放射治疗技术常用放射治疗机械设备讲座

内容复习：1、细胞周期放射敏感性？2、放疗中产生同样生物效应时氧含量与辐射剂量的关系？3、照射条件相同时，放疗毒副反应敏感顺序是怎样的？4、照射方式分类？5、放疗期间若有治疗中断，则恢复治疗时应如何计算补充剂量？第四章常用放射治疗设备学习要点掌握内容：医用直线加速器熟悉内容：60钴治疗机、模拟定位机了解内容：立体定向放射治疗系统一、远距离60钴治疗机二、医用直线加速器三、近距离放射治疗机四、立体定向放射治疗系统五、模拟定位机外照射（远距离照射）：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。内照射（近距离照射）：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。内照射治疗既可以单独实施，也可以与外照射配合实施。60钴治疗机

Co60：金属元素钴的放射性同位素之一，其

半衰期为5.24年。它会透过β衰变放出能量高达315

keV的高速电子成为镍-60，同时会放出两束伽马射线，其

能量分别为1.17及1.33MeV。钴60的化学性质与元素钴相同。遮线器：截断60钴源γ射线的装置。

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。

如果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，。卡源60钴的准直系统

国际防护标准规定准直器厚度使漏射剂量不得超过有用照射剂量的5%，临床使用不得超过有用照射剂量的1%。60钴准直器的最少吸收厚度为4.5个半价层

半价层(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。

半价层越高，穿透力越高，射线的质就越高，即射线的能量越高。60钴治疗机的半影

几何半影、穿射半影、散射半影

照射野边缘剂量的不均匀性对给予较高均匀的肿瘤治疗剂量、减少肿瘤周围正常组织器官的受照射总剂量都是不利的。换源

钴源衰变导致放射性活度减少，致使患者的治疗时间不断加长。

大约平均每月衰减1.1％，使用寿命一般是

7.6年。一、远距离60钴治疗机二、医用直线加速器三、近距离放射治疗机四、立体定向放射治疗系统五、模拟定位机医用电子直线加速器基本结构

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。两者原理对比

微波传输特点分类：行波、驻波

两种加速管都能满足临床需要。无法简单的评价哪种加速管更优越。高频功率源（微波发生器）

磁控管：电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得能量转变成微波能量。

速调管：靠周期性地调制电子注的速度来实现放大或振荡功能的微波电子管。能量的来源、能量的交换线束偏转系统（一）90°偏转系统（二）270°偏转系统（三）滑雪型偏转系统射野挡块

目的：将规则野变成不规则野，使射野形状与靶区形状的投影一致，以保护射野内重要组织和器官。

一般采用低熔点铅：挡铅的厚度一般需要特定射线能量的5个半价层，即原射线减弱掉95%。60钴的γ射线和加速器6MV的X射线一般采用8cm厚的低熔点铅。

低容点铅组成成分为铋50%、铅26.7%、镉

10.0%、锡13.3%，制作方法先熔铅、锡，后加铋、镉，熔合即成低熔点的铅合金，熔

点为70℃，密度约为9.4g/cm3挡铅的制作射野挡块的缺点制作费时费力，影响工作人员健康使用效率低，操作不便常规挡块无法实现调强功能多叶准直器（MLC）

构造：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

形治疗”和“调强

治疗”技术，以达

到精确治疗目的。加速器治疗机头

主准直器：重金属合金和铅块组成

散射箔：展宽电子束面积

6MV射线直线加速器是放疗主流机型

电子能量4~20MeV治疗深度1~6cm肿瘤一、远距离60钴治疗机二、医用直线加速器三、近距离放射治疗机四、立体定向放射治疗系统五、模拟定位机近距离放射治疗机原理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。近距离放射治疗机优点优点：辐射能量的绝大部分被患者的肿瘤组织所吸收，可最大限度的杀灭肿瘤细胞，而正常组织及邻近的敏感器官很少受到照射。后装治疗机按照不同部位选用合适的“施源器”

通过腔道或组织间置入的方法将施源器紧贴在病变部位

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

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，所以给这种设备命名为近距离后装治疗机，简称后装机。施源器后装治疗的放射源

