醫(yī)用直線加速器的安裝與質(zhì)量控制

北京大學(xué)第三醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程處，北京 100191

醫(yī)用直線加速器的安裝與質(zhì)量控制

王冬，田金，許鋒

北京大學(xué)第三醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程處，北京 100191

本文以醫(yī)科達Axesse為例介紹行波直線加速器的安裝與調(diào)試方法，以及在日常使用中以國家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)開展的質(zhì)量控制工作，并列出了日常質(zhì)量控制的檢測周期項目和性能指標(biāo)。

醫(yī)用直線加速器；電子線；X射線；放射治療

0 前言

醫(yī)用直線加速器是指用于腫瘤放射治療的微波電子直線加速器[1]，該設(shè)備可以產(chǎn)生電子線和X射線兩種治療束，每種治療束分為不同的能量檔，廣泛地應(yīng)用于各種腫瘤疾病的放射治療。隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，腫瘤放療科室對設(shè)備精度和能量準(zhǔn)確性的要求越來越高，因此從加速器的安裝調(diào)試環(huán)節(jié)開始，就應(yīng)該嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，并且在日后的臨床應(yīng)用中要以國家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)開展質(zhì)量控制工作。下面以醫(yī)科達Axesse直線加速器為例，介紹直線加速器的基本結(jié)構(gòu)、安裝調(diào)試的方法及其質(zhì)量控制。

1 醫(yī)用直線加速器的基本結(jié)構(gòu)及安裝調(diào)試

醫(yī)用直線加速器是集光、機、電、水、氣一體化的大型復(fù)雜精密設(shè)備，按所采用的加速電磁場形態(tài)的不同，該類設(shè)備可以分為行波直線加速器和駐波直線加速器。

行波直線加速器由加速管、微波功率源、微波傳輸系統(tǒng)、電子注入系統(tǒng)、脈沖調(diào)制系統(tǒng)、束流系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、電源分配控制系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)等組成[1-2]，結(jié)構(gòu)框圖，見圖1。

圖1 醫(yī)用行波直線加速器結(jié)構(gòu)框圖

1.1 加速管

行波直線加速器的加速管采用一段盤荷波導(dǎo)，是由在一段光滑的圓形波導(dǎo)管中按一定的規(guī)律放置具有中間束流孔的圓形盤片組成。微波在盤荷波導(dǎo)中傳播的速度（相速度）與盤荷波導(dǎo)內(nèi)徑、金屬膜片孔徑、膜片的間距和膜片厚度等參數(shù)有關(guān)[3-4]，通過調(diào)節(jié)這些參數(shù)來控制相速度以滿足同步加速的條件。加速管需工作在真空環(huán)境中，真空的作用是：避免加速管內(nèi)放電擊穿，防止電子槍陰極燈絲氧化，減少電子與殘余氣體的碰撞損失[5]。在安裝之前要對機頭部分采取防碰撞措施，安裝過程中至少要有一人在鼓式機架后引導(dǎo)加速管的安裝，防止因碰撞導(dǎo)致部件損壞。加速管安裝后要裝配相應(yīng)的配重塊，以達到整機平衡。加速管是通過6個螺栓固定在鼓式機架上，螺栓扭矩要達到300 nm。主配重固定螺栓扭矩要達到200 nm，不同部位的輔助配重固定螺栓扭矩要達到40 nm或100 nm。加速管的安裝示意圖，見圖2。

圖2 加速管安裝示意圖

1.2 微波功率源

微波功率源采用磁控管，磁控管是一種特殊的二極管，除了具有陽極和陰極外，還具有外加的磁場。磁控管利用磁場控制陽極電流從而產(chǎn)生微波振蕩，可以工作在脈沖狀態(tài)或連續(xù)狀態(tài)。在脈沖工作狀態(tài)下，陽極施加的是高壓脈沖，輸出脈沖功率可以比平均功率大近千倍。磁控管的原理圖，見圖3。影響磁控管工作頻率的因素很多，如諧振腔的等效電感、電容等。為了得到最佳的束流輸出，必須對磁控管的工作頻率進行調(diào)整，用于改變磁控管振蕩頻率的裝置叫做調(diào)諧機構(gòu)。安裝之前要用無絨布清潔磁控管的輸出窗，防止污物影響磁控管的壽命和穩(wěn)定性。磁控管安裝中固定螺栓先簡單固定，以滿足接冷卻水管過程中可以微調(diào)磁控管位置保證不漏水，完成后上緊螺栓。

