浙江省计量院为全省医疗机构电子加速器开展计量性能评估

肿瘤放射治疗是利用放射线治疗肿瘤的一种局部治疗方法。放射线包括放射性同位素产生的α、β、γ射线和各类x射线治疗机或加速器产生的x射线、电子线、质子束及其他粒子束等。在CT影像技术和计算机技术发展帮助下，现在的放疗技术由二维放疗发展到三维放疗、四维放疗技术，放疗剂量分配也由点剂量发展到体积剂量分配，及体积剂量分配中的剂量调强。

日前，浙江省计量科学研究院对全省11个地市共20家医疗机构的在用医用电子加速器进行了为期2个月的计量性能评估调研工作。浙江省计量院专家现场帮助医疗机构对医用电子加速器进行调试，向医院质控物理师讲解医用电子加速器专业知识，强调定期检定、日常质控的重要性等。

医用加速器是生物医学上的一种用来对肿瘤进行放射治疗的粒子加速器装置。带电粒子加速器是用人工方法借助不同形态的电场，将各种不同种类的带电粒子加速到更高能量的电磁装置，常称“粒子加速器”，简称为“加速器”。 要使带电粒子获得能量，就必须有加速电场。依据加速粒子种类的不同，加速电场形态的不同，粒子加速过程所遵循的轨道不同被分为各种类型加速器。目前国际上，在放射治疗中使用最多的是电子直线加速器。

医用直线加速器按照微波传输的特点分为行波和驻波两类，其基本结构和系统，它包括电子枪、微波功率源(磁控管或者速调管)、波导管〔隔离器、RF(射频微波源)监测器、移相器、RF吸收负载、RF窗等〕、DC直流电源(射频发生器、脉冲调制器、电子枪发射延时电路等)、真空系统〔真空泵(钛泵)〕、伺服系统(聚焦线圈、对中线圈)、偏转系统(偏转室、偏转磁铁)、剂量监测系统、均整系统、射野形成系统等，分别安装于治疗头、固定机架、旋转机架、治疗床、控制台等处。

电子直线加速器是利用具有一定能量的高能电子(速度达到亚光速)与大功率微波的微波电场相互作用，从而获得更高的能量。这时电子的速度增加不大，主要是质量不断变大。(爱因斯坦相对论)。电子直接引出，可作电子线治疗。电子打击重金属靶，产生韧致辐射，发射X射线，作X线治疗。(原理与X光机相似，加速器使用透射靶。)一个最简单的电子直线加速器至少要包括，一个加速场所(加速管)，一个大功率微波源和波导系统，控制系统，射线均整和防护系统。当然市场上作为商品的设备要远比这些复杂，但这些基本部件都是必不可少的。

电子直线加速器涉及诸多学科和技术，如加速器物理、核物理、无线电、电工学、电子学、自动化控制、电磁学、微波技术、机械、精密加工、电子计算机、制冷、流体力学等。这里只简单介绍医用电子直线加速器的一般结构。不论是行波医用电子直线加速器，还是驻波医用电子直线加速器;不论是低能医用电子直线加速器，还是中高能医用电子直线加速器，尽管在结构上各有千秋，但基本结构是一致的。主要包括加速管、脉冲调制器、电子枪、微波系统、真空系统、稳频、温控及充气系统、射线束引出系统、治疗头、治疗床。

1.电子枪

电子枪是产生、加速及会聚高能量密度电子束流的装置，它发射出具有一定能量、一定束流以及速度和角度的电子束(又称电子注)。电子枪是电子发射系统的核心器件，电子注参数的好坏直接影响到加速管质量的高低。加速管对电子枪除要求其发射的电子注必须具有很好的层流外，还要求其发射的电子注具有一定的注入流强、注入电压、足够的射程以及一定的注入角和注腰半径等。

2.微波系统

电子直线加速器的微波系统由微波功率源和微波传输系统组成。微波源提供加速管建立加速场所需的射频功率，医用电子直线加速器一般采用S波段2998 MHz或2856 MHz的微波频率。作为微波源使用的有磁控管和速调管。行波医用电子直线加速器和低能驻波医用电子直线加速器使用磁控管作为微波功率源。磁控管是微波自激振荡器，体积小、重量轻、工作电压低，但其工作频率易漂移，因此需采用自动稳频系统，提高频率稳定度。中高能驻波医用电子直线加速器使用速调管作为功率源。速调管是微波功率放大器，可以提供更高的微波输入功率，但是其设备体积大，工作电压高，需要配置有低功率的微波激励源来驱动。虽然其工作频率比较稳定，但也需自动调频系统使其与负载变化保持一致。

