放射治療機及輔助設(shè)備

1、放射治療機及輔助設(shè)備,楊紹洲南方醫(yī)院設(shè)備器材科,,,醫(yī)用加速器,加速器的定義 利用電磁場把帶電粒子加速到較高能量的裝置。它還可以利用被加速后的高能粒子轟擊不同材料的靶，產(chǎn)生次級粒子，如X線、中子和介子束等 分類方法按粒子加速軌道形狀：直線加速器和回旋加速器按加速粒子的不同：電子加速器、質(zhì)子加速器、離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(100~1000MeV)、高

2、能加速器(103~106MeV)和超高能加速器(能量1000GeV以上),加速器的分類,按加速電場所在的頻段：靜電加速器、高頻加速器和微波加速器，而對高頻、微波加速器，根據(jù)交變電場的結(jié)構(gòu)可還分為行波加速器和駐波加速器按工作時的溫度高低：常溫加速器和超導(dǎo)加速器按應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)加速器、農(nóng)業(yè)加速器和醫(yī)用加速器 通常將幾種名稱聯(lián)系在一起，使加速器的基本特點更為清晰，如醫(yī)用電子行波直線加速器或重離子超導(dǎo)回旋加速器等,醫(yī)用加速器的種類,類

3、型醫(yī)用電子加速器醫(yī)用質(zhì)子加速器 醫(yī)用重離子加速器 中子治療加速器 術(shù)中放射治療加速器,醫(yī)用電子加速器,類型 電子感應(yīng)加速器電子在交變的渦旋電場中加速較高能量的裝置優(yōu)點: 技術(shù)較簡單，成本低，電子束可以達(dá)到較高的能量，可調(diào)范圍大，輸出量大最大缺點: X線輸出量小，射野小，劑量分布差電子直線加速器利用微波電磁場把電子沿直線軌道加速到較高能量的裝置優(yōu)點: 電子束和X線均有足夠的輸出量，射野較大主要缺點: 機

4、器復(fù)雜，成本較高，維護(hù)要求較高,電子回旋加速器,電子在交變的超高頻電場中做圓周運動不斷得到加速的裝置 優(yōu)點束流品質(zhì)優(yōu)良、能散度和發(fā)散角小、輸出量高能量穩(wěn)定、束流強度連續(xù)可調(diào)，回旋加速器的主機可自成體系，與治療機分開，一機多用能量較高時，具有較小的直線尺寸 缺點磁場和電子軌道調(diào)整比較麻煩，磁鐵多，設(shè)備重軌道和真空室所占空間大,醫(yī)用質(zhì)子加速器,類型質(zhì)子回旋加速器 恒定磁場，螺旋線軌道加速質(zhì)子等時性回旋加速器 恒定磁場，但

5、場強從中心沿半徑增加，以保證諧振加速，軌道還是螺旋線質(zhì)子同步回旋加速器（穩(wěn)相加速器） 恒定磁場，加速電場頻率隨質(zhì)子質(zhì)量同步增加，加速軌道還是螺旋線質(zhì)子同步加速器 磁場隨質(zhì)子能量同步增加，軌道半徑保持不變，環(huán)形軌道質(zhì)子回旋加速器除可以直接用于放射治療外，還可以生產(chǎn)醫(yī)用放射性核素，供正電子發(fā)射斷層掃描機（PET）使用，加速能量固定在10 MeV,醫(yī)用重離子加速器,重離子有明顯的射程，為了適合人體深部腫瘤治療，離子的單核能量要求400

6、~500 MeV主要有醫(yī)用重離子等時性回旋加速器和醫(yī)用重離子同步加速器,中子治療加速器,中子不帶電，不能直接加速，只能是間接產(chǎn)生的粒子主要產(chǎn)生方法有以密封中子管為基礎(chǔ)的醫(yī)用中子治療裝置和以回旋加速器為基礎(chǔ)的醫(yī)用中子治療裝置兩種。前者利用氘和氚（d+T）聚變反應(yīng)產(chǎn)生單能中子輻射（14~15MeV），后者利用加速的d（氘）、p（質(zhì)子）撞擊鈹（Be）或鋰（Li）靶引起產(chǎn)生中子的核反應(yīng),術(shù)中放射治療加速器,定義手術(shù)切除腫瘤病灶后的瘤床、殘

7、存灶，或借助手術(shù)暴露不能切除的腫瘤病灶、淋巴引流區(qū)或原發(fā)瘤灶，在直視下進(jìn)行大劑量照射，稱為術(shù)中放射治療（intraoperative radiation therapy, IORT） 類型用放射性核素進(jìn)行術(shù)中組織插植照射使用6~20MeV的高能電子束照射，充分利用電子束的有限射程保護(hù)靶區(qū)后的正常組織，用電子輻射進(jìn)行術(shù)中放射治療是較佳的輻射方式,醫(yī)用電子直線加速器的分類,按所采用的加速電磁場形態(tài)的不同行波直線加速器和駐波直線加速器

8、按能量的不同 低能加速器 ≤6MeV中能直線加速器 ≤14MeV高能直線加速器 ≤25MeV 按產(chǎn)生X射線的種類單光子、雙光子和多光子按使用功率源不同速調(diào)管加速器和磁控管加速器,醫(yī)用電子直線加速器的發(fā)展概況,1931年，美國Van de Graff發(fā)明電子靜電加速器1940年，Kerst發(fā)明電子感應(yīng)加速器，1949年用于放療1944年，Veksler提出了電子回旋加速器的原理，70年代用于放療

9、1953年，Hammersmith醫(yī)院首次用8MV行波電子直線加速器治療病人,醫(yī)用電子直線加速器的發(fā)展概況,1968年，Knapp等發(fā)明邊耦合駐波結(jié)構(gòu)適合精確放療而發(fā)展起來的加速器 為了解決器官本身的移動 ，確保調(diào)強放療等精確技術(shù)的準(zhǔn)確實施，各種控制和跟隨照射中腫瘤的運動的技術(shù)應(yīng)運而生，包括:控制等中心移位技術(shù)呼吸門控技術(shù)圖像引導(dǎo)的放射治療（IGRT）,控制等中心移位技術(shù)（Isocenter Shift Technique）

