放射治疗相关设备的主要放射防护与安全性能要求PPT参考幻灯片

第六讲放射治疗相关设备的主要放射防护与安全性能要求,肿瘤放射治疗的放射源,（1）发射、射线和中子射线的放射性同位素源；（2）产生不同能量X射线的X射线治疗机；（3）产生高能电子束和高能X射线的各类医用加速器；（4）产生质子束、中子束、负介子束，以及其他重粒子束的各类重粒子加速器。,根据放射治疗时电离辐射源与患者距离的远近将放射治疗设备分为远距离放射治疗设备和近距离放射治疗设备。,第一节放射治疗的物理基础,X射线射线的特点,不同的物质对X射线和射线具有不同的穿透能力，通常是物质的原子序数越高，X射线或射线的穿透能力越弱根据这一特点，选用穿透能力弱的材料对X射线和射线进行控制与防护，铅被广泛应用。,X射线射线的特点,“电离辐射”是X射线和射线的另一个重要特点。能量越高，辐射深度越深，“电离”性能越强。医用直线加速器、钴-60治疗机、近距离后装治疗机等现代肿瘤放射治疗设备就是按照X射线和射线的这一特性而设计生产并逐渐发展起来的。,粒子辐射,粒子辐射包括带电粒子辐射和中性粒子辐射(电子、质子、中子等)带电粒子带正电的粒子-正电粒子带负电的粒子-负电粒子粒子辐射按质量轻粒子重粒子电子和质子是带电粒子电子是负电粒子质子是正电粒子中子是中性粒子,粒子辐射,粒子的质量电子-轻粒子质子中子-较重的离子碳、氧、氮等粒子-重粒子一个质子=一个电子的电荷量=1.60Xl0-19C(库仑)；一个质子的质量1.67X10-27kg=1836倍个电子质量两者的质量差别巨大碳离子等重离子的质量更大,粒子辐射,不同的粒子辐射不同的射线装置或射线设备来产生不同的设备所输出的粒子辐射具有各不相同的放射特性利用各具特色的放射特性，输出各种粒子束的放射治疗设备，以满足临床放疗的不同需求。,直接致电离辐射,具有比较明显的“射程”即电子线、质子束和重离子束这三条曲线都有比较明显的终点，这是带电粒子辐射的共同特点。电子的射程很浅，只适合于皮肤和较浅部位病变的治疗,直接致电离辐射,质子和重离子的射程比较远最大优势：“布拉格峰”：达到最大射程以后的射线剂量迅速降低到零点的曲线有效保护后面的正常组织，比较适合于重要器官周围病变的治疗。重粒子的“布拉格峰”比质子的“布拉格峰”更加尖锐，对某些特定的病变而言具有更大的优越性，设备更加笨重和复杂，故目前很少应用。质子加速器和重粒子加速器设备的造价太昂贵等原因，目前还难以广泛推广应用。,间接致电离辐射,射线没有“射程”kV级K射线、射线、高能X射线、中子束这四条曲线几乎没有终点，这是间接致电离辐射包括光子和中性粒子(中子)的共同特点，但它们的最大剂量点的深度随能量的增加而加深，为了表示这种射线的特点，通常将从表面到最大剂量点的区域称之为“建成区”。通过选择合适的能量即根据病灶深度选择合适的“建成区”，并采取合理布野照射技术，这类射线可以适合于多数病灶的放射治疗。高能X射线和中子束的剂量特性曲线比较接近，似乎两者没有什么区别，而实际上，从放射生物学的角度分析，两者还是有较大差别的。另外，因中子设备更加复杂昂贵，故目前很少应用。,第二节放射治疗设备,常用放射治疗设备,放射治疗设备的照射方式：外照射内照射外照射（远距离照射）是将放射源置于体外一定距离进行照射，放射线需经皮肤和正常组织才能到达肿瘤或病变组织。根据不同病灶，只要选择合适的射线类型和能量，精心设计治疗计划和治疗方案，就可以达到预计的治疗效果。内照射（近距离照射）是采用某种方式将放射源置于人体的自然腔道或组织间进行近距离直接照射，由于内照射距离近，一般选用低能量放射源，只要选择合适的适应证，也可以达到比较理想的治疗效果。内照射治疗既可以单独实施，也可以与外照射配合实施，具体采用哪种照射方式，要根据不同的病灶由放疗医师来确定具体的治疗实施方案。,外照射内照射,常用的放射治疗设备,kV级X射线治疗机钴-60治疗机医用电子直线加速器内照射近距离后装治疗机质子加速器在普通医用电子直线加速器上辅加动态多叶光阑(MLC)、实时验证系统和呼吸门控系统等装置，使得“适形治疗”和“调强治疗”等精确放射治疗技术获得了飞速发展。,设备一：kV级X射线治疗机,kV级X射线治疗机和钴-60治疗机是早期的外照射设备，前者目前已趋于淘汰；后者由于设备结构比较简单，成本较低，具有较好的临床意义，目前在中小医院仍有一定的市场。而在大型综合性医院和专业肿瘤医院，作为主流外照射设备，医用电子直线加速器正在放疗界得到迅速推广和应用。在计算机控制下，以铱-192作为放射源的近距离后装治疗机是目前应用最为广泛的内照射设备。而性能更加优越的重粒子加速器等高能粒子加速器，由于结构更加复杂，价格昂贵等原因，目前和今后相当长的时间内还难以推广应用。放射治疗究竟选用何种放疗设备，选用何种放射源，用多高的能量进行照射，要根据实际临床需要和当时的经济技术水平综合考虑来确定。,为了进行有效的放射治疗，还必须配备相应的放疗辅助设备。主要包括：模拟定位机治疗计划系统挡铅制作系统患者定位体架等CT模拟机”定位计划系统“模拟机CT”定位计划系统,半值层(HVL),对kV级X射线治疗机而言，不能用管电压来表示X射线的质。临床上，一般是用“半值层(HVL)”来定义X射线的射线质。半值层(HVL)是指使原射线的强度衰减到一半时所需的吸收体的厚度，就称为以该吸收体的厚度表示的半值层。