放射治療設(shè)備學(xué)授課教師：李可Email:kli@2014年10月第一篇

第4章放療配套設(shè)備第一節(jié)模擬定位系統(tǒng)

一、模擬定位機(jī)

模擬定位機(jī)，是一臺(tái)可以模擬加速器相關(guān)參數(shù)的X光診斷機(jī)。是為醫(yī)用加速器專門設(shè)計(jì)制造并獨(dú)立安裝的放療配套產(chǎn)品?；窘Y(jié)構(gòu)，除了包括：X射線管、高低電壓發(fā)生器、影像增強(qiáng)器等普通X光機(jī)的基本構(gòu)成部件之外，還包括可以上下移動(dòng)和等中心旋轉(zhuǎn)的機(jī)架；可作360度旋轉(zhuǎn)的X線機(jī)頭，機(jī)頭內(nèi)設(shè)有準(zhǔn)直器和射野“井”型界定線；模擬床跟加速器治療床的結(jié)構(gòu)原理完全一樣，能做上下左右和前后3個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，并能作等中心旋轉(zhuǎn)；同時(shí)，影像增強(qiáng)器也能作三維方向的移動(dòng)，以方便成像定位。此外，還有控制操作系統(tǒng)、激光定位燈系統(tǒng)等。

二、CT模擬機(jī)和模擬機(jī)CT

（一）、CT模擬機(jī)

CT模擬機(jī)是在CT斷層掃描成像機(jī)的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加一套激光射野模擬器和一套虛擬模擬工作站而構(gòu)成的虛擬模擬定位系統(tǒng)。是為了適應(yīng)目前廣泛開(kāi)展的“適型”、“調(diào)強(qiáng)”等精確放療技術(shù)而實(shí)際的精確模擬定位技術(shù)。（二）、模擬機(jī)CT

模擬機(jī)CT是在常規(guī)模擬定位機(jī)的基礎(chǔ)上，增加CT斷層掃描功能而設(shè)計(jì)的模擬定位技術(shù)。但由于模擬定位機(jī)機(jī)架的旋轉(zhuǎn)速度不能太快，需要掃描的時(shí)間比較長(zhǎng)，球管至射線探測(cè)器的距離較遠(yuǎn)等原因，使得成像質(zhì)量不夠理想，三維圖像重建質(zhì)量比較差。因此，模擬機(jī)CT技術(shù)還不夠成熟，目前臨床上還難以推廣應(yīng)用。

第二節(jié)治療計(jì)劃系統(tǒng)

要對(duì)病人實(shí)施放射治療，必須設(shè)計(jì)周密的治療計(jì)劃。一套完整的治療計(jì)劃系統(tǒng)，一般要包括硬件和軟件兩大部分。對(duì)普通放射治療而言，可以采用在模擬定位機(jī)上采集的圖像資料和技術(shù)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)治療計(jì)劃；精確放射治療，包括X-刀、γ-刀、適形治療、調(diào)強(qiáng)治療等精確放射治療技術(shù)，必須采用在CT機(jī)或磁共振(MRI)上采集的圖像資料和技術(shù)數(shù)據(jù)，然后在計(jì)算機(jī)上，通過(guò)專門軟件進(jìn)行圖像重建，最后設(shè)計(jì)出精確放射治療計(jì)劃。

一、硬件配置治療計(jì)劃系統(tǒng)（TPS—TreatmentPlanSystem）的硬件配置，主要部分是一套專門用來(lái)進(jìn)行放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)工作站。該工作站除了一臺(tái)較高配置的微型計(jì)算機(jī)之外，還要配備相應(yīng)的圖像輸入輸出設(shè)備，一般包括圖像掃描儀、磁帶機(jī)和打印機(jī)等。治療計(jì)劃系統(tǒng)配備的計(jì)算機(jī)，都要配置可以在醫(yī)學(xué)影設(shè)備之間傳輸交換數(shù)字影像的DICOM接口，當(dāng)然，相應(yīng)的影像檢查設(shè)備和加速器控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)也必須配置DICOM接口，才能實(shí)現(xiàn)相互進(jìn)行數(shù)字影像的傳輸交換功能。一、硬件配置另外，對(duì)于立體定向放射治療（X-刀、γ-刀）和適型調(diào)強(qiáng)放射治療等精確放射治療技術(shù)來(lái)說(shuō)，要設(shè)計(jì)精確放射治療計(jì)劃，必須依靠三維立體定位坐標(biāo)體架來(lái)確定病人的精確位置。在通過(guò)CT或MRI等影像設(shè)備采集病人圖像資料時(shí)，必須讓病人與三維坐標(biāo)體架一起掃描，這樣，就可以獲取帶有三維坐標(biāo)標(biāo)記的病人斷面影像資料。將這些包含三維坐標(biāo)標(biāo)記的影像資料傳輸?shù)街委熡?jì)劃系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上，就可以進(jìn)行圖像重建并制定精確治療計(jì)劃。病人每次治療時(shí)都必須使用同一個(gè)體架并恢復(fù)掃描采集影像時(shí)的體位。因此，三維立體定位坐標(biāo)體架也是現(xiàn)代放射治療計(jì)劃系統(tǒng)必備的硬件配置之一。二、