3.束流传输系统

束流传输系统是为了电子在加速过程中的束流聚焦、束流导向和束流偏转移除而设置的自动控制系统。它可分为聚焦系统、导向系统和偏转系统三部分。

4.稳频、温控及充气系统

微波系统的附属系统有自动稳频系统，自动温控系统和波导充气系统。

微波自动稳频系统是为了协调微波源与加速管之间电磁振荡频率一致的重要环节。电子直线加速器应用的自动稳频系统一般有4种基本结构形式：晶振型、单腔型、双腔型和锁相型。

自动控温系统也是医用电子直线加速器中重要的组成部分，因为在医用电子直线加速器中，有许多的部件在工作时都要发出不同的热量，而这些部件只有在恒温条件下才能保证稳定工作。温度控制方式一般采用水循环强制冷却自动恒温系统。

波导充气系统是指给微波传输系统充以一定压强的特定气体的一套装置。充气的目的是为了增加波导管内气体分子的密度，以缩短气体分子的平均自由程，从而提高波导管的击穿强度阈值。防止微波功率传输时可能发生的波导管内打火现象。

5.真空系统

真空系统可以保持电子运动区域和加速管内的高度真空状态，一方面可以防止电子枪阴极中毒、钨丝材料的热子或灯丝氧化，另一方面可以避免加速管内放电击穿，还可以减少电子与残余气体的碰撞损失。

6.高压脉冲调整系统

在使用微波电场加速电子的加速器中，为了得到尽可能高的加速电场，瞬时微波功率很大，达到MW量级，因此微波源都是脉冲工作的。脉冲调制器是向这种微波源提供脉冲功率的电源，其工作原理是利用储能放电的原理形成高压脉冲，经脉冲调制器将该电压进一步放大后供微波功率源使用。

7.辐射系统

辐射系统的作用是按照需要对电子束进行X线转换和均整输出，或直接均整后输出电子射线，并对输出的X线或电子射线进行实时监测和限束照射。辐射头的基本结构：加速管安装在辐射头的上部，紧贴加速管引出窗的是靶，接下来分别是初级准直器、束流均整过滤器或散射箔、电离室、辐射野光学模拟系统、一对上准直器、一对下准直器、附件盘。

8.剂量监测系统

剂量监测系统由剂量监测电离室、剂量监测电路组成。

电子直线加速器最为广泛使用的剂量监测仪是永 久性安装在加速器里的透射电离室剂量仪。电离室位于辐射系统之内，安装在均整滤过器或散射箔与光子线的次级准直器之间，由若干片极片构成，其中有两对用于监测辐射野内相互垂直的两个方向的均整度，有一片用于监测辐射的能量变化，有两片用于检测辐射的吸收剂量。多数使用平板电离室，其大小应覆盖整个治疗射野，少数使用指形电离室。其功能是监测X射线、电子束的剂量率、积分剂量和射野的对称性、平坦度。

9.机械系统

机械系统是医用电子直线加速器的支撑机构，由基座、旋转机架、辐射头、治疗床等结构组成。现代医用电子直线加速器采用等中心原则的运动系统，即机架、辐射头及治疗床三者的旋转轴线交于一点，该点称为等中心，要求中心误差在±2 mm以内。

10.控制系统控制系统由以下几部分组成：

①各种电源。②连锁保护：包括水流、水温、水压、高压过载、微波功率源打火等各种保护。③自动控制：包括自动频率控制、自动剂量率控制、自动均整度控制、自动楔形过滤器控制、弧形旋转控制等。④正常治疗的程序控制：包括待机、预置、准备、出束、晨检等几种状态的程序控制。⑤安全连锁：保证设备安全的安全连锁、控制射线的安全连锁等。⑥安全接地和干扰屏蔽：电屏蔽、磁场屏蔽、电磁屏蔽等。

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