半值层越高，穿透力越高，射线的质就越高，即射线的能量越高。一般120kV以下的浅层K射线用铝(A1)表示半值层，120400kV的中、深层X射线用铜(Cu)加铝(A1)表示半值层(HVL)。,采用体外的射线照射给定部位的肿瘤体积，称为远距离治疗，通常该距离大于50cm。使用的治疗机主要有以下几种：（1）能量为40-50kV的X射线接触治疗机；（2）能量为50-150KV的X射线浅表治疗机；（3）能量为150-300KV的X射线深部治疗机；（4）平均能量为1.25MeV的60Co射线治疗机；（5）能量大于1MeV的直线加速器。它产生的电子束可以进行浅表治疗，产生的高能X射线可以进行深部治疗。,X射线治疗机类型和适用范围,kV级X射线治疗机的管电压越高，适合治疗的病灶越深，但主要适合于人体表浅组织的病变深层X射线治疗机，也只适合治疗体表下较深的肿瘤或淋巴结肿瘤(一般是皮下25cm)出于材料耐压、极间打火和安全等因素的考虑，限制了管电压的进一步提高，难以满足更深部位病灶的治疗需要。因此，kV级X射线治疗机的适应范围有限，趋于淘汰也就在所难免了,设备二：外照射钴-60治疗机,放射性核素60钴发射出的射线可以达到兆伏(MV)级能量具有更强的穿透能力可以治疗浅表组织的病变适合于治疗更深处的病变结构比较简单，制造和运行成本都比较低，自20世纪60年代起，外照射钴-60治疗机就逐步取代了kV级X射线治疗机而成为临床放射治疗设备的主流机型,钴-60治疗机,钴-60治疗机按结构:固定式和旋转式固定式钴-60治疗机是早期产品，已被旋转式钴-60治疗机逐步取代。旋转式钴-60治疗机的机架可以作360旋转，机头也可朝一定方向移动，照射起来方便，可以做多种治疗，如等中心治疗、切野照射等，有些还能作钟摆照射和定角照射等等。,旋转式钴-60治疗机的基本结构,治疗机头准直器治疗机架治疗机床控制操作部分,治疗机头,钴-60治疗机的关键部件:治疗机头钴源:放射性核素60钴遮线器装置:使放射源能在关机储存和开机照射状态之间自如转换，治疗机头内必须安装。当遮线器处于关位时，射线束被遮挡，治疗机处于安全状态；当遮线器处于开位时，射线束从机头射出，处于治疗状态。常用遮线器有：钨门式遮线器、旋转式遮线器、水银柱式遮线器和抽屉式遮线器抽屉式遮线器是目前最常用的一种方式,抽屉式遮线器的工作原理,将钴源的储源杯装在一只抽屉中，防护机头中间有一条可以自由运动的滑道，抽屉的运动动力靠压缩空气完成，在压缩空气的气路中，有一套二位五路的电控阀门，把压缩空气注入到气缸的左端或右端，使抽屉自由运动，达到放射源自由开启或关闭的功能。遮线器用机头本身防护，机头是用铅浇铸而成，外壳用钢板成型。在钴源储存处用净化铀和钨加强防护。钴源固定在钢柱中心，钢柱沿轨道可以滑行，利用空气压缩机使钢柱移动，变换安全位和照射位。抽屉式遮线器的特点是结构比较简单。万一钴源钢柱运动时被卡住，该机器有强行回源按钮，启动后可自动强行回源或采用其他回源措施。,由于60钴是活度很高的放射源，必须加强放射防护才能保证使用安全，因此，治疗机头主要的就是一个大安全防护壳，它用高密度材料做成，一般是由铅或钨合金浇铸而成，外表面则用钢材做套壳。根据国际放射防护委员会(ICRP)推荐，机头的基本防护要求是，任何一个远距离核素治疗机，当机器处于关闭位置时，在距离放射源1m处测量，各方向平均剂量应小于2mR/h(约等于0.02mGy/h)，同时，在此距离处不应有超过10mR/h的地方。根据这一要求，对千居里钴-60治疗机而言，需要大约10-6的衰减系数，或近似20个半值层。为了达到这一要求，通常储源容器是用钨或铀合金制作的，容器周围再用铅做防护层，机头的外壳用钢材料做成。,准直器系统,准直器就是限制线束的范围，即限定一定的照射野大小以适应治疗需要。准直器一般有固定和可调两种，因为准直器本身很笨重，所以固定的很少有人使用，大多数是可调的准直器。由于钴源包壳是直径为20mm以上的不锈钢容器，并非“点源”，因此，“半影”较大,钴-60治疗机的几何半影示意图,O点发出的射线束(实线)是正常的投影区域，A和B两处发出的射线束(虚线)就形成了半影区。为了减少几何半影，准直器距体表越近越好，但太近了不利于机器转角旋转，同时由于准直器的散射剂量破坏建成效应反而提高了表面剂量，因此准直器一般距离体表不能低于1520cm。为了减少穿射半影，准直器的厚度应大于4.5半值层，也就是说用铅作准直器时厚度应大于7cm，而且均采用复式球面结构。,治疗机架,治疗机架是机器的支撑装置，整个机器的所有部件都由机架将其连为一体，直立固定式钴-60机的机架较为简单，主要就是支撑防护机头和平衡体，而回转式机器除有支撑作用外，还是等中心技术的最基本组成部分。,治疗床,承载足够体重的患者射线通过时，要求吸收剂量小散射少床面能垂直升降患者上下床左右移动纵向移动床座和床面可旋转角度90度,钴-60治疗机的控制系统,电气控制机械控制安全保护控制控制台总电源开关、源位指示灯、双道计时系统、治疗机控制钥匙开关、门连锁指示、气源压力系统、机头机架角度指示、电视监控和对讲机等。,安全连锁,钴-60治疗机必须设置一系列的安全连锁装置，这些装置都连接到主控电路中，也就是说，无论哪一个安全连锁不在正常位置，机器都不能顺利出源治疗。封装好的钴源，平时被存储在机头的“源容器”内。