加速器(六)辐射系统

辐射系统目录辐射头功能X辐射系统电子辐射系统常见辐射头结构校准方法一、辐照头功能运用射线调制技术，将加速管产生的自然分布的辐射束流转换为满足临床需要的具有一定均匀性和对称性要求的辐射束流；应用射线准直部件，将辐射束流限制在一定的照射区域内，得到临床需要的不同尺寸的辐射野。二、X辐射系统移动靶机构均整过滤器机构电离室楔形板或铅挡块楔形角度不同，楔形因子不同1、X射线靶分固定式和移动式两种：对只提供X射线的低能医用电子直线加速器，靶组件是固定式的，通常是与加速管焊接在一起的。对可提供X射线和电子束两种辐射质的医用电子直线加速器（一般为中高能机），均采用移动式靶机构。移动式靶组件又分内置式和外置式两种形式。内置式其靶组件的主体在偏转盒内引出窗上方真空区域内，外置式则在引出窗下方非真空区域。移动式靶组件设置有多个工位，总体上分X射线和电子束两大工位类型：X射线工位上焊接有重金属靶块，其作用是将从加速管直接或经偏转系统引出的电子束通过轰击重金属靶产生韧致辐射形成最初的X辐射线束。电子束工位一般为中空的通道或在通道中焊接有一层轻金属箔，其作用是让从加速管直接或经偏转系统引出的电子束无阻拦地或经过一定程度初级散射后通过。为获得高的X射线产额，靶材料均选用高Z（原子序数）材料，即重金属材料。如钨、金等。当电子束打靶能量≥10MeV，就会产生中子射线，即中子污染。内置靶引出窗靶移动气缸偏转系统的偏转盒2、X辐射准直系统术语：准直系统：产生一定形状轮廓辐射野的部件称为准直系统规则野准直系统：产生规则形状（方形、矩形或圆形）轮廓辐射野的部件称为规则野准直系统

X辐射规则野准直系统包括：初级准直器次级准直器附加准直器2.1初级准直器(PrimaryCollimator)：形状为圆锥形孔的准直器又称初级准直锥，安装在电子引出窗（或靶）下方，为电子辐射和X辐射所共用。作用：一方面它决定了该加速器所能提供的最大辐射野范围，另一方面，它阻挡了最大辐射野范围外的由辐射源产生的初级辐射。设计原则：材料：钨合金、贫化铀、铅锥孔的确定：距源100cm处直径为49.5cm的圆形辐射野，该圆形区域称为M区域。（初级准直器半锥角约为14°）准直锥上孔直径：辐射源的直径限制在直径4mm以内位置2.2次级准直器(SecondaryCollimator)由上下两层光阑组成，两层光阑垂直交叉布局，四个光阑的工作面在空间形成四棱锥体，对辐射束加以准直。俗称上下光阑根据开合运动的对称性分类：a．对称准直系统b.非对称准直系统

a．对称准直系统每对光阑只能同时相向闭合或相离打开。通过上下两对光阑的开合运动，可形成相对于辐射束轴对称的方形辐射野或矩形辐射野。

b.非对称准直系统-独立准直器每块光阑可以独立运动，也可成对联动，光阑还可穿过束流轴线。称之为非对称准直系统（有的设计保留一对对称光阑）非对称准直系统应用主要用于常规矩形野照射、半野（切线野）照射、可扩展进行动态楔形照射。当一侧矩形准直器恰好位于射线中心轴的位置时，由此形成切线射野。设计原则材料：钨、铅、贫化铀为了减少X射线在准直器侧壁的散射和准直器边缘部分的透射半影，光阑的内侧面应与射线的发射方向相切。光阑的厚度要足够厚，以确保x射线穿过准直器的透射量应小于中心射线强度的2％。辐射野光学模拟系统X线源靶点灯光反光镜灯光过滤罩光源系统：模拟（点）光源、反光镜模拟（点）光源：安装于准直器侧面，便于观察和调节调整光源X.Y两方向和光源距离的调节，调节后螺钉固定注意：由于受辐照的影响，应不定期更换镜片，使用时间取决于照射量多少。遮光板由于加速管靶点尺寸、光源尺寸、射线和光线的复杂性、制造误差等因素的影响，通常光野常常比射野略大，特别是上光阑，为了改善光射野的重合性，在光阑下表面增加一薄片，称之为遮光板。铝、薄铜片遮光板2.3附加准直器立体定向或适形放射治疗圆形准直器多叶准直器多叶准直器适形调强调强与适形治疗的剂量分布的主要区别是：调强可使靶区内剂量分布达到预定目标函数的要求2.4X辐射的均匀分布标准术语：(1)X辐射野的均整度(2)X辐射野的对称性3.1X辐射野的均整度定义：是指在一个辐射野的限定部分内，最高与最低吸收剂量之比。测量时使标准体模入射面与辐射束轴垂直，并在其特定深度与规定的辐射条件下测量吸收剂量。X射线辐射野均整区的划分：上图中ｄｍ、ｄｄ数值：表中的LＦ为方形射野边长射野边长ＬF（ｃｍ）ｄｍｄｄ５≤ＬＦ≤101ｃｍ2ｃｍ10＜ＬＦ≤300.1ＬＦ0.2ＬＦ30＜ＬＦ3ｃｍ6ｃｍx辐射野均整度的要求：在标准试验条件下，在吸收剂量率的全部范围内，对应每一标称能量，测量辐射野内最大吸收剂量点与辐射野内最小吸收剂量点吸收剂量的比值：a．对5cm×5cm至30cm×30cm辐射野，不得大于106％；b．对大于30cm×30cm至最大方形野，不得大于110％；图例：2.4.1X辐射野的对称性定义：是指均整区域内对称于射线束轴的任意两点吸收剂量之最大比值。Ｘ辐射野对称性的要求：在标准试验条件下，对大于5cm×5cm的所有辐射野，均整区域内对称于射线束轴的任意两点吸收剂量之最大比值(大值比小值)不得大于103％。