10、,是在加速器治療室內(nèi)安裝一臺ＣＴ， CT與加　　 速器同一軌道, 共用一個治療床，CT定位后把治療床旋轉(zhuǎn)180度后，利用擺位時ＣＴ的數(shù)據(jù)來修正靶區(qū)的移動超聲引導(dǎo)擺位系統(tǒng)?。ǎ拢粒裕射線正側(cè)位片EPID (Electronic portal imaging)利用前若干次（一般為５次）擺位時檢測到的運動和擺位的系統(tǒng)誤差，對腫瘤（靶區(qū)）中心的位置進(jìn)行修正，如此過程修正到整個療程結(jié)束。但不能修正照射中的瞬時移動,在線糾正: O

11、n-Line離線糾正： Off-Line,一、控制等中心移位技術(shù),（二）呼吸門控技術(shù),,被動呼吸門控(Gating Technique) ： 如Elekta的ABC、VARIAN的DIBH技術(shù) （深吸氣屏氣）即控制患者某一時段的呼吸，進(jìn)行照射?；颊叽魃虾粑鼨C，平靜呼吸或深吸氣后蹩氣進(jìn)行定位及照射該技術(shù)需要患者的配合和治療前的呼吸

12、訓(xùn)練，同時要求患者能承受適當(dāng)時間長度的屏氣動作,（三）圖像引導(dǎo)下的放射治療（IGRT）,CT掃描并重建一段時間內(nèi)腫瘤靶區(qū)和重要器官在每一時刻的變化情況 ，加速器根據(jù)CT掃描結(jié)果來控制照射野隨著時間作相應(yīng)調(diào)整。即除了考慮CT掃描的三維成像和加速器照射的三維方向因素之外，還考慮了時序（T）因素，故稱為四維放射治療（4DRT），相應(yīng)的CT時序掃描也被稱為四維CT，包含兩個內(nèi)容： CT的時序掃描 治療機照射的時序控制,,在進(jìn)行放療的過程

13、中，同樣把時間因素也考慮進(jìn)去，治療照射時，加速器控制計算機利用MV-X或KV-X級Cone Beam CT，根據(jù)不同時相獲得的腫瘤或重要器官的3D圖像與4DCT序列的3D圖像進(jìn)行比較，通過控制治療床和準(zhǔn)直器的運動，從而跟蹤腫瘤進(jìn)行實時照射（Real-time Irradiation)， 即4D放射治療，包括:賽博刀斷層放射治療C形背X刀諾力刀,治療機照射的時序控制（一）,Varian Trilogy,Cone_beam CT加速

14、器線束與加速器的MV級線束垂直安裝,KV級X射線球管,非晶硅平板X射線探測器,,采集高分辨率影像,,與模擬和計劃的參考影像比較,,瞬時移動體位自動調(diào)整誤差,,出束治療,,成像模式：,標(biāo)準(zhǔn)X射線片——顯示骨骼解剖、植入標(biāo)記 透視——將快速X射線序列轉(zhuǎn)換成動態(tài)影像 “錐形束CT”模式——產(chǎn)生三維軟組織目標(biāo)影像,治療機照射的時序控制（二）,主要特點: 加速器置于一個有6個自由度的大型機器手臂上，以兩個交角安裝的KV-X線圖像導(dǎo)引系統(tǒng)取

15、代剛性的立體定向用的框架， KV-X線等中心投射到患者治療部位，根據(jù)探測到的標(biāo)記點（解剖或金屬標(biāo)記）的位置隨呼吸運動的變化，在Ｘ線的定位系統(tǒng)的引導(dǎo)下，加速器的等中心可以隨靶區(qū)的變化而同步變化，從非共面的不同角度實施圖像跟蹤式照射。核心技術(shù)是機器臂和圖像導(dǎo)引系統(tǒng)。解決了病人不愿意使用頭盔和框架，以及照射時臟器不自主運動問題,Cyber-knife（賽博刀）治療機Stanford大學(xué)醫(yī)療中心1992年研發(fā)的大型立體定向放射治療設(shè)備，采用

16、計算機立體定位導(dǎo)向，自動跟蹤靶區(qū)，無須使用固定頭架或體架.擺脫了加速器機架和治療床旋轉(zhuǎn)的束縛和對精度的影響,Cyberknife 主要組成部分,工作頻率9.3GVhz的X波段加速管，產(chǎn)生6MVX射線支撐加速器的三維機械臂，旋轉(zhuǎn)到任意角度進(jìn)行逐點照射。定位精度0.5mm，定角精度0.57度幾臺Ｘ線機組成的影像裝置，在治療過程不斷獲取患者圖像并使射束始終對準(zhǔn)靶區(qū)，病灶點5mm可以有效跟蹤，實現(xiàn)影像引導(dǎo)立體放射外科治療，也可用于治療軀

17、干病變,治療機照射的時序控制（三）,斷層放射治療 Tomotherapy,將直線加速器和螺旋CT整合起來，使治療計劃、患者擺位和治療過程融為一體，是完全一體化的是CT引導(dǎo)的三維調(diào)強放射治療系統(tǒng)，該技術(shù)實現(xiàn)了在治療中以CT為基礎(chǔ)的擺位。可以實施傳統(tǒng)的放療也可以進(jìn)行調(diào)強放療，2003年7月開始治療第1例患者 斷層放射治療可提供高度精確的調(diào)強放射治療和實時的位置、劑量驗證，是影像介導(dǎo)放射治療的典范。它為放射治療醫(yī)師開辟了一個新