,治疗时，通过特制的机械装置，将钴源自动推到照射窗口处。通过准直器等射线控制与遮挡装置进行放射治疗。治疗结束后，机器会自动将钴源拉回“源容器”内储存。由于”钴源是活度很高的放射性核素，如果回源不到位，就会造成放射事故，因此，必须随时检查钴源归位情况，以保证患者和工作人员不会因为意外照射而受到伤害。,射线的剂量特性,射线的辐射能量：1.25MV比kV级X射线的辐射能量高出许多，但“建成区”仍然太浅，皮肤受量仍然较大不是很适合于深部肿瘤的放射治疗,钴-60治疗机的优缺点,射线的剂量分布特性不够理想，皮肤受量较大，能量不可调节，适应证受到一定限制需要定期换源，对工作人员具有较大的放射危险性。主要优点是结构简单，成本较低，因此，在中小医院，目前仍有一定的市场。,设备三：医用电子直线加速器,医用电子直线加速器,输出能量较高剂量分布特性较好输出不同能量的光子(X射线)不同能量的电子医用电子直线加速器是放射治疗领域的主流机型,医用电子加速器类型,感应加速器回旋加速器直线加速器直线加速器性价比最高,基本结构,支臂式滚桶式支臂式机架的特点:主机和所有元器件都安装在一个房间内，结构比较紧凑滚筒式机架结构:主要部分被安装在假墙后面的滚筒上，治疗室显得比较简洁不论哪种形式，都有一个基础底架，水平安装在地基上并与地基固定。,医用电子直线加速器的基本结构原理,基本结构：加速管微波源电子枪真空系统束流输出系统水冷系统治疗床系统自动控制系统,加速管是加速器的核心部件微波源是磁控管或速调管，提供10cm波段的电磁波(频率为2998MHz或2856MHz)电子枪发射供加速的电子真空系统由钛泵和真空器件构成，作用是保持加速管内部和电子枪等部位的高度真空状态，以避免烧坏灯丝、腔内打火和能量损失等束流输出系统主要在机头部分，包括束流的偏转、靶窗转换、束流均整、束流准直、剂量检测等功能，水冷系统的作用是对加速管、微波源(磁控管或速调管)和偏转磁铁等产生热能的部件进行冷却，以保持设备稳定运行治疗床系统则是对患者进行放射治疗时的床体结构，可以进行X、Y、Z三个方向的直线运动和治疗床整体绕等中心的旋转运动，以满足不同部位的治疗需求；自动控制系统包括功能控制和故障检测两大功能，在正常情况下，操作人员通过计算机对各大系统进行工作控制，发生各类故障时，计算机会自动进行检测报警，并禁止治疗，以保证绝对安全。另外，每台加速器还包括微波传输与检测系统、电子束聚焦对中系统、高压脉冲调制系统和机械运动系统等。,电子直线加速器的基本工作原理,电子在电场中会受到电场力的作用而运动，电子因受电场力的加速而获得能量。在电子直线加速器的加速管内部，“谐振腔”在微波的激励下产生沿轴线向前移动的高压电场，电子被持续加速而获得能量。不难理解，电场强度越强，加速距离越长，电子获得的能量就越高，这些获得高能量的电子，直接引出就是电子射线，打靶以后就可以输出X射线。,kV级X射线治疗机的工作原理也是电子在电场力作用下被加速而获得能量，然后打靶产生X射线。要想获得更高能量(MV级)的X射线，必须大幅度提高阳极电压。然而，受结构原理和材料耐压等技术条件的限制，kV级X射线治疗机的结构原理已经难以胜任更高能量的射线输出，必须寻求新的电子加速结构。电子直线加速器就是为了满足兆伏级(MV)射线的需求才逐步发展起来的。根据微波在加速管中的不同工作方式，电子直线加速器可分为行波加速器和驻波加速器两种类型。,行波加速原理,行波加速管一般是“盘荷波导”结构，是在一段光滑的圆形波导上周期性的放置具有中心圆孔的圆形膜片组成，这种结构称为“谐振腔”。在行波加速管中，微波电磁场以波的形式沿中心轴向前传播时，就会在谐振腔中激励生成行波电场，注入的电子就像踏着冲浪板一样，骑在行波电场上加速前进。如果能保持行波电场的速度始终与被加速的电子速度一致，就会持续不断地对电子进行加速，被加速的电子的能量就会不断增加，这就是行波加速原理。采用行波加速管的加速器就叫做行波加速器。行波加速管可以分为两个加速阶段，在加速管的开始部分，由于电子速度低，圆盘及其孔的直径较大，圆盘间距也小，使波的传播速度慢些，随电子速度逐渐增快，圆盘直径逐渐减小，间距增大，但这一段很短，很快就能使电子速度接近光速，通常这一部分叫做聚束段；之后，圆盘间距保持不变，腔的大小也逐渐一致。在这一阶段，电子速度基本不再增加，而电子能量的增加，主要表现在电子相对质量的增加。根据相对论理论，电子速度永远不会超过光速，但电子能量可以无限制增加，这就是高能电子直线加速器得以实现的理论基础。,驻波加速原理,驻波加速管也是由多个谐振腔链接起来的，而谐振腔的大小和距离是相等的。在谐振腔轴线上有可让电子通过的中心孔，在腔中建立起随时间振荡的轴向电场，轴向电场的大小和方向是随时间交变的，而这种振荡的包络线都是原地不动，驻型波形，故称为驻波，这种加速管就叫做驻波加速管，采用驻波加速管的加速器就叫做驻波加速器。驻波加速过程是，电场随时间渐渐从小到大，而方向又正好适合加速电子时，电场方向却是减速的，但过一会，场值随时间变成减速方向时，腔电场的方向变得正好能加速电子。因此可以设想，如果让电子在腔的场强正好由负变正那一瞬间(场强正是加速方向)注人其中，电子在前进时，场强不断增加，电子不断获得能量，场强到达峰值时，电子也正好到达腔的中央。其后场强开始下降，电子在后半腔中飞行，当场强开始由正变负时，电子正好飞出1#腔进入下一个腔。