2009级医疗器械248班09224809管吉毕业论文(论文)上海医疗器械高等专科学校毕业论文医用加速器的技术与应用姓 名： 管 吉 系 部： 医疗器械工程系 专 业： 医疗器械制造与维护 班 级： 248班 指导教师： 朱培勤 完成日期 2012年5月15日医用加速器的技术与应用摘 要放射治疗是肿瘤治疗的重要手段，是迅速发展的学科之一，放射治疗技术水平的提高和疗效的改善与设备的进步紧密相连。按所用的放射源进行分类，放疗设备主要分为四类： (1) 钴 -60治疗机、伽玛刀和后装治疗机； (2) 浅层、深部 X线治疗机； (3) 医用加速器； (4) 重离子加速器。X线治疗机和钴 -60治疗机属于早期的放疗设备，由于自身的缺陷而逐渐被放射治疗所摒弃；医用电子直线加速器是目前放疗设备的主体，基于加速器的精确放疗系统，包括 X-刀、适形放疗和调强放疗是放射治疗的先进设备，这些设备的使用需要有严格的质量保证程序；伽玛刀分为头部、体部和全身三种类型，适应症已经从颅脑扩展到全身；后装治疗机属于肿瘤近距离治疗设备，有不同的施源器分别适于管内、腔内肿瘤的治疗和肿瘤的组织间插值治疗。放疗设备的进展表现在两个方面： (1) 四维和实时的调强适形放疗系统，主要是在直线加速器上集成容积 CT和影像引导设备； (2) 重粒子加速器的研制和开发，目前国内第一台质子加速器已安装使用；（3）重离子加速器已经在我国受到重视，发展前景很好。针对核技术及应用学科技术研究者，基础系统地认识各类加速器的主要组成部分、功能，概念清楚；学习加速器的基本理论，在导师指导下能进行简单的研究和维修；准备将来从事加速器研究、维修、设计、制造、运行。关键词：肿瘤，放射治疗设备，医用电子直线加速器，质子加速器，重离子加速器Medical accelerator technology and applicationsAbstractRadiation therapy is one of the important means of the rapid development， is one of the subjects， radiation therapy to improve the technological level and clinical improvement and equipment progress closely linked. According to the radiation source for classification， radiotherapy equipment is mainly divided into four categories： (1) cobalt 60 therapy machine， gamma knife and After-loading Therapy Machine； (2) the shallow， deep X-ray therapy machine； (3) medical accelerator； (4) the heavy ion accelerator. X ray machine and treatment of cobalt 60 therapy machine which belongs to the early radiotherapy equipment， because of their own shortcomings and was gradually abandoned by radiation therapy； medical electron linear accelerator radiotherapy equipment is currently the main body， the precise radiotherapy accelerator based systems， including X knife， conformal radiotherapy and intensity-modulated radiotherapy radiotherapy of advanced equipment， the use of these devices require a rigorous quality assurance program； gamma knife is divided into head， body and the three body types， indications have been from the head extends to the whole body； After-loading Therapy machine belongs to the tumor brachytherapy equipment， have different application Yuanqi respectively suitable for tube， intraluminal tumor therapy and tumor tissue interpolation treatment. The progress of radiotherapy equipment performance in two aspects： (1)4D and real-time intensity-modulated conformal radiotherapy system， mainly in the linear accelerator integrated volume CT and image guided equipment； (2) heavy particle