圖3 磁控管原理圖

1.3 多葉準(zhǔn)直器

多葉準(zhǔn)直器（MLC）現(xiàn)已成為醫(yī)用直線加速器的標(biāo)準(zhǔn)配置。在加速器旋轉(zhuǎn)照射過程中，可通過MLC調(diào)節(jié)射野形狀，使之跟隨靶區(qū)（PTV）的投影形狀[6]。利用多對獨立控制的光闌葉片，在計算機的控制下可形成不規(guī)則照射野或更接近腫瘤形狀的適形照射野。醫(yī)科達Axesse加速器采用80對葉片代替了Y方向的常規(guī)光闌，在其后面還有一對較薄的備份光闌，用于減少漏輻射。這種準(zhǔn)直器的優(yōu)點是葉片靠近放射源得到相同射野大小時，MLC葉片運動的范圍較小，同時葉片的長度可縮短，使得MLC的結(jié)構(gòu)緊湊。其缺點是葉片安裝難度大、遠離等中心，同時安裝要求嚴(yán)格[7]。多葉準(zhǔn)直器圖，見圖4。MLC位于小機頭中，吊裝小機頭前去除防護板和可活動部分，同時需固定鼓式機架防止轉(zhuǎn)動。小機頭安裝后再固定活動部分，如伸縮式光學(xué)組件等。安裝完成后要去除鼓式機架旋轉(zhuǎn)固定裝置，保證正常轉(zhuǎn)動。

圖4 多葉準(zhǔn)直器

2 醫(yī)用直線加速器的質(zhì)量控制

放射治療的質(zhì)量保證是指經(jīng)過周密計劃而采取的一系列必要措施，保證放射治療整個過程中的各個環(huán)節(jié)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確安全地執(zhí)行。其質(zhì)量保證有兩個重要內(nèi)容：質(zhì)量評定，即按照一定標(biāo)準(zhǔn)度量和評價整個治療過程中的治療效果；質(zhì)量控制，即采取必要的措施保證質(zhì)量的執(zhí)行，并不斷修改治療過程中的某些環(huán)節(jié)，達到更高的質(zhì)量保證水平[8]。醫(yī)用直線加速器屬三類醫(yī)療器械，其安全性和有效性必須嚴(yán)格控制，GB/T 19046-2003、Task Group 142 report和廠家說明書為加速器的質(zhì)量控制工作提供了依據(jù)[9-12]。質(zhì)量控制的具體實施方案總結(jié)分別在每周、每月、每半年和每年的質(zhì)控項目和誤差范圍等各表中。醫(yī)用直線加速器關(guān)鍵參數(shù)要輸入到治療計劃系統(tǒng)和設(shè)備設(shè)置中，以此為基準(zhǔn)計算和調(diào)整設(shè)備，開展放射治療。其關(guān)鍵參數(shù)包括：等中心、電子線X線劑量、均整度和對稱性等，這些參數(shù)包含在周檢項目中（表1）。

表1 每周質(zhì)量控制

在周檢的基礎(chǔ)上，直線加速器的某些參數(shù)需要進行月檢（表2）及每半年的質(zhì)量控制（表3）。

表2 每月質(zhì)量控制

表3 每半年質(zhì)量控制

表4 每年質(zhì)量控制

隨著設(shè)備在使用過程中的損耗，一些參數(shù)也要進行每年1次的質(zhì)量控制（表4）。

綜上所述，本文以醫(yī)科達Axesse為例，重點介紹了醫(yī)用行波直線加速器的關(guān)鍵部件、安裝調(diào)試和質(zhì)量控制。關(guān)鍵部件包括：加速管、微波功率源和多葉準(zhǔn)直器等。同時根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和廠家說明書，列出了日常質(zhì)量控制的檢測周期、項目和性能指標(biāo)。只有對醫(yī)用直線加速器進行全生命周期的設(shè)備管理，才能保證設(shè)備在使用過程中的精確、有效，保證患者的醫(yī)療安全。

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Installation and Quality Control of Medical Linear Accelerator

WANG Dong，TIAN Jin，XU Feng
Medical Engineering Department, Peking University Third Hospital, Beijing 100191, China

Medical linear accelerator is an important equipment used in tumor radiotherapy. This paper introduces the installation and adjustment of travelling wave linear accelerator, taking Elekta Axesse as an example. At the same time, routine quality control was developed according to the national standard, including testing cycle project and performance indicators.

medical linear accelerator; electron beam; X-ray; radiotherapy

TL53

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.08.023

1674-1633(2013)08-0063-03

2013-03-26

作者郵箱：bysy_wd@126．com