医用电子直线加速器介绍

nullnullBeyond Technology医用电子直线加速器沈阳东软 田新智 null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null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。放射治疗是从发现X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，已和手术治疗、化学治疗一起成为治疗恶性肿瘤的三大主要手段。约有70%的恶性肿瘤患者需要进行放射治疗。null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null二、放射治疗装置的分类2.内照射治疗机 射线后装机 中子后装机 null二、放射治疗装置的分类3.立体定向放射外科治疗装置γ-刀 X-刀 质子刀 中子立体定向放疗装置 null二、放射治疗装置的分类放射治疗中最常用的是钴－60机和医用电子直线加速器。都是利用MV级的X射线、电子线，对肿瘤进行放射治疗。 目前的发展趋势是医用电子加速器将代替钴－60机作为放疗肿瘤病人的主要设备。null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。null四、医用电子直线加速器的原理1.基本原理null四、医用电子直线加速器的原理2.系统框图null四、医用电子直线加速器的原理3.主要组成部分●加速系统 ●辐射系统 ●剂量检测系统 ●机架、治疗床及辐射头运动系统 ●控制系统 ●温控及充气系统null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心。由加速管、微波传输系统、微波功率源、脉冲调制器等组成。null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，以一定的初始能量从阳极中心孔道穿出注入加速结构。null四、医用电子直线加速器的原理4.1加速管null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。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系统。离子泵用以吸收气体，使加速管里维持真空状态。null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： 弯波导及直波导 软波导 定向耦合器 吸收水负载 三端环流器null四、医用电子直线加速器的原理4.2微波传输系统null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。null四、医用电子直线加速器的原理4.3微波功率源null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，瞬时微波功率很大，达到MW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。 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。null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（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。 靶——加速电子打靶后产生X射线。 均整块——使辐射野内的X射线剂量分布均匀。 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开。 准直器——初步限制辐射的范围。 上下光阑——调节辐射野的形状、面积。 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。 楔形过滤器——在X射线辐射野内产生非对称的楔形剂量分布。null四、医用电子直线加速器的原理5.辐射系统null四、医用电子直线加速器的原理5.辐射系统null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。 ●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。 ●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。 ●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 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。 ●长期稳定性主要用日稳定性和周稳定性指标来表征。null四、医用电子直线加速器的原理6.剂量检测系统null四、医用电子直线加速器的原理6.剂量检测系统null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±2mm以内。null四、医用电子直线加速器的原理null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： (1) 各种电源。 (2) 连锁保护：包括水流、水温、水压、高压过载、微波功率源打火等各种保护。 (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、自动楔形过滤器控制、弧形旋转控制等。 (4) 正常治疗的程序控制：包括待机、预制、准备、出束等几种状态的程序控制。null四、医用电子直线加速器的原理9.温控及充气系统温控系统用来带走加速管、靶、聚焦线圈、偏转磁铁线圈、微波功率源、隔离器（或环流器）及吸收负载等在工作中产生的热量。 充气系统用于对微波传输系统抽真空后再充绝缘气体，如氮气、氟里昂等，以防止发生电场击穿。null五、医用电子直线加速器的发展及前沿动态适形放射治疗CRT（Conformal Radiotherapy ）●利用铅档块将使得辐射野的形状与肿瘤外形一致。 ●多叶光阑（MLC）可利用计算机控制自动调节射野形状。 目的：使照射的体积及形状与肿瘤的形状及体积一致。null五、医用电子直线加速器的发展及前沿动态立体适形放射治疗3DCRT又称为三维适形放疗，即：使放疗的高剂量区的剂量分布在三维方向上与耙区的实际形状相一致。这种模式需要CT等断层影像而不能再依靠X线重叠影像。null五、医用电子直线加速器的发展及前沿动态调强放射治疗IMRT（Intensity Modulation Radiotherapy） 要求各个辐射束截面形状变化、强度分布也变化的照射方法称为调强放射治疗或调强适形放射治疗，需要用带断层扫描的模拟机定位或CT定位（CT Simulation ）来进行立体分析。 目的： 使靶区的形状和高剂量区分布的形状在三维方向上与靶区的实际一致，较大幅度地增加肿瘤剂量、减少正常组织的受量。null五、医用电子直线加速器的发展及前沿动态图像引导放射治疗IGRT（Intensity Guided Radiotherapy） 为了实现在放疗技术上做到实时追踪靶区自动摆位，实时验证并实时反馈修改治疗计划，实施治疗，引导调强适形和验证IMRT．现在又发展了一种在MV或KV 级X线定位图象下进行放疗患者实时摆位修正的IGRT技术。 目的：减少摆位影响，减少肿瘤、正常组织在治疗过程由于运动而带来的影响，进一步提高放疗的精确性。null五、医用电子直线加速器的发展及前沿动态null五、医用电子直线加速器的发展及前沿动态null谢 谢！