远距离后装治疗装置常用的三种放射源是钴-60，铯-137和铱-192。

当前后装治疗最常用的放射源是铱-192，这是由于该种放射性核素的γ

射线能量适中（～400keV）和高放射性比度。一、远距离60钴治疗机二、医用直线加速器三、近距离放射治疗机四、立体定向放射治疗系统五、模拟定位机立体定向放射治疗系统

要点：头部放疗使用头环与金点标记，通

过有创的固定方式，

与颅骨形成刚性结构，保证高度的重复性。一、远距离60钴治疗机二、医用直线加速器三、近距离放射治疗机四、立体定向放射治疗系统五、模拟定位机模拟定位机

定义：模拟放射治疗机的几何条件而定出照射部位的放射治疗辅助设备。本质是一台特殊的X线机。

作用：当病人被诊断患有肿瘤并决定施行放射治疗时，在放射治疗前要制定周密的放疗计划，然后在定位机上定出要照射的部位，并做好标记后应用到医用加速器或60钴治疗机上去执行放疗。CT模拟定位机在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。放射治疗的两种照射方式远距离放疗(外照射)，近距离放疗(内照射)微波传输方式分类行波、驻波常用的微波发生器磁控管、速调管直线加速器主流机型能量选择6MV射线作业复习第四章，预习第五章补充：什么是电离室？第3讲

医学超声成像技南方医术科术大学汇报人姓名主要内容超声成像基本原理——超声回波法医学超声设备的分类超声诊断仪的主要参数7/11/2023医学超声仪器原理讲义43Part

.01超声成像基本原理——超声回波法超声回波法把几兆赫至几十兆赫的高频声脉冲发射到生物体内，再接收反射波（回波），这种方法称为超声脉冲回波法。脉冲宽度：几微秒脉冲间隔：几百微秒（接收放大器处理回波的时间）脉冲回波法最早较早是应用于雷达和声纳。回波时间t、探测距离L的关系，c为声速7/11/2023医学超声仪器原理讲义457/11/2023医学超声仪器原理讲义467/11/2023医学超声仪器原理讲义47超声回医学波超声仪器法原理讲示义

意图7/11/202348仪器基本框图发射通道：时钟电路（同步脉冲发生器）、发射器（高频脉冲发生器）、换能器（探头）接收通道：接收换能器、射频放大器（RFA）、7/1检1/2023

波及抑制电路、视频医学超声放仪器原大理讲义器（UFA）49Part

.022医学超声设备的分类A型超声A型超声诊断仪因其回声显示采用幅度调制

(Amplitude

Modulation)而得名。A型显示是超声诊断仪最基本的一种显示方式，即在阴极射线管(CRT)荧光屏上，以横坐标代表被探测物体的深度，纵坐标代表回波脉冲的幅度，故由探头(换能器)定点发射获得回波所在的位置可测得人体脏器的厚度、病灶在人体组织中的深度以及病灶的大小。根据回波的其他一些特征，如波幅和波密度等，7/1还1/2023

可在一定程度上对病医学超声灶仪器原进理讲义行定性分析。517/11/2023医学超声仪器原理讲义52由于A型显示的回波图，只能反映局部组织的回波信息，不能获得在临床诊断上需要

的解剖图形，且诊断的准确性与操作医师

的识图经验关系很大，因此其应用价值已

渐见低落，即使在国内，A型超声诊断仪也很少生产和使用了。7/11/2023医学超声仪器原理讲义53M型超声7/11/2023医学超声仪器原理讲义54M型超声成像诊断仪适用于对运动脏器，如心脏的探查。由于其显示的影像是由运动回波信号对显示器扫描线实行辉度调制，并按时间顺序展开而获得一维空间多点运动时序（motion-time）图，故称之为M型超声成像诊断仪，其所得的图像也叫做超声心动图。7/11/2023医学超声仪器原理讲义557/11/2023医学超声仪器原理讲义56M型超声诊断仪发射和接收工作原理与A型有些相似，不同的是其显示方式。对于运动脏器，由于各界面反射回波的位置及信号大小是随时间而变化的，如果仍用幅度调制的A型显示方式进行显示，所显示波形会随时间而改变，得不到稳定的波形图。因此，M型超声诊断仪采用辉度调制的方法，使深度方向所有界面反射回波用亮点形式在显示器垂直扫描线上显示出来，随着脏器的运动，垂直扫描线上的各点将发生位置上的变动，定时地采样这些回波并使之按时间先后逐行在屏上显示出来。图中可以看出，由于脏器的运动变化，活动曲线的间隔亦随之发生变化，如果脏器中某一界面是577/1静1/2023

