内部结构,加速管常用TM01模式，即具有纵向分量,驻波加速器原理,定义 驻波加速管的两端接短路面，使RF功率能在其中来回反射形成驻波 加速原理 驻波加速管的加速段是由一系列相互耦合的谐振腔链组成，在谐振腔链中心开孔，让电子通过，在腔中建立交变高频场。在驻波场的作用下，电子沿轴线方向不断加速前进，能量不断提高 能量开关 在加速管的群聚段和主加速段之间的某个耦合腔中插入一个调节机构，通过调节
19、其参数使主加速段的加速场强可以在大范围内变化，而群聚段的场强基本不变,驻波加速模型,在一系列双圆筒电极之间，分别接上频率相同的交变电源；在加速缝中，加速电场的幅值随时间交变频率f0和圆筒电极缝隙之间距离D满足一定关系若D取5cm，v近似为光速，则f0等于3000MHz。这样高频率的高压不可能用电线传输这种加速模型只能在一个谐振腔列(链)中完成,驻波加速原理,利用电磁波的轴向电场分量不断的推动电子加速轴向电场的大小和方向是随时间交变的振荡的包络线是不变的只要电子的飞行（渡越）时间正好等于微波振荡的半周期，就能满足持续加速,驻波的形成过程,1 2,1 2,1 2,假设在t1时刻，1号腔处于加速半周
20、，2号腔处于减速半周；在t3时刻，1号腔变成减速半周，2号腔处于加速半周 如果电子在t1时刻进入1号腔，电子将从加速场中获得能量，得到加速，向前运动。在t3时刻，电子进入2号腔，这时2号腔处于加速半周，电子不断获得能量，得到加速 如果电子进入每个腔时都处于加速半周，则电子可以得到不断加速,驻波加速管的内部结构,在加速管内部微波在铜腔内建立轴向交变电场,同时建立围绕腔壁的环形交变磁场,磁场,E场,长度 1 米 能量梯度 190KV/cm微波能量利用率提高一倍微波功率源较小：5.5MW = 23MeV,驻波加速管,行波加速管,长度 2 米 能量梯度 115KV/cm 只利用了微波能量的一半微波功率
21、源较大：7MW = 23MeV,23MeV,行波与驻波的比较,能量开关不同位置的波形,电子的聚束,作用 将电子注占据的相宽在纵向的压缩，它发生在加速器的前面部分，这时电子的能量不高，整个加速管的能量发散基本上决定于群聚器输出电子注的相位宽度,加速器的工作方式 以脉冲方式工作的 重复脉冲周期为220ms，脉冲宽度约24.5s 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090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2045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
22、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,微波功率源和微波传输系统,微波的定义 微波一般是指电磁波谱中介于普通无线电波与红外线之间的波段，波长在11000mm之间，是无线电波（RF）中波长最短的波段,微波频率段的划分,医用电子直线加速器一般采用的是S波段，少数采用X波段或L波段,医用加速器的RF功率源,类型磁控管（magnetron）和速调管（klystron）通常低能机用磁控管，高能机用速调管 磁控管的特点 磁控管本身能够振荡，并通过自动频率控制（AFC）系统，调整磁控管的频率调节杆的位置，使磁控管的工作频率与加速管的固有频率一致 结构一般由
23、部分组成：阴极及引线，阳极和谐振腔，磁铁，耦合环及能量输出系统，调谐装置和冷却系统,磁控管,磁控管中电子由于不断与旋转高频场的作用，电子很快形成轮辐状旋转运动状态,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,速调管,特点 只对微波放大，必须配低功率的微波源，其频率由RF驱动器决定结构 主
24、要由电子枪、输入腔、漂移空间、输出腔和收集极组成,能量转换过程 电子流在直流电压的作用下加速运动，直流电能变成电子的动能 在外加微波信号的作用下，电子流在穿过输入腔时受到速度调制 通过漂移空间时，电子流由速度调制变成密度调制，形成电子注 在输出腔将电子的动能变成放大了的微波振荡的能量,微波传输元件,同轴线波导接头波导弯角定向耦合器吸收负载衰减器移相器波导窗环流器模式转换器,无源微波传输元器件的作用,定向传输： 弯波导，角波导，扭波导分配&合成： E-T, H-T，功率调配： 衰减器，移相器定向耦合： 定向耦合器，波导桥隔离去耦： 隔离器，环流器阻抗匹配： 吸收负载，阻抗调配器波型转换： 同轴线