2.4.2X辐射角分布图移动靶机构电离室初级准直器均整过滤器eX射线主强度方向是：电子前进的轴线方向。X射线能谱:≤打靶电子能量的连续能谱0电子束最大能量

均整过滤器的作用：使角度分布的Ｘ辐射“均整”成强度均匀分布的射线(1)单均整过滤器单均整过滤器是一块用一种高原子序数材料制成的锥形圆盘，厚度较薄，所占空间体积小。只有一档能量X辐射时使用(2)复合均整过滤器对于高能x辐射，如果全用高原子序数材料中子产额较高。如果全用低原子序数材料势必要有很高的厚度，所占空间体积大，并因锥角尖锐对安装位置误差铰敏感。用于低能X辐射时，如果全用低原子序数材料，在较浅深度处均整度变坏。对于高能加速器，单均整过滤器不易同时满足不同能量X辐射均整的要求。复合均整过滤器是用高原于序数材料和低原子序数材料两种组合而成，以低原子序数材料为主，常和复合靶配合使用。（3）打靶位置、方向对ｘ辐射均整的影响：2.5、产生Ｘ辐射楔形分布的方法（一）楔形角（二）楔形因子（三）楔形过滤器

(一)楔形角定义：在标准源皮距条件下，水体模表面射野大小为10cm×10ｃm，在参考深度处（取ｄ＝10cm）的等剂量曲线与1/2射野宽的两个交点连线与通过射野中心轴在参考深度处的垂线的夹角（二）楔形因子定义：在参考深度处(一般取楔形角定义的参考深度，即d＝10cm)，射野大小为10cm×10cm，加与不加楔形板时射野中心轴上该点剂量率之比。

（三）楔形过滤器临床作用：组织补偿：患者体表面的倾斜多照射野使靶区获得均匀的剂量分布：(三)楔形过滤器按形成剂量分布的方法分类：1．固定角度楔形过滤器2．动态楔形过滤系统1．固定角度楔形过滤器：15°,30°,45°和60°楔形角物理楔形板用平射野和60°楔形射野按一定剂量比例混合分两次照射可形成所0~60°间任意楔形角度的等剂量分布。2、动态楔形过滤系统DynamicWedge用计算机控制非对称准直系统的其中一对光阑的某一侧钨门，按特定的方式运动，来实现楔形剂量分布，形成虚拟楔形射野。动态楔形剂量分布的形成：将剂量分布转化为一个对称全射野和一系列非对称子射野楔形角取决于子射野的MU值三、电子辐射术语：（1）电子辐射野的均整度（2）电子辐射野对称性3.1电子辐射野均整度与X辐射野均整度定义有所不同，它用主轴（X/Y)上某条等剂量线与辐射野边界的距离来表征。电子辐射野的均整度要求：在标准试验条件下，对每一标称能量及不小于5cm×5cm的所有电子辐射野：a．在基准深度(90%)处，两个主轴上80％等剂量曲线与几何射野投影边的距离应不大于15mm。b，在标准测试深度(Rp/2)处，两个主轴上90％等剂量曲线与几何射野投影边的距离应不大于10mm，在两个对角线上90％等剂量曲线与几何射野投影边的距离应不大于20mm。PDD曲线等剂量曲线图（主轴面、两深度平面）3.2电子辐射野对称性定义：为对称于辐射束轴的任意两点吸收剂量之比。电子辐射野对称性的要求在标准测试深度，90%等剂量线内推1cm的均整区域内对称于辐射束轴的任意两点的吸收剂量（为不大于1cm2面积内的平均值）之比（大比小）不得大于105%。3.3电子线散射过滤器加速管引出束流为直径大约为2mm笔型束，该类型的电子束流不能直接用于临床治疗。为了在一定的治疗距离和一定的辐射野大小范围内获得较为均匀的剂量分布。采用在电子束流的引出口下方附加散射过滤器的方法，对笔型束流的角度分布进行扩展和散射电子线散射过滤器与X射线均整过滤器作用类似。其作用是将电子束强度的不均匀自然分布散射过滤为符合临床治疗要求的均匀分布。工作原理与X射线均整过滤器不同。它是利用单一方向高速运动的电子在金属箔（一般为铜或铝）里与金属原子发生弹性或非弹性碰撞，其结果是增加了电子横向运动分量，运动方向发生了改变，即所谓的散射效应。大量电子作用的结果就使得电子束的强度分布从不均匀的自然分布变为均匀分布。为增强电子束的散射效果，达到更好的均匀分布，可以采用复合散射过滤器。即两种或两种以上金属材料组成的散射过滤器。(1)单散射过滤器单散射过滤器由单一材料制成，通常用重金属材料如铅或铜制成。为了达到一定的散射效果，需要散射过滤器有一定的厚度；但过厚会附加能量损失和产生X辐射污染。准直：需配接触式限光筒使用(2)复合散射过滤器应用双散射过滤器并适当地选择其厚度和形状可以明显地改变电子束流的均整质量，且散射过滤器的总厚度比用单个散射过滤器时要薄的多，有利于降低电子束流的能量损失和能量的分散，改善了深度剂量分布特征，增加了剂量率和能量的均匀性。准直：即可使用非接触式限束器，也可使用接触式限束器用散射箔对电子束均整的三种类型单散射过滤器单散射过滤器复合散射过滤器3.4电子束辐射系统实例限光筒270O偏转磁铁初级散射泊次级散射泊初级准直锥电离室上光阑