止的，活动曲线将变医学超声为仪器原水理讲义平直线。7/11/2023医学超声仪器原理讲义58M型超声诊断仪对人体中的运动脏器，如心脏、胎儿胎心、动脉血管等功能的检查具有优势，并可进行多种心功能参数的测量，如心脏瓣膜的运动速度、加速度等。但M型显示仍不能获得解剖图像，它不适用于对静态脏器的诊查。7/11/2023医学超声仪器原理讲义59B型超声7/11/2023医学超声仪器原理讲义60为了获得人体组织和脏器解剖影像，继A型超声诊断仪应用于临床之后，B型、P型、BP型、C型和F型超声成像仪又先后问世，由于它们的一个共同特点是实现了对人体组织和脏器的断层显示，通常将这类仪器称为超声断层扫描诊断仪。虽然B型超声成像诊断仪因其成像方式采用辉度调制(Brightness

Modulation)而得名，其影像所显

示的却是人体组织或脏器的二维超声断层图(或称

剖面图)，对于运动脏器，还可实现实时动态显示。7/11/2023医学超声仪器原理讲义617/11/2023医学超声仪器原理讲义62C型超声C型扫查，又称C型显示，“特定深度扫查”

(constant

depth

mode)。与B型扫查一样都是辉度调制的二维切面象显示方式，所不同的是B型扫查所获得的是超声波束扫查平面本身的切面象，即纵向切面象。可惜由于C型扫查的灵敏度较低，显象速度不易提高，使C型扫查技术的发展受到7/1限1/2023

制。医学超声仪器原理讲义

637/11/2023医学超声仪器原理讲义647/11/2023医学超声仪器原理讲义65D型超声D型超声成像诊断仪也即超声多普勒诊断仪，它是利用声学多普勒原理，对运动中的脏器和血液所反射回波的多普勒频移信号进行检测并处理，转换成声音、波形、色彩和辉度等信号，从而显示出人体内部器官的运动状态。超声多普勒诊断仪主要分为3种类型：即连续式超声多普勒(continuous

wave

doppler)成像诊断仪脉冲式超声多普勒(pulsed

wave

doppler)成像诊断仪实时二维彩色超声多普勒血流成像(color

doppler667/11/2023

flow

image)诊断仪。医学超声仪器原理讲义F型超声67F型扫查，又称F型显示。它与C型扫进原理上是相似的。区别仅在于：在扫查一幅图像的过程中，

C型扫查平面距探头的深度是不变的，而F型扫查面距探头的深度是一变量，不是一个常量。根据成像需要可作相应变动，从而可获得7/1斜1/2023

面、曲面的F型医图学超声仪像器原理讲义7/11/2023医学超声仪器原理讲义68P型超声7/11/2023医学超声仪器原理讲义69又称P型显示，它可视为一种持殊的B型显示，超声换能器置于圆周的中心，径向旋转扫查线与显示器上的径向扫描线作同步的旋转。主要适用于对肛门、直肠内肿瘤、食道癌及子宫颈癌的检查，亦可用于对尿道、膀胱的检查。P型超声诊断仪所使用的探头称为径向扫描探头，如尿道探头，直肠探头都属于径向扫描探头。扫

描时探头置于体腔内，如食道、胃或直肠等。7/11/2023医学超声仪器原理讲义707/11/2023医学超声仪器原理讲义71Part

.013超声诊断仪的主要参数主要参数7/11/2023医学超声仪器原理讲义73表征超声诊断仪性能的参数，从大的方面可分为三类，这就是：声系统参数

图像特性参数

电气特性参数在众多的参数中，我们只讨论其中几个主

要参数。声系统参数：声输出的强度、总功率等；

超声场的时频特性，如波型、持续时间、脉冲重复频率、脉冲形状、频率、脉冲带宽等；

声场分布特性，如换能器类型、波束形状、聚焦特性、景深等。7/11/2023医学超声仪器原理讲义74图像特性参数：分辨力；位置记录精度；深度测量精度；帧频；存贮器的容量；图像处理能力。7/11/2023医学超声仪器原理讲义75电气特性参数：灵敏度；增益及TGC指标；压缩特性及动态范围；显示器的动态范围；系统的带宽等。7/11/2023医学超声仪器原理讲义76Part