18、的治療平臺，在調(diào)強放射治療發(fā)展史上占有重要地位,斷層放射治療,,在其環(huán)形機架內(nèi)同時裝有MV級螺旋CT掃描儀和直線加速器加速器發(fā)出的射線為６ MV光子束。它的MLC葉片在等中心投影的寬度為６mm,斷層治療機有獨特的驗證／登記計算機斷層（VRCT），可以在治療前的瞬間提取圖像，其圖像能夠清晰地顯現(xiàn)從肺到骨的解剖結(jié)構(gòu)，由于采用了虛擬消除偽影技術(shù)，所以它的圖像甚至好于一般的診斷CT,C形臂X刀,專門用于立體定向放射外科及立體定向放射治療的裝置

19、，解決加速器非共面弧形照射需要多角度旋轉(zhuǎn)，擺位精度和重復(fù)性很難滿足需要,C形臂X刀的結(jié)構(gòu)特點,旋轉(zhuǎn)機架和常規(guī)醫(yī)用電子直線加速器一樣，繞Y軸旋轉(zhuǎn)。C形臂裝在旋轉(zhuǎn)機架上的導(dǎo)軌內(nèi)，可繞U軸旋轉(zhuǎn)60º而構(gòu)成相互垂直二軸旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)患者精密擺位后，治療床在治療過程中始終不動，提高了治療等中心精度機架旋轉(zhuǎn)角φ≤±195º，C形臂旋轉(zhuǎn)角ψ=0~60º，從而使患者頭部86.5%的立體角范圍內(nèi)可獲得治療照射X射線

20、能量可任選4MV或6MV。本機選用了較長的臥式加速管結(jié)構(gòu)和270º偏轉(zhuǎn)裝置，以降低機架高度照射頭對側(cè)的C形臂端，裝有小型活動擋束板，降低了對機房的屏蔽要求,諾力刀,Brainlab 1998年開發(fā)成功的 集加速器、MLC和自動擺位裝置于一體立體定向放射外科裝置等中心精度達(dá)0.7mm、劑量率高達(dá)800cGy/min、半影寬度只有3mm組成：加速器內(nèi)置MLC頭部定位系統(tǒng)影像引導(dǎo)定位系統(tǒng)遠(yuǎn)紅外全自動擺位系統(tǒng)動態(tài)IM

21、RS治療計劃系統(tǒng),我國電子直線加速器,1956年起，在謝家麟先生的領(lǐng)導(dǎo)下開始研制電子直線加速器，1964年建成了第一臺30 MeV的直線加速器 1965年南京大學(xué)研制成功一臺0.7 MeV的電子直線加速器。 1977年北京、上海研制成功了醫(yī)用行波電子直線加速器 七十年代末北京研所和清華大學(xué)協(xié)作研制醫(yī)用駐波直線加速器。八十年代末開始小批量生產(chǎn)BJ-4低能駐波醫(yī)用直線加速器，上海核子儀器廠也開始生產(chǎn)ZJ-10中能加速器 九十年代初，

22、北京醫(yī)研所改型研制了BJ-6醫(yī)用直線加速器，廣東威達(dá)醫(yī)療器械集團(tuán)與清華大學(xué)等合作批量生產(chǎn)WDVE-6低能駐波醫(yī)用直線加速器,電子直線加速器的技術(shù)特點,雙光子或多光子技術(shù) 復(fù)合靶 復(fù)合均整塊 電子掃描系統(tǒng) 獨立光闌和多葉光闌技術(shù) E線的弧形治療技術(shù) 動態(tài)楔形板技術(shù) 實時成像系統(tǒng)動態(tài)調(diào)強適形放射治療技術(shù) 智能化微機控制系統(tǒng),醫(yī)用電子直線加速器的基本結(jié)構(gòu),電子直線加速器一般由加速管、微波功率源、微波傳輸系統(tǒng)、電子注入系統(tǒng)、脈

23、沖調(diào)制系統(tǒng)、束流系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、恒溫水冷卻系統(tǒng)、電源分配及控制系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)等組成,直線加速器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,醫(yī)用電子直線加速器的基本原理,電子槍 電子槍的功能就是發(fā)射具有一定的能量、流強、束流直徑和發(fā)散角的電子束流 電子槍可分為二極電子槍和三極電子槍,RF Pulse,Gun Pulse,Target Current,二極管和三極管結(jié)構(gòu)電子槍的比較：( Per “Medical Electron Acceler

24、ators” by Karzmark,Nunan, and Tanabe),二極管結(jié)構(gòu)：生產(chǎn)工藝簡單成本較低束流輸出控制能力缺乏能量注入不穩(wěn)定,三極管結(jié)構(gòu)：生產(chǎn)工藝較復(fù)雜快速變換劑量電子束流輸出穩(wěn)定劑量控制精確,瓦里安三極管結(jié)構(gòu)電子槍,行波加速原理,行波是按一定方向傳播的電磁波，行波電磁場的方向在時間和空間上是交變的,行波加速模型,電子只能在存在加速電場的加速縫隙(D)中加速如果系統(tǒng)與電子以相同的速度前進(jìn)，電子的加速能

25、持續(xù)電子很容易達(dá)到光速，系統(tǒng)不可能達(dá)到光速,,行波加速原理一,電磁波可以達(dá)到光速 ，電子的速度不可能大于光速。電磁波必須與電子同步前進(jìn)，電子的加速才能持續(xù)。行波加速原理的核心是電子速度和行波相速之間必須滿足同步條件：V(z)＝Vp(z)相速度是波的相位傳播速度，是一種狀態(tài)的傳播速度。相速度可以大于光速。,行波加速原理二,,減速半波,加速半波,-Ez,φ,電子在前進(jìn)的過程中始終處于加速電場的加速相位上，從而不斷獲得能量,行波加速

26、管內(nèi)部結(jié)構(gòu),加速管常用TM01模式，即具有縱向分量,駐波加速器原理,定義 駐波加速管的兩端接短路面，使RF功率能在其中來回反射形成駐波 加速原理 駐波加速管的加速段是由一系列相互耦合的諧振腔鏈組成，在諧振腔鏈中心開孔，讓電子通過，在腔中建立交變高頻場。在駐波場的作用下，電子沿軸線方向不斷加速前進(jìn)，能量不斷提高 能量開關(guān) 在加速管的群聚段和主加速段之間的某個耦合腔中插入一個調(diào)節(jié)機構(gòu)，通過調(diào)節(jié)其參數(shù)使主加速段的加速場