这时2#腔的场强又正好由负变正。电子在2#腔中又能继续加速获得能量。如果这种安排能得到满足，电子就可不断获得能量。这就是驻波加速原理。,行波与驻波结构的比较,从临床角度，关心的主要是射线的输出特性从加速管的长度来看，对低能医用电子直线加速器，驻波管要比行波管的增益高得多，因此驻波管比行波管短许多。例如同样是6MV的医用电子直线加速器，采用驻波加速结构，加速管仅长30cm，可以做成直立式，无需偏转系统，而采用行波加速结构，长度在l00cm以上，只能水平安装于机架上，必须采用偏转系统把电子束引向下方。无论是行波还是驻波方式，当加速管长度都在l00cm以上时，只能水平安装，都需要配备偏转系统，此时采用哪一种加速方式，在长度方面的差别已无关紧要。行波加速管的聚束特性要优于驻波加速管，因此行波加速管的能谱比驻波加速管的能谱好，这就决定了驻波加速管对自动稳频系统、微波传输系统和束流偏转系统等的技术要求要高于行波加速管；行波加速管的能量调节也比驻波加速管容易些。,输出特性,医用电子直线加速器是既可以输出不同能量的X射线、也可以输出不同能量电子射线的放射治疗设备。按照输出X射线能量的不同，将加速器分为低能、中能、高能三类低能医用直线加速器只能输出4MV或6MV的单能X射线(单光子)；中能医用直线加速器不但可以输出4MV或6MV的单能X射线(单光子)，还可以输出能量从415MeV的多档电子射线；高能医用直线加速器则可以输出低能和高能两档X射线(称为双光子)及多档电子射线。其中，低能X射线一般是4MV或6MV，高能X射线一般是15MV或18MV，电子射线可从425MeV范围内选择6档以上电子束。显然，高能医用直线加速器可选的射线能量多，适用范围广，是放射治疗技术的首选设备。当然，也就包含了中、低能医用电子直线加速器的射线输出特性。,X射线模式及输出特性,在选定X射线治疗模式时，加速器会自动将“靶窗转换装置”的“X线靶”对准电子束，电子打靶就会产生X射线。打靶前的电子能量越高，输出的X射线的能量就越高。在射野范围内，输出的X射线呈中间强，周边弱的“峰”形束流。为了使射野内的束流强度均匀，加速器会自动将中间呈凸出状的圆锥形“均整块”移到靶的下面，由于均整块中间厚，周边薄，射线穿过以后，中央部分的射线强度被减弱，这样，就会输出能量均匀平坦的X射线束。在均整块前方安装的是用来监测输出射线的“电离室”。通常，该电离室是多极透射型平行板结构，它包括2道剂量检测通道和2组4道或3组6道剂量均整度检测通道。这样，就可以即时检测输出射线的剂量特性和均整程度。机头内部设置的初级准直器的作用是将射线限定为一束圆锥形束流。次级准直器通常是由两对4个铅门对称设置，每个铅门可以独立运动，可以根据被照病变的大小合理设定照射区域(射野)，对不规则的照射区域，一般是在托盘上摆放特制形状的铅挡块使之符合治疗区域的形状要求。精确放射治疗技术。高能医用电子直线加速器，将次级准直器改为动态多叶准直器(MLC)。这种准直器一般是由几十对相对独立的叶片构成，每个叶片由一个步进电机控制，可以独立运动，由计算机控制，可以达到“适型治疗”和“调强治疗”技术，以达到精确治疗目的。,动态多叶准直器(MLC),是由几十对相对独立的叶片构成，每个叶片由一个步进电机控制，可以独立运动，各个叶片的运动是由计算机控制自动完成的，从而可以达到“适型治疗”和“调强治疗”技术，以达到精确治疗目的,a自动b手动,Prescription,Fluence,CourtesyofUNC,Verify,Deliver,兆伏(MV)级X射线百分深度剂量曲线图,也画出了60钴发出的射线的曲线图。光子能量越高，建成区(最大剂量点)越深，深度剂量(最大剂量点后)也随之增加，而皮肤剂量相应减少。可以针对不同位置和不同深度的病变组织，选用不同能量的光子进行照射，以达到最佳的治疗效果。,电子射线模式及输出特性,在选定电子射线治疗模式时，加速器会自动将“X线靶”移开，把“窗”对准电子束，电子射线直接从“窗孔”引出，但这时引出的电子束是窄束射线，束流直径只有3mm左右，不能满足临床治疗要求，这时，必须让窄束射线展开成为散射状束流。当选定电子射线治疗模式时，加速器会自动将均整块移开，并将与电子束能量相适应的金属“散射箔”移到窗口的下面，经过散射箔的散射以后，电子射线束就成为散射状束流。然后经过电离室检测、次级准直器和电子束限光筒的准直限束，最后到达病变部位。由于最后输出的电子射线仍然易于散射，因此，电子束限光筒做得比较长，让输出端口直接贴近患者皮肤，以减少周围组织的射线受量，最大限度地保护正常组织。,不同能量的电子射线百分深度剂量曲线,电子射线不但皮肤受量较大，而且具有一定的“射程”，能量越高，射程越深，而射程后面的深部组织基本受不到射线照射，这是电子射线最重要的剂量学特征。高能电子射线射程之外，有很小一段弯曲的深度剂量曲线，这是由于电子束穿过散射箔时，总要产生少量的X射线造成的，通常称之为X线污染。因此，在选用较高能量的电子射线治疗较深部位的病变时，X线污染不能忽略不计，而是应该给予必要的考虑。,配套设备,机房的设计与建设激光定位系统模拟定位系统治疗计划系统挡钳制作设备体位固定设备治疗验证与剂量检测设备,设备四：近距离后装治疗机,内照射也称为近距离照射，是通过人体的自然腔道或组织间置入的方法，将核素放射源直接贴近病变部位进行照射。