1、u放射治疗机及辅助设备放射治疗机及辅助设备加速器的分类u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，根据交变电场的结构可还分为行波加速器和驻波加速器u按工作时的温度高低：常温加速器和超导加速器u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 医用加速器的种类医用加速器的种类 u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u 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
2、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u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 u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医用质子加速器
3、 u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u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
4、疗加速器 u中子不带电，不能直接加速，只能是间接产生的粒子u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 u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）u类型 用放射性核素进行术中组织插植照射 使用620MeV
5、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医用电子直线加速器的分类 u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u按能量的不同 低能加速器 6MeV中能直线加速器 14MeV高能直线加速器 25MeV u按产生X射线的种类单光子、双光子和多光子u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医用电子直线加速器的发展概况 1931年，美国年，美国Van de Graff发明电子静发明电子静电加速器电加速器1940年，年，Kerst发明电子感应加速器，发明电子感应加
6、速器，1949年用于放疗年用于放疗1944年，年，Veksler提出了电子回旋加速提出了电子回旋加速器的原理，器的原理，70年代用于放疗年代用于放疗1953年，年，Hammersmith医院首次用医院首次用8MV行波电子直线加速器治疗病人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是在加速器治疗室内安装一台，是在加速器治疗室内安装一台，CT与加与加 速器同一轨道速器同一轨道,共用一个治疗床，共用一个治疗床，CTCT定位后把治定位后把治疗床旋转疗床旋转180180度后，度后，利用摆位时
7、的数据来修利用摆位时的数据来修正靶区的移动正靶区的移动超声引导摆位系统（）超声引导摆位系统（）X X射线正侧位片射线正侧位片EPID(EPID(Electronic portal imaging)利用前若干次（一般为次）摆位时检测到的运利用前若干次（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不能修正照射中的瞬时移动在线纠正在线纠正:On-Line离线纠正：离线纠正：Off-Line u即控制患者某一时段的呼吸，进行照射。
8、患者戴上呼吸机，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平静呼吸或深吸气后蹩气进行定位及照射u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能承受适当时间长度的屏气动作 CT扫描并重建一段时间内肿瘤靶区和重要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器官在每一时刻的变化情况，加速器根据，加速器根据CT扫描结果来控制照射野随着时间作相应调扫描结果来控制照射野随着时间作相应调整。即除了考虑整。即除了考虑CT扫描的三维成像和加速器扫描的三维成像和加速器
9、照射的三维方向因素之外，还考虑了时序照射的三维方向因素之外，还考虑了时序（T）因素，故称为四维放射治疗（）因素，故称为四维放射治疗（4DRT），），相应的相应的CT时序扫描也被称为四维时序扫描也被称为四维CT，包含，包含两个内容：两个内容：CT的时序扫描的时序扫描 治疗机照射的时序控制治疗机照射的时序控制uUDR1径向剂量率低uCLFA校正错误u机械等中心误差产生的主要原因u频率f0和圆筒电极缝隙之间距离D满足一定关系u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。u（三）图像引导下的放射治疗（IGRT）u一般由两通道独立电离室及相关电路组成。u3GVhz的X
10、波段加速管，产生6MVX射线u由脉冲形成网络、开关管、脉冲电缆、脉冲变压器和负载组成uOn-LineuTIME治疗时间到u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。uPFN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u它的MLC叶片在等中心投影的宽度为mmu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；uCLFA校正错误u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CTu
11、在治疗头中，对电子束起阻挡作用的装置都必须屏蔽u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u功率调配：衰减器，移相器在进行放疗的过程中，同样把时间因素也考虑进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去，治疗照射时，加速器控制计算机利用MV-XMV-X或或KV-XKV-X级级Cone Beam CTCone Beam CT，根据不同时相获得的肿瘤，根据不同时相获得的肿瘤或重要器官的或重要器官的3D3D图像与图像与4DCT4DCT序列的序列的3D3D图像进行比图像进行比较，通过控制治疗床和准直器的运动，从而跟踪较，通过控制治疗床和准直器的运动，从而
12、跟踪肿瘤进行实时照射（肿瘤进行实时照射（Real-time Irradiation)Real-time Irradiation)，即即4D4D放射治疗，包括放射治疗，包括:u赛博刀赛博刀u断层放射治疗断层放射治疗uC C形背形背X X刀刀u诺力刀诺力刀Varian Trilogy线束与加速器的线束与加速器的MV级线束垂直安装级线束垂直安装KV级级X射射线球管线球管非晶硅平非晶硅平板板X射线射线探测器探测器采集高分采集高分辨率影像辨率影像与模拟和计与模拟和计划的参考影划的参考影像比较像比较瞬时移动瞬时移动体位自动体位自动调整误差调整误差 出束治疗出束治疗成像模式：成像模式：工作频率工作频率9.3
13、GVhz的的X波段加速管，产生波段加速管，产生6MVX射线射线支撑加速器的三维机械臂，旋转到任意角支撑加速器的三维机械臂，旋转到任意角度进行逐点照射。定位精度度进行逐点照射。定位精度0.5mm，定角精，定角精度度0.57度度几台线机组成的影像装置，在治疗过程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，不断获取患者图像并使射束始终对准靶区，病灶点病灶点5mm可以有效跟踪，实现影像引导立可以有效跟踪，实现影像引导立体放射外科治疗，也可用于治疗躯干病变体放射外科治疗，也可用于治疗躯干病变治疗机照射的时序控制（三）治疗机照射的时序控制（三）C形臂X刀专门用于立体定向放射外科
14、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u 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u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u机架旋转角195，C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uX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u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
15、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：u加速器u内置MLCu头部定位系统u影像引导定位系统u远红外全自动摆位系统u动态IMRS治疗计划系统我国电子直线加速器我国电子直线加速器 u 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年建成了第一台30 MeV的直线加速器u 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u 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-