27、強可以在大范圍內(nèi)變化，而群聚段的場強基本不變,駐波加速模型,在一系列雙圓筒電極之間，分別接上頻率相同的交變電源；在加速縫中，加速電場的幅值隨時間交變頻率f0和圓筒電極縫隙之間距離D滿足一定關(guān)系若D取5cm，v近似為光速，則f0等于3000MHz。這樣高頻率的高壓不可能用電線傳輸這種加速模型只能在一個諧振腔列(鏈)中完成,,駐波加速原理,利用電磁波的軸向電場分量不斷的推動電子加速軸向電場的大小和方向是隨時間交變的振蕩的包絡(luò)線是不

28、變的只要電子的飛行（渡越）時間正好等于微波振蕩的半周期，就能滿足持續(xù)加速,駐波的形成過程,1 2,1 2,1 2,,假設(shè)在t1時刻，1號腔處于加速半周，2號腔處于減速半周；在t3時刻，1號腔變成減速半周，2號腔處于加速半周 如果電子在t1時刻進(jìn)入1號腔，電子將從加速場中獲得能量，得到加速，向前運動。在t3時刻，電子進(jìn)入2號腔，這時2號腔處于加速半周，電子不斷獲得能量，得到加速 如果電子進(jìn)入每個腔時都

29、處于加速半周，則電子可以得到不斷加速,駐波加速管的內(nèi)部結(jié)構(gòu),在加速管內(nèi)部微波在銅腔內(nèi)建立軸向交變電場,同時建立圍繞腔壁的環(huán)形交變磁場,,,磁場,,,E場,長度 1 米 能量梯度 190KV/cm微波能量利用率提高一倍微波功率源較?。?.5MW => 23MeV,駐波加速管,行波加速管,長度 2 米 能量梯度 115KV/cm 只利用了微波能量的一半微波功率源較大：7MW => 23MeV,23MeV,行波與駐

30、波的比較,能量開關(guān)不同位置的波形,電子的聚束,作用 將電子注占據(jù)的相寬在縱向的壓縮，它發(fā)生在加速器的前面部分，這時電子的能量不高，整個加速管的能量發(fā)散基本上決定于群聚器輸出電子注的相位寬度,,加速器的工作方式 以脈沖方式工作的 重復(fù)脈沖周期為2~20ms，脈沖寬度約2~4.5?s 電子在這個脈沖寬度中可以看成是連續(xù)發(fā)射注入群聚腔的，在經(jīng)過預(yù)群聚腔的相位會聚之后，大多數(shù)電子會聚到0~90°范圍內(nèi)，再經(jīng)過群聚

31、腔繼續(xù)匯聚，在群聚腔的出口集中相位在20°~45° 附近，在通過主加速管段時逐步滑相，最后在主加速管出口時會集在波峰之后的一個小相位附近 在一個脈沖中，微波場振蕩達(dá)到幾千次，電子槍連續(xù)發(fā)射的電子流通過整個加速管后就形成了幾千塊電子注，從加速管末端射出,微波功率源和微波傳輸系統(tǒng),微波的定義 微波一般是指電磁波譜中介于普通無線電波與紅外線之間的波段，波長在1~1000mm之間，是無線電波（RF）中波長

32、最短的波段,微波頻率段的劃分,,醫(yī)用電子直線加速器一般采用的是S波段，少數(shù)采用X波段或L波段,醫(yī)用加速器的RF功率源,類型磁控管（magnetron）和速調(diào)管（klystron）通常低能機用磁控管，高能機用速調(diào)管 磁控管的特點 磁控管本身能夠振蕩，并通過自動頻率控制（AFC）系統(tǒng)，調(diào)整磁控管的頻率調(diào)節(jié)桿的位置，使磁控管的工作頻率與加速管的固有頻率一致 結(jié)構(gòu)一般由部分組成：陰極及引線，陽極和諧振腔，磁鐵，耦合環(huán)及能量輸出系統(tǒng)

33、，調(diào)諧裝置和冷卻系統(tǒng),磁控管,磁控管中電子由于不斷與旋轉(zhuǎn)高頻場的作用，電子很快形成輪輻狀旋轉(zhuǎn)運動狀態(tài),,,,燈絲電壓應(yīng)該滿足要求，電壓過低，溫度不夠，陰極發(fā)射不足，工作不穩(wěn)定，且容易引起燈絲打火，還可能損壞磁控管；電壓過高，燈絲和陰極過熱，會縮短磁控管的壽命。有些磁控管在觸發(fā)時，要求施加額定電壓，但是振蕩后，由于一部分電子回轟，使陰極溫度升高，這時要適當(dāng)降低電壓甚至完全切斷燈絲電壓。磁控管的壽命主要取決于燈絲的壽命，因此必須保證磁控管工

34、作在所規(guī)定的溫度范圍內(nèi),速調(diào)管,特點 只對微波放大，必須配低功率的微波源，其頻率由RF驅(qū)動器決定結(jié)構(gòu) 主要由電子槍、輸入腔、漂移空間、輸出腔和收集極組成,,能量轉(zhuǎn)換過程 電子流在直流電壓的作用下加速運動，直流電能變成電子的動能 在外加微波信號的作用下，電子流在穿過輸入腔時受到速度調(diào)制 通過漂移空間時，電子流由速度調(diào)制變成密度調(diào)制，形成電子注 在輸出腔將電子的動能變成放大了的微波振蕩的能量,微波傳輸元件,同軸線波導(dǎo)接頭波

