医用电子加速器技术随放疗技术的发展及我们的应对策略

医用电子加速器技术随放疗技术的发展

及我们的应对策略

田新智

（沈阳东软医疗系统有限公司 辽宁沈阳 110179）

【摘要】收集和整理了目前医用电子加速器的发展状况以及加速器系统在放疗中的相关应用技术，并对将来国产加速器的发展走向提出了一些思考。

关键词】

】加速器、IGRT、放疗、调强放疗

【关键词

The Development Of The Medical Accelerator Technology With The Radiation Therapy Technology And Our Ways

TIAN Xin-zhi

（Neusoft Medical Systems Co.,LTD. Shenyang Liaoning 110179）

Abstract：To collect and settle the development information of medical electron accelerators，and the applications of the accelerator system in radiation therapy. There are advices of the development of the Chinese Medical accelerator technology in the future..

Key words：accelerator,IGRT,radiation therapy,IMRT

医用加速器是一种汇集了多种现代科学于一身的放射治疗装置，其技术在不断的发展，几乎每两三年就有一种新型号品种问世。从技术角度看，放射治疗的要求是关于所提供的辐射剂量特性的要求，可以分为基本要求和精细要求两类，满足基本要求就可用于临床治疗，而满足精细要求是为了使治疗更加精细和方便。

① 基本要求包括：：

辐射类型（由单一的X线向X线＋电子线发展）、辐射能量（由低能机向中高能机发展）、辐射剂量率（剂量率由原来的大于100cGy/min向400cGy/min甚至向600cGy/min发展）、辐射野面积(由30cm×30cm向40cm×40cm发展)、辐射野均整度的调节（不同能量射线的切换导致均整块的切换）、射线野对称性的改进等。

② 精细要求包括如下：

辐射野形状的调节、楔形剂量分布的自动产生、弧形剂量分布的产生、原体剂量分布的产生等等。

这样就导致了医用加速器基本上向两个方向发展的趋势，即射线能量的高能化和技术应用的功能化。

一、医用电子加速器的射线能量从低能向中高能机的方向发展

由于放疗医生在作放疗计划的时候特别关心的是射线的辐射深度特性，这直接导致了X 射线能量向中高能方向发展。而加速器射线能量自6MV向14MV甚至20MV发展以来，目前在中国国内中高能机的普及速度也很快。

中高能机与低能机相比，在加速器能量层级和为放疗医生提供的治疗手段上均有质的不

同。低能机只能提供单能的X射线（4MV或6MV），而中高能机不仅能够提供一档到两档的X射线，还能提供不同能量档次的电子线。目前市面上一般把只能提供一档X射线的机器称为单光子，能够提供两档X线的机器称为双光子，以此类推为三光子、多光子等等。

发展中高能机的根本目的不在于X射线能量的提高，而在于电子线在临床上的应用需求。对于电子线而言，低能的6MV加速器，原则上也能引出6MeV的电子线，但是6MeV 电子线在临床上基本上没有什么意义，中高能机的发展，使得电子线的能量提高到大于10MeV，从而具有医学应用价值，应该说，这才是中高能机的真正意义所在。

要在一台设备上实现多档能量射线的切换，方法有：

1、改变加速管电子枪流强

2、改变微波源功率

但这样就涉及到AFC电路的跟踪以及射线能谱的变化。

3、使RF源频率失谐或部分加速腔失谐。但这种方法会使系统的稳定性变差。

为了解决这个问题，发展了能量开关，它首先在Varian的机器上得到应用。

所以说，在国内设备上实现X射线加电子线并不难，困难的是如何在没有能量开关技术或能量开关技术不成熟的情况下实现多档X射线加多档电子线并保持设备的稳定运行，这点对于聚束段较短的驻波加速管更是如此。

二、放疗技术从常规放疗向IMRT发展推动医用加速器技术应用的多样化

幸运的是，随着计算机硬件和影像技术的发展，给我们提供了另外一个舞台。这个舞台也告诉我们，发展中高能加速器并非必然！

近十年来，随着放射物理学、放射生物学、临床肿瘤学和医学影像学的发展，放射治疗技术领域发生了巨大的变革。以“三精”（精确定位、精确计划、精确治疗）为特征的高能X 射线新的放射治疗技术－精确放射治疗技术得到了极大的发展，它包括以下几个发展阶段：1）立体定向放射外科技术（SRS，主要包括X刀、γ刀和射波刀）

2）立体定向放射治疗（SRT）技术

3）三维适形放射治疗（3DCRT）技术

4）调强放射治疗（IMRT）技术

一般来说，SRS和SRT只适应于用线束来对头部或体部的球状小肿瘤进行治疗，而3DCRT和IMRT是用锥形束或扇形束来治疗各部位较大的肿瘤。IMRT甚至能治疗形状怪异很不规则的肿瘤。据报道调强技术在美国2003年才开展迅速的发展起来，至今带有IMRT 功能的放疗设备普及率已高达70%。

1、用常规MLC进行多个固定野调强治疗

加速器中的MLC最初设计目的主要是为了代替射野挡块，随着计算机技术的发展，MLC不仅能在旋转治疗中调节射野形状跟随靶区，而且还可以在计算机控制下实现静态调强和动态调强。

静态和动态调强都是由逆向计划系统先按照目标函数的要求通过优化计算得出射野的强度分布。目标函数参数是由计划者根据具体病例的临床要求输入到计划系统中的，在治疗计划被认可后，这些强度分布就被转换为叶片位置序列文件，然后传送到加速器的MLC控制系统中，在治疗时由调强控制系统控制叶片运动，实现这些调强分布。

虽然对三维适形而言，MLC的叶片宽度只影响了射野的形状，但对调强而言，叶片宽度却影响到整个层面上的剂量，所以MLC叶片宽度越小越好，但是叶片越薄，制作越困难，