16、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u 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 uCARR均整器转盘位置错误，校验码不匹配u定向传输：弯波导，角波导，扭波导u所以，每天应该检查压力表是否在正常范围内u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uSTPS机柜（电机、聚束偏转线圈等）电源供应不正常u适合精确放疗而发展起来的加速器uION2电离室横向电极板电压低于390Vu充电电压还会随着充电电路品质因数的变化而变化u如果气压不足，会产生AI
17、R联锁u支撑加速器的三维机械臂，旋转到任意角度进行逐点照射。u总电感和电容的大小决定了脉冲的宽度u它的MLC叶片在等中心投影的宽度为mmu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u一般由两通道独立电离室及相关电路组成。u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u5MW=23MeVu加速器的主要支撑件，底座与地基的固定连接。u与模拟和计划的参考影像比较u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，各种控制和跟随照射中肿瘤的运动的技术应运而生，包括:u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。
18、电子直线加速器的技术特点电子直线加速器的技术特点 u双光子或多光子技术双光子或多光子技术 u复合靶复合靶 u复合均整块复合均整块 u电子扫描系统电子扫描系统 u独立光阑和多叶光阑技术独立光阑和多叶光阑技术 uE线的弧形治疗技术线的弧形治疗技术 u动态楔形板技术动态楔形板技术 u实时成像系统实时成像系统u动态调强适形放射治疗技术动态调强适形放射治疗技术 u智能化微机控制系统智能化微机控制系统 医用电子直线加速器的基本结构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
19、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医用电子直线加速器的基本原理 电子枪电子枪 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 PulseGun PulseTarget Current二极管和三极管结构电子枪的比较：二极管和三极管结构电子枪的比较：(Per“Medical Electron Accelerators”by Karzmark,Nunan,and Tanabe)l二极管结构：生产工艺简单生产工艺简单 成本较低成本较低 束流输出控制能束流输出控制能力缺乏力缺乏 能量注入不稳定能量注入不稳定l三
20、极管结构：三极管结构：生产工艺较复杂生产工艺较复杂快速变换剂量快速变换剂量电子束流输出稳定电子束流输出稳定剂量控制精确剂量控制精确瓦里安三极管结构电子枪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u电子只能在存在加速电场的加速缝隙(D)中加速u如果系统与电子以相同的速度前进，电子的加速能持续u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u电磁波可以达到光速，电子的速度不可能大于光速。u电磁波必须与电子同步前进，电子的加速才能持续。u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：V(z)Vp(z)u相速
21、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u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uVarian 加速器的联锁和原因u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CTuBeam On：机器没有有效联锁，并按下专用键盘BEAM ON按键，机器开始出束u标准X射线片
22、显示骨骼解剖、植入标记uBeam On：机器没有有效联锁，并按下专用键盘BEAM ON按键，机器开始出束u加速管常用TM01模式，即具有纵向分量u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u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。uBrainlab 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u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u气压由气体稳压器控制，压力为45-50psig。u线束与加速器的MV级
23、线束垂直安装u加速器的主要支撑件，底座与地基的固定连接。u如温度过低，则发射能力不足u用手抓住金属外壳在冷却后才能擦拔u控制等中心移位技术（Isocenter Shift Technique）u电子直线加速器的技术特点uCone_beam CT加速器u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驻波加速器原理驻波加速器原理 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
24、 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u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u频率f0和圆筒电极缝隙之间距离D满足一定关系u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u这种加速模型只能在一个谐振腔列(链
25、)中完成021fVD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驻波的形成过程1 21 21 2 假设在t1时刻，1号腔处于加速半周，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
26、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 长度长度 1 米米 能量梯度能量梯度 190KV/cm微波能量利用率提高一倍微波能量利用率提高一倍微波功率源较小：微波功率源较小：5.5MW=23MeV 长度长度 2 米米 能量梯度能量梯度 115KV/cm 只利用了微波能量的一半只利用了微波能量的一半微波功率源较大：微波功率源较大：7MW=23MeV23MeV行波与驻波的比较行波与驻波的比较能量开关不同位置的波形能量开关不同位置的波形电子的聚束电子的聚束 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
27、群聚器输出电子注的相位宽度 加速器的工作方式u 以脉冲方式工作的u 重复脉冲周期为220ms，脉冲宽度约24.5su 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u 在一个脉冲中，微波场振荡达到几千次，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 u它的MLC叶片在等中心投影的宽度为mmu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
28、形u电子枪、加速管、速调管和偏转磁铁都应维持在高真空状态u磁场和电子轨道调整比较麻烦，磁铁多，设备重u(4)电离室多为平板型u在输出腔将电子的动能变成放大了的微波振荡的能量u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。u联锁（interlock）是指在某些预定的条件未得到满足时，阻止或终止工作的一种装置uFR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PEAKuACC附件不匹配或没有锁紧u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u温度太高或太低会出现
29、剂量率不稳的现象u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uBeam On：机器没有有效联锁，并按下专用键盘BEAM ON按键，机器开始出束u阳极电流变化（频移效应）uPUMP冷却水温太高、水箱水位太低或水泵过流保护u电子枪可分为二极电子枪和三极电子枪u所以，在加速器中，采取联锁的方式来提高设备的安全性uMODECARD RACK模式与所选择能量不一致u在一系列双圆筒电极之间，分别接上频率相同的交变电源；微波功率源和微波传输系统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
30、段 微波频率段的划分频率段频率（GHz）波长（cm）中心频率（GHz）L0.39-1.5576.9-19.31.30S1.55-3.9019.3-7.73.00C3.90-6.207.7-4.85.45X6.20-10.904.8-2.89.38K10.90-36.002.8-0.824.00Q36.00-46.000.8-0.734.80V46.00-56.000.7-0.550.00W56.00-100.000.5-0.380.00 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 u类型磁控管（magnetron）和速调管（klystron）通常低能机