其特点是对某些部位的病变例如食管癌、直肠痛、宫颈痛等直接实施放射治疗，对周围组织损伤较小，治疗效果较好。,内照射近距离后装治疗机的基本结构,后装治疗机各种施源器治疗计划系统操作控制系统,机座立柱机头放射源,内照射近距离后装治疗机的基本工作原理,首先按照不同部位选用合适的“施源器”，并通过腔道或组织间置入的方法将施源器紧贴在病变部位，然后由控制系统自动将放射源送进施源器实施近距离放射治疗。由于事先置入施源器，然后，在计算机控制下，由机器自动将放射源送入治疗部位的施源器内，所以人们给这种设备取名为近距离后装治疗机，简称后装机。,内照射近距离后装机的治疗过程,首先对选定的施源器进行消毒，然后将施源器放置在需要近距离治疗的病变部位，如果是用于食管等部位的治疗，还要在X线诊断机或模拟定位机上，通过透视并拍照的方法确认施源器的确切位置，并通过专门的图像输入设备将拍摄的X线片输入到治疗计划系统的计算机内，通过专业软件设计治疗计划。同时，要将施源器与后装治疗机接通。待准备工作完成之后，工作人员退出治疗室，然后通过操作控制系统，执行计划系统传送过来的治疗计划。当完成一定量的辐照之后，在电脑的控制下，放射源自动退回到储源器，完成1次照射过程，从而实现近距离后装治疗。这种治疗模式既可以保证治疗精度，又能保证工作人员安全，所以受到放射治疗界的广泛认可，从而获得了广泛的推广应用。,设备五：模拟定位机,X射线管(俗称球管)高低电压发生器影像增强器可上下移动和等中心旋转的机架可作360旋转的X线机头机头内设有准直器和射野“井”型界定线模拟床跟加速器治疗床的结构原理完全一样，能做上下左右和前后三个方向的运动，并能做等中心旋转；影像增强器也能做三维方向的移动，以方便成像定位。控制操作系统、激光定位灯系统等,模拟定位机的基本结构,X线机头和准直器是模拟定位机的关键组成部分之一。准直器由遮线器和射野“井”型界定线组成，前者为调节和限定透视或照相时的X线野大小，后者为模拟治疗机照射野的位置和大小，二者运动相互独立。射野“井”型界定线有两个用途：用于界定病变和器官的位置，即射野位置和范围；用于双曝光，观察病变与周围器官的关系。准直器的结构与加速器治疗机的准直器一样，能够随机头一起旋转。现代模拟机的准直器的遮线器和射野“井”型界定线均做成独立运动式，并且能与对称式模式自动切换。X线机头内还带有灯光射野指示系统，可以模拟加速器的射野大小。机头下方有安装铅挡块托架的插槽，托架结构也与加速器的托架完全一样，可以承担足够重量的铅挡块。模拟机的床面必须是X射线的透明体，而且应具有治疗床的刚性和承重能力，一般用碳纤维材料制成。,工作原理,模拟定位机除了具有透视和拍照功能之外，还具有模拟加速器相关机械参数的功能。先在机房由工作人员确定需要治疗的病变部位大概处于等中心处，然后，工作人员退出机房，确定需要放射治疗的部位正好处在射野“井”型界定线中间，然后继续透视调整，直到需治疗部位正好处在射野“井”型界定线的区域为止。模拟定位机的机架角度、机头角度和射野“井”型界定线的位置，就是在加速器上进行放射治疗时的机架角、机头角和准直器的开野位置，而铅丝形状就是需要制作铅挡块的边缘形状。模拟定位结束后，要在患者身体表面的射野“井”型界定线与铅丝围成的区域上，用专门的划痕液或划痕笔画出边界线。这样，患者的照射区域和加速器的相关机械参数就可以确定下来。因模拟机的焦点到机架旋转轴距离为80100cm，致使焦点到片盒距离达120140cm，而多数诊断型X线机的靶焦点到影像增强器表面或到胶片暗盒的距离为70cm，由于平方反比关系，模拟机约需8倍多的曝光量(mAs)才能获得诊断X线的影像质量。这就要求模拟定位机有高电压大功率输出的X线发生器和X线球管。X线球管的靶不仅要能承受短时间大电流的曝光，而且其焦点的大小必须适当，以避免射野“井”型界定线的放大和变得模糊。模拟机室也要设置与加速器室一样的激光定位灯，用来确定模拟空间的等中心位置。这样，才能保证通过模拟机制定的治疗计划可以在加速器上得以实现。,设备六：治疗计划系统,主要部分是一套专门用来进行放射治疗计划设计的计算机工作站。较高配置的微型计算机图像输入输出设备（图像扫描仪、磁带机和打印机等）治疗计划系统配备的计算机，都要配置可以在医学影像设备之间传输交换数字影像的DICOM接口，相应的影像检查设备和加速器控制系统的计算机也必须配置DICOM接口，才能实现相互进行数字影像的传输交换功能。对于立体定向放射治疗(X刀、刀)和适型调强放射治疗等精确放射治疗技术来说，要设计精确放射治疗计划，必须依靠三维立体定位坐标体架来确定患者的精确位置。在通过CT或MRI等影像设备采集患者图像资料时，必须让患者与三维坐标体架一起扫描，这样，就可以获取带有三维坐标标记的患者断面影像资料。包含三维坐标标记的影像资料传输到治疗计划系统的计算机上，就可以进行图像重建并制定精确治疗计划。患者每次治疗时都必须使用同一个体架并恢复扫描采集影像时的体位。因此，三维立体定位坐标体架也是现代放射治疗计划系统必备的硬件配置之一。,治疗计划系统(TPS)的硬件配置,软件功能,放射治疗计划的设计和实施，必须通过专门应用软件的支持才能得以实现。计划设计软件分为二维计划设计软件和三维计划设计软件两种类型。二维计划设计软件是早期产品，将逐步被三维计划设计软件所取代。