35、導(dǎo)彎角定向耦合器吸收負(fù)載衰減器移相器波導(dǎo)窗環(huán)流器模式轉(zhuǎn)換器,無源微波傳輸元器件的作用,定向傳輸： 彎波導(dǎo)，角波導(dǎo)，扭波導(dǎo)分配&合成： E-T, H-T，功率調(diào)配： 衰減器，移相器定向耦合： 定向耦合器，波導(dǎo)橋隔離去耦： 隔離器，環(huán)流器阻抗匹配： 吸收負(fù)載，阻抗調(diào)配器波型轉(zhuǎn)換： 同軸線與波導(dǎo)，方圓轉(zhuǎn)換

36、盤菏波導(dǎo)耦合器其 他： 波導(dǎo)窗，波導(dǎo)三通,隔離器與環(huán)流器,,防止傳輸系統(tǒng)中的反射波進(jìn)入微波功率源隔離器利用了各向異性的鐵氧體材料，在外加磁場的作用下，對微 波呈現(xiàn)方向性 ；入射波可無衰減通過，反射波則被吸收使用大功率隔離器特別注意：磁場、冷卻及充氣氣壓要求；不要用鐵制工具； 附近不要放磁性材料,自動頻率控制系統(tǒng),AFC（Auto Frequency Control）加速器是諧振型加速器，微波源的振蕩頻

37、率必須與加速管的諧振頻率保持一致。否則就會因為頻率的偏離，導(dǎo)致電子相對于波的滑相，造成電子能量的降低和電子能譜的增寬，又將影響輸出劑量率和能量使微波功率源的頻率 f 自動跟蹤加速管的諧振頻率 f0，保證加速器穩(wěn)定地工作,影響諧振頻率的因素,磁控管頻率變化 負(fù)載變化（頻牽效應(yīng)） 環(huán)境溫度變化 磁場強度變化 陽極電流變化（頻移效應(yīng)）加速管頻率變化 溫度變化 真空變化,低能加速器的AFC電路

38、,脈沖調(diào)制器,用途脈沖調(diào)制器（pulse modulator）就是用于產(chǎn)生一定功率的脈沖電壓或電流波形以驅(qū)動微波功率源 高壓脈沖分成兩路，一路供RF功率源，高功率的RF脈沖經(jīng)過微波傳輸系統(tǒng)進(jìn)入加速管，建立加速場另一路高壓脈沖稍為延遲后加到電子槍，該路脈沖的功率較小,脈沖調(diào)制器的原理框圖,充電回路,為使調(diào)制器良好地工作，充電電路應(yīng)滿足下列要求：每次充電結(jié)束后， PFN上充電電壓大致相同脈沖輸出期間，使電源和開關(guān)管充分離開有較高

39、的充電效率加速器的脈沖調(diào)制器功率都比較大，常采用等待充電電路，就是在直流諧振充電電路中串聯(lián)充電二極管，防止仿真線向電源反向充電 諧振充電就是負(fù)載上脈沖電壓的重復(fù)頻率f等于充電回路的固有頻率f0的兩倍。 f=2f0,放電回路,放電電路是調(diào)制器的輸出電路。由脈沖形成網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)管、脈沖電纜、脈沖變壓器和負(fù)載組成閘流管具有單向?qū)щ娦苑烹?回路的匹配放電回路有三種放電情況：Ｒ'Ｈ=ρ匹配情況 Ｒ'Ｈ>ρ 正

40、失配情況 Ｒ'Ｈ<ρ負(fù)失配情況,DeQ電路,大多數(shù)線型調(diào)制器輸出脈沖幅度均有1％以上的跳動，引起脈沖幅度跳動的原因有二種：直流高壓電源 不穩(wěn)，紋波大充電電壓還會隨著充電電路品質(zhì)因數(shù)的變化而變化DeQ電路的作用是通過降低充電回路的品質(zhì)因素穩(wěn)定PFN網(wǎng)絡(luò)上的充電電壓，由二極管CR2、閘流管V1、負(fù)載R1、觸發(fā)電路和分壓電路組成,PFN（Pulse Forming Network）,PFN是由電容和電感組成的仿真線，起到

41、儲存能量和形成脈沖的作用?？傠姼泻碗娙莸拇笮Q定了脈沖的寬度 多采用仿真線作為儲存能量的元件，一般由多個大功率的等電感和等電容形成鏈形網(wǎng)絡(luò)，電感在網(wǎng)絡(luò)中排列像一條鏈子，簡稱鏈形網(wǎng)絡(luò),PFN充好電后，當(dāng)閘流管導(dǎo)通時，仿真線上的電壓通過閘流管向脈沖變壓器放電，一般不是直接向負(fù)載放電,氫閘流管,用途 用來控制儲能元件向負(fù)載釋放能量，是脈沖調(diào)制器的關(guān)鍵部件。帶有氫發(fā)生器填有鈦氫化合物的小管，在加熱時放出氫氣原理 當(dāng)仿真線充電過程

42、，閘流管的陰陽極間承受仿真線的全部電壓，但因管內(nèi)有一定壓強的氫氣，在沒有導(dǎo)電的離子時，管子處于斷開狀態(tài)。一旦將觸發(fā)脈沖加到柵極，觸發(fā)管子導(dǎo)通，陰陽極間壓降很小，可通過很大的電流,氫閘流管燈絲電壓要求,燈絲電壓決定陰極的溫度，如溫度過高，縮短壽命。如溫度過低，則發(fā)射能力不足氫氣發(fā)生器的熱絲與燈絲是并聯(lián)供電的，燈絲電壓不穩(wěn)引起管內(nèi)氫氣壓強的變化氣壓過低時，限制了電流上升速率，增大管壓降，嚴(yán)重時陽極損耗大而呈紅熱氣壓過高時，消電離時間長

43、引起氫閘流管連通。一般要求燈絲電壓上下變動不超過額定值的5%,氫閘流管的安裝,不能抓玻璃部分擦拔強度不夠損壞管子不能用濕布包管子擦拔工作后溫度高，熱漲冷縮會炸管子用手抓住金屬外殼在冷卻后才能擦拔陽極帽必須用手托住才能用螺絲刀鎖緊,陽極,,脈沖變壓器,在線型脈沖調(diào)制器中，PFN一般通過脈沖變壓器向速調(diào)管或磁控管負(fù)載放電 脈沖變壓器有以下幾個作用：提升脈沖電壓幅度，使調(diào)制器可以采用較低高壓電源實現(xiàn)阻抗匹配。對于Varia

