醫用直線加速器技術簡述

許鋒，陳薇薇

北京大學第三醫院 醫學工程處，北京100191

醫用直線加速器技術簡述

許鋒，陳薇薇

北京大學第三醫院 醫學工程處，北京100191

本文對醫用直線加速器（LA）的技術參數進行了簡介，供相關工作參考。

醫用直線加速器；放射治療；工作原理；技術參數

醫用直線加速器MLA自20世紀70年代產生至今已被廣泛應用于腫瘤患者的放射治療，它利用電離輻射來治療腫瘤，對于鼻咽癌、扁桃體癌、喉癌以及前列腺癌等療效較好，且對一些晚期腫瘤患者也可以進行姑息性治療以達到止痛、止血、消炎等目的，從而減輕患者的痛苦，改善患者的生存質量。

目前，按產生射線能量，MLA可分為低能單光子（4～6mV）和高能雙光子帶電子線兩大類。臨床實踐證明，約80%的深部腫瘤可以用6mV的X線進行治療，現在絕大部分的醫用電子直線加速器均包含這一能量。其它在臨床上常用的中高能X線為10mV、15mV和18mV，如較深部位（腹部）需X射線16～18mV；對于比較表淺的腫瘤，有時也使用4～22MeV的電子束進行治療。由于放射線不可避免地同時存在治療和損傷作用，該類設備配置的需全面考慮以保證其射線范圍、定位、強度和劑量精準，操控智能便捷，維護維修成本低，不僅關系到疾病的治療效果和效率，而且關系人體正常組織器官健康甚至生命安全。

醫用直線加速器的工作原理，如圖1、圖2。

圖1 速調管設備原理圖

圖2 磁控管（治療頭部分）設備原理圖

1 醫用直線加速器的核心硬件

1.1 為加速器提供電子束的電子槍

目前普遍采用的三級柵控電子槍比二級槍增加了一個控制極(柵極)，通過其在陰極上加負電壓，截止陰極發射，從而對電子注流進行控制。槍結構有一定的耐壓強度，結構簡單，易于加工、安裝和檢修，可單獨從加速管上拆卸更換，使醫用直線加速器的維修停機時間最短。

1.2 匹配加速電子的相位變化和速度的真空波導系統（即加速管）

根據微波在加速管中不同的工作方式分為行波和駐波加速管，二者區別見表1。

表1 行波加速管和駐波加速管的區別

1.3 加速電子的高頻功率源（即微波發生器）

大功率微波源分為磁控管和速調管兩類，二者區別見表2。

表2 磁控管和速調管的區別

1.4 將電子束引向最終治療部位的磁場偏轉系統

磁場偏轉還可起到束留穩定控制器的作用，它分為90°和270°，二者區別見表3，電子線和X線出束原理見圖3。

表3 90°和270°的區別

圖3 電子線和X線出束原理

1.5 替代射野擋鉛并可靈活調節進行調強治療的多葉準直器（MLC）

由鎢和鎢合金制成的單個梯形截面葉片，目前多用20～60對葉片，葉片越薄適合度越好，但制作越難，造價越高，且故障率也越高。計算機控制的電動多葉準直器（MLC）在今天幾乎成為加速器上的標準配置，用于生成臨床所需的X線射束形狀。使用MLC與使用擋鉛塊相比，可以大幅度地提高效率，是三維適形放射治療和調強放射治療的必備裝置。當前多葉準直器在治療平面投影的葉片寬度通常在10mm以內，寬度在5mm或更小時一般稱為高精度MLC系統；總的葉片數量在27～80對之間，以40或60對比較常見。

多葉準直器可以是由加速器生產商提供并直接內置在加速器中，亦可以由第三方生產由用戶安裝在加速器的機頭下方，稱為外掛式MLC。一般內置式MLC效率較高、使用方便、通用性較強；后者通常可滿足一些特殊可求，如較低的成本或特別高的精度或特別的治療模式。現在臨床上使用比較多的還是內置式MLC系統。

2 核心軟件功能

2.1 調強放射治療功能（IMRT）

本技術是隨著計算機控制的電動多葉準直器和治療計劃系統的發展而得到廣泛應用的一項放療技術。IMRT可以對極不規則的腫瘤靶區進行高適形度的治療，使得放療的適用范圍和治療效果都得到了有效的提高。當前調強技術主要分為靜態調強（step and shot）和動態調強（Sliding window）兩種方式，這兩種技術的差別主要表現在治療所需的時間上，靜態調強在給靶區投照2Gy劑量所需要的時間一般為15～40min，而動態調強照射同樣的劑量所需的時間在10min以下。 一般而言，調強放療技術的治療效果要優于常規的放療技術，但其應用所需的技術力量和設備都較多，治療時間也比較長。

2.2 電子射野影像系統

射野影像系統（Portal Imaging System）是在射束透過靶區后的出射方向采集影像的裝置，早期系統為光激熒光板影像系統，現在通常為非單晶硅X線探測板系統，稱為電子射野影像系統（Electronic Portal Imaging System，EPID）。可以用于治療前的定位驗證和治療過程中的驗證照相。既可用于位置驗證，也可用更于劑量驗證。電子射野影像系統可以為放療計劃提供最為直觀的驗證，以保障治療的質量，同時使用EPID系統的效率較高通常只需要1～2min。

2.3 圖像引導放療技術

圖像引導技術一直伴隨著放射治療的發展而不斷進步，從廣義上說，所有的影像設備（如CT、MRI、X線機）均可以用于確定腫瘤靶區和危及器官位置，也就是引導放射治療。現在所說的圖像引導放療，一般指的是在治療室采集病人影像并用于提高放療精度的技術。以直觀的影像證據確定了在放射治療每次擺位時，腫瘤靶區誤差的數值大小。在2002年、2003年和2008年，Varian、Elekta和Siemens公司分別發布了各自的加速器機載kV影像系統，可以在治療時在治療位置對病人采集X線透視和錐形束CT影像，如瓦里安的Trilogy、Clinac iX，Elekta的Axesse、Synergy、SynergyS 和 Siemens的 Artist。

2.4 容積旋轉調強技術

2008年以來，Varian、Elekta分別推出了RapidArc和VMAT的容積旋轉調強技術，這一技術在做加速器出束時，同時進行機架旋轉速度、多葉準直器形狀、輸出劑量率等多個設備參數，可以在2～3min內對靶區投照2Gy的劑量，并達到不低于調強治療（IMRT）的劑量分布效果。從而極大地提高了高適形度放射治療的速度，使得快速的調強治療成為可能，同時也帶動了大分割治療的應用。

綜上所述，就目前看來，影像引導放療和快速容積旋轉放療技術代表著將來一定時期內的放療發展。我們相信作為一種腫瘤學科的核心治療設備，醫用直線加速器的技術發展將決定著腫瘤攻克的進展，在不久的將來，使腫瘤疾病徹底攻克。

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The Brief Description of Medical Linear Accelerator Technology

XU Feng, CHEN Wei-wei
Medical Engineering Department,Peking University Third Hospital,Beijing 100191,China

R197.39；TL53

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.04.030

1674-1633(2011)04-0085-02

2010-12-24

作者郵箱：bysy_cw@126.com

Abstract:This article describes technical parameters of medical linear accelerator for relevant job reference.

Key words:medical linear accelerator; radiotherapy; working principle; technical parameters