加速器原理-医用直线加速器的应用课件.ppt

第四节第四节医用直线加速器的应用医用直线加速器的应用电子直线加速器电子直线加速器电子直线加速器是利用具有一定能量的高能电子直线加速器是利用具有一定能量的高能电子与大功率微波的微波电场相互作用，从而电子与大功率微波的微波电场相互作用，从而获得更高的能量。电子直接引出，可作电子线获得更高的能量。电子直接引出，可作电子线治疗。电子打击重金属靶，产生韧致辐射，发治疗。电子打击重金属靶，产生韧致辐射，发射射X射线，作射线，作X线治疗。线治疗。根据电子与微波电场的作用方式不同，电子根据电子与微波电场的作用方式不同，电子直线加速器分为行波加速器和驻波加速器。直线加速器分为行波加速器和驻波加速器。一个最简单的电子直线加速器至少要包括，一个最简单的电子直线加速器至少要包括，一个加速管，一个大功率微波源和波导系统，一个加速管，一个大功率微波源和波导系统，控制系统，射线均整和防护系统。当然市场上控制系统，射线均整和防护系统。当然市场上作为商品的设备要远比这些复杂，但这些基本作为商品的设备要远比这些复杂，但这些基本部件都是必不可少的。部件都是必不可少的。医用电子直线加速器 X X射线能量范围射线能量范围射线能量范围射线能量范围及能量分档及能量分档及能量分档及能量分档电子射线能量范电子射线能量范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围及能量分档围及能量分档应用范围应用范围应用范围应用范围低能机低能机低能机低能机46MeV46MeV，1 1档档档档无无无无深部肿瘤深部肿瘤深部肿瘤深部肿瘤中能机中能机中能机中能机810MeV810MeV，1 1档档档档515MeV515MeV，3535档档档档大部分深部肿瘤、大部分深部肿瘤、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部分表浅肿瘤部分表浅肿瘤高能机高能机高能机高能机610MeV610MeV，1525MeV1525MeV，1 1档档档档525MeV525MeV，5858档档档档同上同上同上同上XHA 600C医用电子直线加速器医用电子直线加速器AHA600C医用电子直线加速器采用全电脑控制系统的采用全电脑控制系统的电线加速器，可提供矩形、电线加速器，可提供矩形、对称的治疗射野，并产生对称的治疗射野，并产生特别灵活、精密控制的特别灵活、精密控制的6兆伏兆伏X射线，提供多种先射线，提供多种先进的放射治疗、多方位的进的放射治疗、多方位的楔形块治疗、无楔形块治楔形块治疗、无楔形块治疗、顺时针和逆时针旋转疗、顺时针和逆时针旋转治疗治疗.ZJ10型医用电子直线加速器ZJ-10医用电子直线加速器医用电子直线加速器是新颖的疗效高的治疗肿是新颖的疗效高的治疗肿瘤设备。它产生的瘤设备。它产生的8兆电子兆电子伏高能伏高能X射线适用于深部射线适用于深部肿瘤治疗，肿瘤治疗，6、8、10兆电兆电子伏的电子线适于浅、中子伏的电子线适于浅、中部肿瘤治疗。部肿瘤治疗。ModernLinearAcceleratorGantry(機頭機頭)Couch(病床病床)RemovableSections(可置換部分可置換部分)病床轉動軌道病床轉動軌道光子或電子束光子或電子束Tray(托架托架)医用直线加速器（左）及其内部结构示意图（右）第一准直器匀整器监测电离室第二准直器补偿器附加挡块(a)(a)(a)(a)行波加速系统行波加速系统行波加速系统行波加速系统 (b)(b)(b)(b)驻波加速系统驻波加速系统驻波加速系统驻波加速系统a-a-a-a-加速结构加速结构加速结构加速结构 B-B-B-B-引出系统引出系统引出系统引出系统 C-C-C-C-环流器环流器环流器环流器 D-D-D-D-耦合波导耦合波导耦合波导耦合波导E-E-E-E-聚焦及导向线圈聚焦及导向线圈聚焦及导向线圈聚焦及导向线圈 G-G-G-G-电子枪电子枪电子枪电子枪 I-I-I-I-隔离器隔离器隔离器隔离器 L-L-L-L-吸收负载吸收负载吸收负载吸收负载M-M-M-M-高压脉冲调制器高压脉冲调制器高压脉冲调制器高压脉冲调制器 P-P-P-P-离子泵离子泵离子泵离子泵 S-S-S-S-微波功率源微波功率源微波功率源微波功率源 T-T-T-T-脉冲变压器脉冲变压器脉冲变压器脉冲变压器W-W-W-W-波导窗波导窗波导窗波导窗图图图图8.3 8.3 8.3 8.3 医用电子直线加速器加速系统医用电子直线加速器加速系统医用电子直线加速器加速系统医用电子直线加速器加速系统(1)加速管加速管 加速管由电子枪、加速结构、引出系加速管由电子枪、加速结构、引出系统、离子泵组成。