25、与波导，方圆转换 盘菏波导耦合器其 他： 波导窗，波导三通,隔离器与环流器,防止传输系统中的反射波进入微波功率源隔离器利用了各向异性的铁氧体材料，在外加磁场的作用下，对微 波呈现方向性 ；入射波可无衰减通过，反射波则被吸收使用大功率隔离器特别注意：磁场、冷却及充气气压要求；不要用铁制工具； 附近不要放磁性材料,自动频率控制系统,AFC（Auto Frequency Control）加速器是谐振型加速器，微波源的振荡频率必须与加速管的谐振频率保持一致。否则就会因为频率的偏离，导致电子相对于波的滑相，造成电子能量的降低和电子能谱的增宽，又将影响输出剂量率和能量使微波功率源的频率 f 自动跟踪加速管
26、的谐振频率 f0，保证加速器稳定地工作,影响谐振频率的因素,磁控管频率变化 负载变化（频牵效应） 环境温度变化 磁场强度变化 阳极电流变化（频移效应）加速管频率变化 温度变化 真空变化,低能加速器的AFC电路,脉冲调制器,用途脉冲调制器（pulse modulator）就是用于产生一定功率的脉冲电压或电流波形以驱动微波功率源 高压脉冲分成两路，一路供RF功率源，高功率的RF脉冲经过微波传输系统进入加速管，建立加速场另一路高压脉冲稍为延迟后加到电子枪，该路脉冲的功率较小,脉冲调制器的原理框图,充电回路,为使调制器良好地工作，充电电路应满足下列要求：每次充电结束后， PFN上充电电压大致相同脉冲输
27、出期间，使电源和开关管充分离开有较高的充电效率加速器的脉冲调制器功率都比较大，常采用等待充电电路，就是在直流谐振充电电路中串联充电二极管，防止仿真线向电源反向充电 谐振充电就是负载上脉冲电压的重复频率f等于充电回路的固有频率f0的两倍。 f=2f0,放电回路,放电电路是调制器的输出电路。由脉冲形成网络、开关管、脉冲电缆、脉冲变压器和负载组成闸流管具有单向导电性放电 回路的匹配放电回路有三种放电情况：=匹配情况 正失配情况 负失配情况,DeQ电路,大多数线型调制器输出脉冲幅度均有1以上的跳动，引起脉冲幅度跳动的原因有二种：直流高压电源 不稳，纹波大充电电压还会随着充电电路品质因数的变化而变化De
28、Q电路的作用是通过降低充电回路的品质因素稳定PFN网络上的充电电压，由二极管CR2、闸流管V1、负载R1、触发电路和分压电路组成,PFN（Pulse Forming Network）,PFN是由电容和电感组成的仿真线，起到储存能量和形成脉冲的作用。总电感和电容的大小决定了脉冲的宽度 多采用仿真线作为储存能量的元件，一般由多个大功率的等电感和等电容形成链形网络，电感在网络中排列像一条链子，简称链形网络,PFN充好电后，当闸流管导通时，仿真线上的电压通过闸流管向脉冲变压器放电，一般不是直接向负载放电,氢闸流管,用途 用来控制储能元件向负载释放能量，是脉冲调制器的关键部件。带有氢发生器填有钛氢化合物
29、的小管，在加热时放出氢气原理 当仿真线充电过程，闸流管的阴阳极间承受仿真线的全部电压，但因管内有一定压强的氢气，在没有导电的离子时，管子处于断开状态。一旦将触发脉冲加到栅极，触发管子导通，阴阳极间压降很小，可通过很大的电流,氢闸流管灯丝电压要求,灯丝电压决定阴极的温度，如温度过高，缩短寿命。如温度过低，则发射能力不足氢气发生器的热丝与灯丝是并联供电的，灯丝电压不稳引起管内氢气压强的变化气压过低时，限制了电流上升速率，增大管压降，严重时阳极损耗大而呈红热气压过高时，消电离时间长引起氢闸流管连通。一般要求灯丝电压上下变动不超过额定值的5%,氢闸流管的安装,不能抓玻璃部分擦拔强度不够损坏管子不能用湿
30、布包管子擦拔工作后温度高，热涨冷缩会炸管子用手抓住金属外壳在冷却后才能擦拔阳极帽必须用手托住才能用螺丝刀锁紧,阳极,脉冲变压器,在线型脉冲调制器中，PFN一般通过脉冲变压器向速调管或磁控管负载放电 脉冲变压器有以下几个作用：提升脉冲电压幅度，使调制器可以采用较低高压电源实现阻抗匹配。对于Varian速调管驱动的加速器，线型脉冲调制器的阻抗典型值是12.5欧姆，而速调管的阻抗为1400欧姆，所以要求采用匝数比接近1:11的脉冲变压器来实现阻抗匹配实现调制器与负载之间的隔离,MOD联锁,在PFN的末端由二极管、电阻和电流感应线圈T组成了反向电路检测电路。二极管具有单向导电性，当PFN的负载小于特性