44、n速調(diào)管驅(qū)動的加速器，線型脈沖調(diào)制器的阻抗典型值是12.5歐姆，而速調(diào)管的阻抗為1400歐姆，所以要求采用匝數(shù)比接近1:11的脈沖變壓器來實現(xiàn)阻抗匹配實現(xiàn)調(diào)制器與負(fù)載之間的隔離,MOD聯(lián)鎖,在PFN的末端由二極管、電阻和電流感應(yīng)線圈T組成了反向電路檢測電路。二極管具有單向?qū)щ娦?，?dāng)PFN的負(fù)載小于特性阻抗，即負(fù)失配時，傳輸出現(xiàn)負(fù)電壓，有電流通過電阻。當(dāng)T檢測到電流時，發(fā)出調(diào)制器反峰（MOD）聯(lián)鎖報警，表明PFN電路的負(fù)載與特性阻抗不匹

45、配，由限流監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)閉高壓電源，保護(hù)充電電路的元件,HVOC聯(lián)鎖,高壓過流（HVOC）是指仿真線充電電流過大，可分為峰值過流和平均值過流兩種情況。其主要目的是保護(hù)主閘流管，避免過流導(dǎo)致其使用壽命縮短 由R2檢測峰值過流一般由于電路有小打火，單個或幾個脈沖充電電流過大而引起,,發(fā)生平均值過流的可能原因：主閘流管打火或連續(xù)導(dǎo)通或關(guān)閉不合適，特別是閘流管長時間使用后，其中的氫減少，導(dǎo)致電離效率下降，管子不容易完全關(guān)閉；重復(fù)頻率太高

46、；負(fù)載短路；脈沖電纜開路；MOD聯(lián)鎖檢測電路反峰檢測二極管短路,,用示波器觀察HVPSI波形，DeQ的高度與最大值的比正常應(yīng)在40%~60%之間,聚焦和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),聚焦線圈 加速管、速調(diào)管、聚束線圈、位置線圈和角度線圈偏轉(zhuǎn)線圈的必要性高能機的加速管一般在2米長左右，只能與地面平行安裝，因此必須采用偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)將射束偏轉(zhuǎn)到與病人垂直的方向 加速管中電子束流具有一定的能量分布，稱為“色差”,能量縫,偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)根據(jù)消色差的能力不同可分為非

47、消色差、單消色差和雙消色差偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) Varian高能加速器的偏轉(zhuǎn)磁鐵中有一能量縫，用于限制通過偏轉(zhuǎn)磁鐵的電子的能量。能量與設(shè)定值相差大于3%的電子不能通過能量縫,偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),90o單偏轉(zhuǎn)磁鐵系統(tǒng)270o復(fù)合偏轉(zhuǎn)磁鐵系統(tǒng),輻射系統(tǒng),作用 從加速管輸出端出來的射束不能直接用于治療病人，必須經(jīng)治療頭和各種附件修整，形成劑量分布均勻，射野大小合適的治療束之后，才能用于治療病人 最終用于治療的射束的形成部位 結(jié)構(gòu) 屏蔽材

48、料、靶、均整器或散射箔、電離室、初級準(zhǔn)直器、次級準(zhǔn)直器,放射屏蔽,放射屏蔽和準(zhǔn)直器占治療頭的重量和體積的大部分 在治療頭中，對電子束起阻擋作用的裝置都必須屏蔽 10MV X線能量以上的機器的治療頭用摻硼的低原子數(shù)的材料作屏蔽 射束遮擋器（beam stopper）固定的或旋轉(zhuǎn)的屏蔽裝置，對穿過病人的射線進(jìn)行衰減。一般安裝在機架的另一端,準(zhǔn)直器,初級準(zhǔn)直器位于加速管電子引出窗下，為X線和電子線所共有 限制了X線束的最大治療射

49、野，同時減少治療頭的輻射 次級準(zhǔn)直器可調(diào)的，為減少X線束的穿射半影，準(zhǔn)直器的內(nèi)端面必須與以靶為圓心的徑向線一致兩對光闌組成，上下排列，相互垂直,準(zhǔn)直器,獨立準(zhǔn)直器形成對稱或不對稱規(guī)則野多葉準(zhǔn)直器代替常規(guī)的X線照射擋塊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)治療時，用于調(diào)節(jié)射野的形狀，使之與靶區(qū)的投影形狀適形 通過控制MLC葉片的運動，對射線進(jìn)行調(diào)強，使劑量的三維分布與靶區(qū)容積適形,電子治療束的形成,散射箔的作用電子束離開加速管時的直徑約為3mm，

50、臨床應(yīng)用時必須把電子束的截面擴展，且80%野面積上的平坦度不得低于5%。散射箔就是要擴大射束的直徑以滿足治療要求復(fù)合散射箔是采用散射箔來改進(jìn)電子線均整度的一種技術(shù)措施，是由高z材料的初級散射箔和低z材料的次級散射箔組成。第一層是由高原子系數(shù)材料形成初級散射箔，它直接安放在電子引出窗，厚度非常薄，目的是為了減少電子的能量損失和X線污染。第二層是由低原子系數(shù)材料做成的次級散射箔，它安放在初級準(zhǔn)直器的下方，軸附近較厚，其厚度沿徑向逐漸減

51、少，它對中心區(qū)電子吸收較多，能更有效地將電子散射到周圍，提高均整度,電子束治療束的路徑,電子束的路徑初級準(zhǔn)直器→散射箔→電離室→上光闌→下光闌→限光筒,X線治療束的形成,靶 產(chǎn)生X線的強度與靶材料、電子束流強度、電子能量等因素有關(guān) 只有一小部分的能量轉(zhuǎn)化為X射線，大部分轉(zhuǎn)化為熱量，使靶溫度很快升高，必須用內(nèi)循環(huán)水冷卻 靶材料一般選用耐高溫、產(chǎn)生X線劑量率高的鎢金屬,,X線束的路徑靶→初級準(zhǔn)直器→均整器→電離

