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 WaysTIAN 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，成本也就越高。

目前国内的MLC一般只有30多对叶片，但国外，已经出现了100对叶片以上的MLC系统。

① 静态MLC调强（SMLC）静态调强是由逆向调强计划系统根据临床数据将各个射野要求的强度分布进行分级，利用MLC将每个照射野分成若干个子野，每个子野内的强度是均匀的。

优化计算赋予每个子野不同的权重，所有射野的子野都被优化，由此产生期望的治疗计划。

治疗时各个子野分步按顺序进行，在实施治疗过程中，叶片运动到第一个子野规定的位置停下，加速器出束，达到规定MU停下，然后叶片运动到下一个子野的规定位置停下后加速器再出束；如此进行下去，使得每个子野的强度累加，直到完成整个射野，所有子野的束流强度相加形成要求的强度分布。

一般来说，希望尽量减少子野数目、叶片运动次数和MU数以便保证剂量传送的精度，但是子野太少剂量分布就达不到调强的要求。

MLC静态调强在每个子野照射结束后必须关断射线才能转到下一个子野，由于加速器射线的开关动作，带来剂量率的稳定问题，从而对AFC系统提出了较高的要求。

静态调强剂量验证比较容易，但是需要的治疗时间比较长。

②动态MLC调强（DMLC）这种调强是利用MLC相对应的一对叶片的相对运动来实现对射野内强度的调节的。

大致包括：动态叶片、动态MLC扫抽、动态弧形调强等方法。

它是在动态叶片运动技术的基础上辅以加速器笔形束输出强度的调节，通过控制叶片运动的速度和改变输出强度的方法来达到要求的强度分布。

在每个射野的照射过程中，由计算机系统按照调强计划给出的数据进行控制，在各对叶片作变速运动时，加速器不停地以变化的剂量率出束，由此得到所要求的强度分布。

治疗时每对叶片构成一个窗，它们在计算机控制下横扫过靶区。

窗的开口和叶片运动速度都按照预定的方案不断调节，以便产生需要的强度分布。

这也同样决定于滑窗轨迹之下的治疗区内各点的吸收剂量。

在计划过程中计算机用一种算法将叶片位置作为每个射野出束时间的函数，将需要的强度分布转换为叶片位置。

动态调强的技术特点是：一对相对的叶片总是向一个方向运动，并在运动过程中不断形成各种形状的窗口（即子野）扫过靶区。

一般动态调强的每个射野都由上百个子野组成，滑窗开口的设置及每对叶片任何时刻都由一个程序控制。

在相对的叶片之间的窗口开到最大时，使用最大的叶片速度，这样可以缩短治疗时间。

需要参与射束传输的叶片数目取决于靶区的长度，靶区越长涉及的叶片就越多。

这种调强方法治疗需要的时间比较短，然而剂量验证工作比静态调强困难得多。

2、容积调制弧形治疗（VMAT）容积调制弧形放疗可以认为是由IMRT和弧形放疗两者结合发展出来的一种新型的放疗技术。

通过加速器内置的标准MLC将动态MLC与弧形治疗技术相结合，用旋转射束来实现优化的剂量分布。

用这种技术同样要先制定调强治疗计划，人为地选择弧形射野数目及入射角度，再由计划系统对射束的权重进行优化，优化计算出临床要求的强度分布，再转换为MLC的驱动文件。

在治疗过程中，机架围绕患者旋转，MLC叶片位置每隔10°变化一次以便跟随靶区形状，并与楔形板结合使用多共面或非共面弧形照射野。

最终的计划结果被输入到叶片序列发生器，这个发生器直接复制每个射束的MU数并通过MLC形成射束。

这样的MLC处方被传送到MLC控制器用于驱动叶片。

在出束期间有程序控制加速器实施弧形治疗，同时控制MLC动态地逐步完成一系列射野形状。

所有弧形射野的累计剂量分布与计划期望的分布一致从而达到调强的目的。

当机架围绕患者旋转时加速器是出束的，因此射束角相邻的照射野不应该要求MLC的叶片运动很长距离。

在多数临床病例中，各个角度之间的射野形状变化也是缓慢的。

为了缩短出束时间，可以用治疗机最高的剂量率配以最大的机架放置速度；偶尔由于MLC叶片速度的限制也会要求治疗过程中改变机器剂量率以避免治疗时出束暂停的现象。

目前只用VMAT主要用来治疗头颈部肿瘤，而且多数患者还是在1~3个弧形角度射野内进行这种治疗。

ELEKTA已经将这种技术与IGRT结合起来推广，可以用来治疗体部肿瘤。

3、特殊的IMRT技术：采用步进或螺旋式连续进床方式的扇形束断层调强旋转治疗。

① 步进式断层调强治疗（美国NOMOS公司的Peacock系统）：步进式断层调强是利用C型医用加速器和NOMOS公司的孔雀系统(Peacock)来进行的。

孔雀系统包括一台专门设计的调强准直器，叫做MIMiC。

它是一台电动气动式装置，可以通过附件插槽安装到加速器机头形成细长的矩形射野，叫做扇形束。

在机架放置时，利用MIMiC的开关（ON ,OFF）运动，实现调强治疗。

MIMiC由两组40个叶片组成，每组20片，相对排列。