本课程主要介绍三维计划软件。(一)图像处理功能治疗计划所依据的影像资料是断层扫描图像，要进行立体放射精确治疗，首先要在计算机内进行三维图像重建，形成所谓的立体“虚拟患者”。三维图像重建的主要内容包括：勾画并形成患者的外廓形状、重要器官的形状和位置、病变组织的形状和位置等等。同时，要能够在各个不同的层面包括冠状面、矢状面和斜剖面等任意方向进行旋转和剖视，以便于进行最佳的照射野设计。在照射野的设计中，主要内容包括：确定照射野的数量、选择最佳的入射方向和各个照射野的形状，从而确定加速器的机架旋转角度、机头旋转角度、准直器(包括MLC)的开野大小和形状等射野参数。不同的计划软件可能采用不同的设计思路，但所有放射治疗的计划设计软件一定会具备上述的基本图像处理功能。,软件功能,(二)剂量计算功能剂量计算功能包括两个方面，一是剂量计算，二是剂量优化。剂量分布原则是，病灶要全部处在高剂量区，正常组织要处在低剂量区，而重要器官的剂量分布必须低于耐受剂量。如果剂量分布不够理想，可以适当调整相关参数进行重新计算，直到比较理想为止。(三)计划评估功能治疗计划的评估分为定量评估法和品质评估法。定量评估一般是采用体积直方图(DVH)的方法来表示病变组织和正常组织接受的照射剂量百分比，从而评价所设计的治疗计划是否符合要求；品质评估目前多是采用“等剂量曲线”法，在二维图像上表示不同的剂量分布区域，这种方法比较直观，因此，在放射治疗计划系统中得到了比较广泛的应用。为了适应“适形治疗”和“调强治疗”放射治疗技术的需要，目前比较先进的放射治疗计划软件可以采用“等剂量体积”的评估方法，显示立体的或者说三维剂量分布情况，如果不相符合，可调整计划重新评估，直到吻合为止。治疗计划软件的上述三个功能，不是各自独立，而是相互联系，不可分割的统一体系。在设计治疗计划时，要反复运用图形处理、剂量计算和计划评估功能，才能够设计出比较满意的放射治疗计划。,设备七：CT模拟机与模拟机CT,CT模拟机,CT模拟机其实是在CT扫描机的基础上，通过增加一套激光射野模拟器和一套虚拟模拟工作站而构成的虚拟模拟定位系统。CT扫描机的床面为平板形，材料为碳纤维面板，以减少由于散射可能对CT图像的干扰；激光射野模拟器由3只可以移动的激光定位灯和一台安装专用软件的电脑构成，一般是安装在CT机房的患者扫描入口处的适当部位，其作用除了可以指示机械等中心之外，还增加了指示射野投影位置的功能；虚拟模拟工作站装有一套可以进行CT图像的三维重建、立体显示及射野模拟功能的软件，这种软件可以独立使用，也可以融入三维治疗计划系统当中，但这种计划系统必须能与激光射野模拟器的计算机部分进行数据交换，使重建的三维图像与模拟过程始终处于同一个患者坐标系，以保证虚拟模拟定位所确定的靶区能够处于加速器的机械等中心位置。,模拟机CT,模拟机CT是在常规模拟定位机的基础上，将准直器沿患者横向开成一条缝隙，在原来的影像增强器表面处放置上百个X射线探测器，在球管出束的同时，让机架旋转360将采集到的患者断面扫描信息资料进行反向处理，产生类似CT断层扫描的图像。但由于模拟定位机机架的旋转速度不能太快，需要扫描的时间比较长，球管至射线探测器的距离较远等原因，使得成像质量不够理想，三维图像重建质量比较差。模拟机CT技术还不够成熟，目前临床上还难以推广应用。,设备八：适形挡铅与制作设备,挡铅制作设备,热丝切割机分为X线铅挡块专用切割机和电子线铅挡块专用切割机两种类型,设备九：体位固定进行体位固定的临床意义,体位固定保证患者在放射治疗时的摆位精度和多次治疗时的重复精度。从进行模拟定位，采集CT、MRI等影像资料开始就要使用体位固定设备，并且，在模拟定位或断层扫描、制定治疗计划、实施放射治疗等整个过程中，都要使用或依托同一个体位固定设备，以避免摆位误差，保证治疗精度。,设备十：治疗验证设备与剂量检测设备,治疗验证设备,由于放射治疗是“无创伤”治疗技术，无法直接观察治疗效果。目前，一般是通过治疗验证设备，间接进行分析与验证。常用的放射治疗验证分析设备有：热释光剂量计、胶片剂量仪、多通道半导体剂量仪和射野影像系统等。,剂量检测设备,剂量检测设备主要是用来检测医用加速器等射线装置输出射线特性的设备或仪器。保证医用加速器等射线装置输出剂量的准确性和稳定性，定期或不定期检验与测量各种射线和不同能量射线的输出特性。保证加速器工作可靠，运行稳定，剂量准确。常用的剂量检测设备主要有三维水模辐射场测量分析系统和指型电离室剂量仪等。,设备十一：质子加速器质子加速器的临床意义,由质子束特性曲线“布拉格峰”可知，质子束具有优良的剂量分布特性，通过调节质子束的辐射能量，还可以很方便地控制质子的射程即质子束的辐射深度。由于技术上能够方便而准确地调节其纵向和横向的剂量分布，因此，质子束比其他射线束更适合于一些特殊病种的适形治疗和调强治疗。近年来，由于X射线计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)等技术逐渐普及，可变调制、束流扫描等先进质子束流配送技术迅速发展。质子加速器的临床意义在于，可以在摧毁病灶的同时，最大限度地保护周围正常组织和重要器官不受损伤，对许多神经外科疾病和眼部病灶的治疗来说，质子治疗技术具有其他治疗方法和治疗设备不可比拟的优越性。