下光阑可治疗用电子束辐射场应用Beam程序，蒙特卡罗模拟计算图应用Beam程序，蒙特卡罗模拟计算图四、典型加速器辐射头结构加速器辐射头结构形式大致分为三类：单光子低能加速器辐射头直束双线低能加速器辐射头中高能加速器辐射头4.1单光子低能加速器辐射头结构加速管、靶初级准直锥均整过滤器穿透型平板电离室辐射野光学模拟系统光阑系统十字线加速管后铅屏蔽加速管的安装与调整加速管安装在一吊篮上调节吊篮的水平角度可调节束流角度，水平移动吊篮可调节加速管靶点的位置；用波导支架固定加速管波导，防止加速管充气时受力。注意：调节时，要先放掉波导气体，松开软波导夹板，防止加速管调节时受力。4.2直束双线加速器辐射头结构限光筒270°偏转磁铁初级散射泊次级散射泊初级准直锥电离室上光阑

下光阑可治疗用电子束辐射场eeXe4.3Siemens中高能加速器辐射头结构Varian2100c高能加速器辐射头结构5、校准方法日常校准是确保机器保持正常使用精度的唯一方法。正确有效的方法可事半功倍。X辐射规则野的性能误差要求：由于辐射束是不可见光，常使用光野模拟照射野摆位，如果机器指定的范围与实际照射的范围不一致，会使靶区有的部分被漏掉照射，严重的还能照射到附近的要害器官。1、对辐射束轴偏移的规定：辐射束轴相对等中心点的偏移(+/-2mm)。2、对辐射野边界偏离的规定：光野与辐射野边之间的容许偏差(+/-2mm)。基本校准项目-4项十字线校准光野校准机架旋转等中心校准射野与光野的一致性校准

5.1十字线校准作用：由于辐射束轴线是不可见的，因此必须配有指示的射入患者表面处辐射束轴位置的装置。一组垂直相交、拉紧的弹性钢丝校准方法一、（跳动法）

确认十字线拉紧；将机械前指针针尖朝上放置在治疗床的准直器下方；将准直器旋转至90度；升床、移动机械前指针，让针尖接近十字线的交叉点；旋转准直器至270度，检查针尖是否与十字线交叉点重合；如果距离大于0.3mm（目测估计），请调整十字线框位置，使偏差距离缩小至一半；直至符合要求。校准方法二、（投影法）

使用条件：假定十字线位于旋转轴上确认无十字线松动断裂、螺钉松动现象；故障发生前，十字线投影旋转中心符合要求。

原理图十字投影旋转轴5.2光野校准十字线校准的投影法射野光学模拟系统5.3机架旋转等中心校准机架、治疗头旋转轴：加工保证、无需调整需要校准是光学指示误差：十字线、射野灯设备校准时，需要找出等中心点步骤首先光野校准；治疗头置于0度，机架置于0度；在治疗床面上放置一参考指针，指针伸出床面的前端；调整床面高度，使