统、离子泵组成。电子枪产生供加速的电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的初始能量从阳极中心孔道穿出注入加速结构。结构。1，加速系统，加速系统 加速结构有行波和驻波两种加速结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。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，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。使加速管里维持真空状态。(2)微波传输系统微波传输系统微微波波传传输输系系统统主主要要由由传传输输波波导导构构成成。在在行行波波传传输输系系统统中中，隔隔离离器器用用来来吸吸收收反反向向传传输输的的微微波波以以保保护护微微波波功功率率源源。在在驻驻波波传传输输系系统统中中，由由于于反反射射功功率强，需采用环流器作为隔离器件。率强，需采用环流器作为隔离器件。(3)微波功率源微波功率源 低、中能机常用磁控管作微波功率源。磁控低、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，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。高能机需较高的微波功率，常提高频率稳定度。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。速调管是微波功用多腔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，需要有前置激率放大器，体积大，工作电压高，需要有前置激励来驱动，频率比较稳定，但也需自动调频系统励来驱动，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。使其与负载变化保持一致。(4)高压脉冲调制器高压脉冲调制器 其作用是向微波功率源提供脉冲高其作用是向微波功率源提供脉冲高压，工作原理是利用储能放电的原理形压，工作原理是利用储能放电的原理形成高压脉冲，经脉冲变压器放大后供微成高压脉冲，经脉冲变压器放大后供微波功率源使用。波功率源使用。2.辐射系统辐射系统 辐射系统的作用辐射系统的作用是使从加速系统产生是使从加速系统产生的辐射符合放射治疗的辐射符合放射治疗的特殊要求的特殊要求（均整度、（均整度、辐射野面积形状等）。辐射野面积形状等）。X射线及电子射线的射线及电子射线的辐射系统如图所示，辐射系统如图所示，其主要组成有：靶、其主要组成有：靶、均整块、散射箔、准均整块、散射箔、准直器、上下光阑等。直器、上下光阑等。a a a a）X X X X射线辐射系统射线辐射系统射线辐射系统射线辐射系统 b b b b）电子射线辐射系统电子射线辐射系统电子射线辐射系统电子射线辐射系统A-A-A-A-限束器限束器限束器限束器 C-C-C-C-准直器准直器准直器准直器 F-F-F-F-散射箔散射箔散射箔散射箔 I-I-I-I-电离室电离室电离室电离室 J-J-J-J-光阑光阑光阑光阑 M-M-M-M-反射镜反射镜反射镜反射镜 P-P-P-P-均整块均整块均整块均整块 T-T-T-T-靶靶靶靶 W-W-W-W-楔形过滤器楔形过滤器楔形过滤器楔形过滤器图图图图8.4 8.4 8.4 8.4 辐射系统结构示意图辐射系统结构示意图辐射系统结构示意图辐射系统结构示意图靶靶加速电子打靶后产生加速电子打靶后产生X射线。射线。均整块均整块使辐射野内的使辐射野内的X射线剂量分布均匀。射线剂量分布均匀。散散射射靶靶使使从从加加速速系系统统来来的的集集束束的的电电子子射射线线在在一定辐射野内均匀散开。一定辐射野内均匀散开。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。限限束束器器限限定定电电子子射射线线辐辐射射野野的的范范围围以以及及改改善善电子射线的均整度。