,结构原理简介,质子治疗加速器质子束流输运系统质子束流配送系统(辐射系统),第三节放射治疗设备安全与防护性能要求,2.1.1X射线治疗机,2.1.1.1对X射线治疗机防护要求,使用管电压大于50KV的X射线治疗机，应安装有效的连锁装置，避免人员在X射线机工作时间进入治疗室。（1）治疗状态下防护的吸收剂量率要求管电压U50KV，X射线管头组装体漏射辐射，在距屏蔽罩5cm处任何地方的空气吸收剂量率不应大于1mGy/h；管电压50U100KV的治疗机，距焦点1m处的空气吸收剂量率不应大于1mGy/h；管电压150U150KV）。照射野内有用线束累积空气比释动能的非线性应不大于5%。,2.1.1.2GBZ131-2002医用X射线治疗卫生防护标准对防护与安全的要求,（4）计时器和剂量监测仪应能防止自动终止照射的以外故障。主次组合的主系统故障未终止照射并超过了预置值的10%，或计时器超过0.1min，或剂量监测仪在相应标称距离处的吸收剂量超过0.1Gy时，次级系统必须立即终止照射。,（3）治疗控制台控制台应具有的安全控制设备：主电源锁，预置的照射条件的确认设备，确认照射条件无误后启动照射的设备，紧急情况下中断照射的设备，电离辐射安全与连锁装置,（5）放射安全与连锁要求：治疗机必须具有安全设备，当出现下列任何一项错误或故障时，能中断照射，并有相应故障显示。A卡、阻故障，B防止X射线管通电时误照射，C防止组合照射条件误置时误照射，D防止人员误入治疗室，只有关闭治疗室门时才能照射，在治疗机照射状态下意外开启防护门则中断照射。,（6）辐射束的启动与中止必须按顺序设置上述组合条件，并经控制台确认验证设置无误时，由“启动”键启动照射。完成预置的照射后自动终止照射。,（7）手持治疗机的特殊要求治疗机的X射线管标称电压不得大于50KV。治疗机必须配备个人防护用帽子、手套和围裙，对X射线的衰减不小于9.25mm铅当量。,（2）治疗室的防护要求,治疗室有用线束照射方向的墙壁按主射线屏蔽要求设计，其余方向的建筑物按漏射线及散射线屏蔽要求设计。无迷道的治疗室门必须与同侧墙具有等同的屏蔽效果。电缆、管道等穿过治疗室墙面的孔道应避开有用线束及人员经常驻留的控制台，并采用弧状孔、曲路或地沟。,（3）实施放射治疗的防护要求,A放射治疗的正当性：处方管理制度B优化治疗计划C防护安全操作要求，操作者必须熟练掌握并严格执行操作规程D质量保证要求E治疗机质量控制检测要求,2.1.2钴治疗机2.1.2.1钴治疗机的基本组成,钴治疗机型的源传输结构,2.1.2.2钴治疗机射线的特点钴源的半衰期为5.26年，平均每月衰变1%。60Co射线平均能量1.25MeV。,2.1.2.3钴治疗机工作原理,60Co治疗机放射源活度一般在1.851014Bq（5000Ci）至3.71014Bq（10000Ci）范围内，至少应不低于37TBq(1000Ci),钴治疗机由放射源、放射源的贮存、传动、定位装置、治疗床和控制台构成。放射源照射时准直器、非照射时的贮存位及防护层都设计在机头内。当放射源传动装置启动后，将源从贮存位输送到照射位置，射线束经准直口垂直向下射出。通过转动机头可改变射线束的照射方向。机头可根据需要任意转动，转动角度在中心圆盘上指示出来。治疗床右侧下端，设置了一个吊式手动开关，用于操作者调整机头和治疗床位置，但此开关不能用来开启放射源。,2.1.2.5GBZ161-2004医用射束远距治疗防护与安全标准中的防护与安全要求（1）射束远距治疗防护与安全管理原则射束远距治疗防护与安全管理遵照放射诊疗管理规定治疗设备的放射防护与安全性能应符合GB9706.17-2000患者的防护应遵照GB16362-1996规定的原则,射束远距治疗设备及工作场所的安全防护连锁系统的设计应遵循下列原则：多重性，多样性原则，独立性原则,（2）射束远距治疗设备的技术要求,1、射束远距治疗设备的技术性能要求远距治疗设备内的钴-60放射源，应符合GB4076的要求。用于治疗的源皮距不得小于600mm，源皮距指示器指示的源皮距位置与实际位置的偏差不得大于3mm。吸收剂量，射束的非对称性，射线均整度,2、射束远距治疗设备的放射防护性能要求放射源防护屏蔽周围杂散辐射空气比释动能率的限值为：距放射源防护屏蔽表面5cm的任何可接近位置不大于0.2mGy/h；距放射源1m的任何位置上，不大于0.02mGy/h。治疗中准直器的泄漏辐射的限值，最大有用射束外泄漏辐射的限值，平均泄露辐射的空气比释动能率不得超过最大空气比释动能率的0.1%。载源器的表面由于放射源泄露物质所造成的辐射污染水平低于4Bq/cm2,3、远距治疗设备的电离辐射安全性能要求辐射头外表面上必须清晰地、永久地标有按基本标准规定的电离辐射警示标志。,（3）远距治疗建筑与防护设施的要求1、治疗室的建筑与布局：治疗室的设置为保证周围环境的放射安全，应单独建造，当条件有限时可建筑在多层建筑物底层的一端。治疗室的墙壁及顶棚必须有足够的屏蔽厚度，使距墙体外表面30cm的可达界面处，由穿透辐射所产生的平均剂量当量率低于2.510-3mSv/h。,2、治疗室的安全防护设施：治疗室的入口应采用迷路形式；有用射束不得朝向迷路；迷路口应安装具有良好屏蔽效果的电动防护门；治疗室建筑物外应设有放射危险标志。防护门应与放射源连锁，连锁设施原则上不少于两种。治疗室的入口及治疗室内靠近治疗机的适当位置应安装有能紧急停止放射源照射的应急开关。