31、阻抗，即负失配时，传输出现负电压，有电流通过电阻。当T检测到电流时，发出调制器反峰（MOD）联锁报警，表明PFN电路的负载与特性阻抗不匹配，由限流监测系统关闭高压电源，保护充电电路的元件,HVOC联锁,高压过流（HVOC）是指仿真线充电电流过大，可分为峰值过流和平均值过流两种情况。其主要目的是保护主闸流管，避免过流导致其使用寿命缩短 由R2检测峰值过流一般由于电路有小打火，单个或几个脉冲充电电流过大而引起,发生平均值过流的可能原因：主闸流管打火或连续导通或关闭不合适，特别是闸流管长时间使用后，其中的氢减少，导致电离效率下降，管子不容易完全关闭；重复频率太高 ；负载短路；脉冲电缆开路；MOD联锁
32、检测电路反峰检测二极管短路,用示波器观察HVPSI波形，DeQ的高度与最大值的比正常应在40%60%之间,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,偏转系统,90o单偏转磁铁系统270o复合偏转磁铁
33、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,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,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
34、 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
35、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,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
36、用耐高温、产生X线剂量率高的钨金属,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 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
37、止加速电子的穿透，减少此级低能电子和中子的污染,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 跳数与输出量的关系 加速器剂量监测系统以机器单位(
38、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,电离室,结构 平板穿透型电离室，用以提供双通道剂量率、积分剂量和自动均整的信号剂量监测系统的要求 一般由两通道独立电离室及相关电路组成。电离室安装在加速器的辐射头中，在均整器或散射箔的下方 剂量和剂量率的控制方法,平行平板穿透型电离室,为使电离室工作稳定，常将电离室密封，充以干燥的氮气。避免环境温度、气压变化时引起测量的变化。电离电流很
39、弱（10-7A)，因此要求电离室与引线的绝缘良好（包括体绝缘与表面绝缘）而且能耐辐射损伤。装配与使用时都应注意清洁。,电离室工作原理,当X射线穿过电离室时与其中的气体分子相互作用发生电离，正离子被吸向参考电极，电子则吸向信号电极，所以信号电极实际上变成一个恒流源，在脉冲期间产生与射线强度成正比的输出 。,电离室的工作原理,随着极化电压V逐渐增加，气体探测器的工作状态就会从复合区、电离室区、正比区、有限正比区、盖革区(G - M区)一直变化到连续放电区X线束不是连续的而是脉冲（ 1/1000占空比），电子加速在平衡相位附近是一团团的打靶，瞬时剂量大A:脉宽窄(约4S左右)，重复频率大约在3028
40、0Hz之间，占空比小(最大只有千分之一左右)B:电流强度弱，脉冲值在10-5A，平均值在10-7A 10-8A数量级监测电离室不在等中心，距离靶11.3cm,实际剂量比显示剂量大(100/11.3)2 倍事故时剂量率有可能比正常时大几十几百倍,平板透射式电离室,(1) 电离室是透射式的，所谓透射式是指电离室的材料质量对射线的吸收可以忽略(2) 监测电离室不考虑电子平衡问题(3) 电离室的极间距很近，以便满足收集效率的要求(4) 电离室多为平板型(5) 为了测量和校正射束的吸收剂量分布，至少有一个电离室的收集极是分区的,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
41、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联锁不对称联锁,影响能量的因素,RF：电子的加速能量与RF功率的平方根成正比。改变RF功率有两种方式，一种是改变RF DRIVER的功率（23EX）；另一种是改变PFN电压（2100C）。PFN电压越高，RF功率越GUN I 在相同RF功率的情况下，GUN I越大，加速能量越小AFC：如果RF DRIVER的工作频率与加速管谐振频率不一致，会影响加速效率，进而影响