电子射线的均整度。楔形过滤器楔形过滤器在在X射线辐射野内产生非对称射线辐射野内产生非对称的楔形剂量分布。的楔形剂量分布。3.剂量监测系统剂量监测系统剂剂量量监监测测系系统统由由电电离离室室、前前置置放放大大器器及及监监测测剂剂量量仪仪组组成成。电电离离室室位位于于辐辐射射系系统统之之内内，由由若若干干片片极极片片构构成成，其其中中有有两两对对用用于于监监测测辐辐射射野野内内相相互互垂垂直直的的两两个个方方向向的的均均整整度度，有有一一片片用用于于监监测测辐辐射射的的能能量量变变化化，有有两两片片用用于于检检测测辐辐射射的的吸吸收剂量。收剂量。4.机架及治疗床运动系统机架及治疗床运动系统 现代医用电子直线加速器采用等中心原则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，旋转轴线交于一点，该点称为等中心，要求中要求中心误差在心误差在2mm以内。以内。5.电气控制系统电气控制系统电气控制系统由以下几部分组成：电气控制系统由以下几部分组成：(1)各种电源。各种电源。(2)连连锁锁保保护护：包包括括水水流流、水水温温、水水压压、高压过载、微波功率源打火等各种保护。高压过载、微波功率源打火等各种保护。(3)自自动动控控制制：包包括括自自动动频频率率控控制制、自自动动剂剂量量率率控控制制、自自动动均均整整度度控控制制、自自动动楔楔形过滤器控制、弧形旋转控制等。形过滤器控制、弧形旋转控制等。(4)正正常常治治疗疗的的程程序序控控制制：包包括括待待机机、预预制、准备、出束等几种状态的程序控制。制、准备、出束等几种状态的程序控制。6.温控及充气系统温控及充气系统 温控系统用来带走温控系统用来带走加速管、靶、聚加速管、靶、聚焦线圈、偏转磁铁线圈、微波功率源、焦线圈、偏转磁铁线圈、微波功率源、隔离器（或环流器）及吸收负载等隔离器（或环流器）及吸收负载等在工在工作中产生的热量。充气系统作中产生的热量。充气系统用于对微波用于对微波传输系统抽真空后传输系统抽真空后再充绝缘气体再充绝缘气体，如氮，如氮气、氟里昂等，以气、氟里昂等，以防止发生电场击穿防止发生电场击穿。X X线模拟定位器线模拟定位器 在进行放射性治疗时，预先应准确在进行放射性治疗时，预先应准确掌握肿瘤位置，从而确定照射范围、照掌握肿瘤位置，从而确定照射范围、照射中心和照射角度、照射剂量等，制定射中心和照射角度、照射剂量等，制定治疗计划。治疗计划。X X线模拟定位器的用途就是线模拟定位器的用途就是在在直线加速器或钴直线加速器或钴60照射之前，照射之前，通过通过X X线透线透视或摄影定位的装置。视或摄影定位的装置。它装有影像增强它装有影像增强电视系统及图像数字化仪，采用微机控电视系统及图像数字化仪，采用微机控制。较之制。较之CT或或MRI放射治疗定位系统，放射治疗定位系统，X线模拟定位器操作简便、费用低。线模拟定位器操作简便、费用低。医用加速器用于放疗的适应症1、当其用于常规放疗时其适应症为：、当其用于常规放疗时其适应症为：医用加速器适应症广泛，可用于头颈、医用加速器适应症广泛，可用于头颈、胸腔、腹腔、盆腔、四肢等部位的原发或胸腔、腹腔、盆腔、四肢等部位的原发或继发肿瘤，以及手术后残留的术后或手术继发肿瘤，以及手术后残留的术后或手术前的术前治疗等。前的术前治疗等。单纯根治的肿瘤：鼻咽癌、早期喉癌、单纯根治的肿瘤：鼻咽癌、早期喉癌、早期口腔癌、副鼻窦癌、早期恶性淋巴瘤、早期口腔癌、副鼻窦癌、早期恶性淋巴瘤、髓母细胞瘤、基底细胞癌、肺癌、精原细髓母细胞瘤、基底细胞癌、肺癌、精原细胞瘤、食道癌等。胞瘤、食道癌等。迄今为止，放射治疗迄今为止，放射治疗(简称放疗简称放疗)仍然是肿瘤治仍然是肿瘤治疗的主要技术手段之一。我国医用电子直线加速疗的主要技术手段之一。我国医用电子直线加速器的起步是从器的起步是从1973专项科技会战开始的，现在形专项科技会战开始的，现在形成了以成了以BJ系列医用电子直线加速器为代表的国产系列医用电子直线加速器为代表的国产设备。国产医用电子直线加速器作为大型高科技设备。国产医用电子直线加速器作为大型高科技医疗设备产品，目前是国内市场上唯一具备与国医疗设备产品，目前是国内市场上唯一具备与国外同类型产品相抗衡的大型医疗设备，国产产品外同类型产品相抗衡的大型医疗设备，国产产品在国内市场的占有率达到了在国内市场的占有率达到了50%.