医用直线加速器的安装与质量控制

北京大学第三医院 医学工程处，北京 100191

医用直线加速器的安装与质量控制

王冬，田金，许锋

北京大学第三医院 医学工程处，北京 100191

本文以医科达Axesse为例介绍行波直线加速器的安装与调试方法，以及在日常使用中以国家标准为依据开展的质量控制工作，并列出了日常质量控制的检测周期项目和性能指标。

医用直线加速器；电子线；X射线；放射治疗

0 前言

医用直线加速器是指用于肿瘤放射治疗的微波电子直线加速器[1]，该设备可以产生电子线和X射线两种治疗束，每种治疗束分为不同的能量档，广泛地应用于各种肿瘤疾病的放射治疗。随着医疗技术的发展，肿瘤放疗科室对设备精度和能量准确性的要求越来越高，因此从加速器的安装调试环节开始，就应该严把质量关，并且在日后的临床应用中要以国家标准为依据开展质量控制工作。下面以医科达Axesse直线加速器为例，介绍直线加速器的基本结构、安装调试的方法及其质量控制。

1 医用直线加速器的基本结构及安装调试

医用直线加速器是集光、机、电、水、气一体化的大型复杂精密设备，按所采用的加速电磁场形态的不同，该类设备可以分为行波直线加速器和驻波直线加速器。

行波直线加速器由加速管、微波功率源、微波传输系统、电子注入系统、脉冲调制系统、束流系统、真空系统、水冷系统、电源分配控制系统和应用系统等组成[1-2]，结构框图，见图1。

图1 医用行波直线加速器结构框图

1.1 加速管

行波直线加速器的加速管采用一段盘荷波导，是由在一段光滑的圆形波导管中按一定的规律放置具有中间束流孔的圆形盘片组成。微波在盘荷波导中传播的速度（相速度）与盘荷波导内径、金属膜片孔径、膜片的间距和膜片厚度等参数有关[3-4]，通过调节这些参数来控制相速度以满足同步加速的条件。加速管需工作在真空环境中，真空的作用是：避免加速管内放电击穿，防止电子枪阴极灯丝氧化，减少电子与残余气体的碰撞损失[5]。在安装之前要对机头部分采取防碰撞措施，安装过程中至少要有一人在鼓式机架后引导加速管的安装，防止因碰撞导致部件损坏。加速管安装后要装配相应的配重块，以达到整机平衡。加速管是通过6个螺栓固定在鼓式机架上，螺栓扭矩要达到300 nm。主配重固定螺栓扭矩要达到200 nm，不同部位的辅助配重固定螺栓扭矩要达到40 nm或100 nm。加速管的安装示意图，见图2。

图2 加速管安装示意图

1.2 微波功率源

微波功率源采用磁控管，磁控管是一种特殊的二极管，除了具有阳极和阴极外，还具有外加的磁场。磁控管利用磁场控制阳极电流从而产生微波振荡，可以工作在脉冲状态或连续状态。在脉冲工作状态下，阳极施加的是高压脉冲，输出脉冲功率可以比平均功率大近千倍。磁控管的原理图，见图3。影响磁控管工作频率的因素很多，如谐振腔的等效电感、电容等。为了得到最佳的束流输出，必须对磁控管的工作频率进行调整，用于改变磁控管振荡频率的装置叫做调谐机构。安装之前要用无绒布清洁磁控管的输出窗，防止污物影响磁控管的寿命和稳定性。磁控管安装中固定螺栓先简单固定，以满足接冷却水管过程中可以微调磁控管位置保证不漏水，完成后上紧螺栓。