42、能量和剂量率,剂量率的常规调节,能量太高或太低都会使部分电子不能通过能量缝，降低剂量率 FR功率、GUN I和AFC必须配合适当才能使剂量率最大，寻找剂量最大点的过程，叫做PEAK 方法：在断开剂量伺服的情况下，将AFC调到反射波最小，然后在GUN I为一定值的情况下，改变RF功率，使剂量率达到最大DR。如果DR大于或小于所要求的值，则减少或增加GUN I，再次调整RF功率，直到DR满足要求,机械系统,作用 机械系统是加速器实现肿瘤放射治疗的执行机构 功能 可得到满足临床需要的任意大小和形状的辐射束 辐射束可以从辐照靶区(肿瘤或病灶)表面的任何方向射入 能方便地操作机器和进行病人摆位 主要的机
43、械系统 辐射头、可携带辐射头旋转的机架和至少四个自由度的只治疗床,机械精度,引起误差的原因机械等中心误差是构成加速器等中心误差的主体部分机械等中心误差产生的主要原因 机器制造和装配误差引起的轴线偏移结构弹性变形引起的辐射头旋转轴线偏移旋转轴承的径向跳动和轴向跳动误差引起的轴线摆动,各机械组件的功能,机架 加速器的主要支撑件，底座与地基的固定连接。为其他零部件的安装、连接提供空间和基础。带着辐射头作0360范围内的顺、逆时针旋转 机架分两种设计形式：支臂式和滚筒式 辐射头 提供辐射束流满足一定均匀性和对称性要求的，并将辐射束流限制在一定的区域内，得到临床需要的不同尺寸的辐射野。 辐射头中的电离室
44、以下部分可以整体旋转，通常称为治疗头 治疗床 用于支撑病人，按要求放置在辐射野内进行治疗 整体绕等中心的旋转运动和机架旋转运动结合，使得射束可以从任何方向射入病灶 由床面、纵向运动、横向运动、升降运动和公转部件组成 升降运动机构主要有双层剪式、链传动式和液压驱动柱式,真空系统,作用电子枪、加速管、速调管和偏转磁铁都应维持在高真空状态 防止高电磁场中有残余气体而产生电击穿，并减少高速运动电子与气体分子碰撞而偏离原来轨道的机会，防止能量损失 防止电子枪灯丝氧化烧断 位置VARIAN 2100C在加速管、电子枪和速调管各用一个钛泵来维持系统的真空,钛泵,原理利用了钛金属具有很强气体吸附能力的特性 异
45、常情况如果加速管钛泵电流大于700A或高压小于4KV，则发出VAC1联锁如果加速管钛泵电流大于350A、或电子枪钛泵电流大于100A或高压小于2.4KV、或速调管钛泵电流大于8A或高压小于2.4KV时发出VAC2联锁,排气机理,有机气体容易被吸附，被电子轰击后分解沉积活性气体如氧气、一氧化碳和氮气等靠与阳极筒内壁表面的钛膜产生化学吸附，成为固态化合物氢气开始是由离子掩埋（ion burial），然后是中性吸收和扩散到钛膜形成氢化物惰性气体在二极泵中不象活性气体那样被有效地抽走，特别是氩气很不稳定。用三极泵才能较有效地排除惰性气体。惰性气体被电离后，形成正离子，然后以离子的形式轰击钛膜，离子得到
46、电子而形成中性原子，然后又反射到阳极泵壁，随之又被新蒸发的钛膜掩埋,钛泵的工作过程,电子在电场中向阳极加速，由于阳极为一空心圆筒，又有轴向磁场约束径向扩散，电子穿过阳极A (Vz)未打到对面的K时，减速，而后反向加速电子在二个阴极之间加速，减速，返回，加速，减速往复运动，称为潘宁放电没有磁场约束时，电子容易丢失形不成连续放电除了轴向往复运动外电子在横街面上（Vx与磁场垂直）做滚轮运动由于有磁场电子在打到阳极之前经过非常长的路程所以才能在很高真空度下，碰撞残余气体分子，起到抽真空作用,辅助系统,动力气体系统 作用 对于双光子高能直线加速器，经常采用一定压强的气体来驱动一些运动部件。动力气体系统为
47、气体推动机构提供动力作用对象 移动X线靶 TARG 推动大转盘的锁紧插头 FOIL 推动魔T的插头 TDRV 推动能量开关 ENSW压力范围 气压由气体稳压器控制，压力为45-50psig。 在进入加速器处有一压力表，可观察气压的大小，气压应维持在一定的范围。如果气压不足，会产生AIR联锁,介质气体系统,作用 从速调管（磁控管）到加速管陶瓷窗之间的波导传输的微波功率较强，为了防止波导管中产生放电，必须填充介电常数高的介质气体（绝缘气体）。压力范围 SF6气体存储在金属瓶里， 气体通过铜管接到介质气体调整机构，经减压和稳压后输送到波导管中，压力为32psig。波导管中介质气体压力太低时，产生GAS联锁，应及时补充气体。压力过高时，安全阀打开释放多余气体。如果安全阀不能打开，长时间的高压可以引起波导变形。所以，每天应该检查压力表是否在正常范围内,