.02几个主要参数动态范围显示信号的最大水平与最小水平的比称为动态范围(Dynamic

Range,DR)，DR描述了信号幅度变化的大小，一般用分贝[dB]值表示。式中：Umax—信号最大值，Umin

—信号最小7/11/2值02378医学超声仪器原理讲义生物组织的声界面特性，组织吸收（超声衰减）特性及探测深度决定了信号的动态范围7/11/2023医学超声仪器原理讲义79因此动态范围DR通常由两个部分组成：声界面特性（声阻抗差）所确定的信号幅度变化（SDR）超声在组织传播过程中衰减所引起的信号幅度变化，超声传播衰减取决于组织特性（超声衰减系数

）与传播距离（L）由此超声回波总动态范围可写为：DR

=

2 L

+

SDR对动态范围的影响因素7/11/2023医学超声仪器原理讲义80超声在生物组织中传播所产生的全部回波；

超声发射功率、接受放大器的等效输入噪声；终端显示装置的动态范围；动态压缩方法时间增益控制——补偿传输衰减幅度增益控制——使有用信号相对压缩线形范围线性范围，一般指的是仪器中放大器线性范围，它给出放大器输入信号和输出信号之间成线性关系的区域。即Uo

=

KUi线性关系也用分贝值来表示式中：Umax—信号最大值，Umin

—信号最小值，可7/11/20见23线性放大器的线性医学范超声仪围器原理讲即义

是动态范围817/11/2023医学超声仪器原理讲义82当输出信号的最大幅度保持不变时，输入信号的线性范围将随着K值的减小而增大。7/11/2023医学超声仪器原理讲义83分辨率7/11/2023医学超声仪器原理讲义84分辨力指成像系统能分辨空间尺寸的能力，即能把两点区分开来的最短距离。超声显像仪的分辨力是衡量其质量好坏的最重要的指标，分辨力越高，越能显示出脏器的细小结构。7/11/2023医学超声仪器原理讲义85超声成像的分辨力有横向分辨力和纵向分辨力之分。前者是指垂直于超声脉冲束方向上的分辨力，后者是沿波束轴方向上的分辨力。这两种分辨力的大小差别很大，纵向分辨力总是优于横向分辨力。而且，垂直于波束轴的两个维上的横向分辨力也往往不同。影响横向分辨力和纵向分辨力的因素各不相同，7/11/2023医学超声仪器原理讲义86横向分辨力又称侧向分辨力，它表示区分处于声束轴垂直的平面上的两个物体的能力。超声波束直径尺寸直接影响横向分辨力，波束直径越细，能分辨的尺度越小，横向分辨力越高。7/11/2023医学超声仪器原理讲义87影响横向分辨率的因素显示荧光点尺寸的影响波束直径尺寸的影响

动态范围的影响7/11/2023医学超声仪器原理讲义887/11/2023医学超声仪器原理讲义897/11/2023医学超声仪器原理讲义90仪器的图像质量主要取决于横向分辨力。横向分辨力好，图像细腻，小结构就能显示清楚。横向分辨力主要由换能器的尺寸、形状、发射频率、聚焦等因素决定。当显示屏光点尺寸较大时，也会影响横向分辨力。此外，随着深度的增加，脉冲频谱中的各种频率成分的衰减情况也不同，这个因素也潜在地影响着横向分辨力。现代化的显像仪横向分辨力可优于2mm。7/11/2023医学超声仪器原理讲义91纵向分辨力又称轴向分辨力或距离分辨力，表示在声束轴线方向上对相邻两回声点的分辨力。纵向分辨力与发射超声频率有关，因为声波的纵向分辨力理论极限为声波的半波长。频率越高，波长越短。纵向分辨力与超声脉冲的持续时间有关，脉冲持续时间越短，即脉冲越窄，纵向分辨力越高。超声脉冲持续时间与发射电脉冲宽度及换能器阻7/1尼1/2023