,3、治疗室的通风：治疗室应有良好的通风。通风照明良好的治疗室不设窗。通风方式以机械通风为主。通风换气次数一般每小时34次。,（4）远距治疗应用的要求1、远距治疗工作人员：远距治疗单位应配备放射治疗的医学专家、物理学工作者和技术人员，正确合理地使用放射治疗并保证放射治疗的质量。远距治疗工作人员除应具备高中以上文化水平和放射治疗专业知识外，还应掌握放射防护知识，并经过培训，考试合格。2、远距治疗与防护的质量保证：实施远距治疗应建立质量保证体系，保证辐射照射的准确性及防护的最优化。实施远距治疗应使用符合标准的远距治疗设备，建设合格的治疗室，配备辐射剂量和辐射防护的测量仪器，并由有资格的人员进行质量控制检测。同时做好患者的防护。,2.1.3医用加速器,高能加速器（GeV）、中能加速器（2000MeV以上）和低能粒子加速器（50MeV以下）。按加速粒子轨道不同，可分为直线加速器和回旋加速器。临床放射治疗用的电子加速器或电子感应加速器，属于低能粒子加速器。电子直线加速器属直线加速器，电子感应加速器属于回旋加速器。电子直线加速器输出的电子能量通常为5-40MeV；电子感应加速器输出的电子能量通常为4-45MeV。这两种加速器通过靶将电子转化为X射线。,2.1.3.2电子直线加速器的主要系统及其功能（1）注入系统电子枪、预聚焦线圈和导向线圈（2）微波传输系统磁控管、传输及测量微波的各种波导元件、输入和输入耦合器和吸收负载等。（3）加速系统由加速管和聚焦线圈等部件组成。（4）真空系统真空系统有钛泵、真空闸门、真空管道和预抽真空机组成。真空系统能保证使电子运动路径上的真空度达到10-4Pa以下，可避免电子在加速运动过程与气体分子碰撞而产生散射。,医用直线加速器,（5）脉冲调制器能产生具有一定波形要求的和一定频率要求的脉冲高电压，这种脉冲高电压作为脉冲电源供磁控管和电子枪用。,(6)恒温冷却系统,（7）引出系统此系统包括偏转磁铁和照射头。,（8）电源和控制系统,（9）其他设备,2.1.3.3电子直线加速器运行中产生的辐射,（1）初级辐射初级辐射是被加速的电子。,（2）次级辐射高能电子束轰击靶产生的轫致辐射。,（3）感生放射线核素释放的、射线加速器部件、冷却水和治疗室中的某些物件及空气受到高能中子照射后会诱发产生感生放射性核素，并发射、辐射。电子束能量低于10MeV时，在电子直线加速器的任何部位都不会产生中子，因而也不可能产生感生放射性核素。（4）微波辐射加速器、射频分离器和链接波导系统的组件处于运行状态时，工作人员可能会受到来自这些组件开口处泄漏的微波辐射的照射。微波照射功率通量密度限值：8h小时，=38Wcm-2;在8小时内断续接受微波辐射照射时，不应超过300Wcm-2;,2.1.3.4对电子直线加速器辐射安全防护要求,（5）其他有害因素的安全考虑电离辐射与治疗室的空气相互作用会产生臭氧和氮氧化物。能量越高产生臭氧和氮氧化物的产额就愈多。治疗室的通风换气次数每小时应保持在34次。,（1）加速器的辐射安全设计、电气安全、机械安全和测试检验等都应当符合GB9706.5的基本要求,（2）防止对患者超剂量照射的防护要求控制台显示器应当能够显示出辐射类型、标称能量、照射时间、吸收剂量、吸收剂量率、治疗方式、楔形过滤器的类型与规格等参数的预先值。照射的启动应当与控制台显示器显示的照射参数预选值连锁；在选择照射参数之前，不能启动对患者的照射。,配置两套独立的辐射剂量测量系统，每套剂量测量系统能单独终止照射；当其中的某一套剂量测量系统发生故障时不会影响另一套正常功能。两套剂量测量系统正常运行时显示出的剂量数据，在因故中断照射或者终止照射以后应当保持不变。当吸收剂量达到预选值时，两套剂量测量系统能终止继续照射。在两套剂量测量系统中，一套测量初级剂量而另一套测量次级剂量。当吸收剂量达到预选值时，初级剂量测量系统必须能终止继续照射。当照射剂量率大于规定剂量率数值的2倍时，在任何情况下能自动终止继续照射，配备这样的连锁装置。照射时间计时器应当按独立性原则配置，与加速器运行系统连锁，当达到预选的照射时间时能终止继续照射。,应当为非直束式加速器提供剂量分布测量系统，当吸收剂量的分布相对偏差大于10%时，能自动终止照射。应当经常检查所有的安全连锁系统的功能，确保它们的独立性和能可靠的终止继续照射的功能。,计算机控制系统的软件必须加密，控制系统出现故障时立即终止照射，控制台和治疗室内都应当设置紧急停机按钮。,（3）对有用射束内杂散辐射的限制,1、以电子束治疗时2、X射线治疗时,（4）对有用射束外的泄漏辐射限制在治疗距离上，在固定限速器截面内，透射可调限速器的漏射辐射的吸收剂量与有用射束中心轴最大吸收剂量的百分比应满足下述限制：,以X射线治疗时，在1010cm2照射野范围内的百分比不应超过2%。以电子束治疗时，在50%等剂量曲线以外4cm到最大有用射束边界之间的平均百分比应当大于2%。以电子束治疗时，在50%等剂量曲线以外2cm到最大有用射束边界之间的最大百分比不应当大于10%。,最大有用射束（中子除外）以外的漏射辐射占的吸收剂量百分比不能超过下述限值：,在治疗距离处，垂直于有用射束中心轴并以轴心为起点，半径2m的平面上的漏射辐射吸收剂量最大不应超过有用射束中心轴吸收剂量的0.2%，平均百分比不能超过0.1%。在治疗距离处，在离开电子