图3 磁控管原理图

1.3 多叶准直器

多叶准直器（MLC）现已成为医用直线加速器的标准配置。在加速器旋转照射过程中，可通过MLC调节射野形状，使之跟随靶区（PTV）的投影形状[6]。利用多对独立控制的光阑叶片，在计算机的控制下可形成不规则照射野或更接近肿瘤形状的适形照射野。医科达Axesse加速器采用80对叶片代替了Y方向的常规光阑，在其后面还有一对较薄的备份光阑，用于减少漏辐射。这种准直器的优点是叶片靠近放射源得到相同射野大小时，MLC叶片运动的范围较小，同时叶片的长度可缩短，使得MLC的结构紧凑。其缺点是叶片安装难度大、远离等中心，同时安装要求严格[7]。多叶准直器图，见图4。MLC位于小机头中，吊装小机头前去除防护板和可活动部分，同时需固定鼓式机架防止转动。小机头安装后再固定活动部分，如伸缩式光学组件等。安装完成后要去除鼓式机架旋转固定装置，保证正常转动。

图4 多叶准直器

2 医用直线加速器的质量控制

放射治疗的质量保证是指经过周密计划而采取的一系列必要措施，保证放射治疗整个过程中的各个环节按相关标准准确安全地执行。其质量保证有两个重要内容：质量评定，即按照一定标准度量和评价整个治疗过程中的治疗效果；质量控制，即采取必要的措施保证质量的执行，并不断修改治疗过程中的某些环节，达到更高的质量保证水平[8]。医用直线加速器属三类医疗器械，其安全性和有效性必须严格控制，GB/T 19046-2003、Task Group 142 report和厂家说明书为加速器的质量控制工作提供了依据[9-12]。质量控制的具体实施方案总结分别在每周、每月、每半年和每年的质控项目和误差范围等各表中。医用直线加速器关键参数要输入到治疗计划系统和设备设置中，以此为基准计算和调整设备，开展放射治疗。其关键参数包括：等中心、电子线X线剂量、均整度和对称性等，这些参数包含在周检项目中（表1）。

表1 每周质量控制

在周检的基础上，直线加速器的某些参数需要进行月检（表2）及每半年的质量控制（表3）。

表2 每月质量控制

表3 每半年质量控制

表4 每年质量控制

随着设备在使用过程中的损耗，一些参数也要进行每年1次的质量控制（表4）。

综上所述，本文以医科达Axesse为例，重点介绍了医用行波直线加速器的关键部件、安装调试和质量控制。关键部件包括：加速管、微波功率源和多叶准直器等。同时根据国内外相关标准和厂家说明书，列出了日常质量控制的检测周期、项目和性能指标。只有对医用直线加速器进行全生命周期的设备管理，才能保证设备在使用过程中的精确、有效，保证患者的医疗安全。

[1] 杨绍洲,等．医用电子直线加速器[M]．北京:人民军医出版社,2004．

[2] Edyta Kądziołka,Maria Kisielewska-Birycka,Tomasz Surowiak,et al．Information about the first Elekta Precise® accelerator installed in Poland[J]．Reports of Practical Oncology&Radiotherapy, 2006,11(3):147-155．

[3] 顾本广．医用加速器[M]．北京:科学出版社,2003．

[4] 陈怀壁,丁晓东,林郁正． 9MeV行波电子直线加速器加速管的物理设计[J]．院子能科学技术．2000,34(1):20-26．

[5] 杨敬渠,李庆刚．医科达医用直线加速器真空系统维修与改善[J]．医疗卫生装备,2010,31(11):149-150．

[6] 张伟,樊宽章,于天林．医用电子直线加速器多叶准直器(MLC)性能比较[J]．医疗卫生装备,2005,26(9):148．

[7] Liu C,Simon TA,Fox C,Li J,Palta JR．Multileaf Collimator Characteristics and Reliability Requirements for IMRT Elekta System[J]．International Journal of Radiation Oncology Biology Physics,2008,71(1):S89-S92．

[8] 胡逸民,等．肿瘤放射物理学[M]．北京:原子能出版社,1999．

[9] GB/T 19046-2003,医用电子加速器验收试验和周期检测规程[S]．

[10] Klein EE,Hanley J,Bayouth J,et al．Task Group 142 report:Quality assurance of medical accelerators[J]．Medical Physics,2009,36(9):4197-4212．

[11] 陈永东．直线加速器剂量校准质量保证探讨[J]．中国医疗设备, 2012,27(6):64-65．

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

作者邮箱：bysy_wd@126．com