医用直线加速器的硬件原理与结构的发展
来源：癌康网
时间：2019/06/06 08:55
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现代LINAC添加了各种技术和人性化设计，特别是聚集准确控制、安全联锁保护，如重要的信号端都会留出指示灯或接口方便检修；界面包含几乎所有的功能调试、安全联锁和故障报错；设备与网络系统、数据库系统完整的兼容，方便病人数据调用、传输、存储。其基本构造与早期设备相比也有明显改进：包括提供电子加速场所的加速管，用于加速电子的微波场的源器件即磁控管或速调管，产生高频脉冲的脉冲发生器，产生大量电子的电子枪以及射线束发生及修饰组件等等。以下分两个部分来重点讲述。
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现代LINAC的电子枪可以单独拆卸、便于更换，数字化的控制栅极、平面型饱和发射阴极、实时变化的剂量率，是开展IMRT的必要条件。LINAC常用微波功率源分为两种：速调管和磁控管。速调管是一种微波功率放大器件，需要脉冲调制器产生的高频电场，Varian系列LINAC常采用S波段的速调管。磁控管多用于中低能量的直线加速器（6MV、10MV等），Elekta系列LINAC普遍配备该装置，其体积相对于速调管更小，重量更轻。快转换磁控管的应用改善了调强放疗效率，降低了出束等待时间，且小剂量子野的剂量强度未有降落。根据结构和原理，可以将加速管分为行波和驻波两类。行波加速管效率较低，但其能谱较好，便于调节能量；驻波加速管效率很高，加速管和电子枪相对较短，但对脉冲调制器、自动稳频系统、偏转系统及微波传输系统的要求较高。Varian系列LINAC采用边耦合腔的设置，缩短了加速管的长度，提高了加速能量梯度。
2射束形成及修饰装置
经过加速的笔形电子束能量不均匀、分布集中，不能直接用于治疗。LINAC的治疗机头上有一系列的钨靶、射线散射及均整系统可以将这样的笔形电子束转换为需要的治疗射线。Varian公司TrueBeam机型采用无均整技术，剂量率可达到常规剂量率的2～6倍，明显缩短治疗时间，理论上减少机头漏射线和治疗中因器官运动、患者体态运动造成的治疗误差，国外学者已研究其在放疗物理、生物学的获益。Lang S等对26例肺部和腹部肿瘤采用FFF模式进行立体定向体部放射治疗，记录华体会手机娱乐 前后的锥形束断层扫描图像的变化。结果显示出束剂量率为（442～1860）MU/min，出束时间平均为1.6min，治疗时间平均为18.5min，治疗期间肿瘤位置变化平均为2mm。可见采用FFF技术可在获得很好的体位控制和很高的治疗效率。在放射生物学方面，北爱尔兰癌症中心报告了前列腺癌和非小细胞肺癌细胞经6mV光子线分别在常规均整和无均整高剂量率下照射，结果发现无均整高剂量率情况下对肿瘤细胞的损害并未出现很好的对比效果，尚需进一步体内放疗研究。
铅挡块、MLC可以形成适合肿瘤形状的复杂射野。铅挡块可以形成更复杂的剂量修饰且故障率低，但MLC适合动态IMRT和弧形调强治疗。在治疗过程中，MLC叶片不仅能随着照射野形状变化，还能在出束的时候进行移动来调整治疗野中的剂量梯度。早期使用铅挡块实现调强的算法，强度调制的梯度往往因为铅块尺寸的原因过大，对治疗计划的剂量分布造成不良影响。采用MLC跟踪算法调用光学摄像头采集的信息，调整MLC的位置，可以提高逆向优化的弧形调强治疗精度。
MLC设计的难点在于需要除了要确保与加速器机架、计划射野调整同步，还必须在多野调强治疗时，通过分野来改变单野的剂量梯度。Varian系列LINAC首先使用滑窗技术改善了调强治疗分野时MLC运动到位时间过长的问题。滑窗技术是指通过MLC连续地往一个方向滑动，同时保持LINAC出束，从而提高了调强分野治疗的速度。MLC叶片的宽度决定了适形精度，Varian提供多种制式的MLC，中心叶片宽度从0.25cm到1.0cm，专用于X-刀的高精度MLC（HD120），中心叶片投影宽度为0.25cm，可形成22cm×40cm的射野。Elekta系列LINAC多使用叶片投影宽度1.0cm的MLC，其新推出的AgilityTM型号MLC共160片，等中心投影宽度为4mm，平均叶间漏射线为0.5%，半影平均为6.2mm，相比早期产品有了很大的提高。
两家公司MLC叶片宽度不同是由于MLC装配位置不同，Varian公司的MLC安装在铅门下边，离患者更近；Elekta的MLC则相反，离靶更近。对于制造工艺来说，离患者更近的MLC在相同的等中心位置投影要求下可以做得更大一些，在叶片设计凹凸槽等制造工艺的要求降低，并且方便维修拆除、清洁或对原有产品升级。相同条件下离患者近的MLC相邻叶片的缝隙会更少，这有助于减少总的叶间漏射线。Elekta公司准确推出的第二代MLC对减少叶间漏射线有了很大改善。
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