52、室→上光闌→下光闌→限光筒,X線靶,厚靶 靶厚的選擇也要全面考慮，一是要使它能得到最強的韌致輻射，因為過厚容易阻擋已產(chǎn)生的X線，太薄則束流功率不夠；另一方面要考慮輻射強度大小與立體角中強度分布好壞的折衷，靶厚可以選擇為電子射程的1/5，這樣一來可以防止電子對X線的污染 復(fù)合靶 復(fù)合靶由靶片、吸收片和過濾片組成。復(fù)合靶靶片也由高原子系數(shù)材料制成，但其厚度則按獲得最大X線劑量率來選取，此厚度通常小于電子在靶片中的射程，所以也叫薄

53、靶，吸收片的作用是吸收穿過靶片的電子，過濾片則用于吸收低能X線。所以采用復(fù)合靶可以提高高能X線產(chǎn)額，能有效阻止加速電子的穿透，減少此級低能電子和中子的污染,均整器,作用從X線靶出來的X線束具有一定的能量密度、能量和角度分布。這種分布可以用均整器進(jìn)行修正射束在靶上的角度和位置的偏移會使劑量分布出現(xiàn)不均整現(xiàn)象 采用自動偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以保持射束精確地射在過濾器的中軸位置上,均整器旋轉(zhuǎn)托盤,作用 不同類型的射束和不同能量的同一類射束，需

54、要的過濾器結(jié)構(gòu)不一樣。旋轉(zhuǎn)托盤可以根據(jù)所選擇的能量，將不同的均整器或散射箔轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置CARR和FOIL聯(lián)鎖,劑量監(jiān)測系統(tǒng),作用 是加速器上測量和顯示直接與吸收劑量有關(guān)的輻射量的裝置，該裝置可以具有當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)選值時終止輻照的功能 跳數(shù)與輸出量的關(guān)系 加速器劑量監(jiān)測系統(tǒng)以機器單位(Monitor Unit，MU)作為顯示單位，也稱“跳數(shù)”，MU反映的是輻射量而不是吸收劑量，但它與吸收劑量有直接的聯(lián)系。一旦條件確定，便可以MU

55、轉(zhuǎn)換計算為確定條件下的吸收劑量。要求：SSD=NTD=100cm 10X10cm 中心軸最大劑量處：1MU=1cG,電離室,結(jié)構(gòu) 平板穿透型電離室，用以提供雙通道劑量率、積分劑量和自動均整的信號劑量監(jiān)測系統(tǒng)的要求 一般由兩通道獨立電離室及相關(guān)電路組成。電離室安裝在加速器的輻射頭中，在均整器或散射箔的下方 劑量和劑量率的控制方法,平行平板穿透型電離室,為使電離室工作穩(wěn)定，常將電離室密封，充以干燥的氮氣。避免環(huán)境溫度、氣壓變

56、化時引起測量的變化。電離電流很弱（10-7A)，因此要求電離室與引線的絕緣良好（包括體絕緣與表面絕緣）而且能耐輻射損傷。裝配與使用時都應(yīng)注意清潔。,電離室工作原理,,當(dāng)X射線穿過電離室時與其中的氣體分子相互作用發(fā)生電離，正離子被吸向參考電極，電子則吸向信號電極，所以信號電極實際上變成一個恒流源，在脈沖期間產(chǎn)生與射線強度成正比的輸出 。,電離室的工作原理,隨著極化電壓V逐漸增加，氣體探測器的工作狀態(tài)就會從復(fù)合區(qū)、電離室區(qū)、正比區(qū)、有限正

57、比區(qū)、蓋革區(qū)(G - M區(qū))一直變化到連續(xù)放電區(qū)X線束不是連續(xù)的而是脈沖（ 1/1000占空比），電子加速在平衡相位附近是一團(tuán)團(tuán)的打靶，瞬時劑量大A:脈寬窄(約4μS左右)，重復(fù)頻率大約在30~280Hz之間，占空比小(最大只有千分之一左右)B:電流強度弱，脈沖值在10-5A，平均值在10-7A~ 10-8A數(shù)量級監(jiān)測電離室不在等中心，距離靶11.3cm,實際劑量比顯示劑量大(100/11.3)2 倍事故時劑量率有可能比正常時

58、大幾十~幾百倍,平板透射式電離室,(1) 電離室是透射式的，所謂透射式是指電離室的材料質(zhì)量對射線的吸收可以忽略(2) 監(jiān)測電離室不考慮電子平衡問題(3) 電離室的極間距很近，以便滿足收集效率的要求(4) 電離室多為平板型(5) 為了測量和校正射束的吸收劑量分布，至少有一個電離室的收集極是分區(qū)的,劑量監(jiān)測系統(tǒng)的要求,測量電路應(yīng)采取安全保護(hù)和預(yù)防措施，提高劑量監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性預(yù)防措施 保護(hù)措施 a：設(shè)置保護(hù)監(jiān)測通道

59、 b：設(shè)置時間保護(hù)通道 c：設(shè)置帶獨立電源的備用劑量表 d：軟件劑量保護(hù)功能 e: 劑量率保護(hù),劑量監(jiān)測電路,累積劑量聯(lián)鎖超劑量率聯(lián)鎖低劑量率聯(lián)鎖500V電源電壓不正常會出現(xiàn)ION1、ION2聯(lián)鎖不對稱聯(lián)鎖,影響能量的因素,RF：電子的加速能量與RF功率的平方根成正比。改變RF功率有兩種方式，一種是改變RF DRIVER的功率（23EX）；另一種是改變PFN電壓（2100C）。P