有关。医学超声仪器原理讲义

92影响纵向分辨率的因素脉冲宽度的影响增益大小的影响7/11/2023医学超声仪器原理讲义937/11/2023医学超声仪器原理讲义947/11/2023医学超声仪器原理讲义95色散吸收对横向、纵向分辨率的影响7/11/2023医学超声仪器原理讲义96吸收与频率的关系——频率越高，吸收越强；频谱中心向低频偏移；波束变宽；前沿变坏；理想的情况下，工作频率越高，分辨率越高；生物组织的平均衰减系数接近1dB/cm·MHz；频率3MHz—深度20

cm—衰减60dB，94%频率10MHz—深度20

cm—衰减200dB，99.5%在大多数情况下，最佳工作频率就是超声波穿透深度不超过200个波长时就能达到被探测脏器的

那个频率；例如：频率为3MHz时，波长是0.51mm它能够像。7/1形1/2023

成102mm深处组织的医学良超声仪好器原理讲图义97带宽7/11/202398医学超声仪器原理讲义工作频率超声诊断仪的工作频率，根据两个方面因素作最佳的选择。首先，从分辨力的角度说，增高频率，可以改善分辨力。频率越高，波长越短，则波束的指向性越好（近场距离大，而发散角小），横向和纵向分辨力都能提高。其次，从穿透深度的角度来看，工作频率越高，则衰减成正比地增加，必然使探测深度减小。若7/1要1/2023

求较大的穿透深度，医学超声就仪器原得理讲义取较低的工作频率。99因此，在设计中不得不在工作深度与频率之间取合理的折衷。比如眼科应用中，所要求深度小，可以用高频率以提高分辨力，一般用10MHz。而

要穿透较大深度（如腹腔）时，则只能取较低工作频率。通用B型超声诊断仪的工作频率一般在

3.5MHz，有些诊断仪配有多种不同频率的的需要。7/1探1/2023

头以满足不同检医查学超声仪深器原理讲度义100常用超声诊断仪的超声频率；动态范围分辨率(波长mm)频率(MHz)10dB1.520dB2.530dB3.010.253.754.52.50.91.51.850.450.750.910学0.2750.3750.45作用距离（穿透深度）指仪器发射的超声波束可以穿透并能显示出回声图像的被测介质深度。超声医学成像系统的作用距离，通常要满足处于相当深度上的各种器官的成像需要，如腹部成像就需要有20cm的工作距离，而用于眼球的深度为

10cm。影响作用距离的主要因素是脉冲信号在传播途中的衰减，这是由于组织的吸收、反射、折射、散射等原因引起的。7/11/2023

医学超声仪器原理讲义

102要提高仪器的探测深度，有三个方面的途径。

降低工作频率。但降低工作频率，则分辨力也随之降低，这是一个限制。

提高接收机的灵敏度和扩大动态范围，使能接收较远距离的微弱的反射信号，但这要受到换能器噪声的限制，信噪比极限对诊断超声的最大穿透深度上的限制为300个波长左右。

加大发射功率，使远距离的微小声阻抗差也能产生较强反射，从而使更远距离的病灶也能被探测到，但要考虑安全剂量的限制。7/11/2023

考虑到各方面的指医标学超声，仪器原理应讲义合理选取作用距离。103脉冲重复频率7/11/2023医学超声仪器原理讲义104指脉冲工作方式超声仪器每秒钟重复发射超声脉冲的次数，即探头激励脉冲的频率。重复频率主要取决于所需探测的最大深度以及扫描的回扫时间。设最大深度L=20cm，超声速度c=1540/s，则探测最大深度所需时间为2L/c，最大重复频率为：7/11/2023医学超声仪器原理讲义105重复频率过高，会造成多重界面的重复反射而互相干扰，使回波图形混乱和模糊。通常选用频率在50~2000Hz之间。M型超声多采用1000次/s，脉冲持续时间1.5微秒。断层显像仪为了提高帧频，选用3000Hz7/11/2023医学超声仪器原理讲义106帧频7/11/2023医学超声仪器原理讲义107成像系统每秒钟可以成像的帧数称为帧频。动画显示：画面帧频必须达到一定的数目