accelerator research and development， currently the first proton accelerator has been installed to use； (3) heavy ion the accelerator has to be taken seriously in our country， development foreground is very goodThe nuclear technology and application of science and technology researchers， to understand all kinds of accelerator based system main component， function， clear concept； learning the basic theory of the accelerator， under the guidance of a mentor can be a simple research and repair；Prepare for a future in the accelerator research， design， manufacture， operation， repair. Key words tumor， radiation therapy equipment， medical electron linear accelerator， proton accelerator ，heavy ion accelerator目 录第章绪论据统计，恶性肿瘤是我国城市居民的最主要死亡原因之一。人类目前对恶性肿瘤还没有特效治疗方法，放射治疗（radiozherapy）、化学药物治疗和手术治疗是现阶段肿瘤治疗的三大手段。1932年北京医学院附属医院最早在我国用深部X线治疗机开展肿瘤放射治疗，1958年中国科学院肿瘤医院建立并筹建了新中国的放射治疗科。据放射肿瘤学会对我国放射治疗人员及设备进行第四次调查结果显示，到2002年末，我国有放疗单位715个、放疗医生5113人、物理人员615人、技术人员2465人、工程人员932人、护士5002人。这一万多人的放疗队伍约70%的肿瘤患者在不同阶段要接受放疗，起原因除与放射物理学和放射生物学的发展有关外，还与放射治疗设备的不断发展和完善分不开。用于放射治疗所需的各种硬件和软件称为放射治疗设备，主要包括治疗束产生装置（治疗头）、模拟定位机，治疗计划系统以及其他各种附件等。拒不完全统计，我国目前拥有医用电子直线加速器超过550台，而且，随着精确放射治疗技术的迅速发展，加速器需求不断增加，但是目前有关医用加速器的技术性人才还很少，知识结构很薄弱，缺乏技术工人和研究性人才的有机结合。为了尽量与国际化接轨，我们这些技术性人员应该担负起这份行业重任。本论文从基础着手，介绍加速器的发展和应用；对于大型质子加速器的研究近几年趋于发展高潮，但是相对电子类型加速器较为落后；随着中国散裂中子源的建设、质子/重离子治疗项目在中国得到越来越多的重视以及加速器驱动的次临界系统方面的发展，加速器在中国的发展迎来了很好的发展机遇。加速器就是利用电磁场把带电粒子加速到较高能量的装置。加速器是一门多专业交叉融合的综合性学科，它涉及到加速器物理和众多高精尖技术，其中包括射频微波、电磁场、电源、超高真空、精密机械、电子学、计算机及网络、自动控制、束流诊断、辐射防护、低温超导，等等。它还可以利用被加速后的高能粒子轰击不同材料的靶，产生次级粒子，如X线、中子和介子束等。目前加速器的种类很多，医用加速器按照加速的粒子不同，可分为医用电子加速器，医用质子加速器，医用重离子加速器，中子加速器等。医用电子加速器又分为医用电子直线加速器，医用电子感应加速器，医用电子回旋加速器。医用电子直线加速器按照加速电子的微波电场的不同，可分为医用行波电子直线加速器，医用驻波电子直线加速器。医用电子直线加速器按照所产生的辐射能量可以分为高能加速器和低能加速器，低能加速器一般只提供一种能量的X辐射，能量为46MV，高能加速器除提供低能X辐射外，还提供高能X辐射和56档能量的电子辐射。按粒子的加速轨道形状可分为直线加速器和回旋加速器；按被加速后粒子能量的高低可分为低能加速器（能量小于1000MeV）、中能加速器（1001000MeV）、高能加速器（1000100000000MeV）和超高能加速器（能量1000GeV以上）；按加速电场所在的频段可分为静电加速器、高频加速器和微波加速器。但由于加速器产生的各种射束能用来治疗肿瘤，已成为放射治疗最常用的设备。目前在放射治疗中使用最多的是电子直线加速器。质子加速器和重离子加速器还有各自的特点，质子加速器与离子加速器有时又统称为强子加速器。这里的质子加速器是指加速带有电荷的质子的加速器，或者为纯质子束或者为负氢束，后者是利用其核外的两个电子很容易用剥离膜剥离掉变为质子从而在圆形加速器的注入或引出中发挥重要的作用。质子加速器与电子加速器的主要不同是它们的静止质量相差千倍以上，后者很容易达到超相对论能区，而前者除了少数高能加速器都在非相对论或一般相对论区。对于质子加速器而言，利用RF电场是目前粒子加速器中提高束流能量的主流方法，只有低能加速器或高能加速器的低能端采用静电加速和一小部分加速器采用感应电场以及一些新加速原理考虑采用的其它形式的电场。采用RF结构的加速器有两种选择，或者是行波场或者驻波场。前者采用的加速结构是波导，RF 电场沿传播方向建立，束流随电场峰值一起运动，因而加速效率高；后者采用的加速结构是谐振腔，RF 电场在束流进入前已建立，受渡越时