60、FN電壓越高，RF功率越GUN I 在相同RF功率的情況下，GUN I越大，加速能量越小AFC：如果RF DRIVER的工作頻率與加速管諧振頻率不一致，會影響加速效率，進(jìn)而影響能量和劑量率,劑量率的常規(guī)調(diào)節(jié),能量太高或太低都會使部分電子不能通過能量縫，降低劑量率 FR功率、GUN I和AFC必須配合適當(dāng)才能使劑量率最大，尋找劑量最大點的過程，叫做PEAK 方法：在斷開劑量伺服的情況下，將AFC調(diào)到反射波最小，然后在GUN

61、I為一定值的情況下，改變RF功率，使劑量率達(dá)到最大DR。如果DR大于或小于所要求的值，則減少或增加GUN I，再次調(diào)整RF功率，直到DR滿足要求,,機械系統(tǒng),作用 機械系統(tǒng)是加速器實現(xiàn)腫瘤放射治療的執(zhí)行機構(gòu) 功能 可得到滿足臨床需要的任意大小和形狀的輻射束 輻射束可以從輻照靶區(qū)(腫瘤或病灶)表面的任何方向射入 能方便地操作機器和進(jìn)行病人擺位 主要的機械系統(tǒng) 輻射頭、可攜帶輻射頭旋轉(zhuǎn)的機架和至少四個自由度的只

62、治療床,機械精度,引起誤差的原因機械等中心誤差是構(gòu)成加速器等中心誤差的主體部分機械等中心誤差產(chǎn)生的主要原因 機器制造和裝配誤差引起的軸線偏移結(jié)構(gòu)彈性變形引起的輻射頭旋轉(zhuǎn)軸線偏移旋轉(zhuǎn)軸承的徑向跳動和軸向跳動誤差引起的軸線擺動,各機械組件的功能,機架 加速器的主要支撐件，底座與地基的固定連接。為其他零部件的安裝、連接提供空間和基礎(chǔ)。帶著輻射頭作0º~360º范圍內(nèi)的順、逆時針旋轉(zhuǎn) 機架分兩種設(shè)計形式

63、：支臂式和滾筒式 輻射頭 提供輻射束流滿足一定均勻性和對稱性要求的，并將輻射束流限制在一定的區(qū)域內(nèi)，得到臨床需要的不同尺寸的輻射野。 輻射頭中的電離室以下部分可以整體旋轉(zhuǎn)，通常稱為治療頭 治療床 用于支撐病人，按要求放置在輻射野內(nèi)進(jìn)行治療 整體繞等中心的旋轉(zhuǎn)運動和機架旋轉(zhuǎn)運動結(jié)合，使得射束可以從任何方向射入病灶 由床面、縱向運動、橫向運動、升降運動和公轉(zhuǎn)部件組成 升降運動機構(gòu)主要有雙層剪式

64、、鏈傳動式和液壓驅(qū)動柱式,真空系統(tǒng),作用電子槍、加速管、速調(diào)管和偏轉(zhuǎn)磁鐵都應(yīng)維持在高真空狀態(tài) 防止高電磁場中有殘余氣體而產(chǎn)生電擊穿，并減少高速運動電子與氣體分子碰撞而偏離原來軌道的機會，防止能量損失 防止電子槍燈絲氧化燒斷 位置VARIAN 2100C在加速管、電子槍和速調(diào)管各用一個鈦泵來維持系統(tǒng)的真空,鈦泵,原理利用了鈦金屬具有很強氣體吸附能力的特性 異常情況如果加速管鈦泵電流大于700μA或高壓小于4KV，則發(fā)出VA

65、C1聯(lián)鎖如果加速管鈦泵電流大于350μA、或電子槍鈦泵電流大于100μA或高壓小于2.4KV、或速調(diào)管鈦泵電流大于8μA或高壓小于2.4KV時發(fā)出VAC2聯(lián)鎖,排氣機理,有機氣體容易被吸附，被電子轟擊后分解沉積活性氣體如氧氣、一氧化碳和氮氣等靠與陽極筒內(nèi)壁表面的鈦膜產(chǎn)生化學(xué)吸附，成為固態(tài)化合物氫氣開始是由離子掩埋（ion burial），然后是中性吸收和擴散到鈦膜形成氫化物惰性氣體在二極泵中不象活性氣體那樣被有效地抽走，特別是氬

66、氣很不穩(wěn)定。用三極泵才能較有效地排除惰性氣體。惰性氣體被電離后，形成正離子，然后以離子的形式轟擊鈦膜，離子得到電子而形成中性原子，然后又反射到陽極泵壁，隨之又被新蒸發(fā)的鈦膜掩埋,鈦泵的工作過程,電子在電場中向陽極加速，由于陽極為一空心圓筒，又有軸向磁場約束徑向擴散，電子穿過陽極A (Vz)未打到對面的K時，減速，而后反向加速電子在二個陰極之間加速，減速，返回，加速，減速·····&#

67、183;往復(fù)運動，稱為潘寧放電沒有磁場約束時，電子容易丟失形不成連續(xù)放電除了軸向往復(fù)運動外電子在橫街面上（Vx與磁場垂直）做滾輪運動由于有磁場電子在打到陽極之前經(jīng)過非常長的路程所以才能在很高真空度下，碰撞殘余氣體分子，起到抽真空作用,輔助系統(tǒng),動力氣體系統(tǒng) 作用 對于雙光子高能直線加速器，經(jīng)常采用一定壓強的氣體來驅(qū)動一些運動部件。動力氣體系統(tǒng)為氣體推動機構(gòu)提供動力作用對象 移動X線靶

68、 TARG 推動大轉(zhuǎn)盤的鎖緊插頭 FOIL 推動魔T的插頭 TDRV 推動能量開關(guān) ENSW壓力范圍 氣壓由氣體穩(wěn)壓器控制，壓力為45-50psig。 在進(jìn)入加速器處有一壓力表，可觀察氣壓的大小，氣壓應(yīng)維持在一定的范圍。如果氣壓不足，會產(chǎn)生AIR聯(lián)鎖,介質(zhì)氣體系統(tǒng),作用 從速調(diào)管（磁控管）