31、用磁控管，高能机用速调管 u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 u结构一般由部分组成：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 引线 谐振腔 能量引出 耦合环 阴极 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
32、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 u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u结构 主要由电子枪、输入腔、漂移空间、输出腔和收集极组成 u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
33、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：u磁场、冷却及充气气压要求；u不要用铁制工具；u 附近不要放磁性材料u形成对称或不对称规则野u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
34、束流u加速器剂量监测系统以机器单位(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。uSF6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。uCTRL控制处理器检测到的系统故障uKEY钥匙不在ENABLE位置u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u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。u提醒操作者可能存在影响机器工作的状态uMOD调制柜PFN电路负向不匹配u在治疗头中，对电子束
35、起阻挡作用的装置都必须屏蔽u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u使微波功率源的频率 f 自动跟踪加速管的谐振频率 f0，保证加速器稳定地工作u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uVARIAN加速器的联锁u如温度过低，则发射能力不足u带有氢发生器填有钛氢化合物的小管，在加热时放出氢气uSTPS机柜（电机、聚束偏转线圈等）电源供应不正常u结构弹性变形引起的辐射头旋转轴线偏移u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自动频率控制系统AFC（Auto Freque
36、ncy Control）u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u使微波功率源的频率 f 自动跟踪加速管的谐振频率 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电路脉冲调制器脉冲调制器 用途u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R
37、F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：u每次充电结束后，PFN上充电电压大致相同u脉冲输出期间，使电源和开关管充分离开u有较高的充电效率u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u 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
38、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：v=匹配情况 v 正失配情况 v 正失配情况u电压过高，灯丝和阴极过热，会缩短磁控管的寿命。uDeQ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u控制等中心移位技术（Isocenter Shift Technique）u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）。uMODECARD RACK模式与所选择能量不一致辐射系统辐射系统 u作用 从加速管输出端出来的射束不能直接用
39、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 u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 u放射屏蔽和准直器占治疗头的重量和体积的大部分 u在治疗头中，对电子束起阻挡作用的装置都必须屏蔽 u10MV 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 u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准直器 u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 限制了X线束的最大治疗射野，同
40、时减少治疗头的辐射u 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u形成对称或不对称规则野多叶准直器u代替常规的X线照射挡块u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 u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电子治疗束的形成 u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
41、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线治疗束的形成线治疗束的形成u 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
42、靶材料一般选用耐高温、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u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 u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
43、额，能有效阻止加速电子的穿透，减少此级低能电子和中子的污染 均整器均整器 u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u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uCARR和FOIL联锁剂量监测系统剂量监测系统 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
44、关系 加速器剂量监测系统以机器单位(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u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u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 u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、
45、气压变化时引起测量的变化。电离电流很弱（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+X 射线束 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
46、4S左右)，重复频率大约在30280Hz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
47、量监测系统的可靠性预防措施 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u累积剂量联锁u超剂量率联锁u低剂量率联锁u500V电源电压不正常会出现ION1、ION2联锁u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
48、速效率，进而影响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
49、行病人摆位 主要的机械系统 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u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 u机器制造和装配误差引起的轴线偏移u结构弹性变形引起的辐射头旋转轴线偏移u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
50、辐射野。辐射头中的电离室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 真空系统真空系统 u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 u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u原理