軟件功能

（一）、圖像處理功能治療計(jì)劃所依據(jù)的影像資料是斷層掃描圖像，要進(jìn)行立體放射精確治療，首先要在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行三維圖像重建，形成所謂的立體“虛擬病人”。三維圖像重建的主要內(nèi)容包括：勾畫(huà)并形成病人的外廓形狀、重要器官的形狀和位置、病變組織的形狀和位置等等。同時(shí)，要能夠在各個(gè)不同的層面包括冠狀面、矢狀面和斜剖面等任意方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和剖視，以便于進(jìn)行最佳的照射野設(shè)計(jì)。在照射野的設(shè)計(jì)中，主要內(nèi)容包括：確定照射野的數(shù)量、選擇最佳的入射方向和各個(gè)照射野的形狀，從而確定加速器的機(jī)架旋轉(zhuǎn)角度、機(jī)頭旋轉(zhuǎn)角度、準(zhǔn)直器（包括MLC）的開(kāi)野大小和形狀等射野參數(shù)。不同的計(jì)劃軟件可能采用不同的設(shè)計(jì)思路，但所有放射治療的計(jì)劃設(shè)計(jì)軟件一定會(huì)具備上述的基本圖像處理功能。

（二）、劑量計(jì)算功能

劑量計(jì)算是治療計(jì)劃系統(tǒng)的核心內(nèi)容之一。劑量計(jì)算功能包括兩個(gè)方面，一是劑量計(jì)算，二是劑量?jī)?yōu)化。因?yàn)椴∪梭w內(nèi)的腫瘤或者病變組織一般呈現(xiàn)不規(guī)則的立體幾何形狀，我們總是希望病變組織受量最大，而周圍的正常組織特別是重要器官的受量要最小，因此，要根據(jù)前面確定的射野參數(shù)，選擇合適的射線能量和各個(gè)照射野的照射劑量，并迅速計(jì)算出多束射線共同形成的劑量分布情況。劑量分布原則是，病灶要全部處在高劑量區(qū)，正常組織要處在低劑量區(qū)，而重要器官的劑量分布必須低于耐受劑量。如果劑量分布不夠理想，可以適當(dāng)調(diào)整相關(guān)參數(shù)進(jìn)行重新計(jì)算，直到比較理想為止。

（三）、計(jì)劃評(píng)估功能

治療計(jì)劃的評(píng)估分為定量評(píng)估法和品質(zhì)評(píng)估法。定量評(píng)估一般是采用體積直方圖（DVH）的方法來(lái)表示病變組織和正常組織接受的照射劑量百分比，從而評(píng)價(jià)所設(shè)計(jì)的治療計(jì)劃是否符合要求；品質(zhì)評(píng)估目前多是采用“等劑量曲線”法，在二維圖像上表示不同的劑量分布區(qū)域，這種方法比較直觀，因此，在放射治療計(jì)劃系統(tǒng)中得到了比較廣泛的應(yīng)用。為了適應(yīng)“適形治療”和“調(diào)強(qiáng)治療”放射治療技術(shù)的需要，目前比較先進(jìn)的放射治療計(jì)劃軟件可以采用“等劑量體積”的評(píng)估方法，顯示立體的或者說(shuō)三維劑量分布情況，通過(guò)這種方法，可以評(píng)價(jià)劑量的空間分布形狀和照射強(qiáng)度是否符合被照射病變組織的立體形狀，如果不相符合，可調(diào)整計(jì)劃重新評(píng)估，直到吻合為止。第三節(jié)射野擋鉛制作設(shè)備

一、射野擋鉛與組織補(bǔ)償射野擋鉛也稱為鉛擋塊。使用鉛擋塊的主要目的是將規(guī)則野變成不規(guī)則野，使射線束的射野形狀符合靶區(qū)的投影形狀，以便最大限度地保護(hù)正常組織或某些重要器官；鉛擋塊的另一個(gè)作用是組織補(bǔ)償，通過(guò)設(shè)置適當(dāng)形狀和不同厚度的鉛擋塊，可以補(bǔ)償射線入射方向上的組織缺損（例如曲面）或者組織不均，使病人體內(nèi)靶區(qū)及其周圍的劑量分布盡量符合治療計(jì)劃要求，以達(dá)到最佳的治療效果。一、射野擋鉛與組織補(bǔ)償目前臨床上使用的鉛擋塊材料一般是低熔點(diǎn)鉛，其溶點(diǎn)只需要70℃就能融化，便于澆鑄成型；作為組織補(bǔ)償用的鉛擋塊，分為標(biāo)準(zhǔn)型和非標(biāo)準(zhǔn)型兩類。機(jī)頭內(nèi)部安裝的電動(dòng)楔形板或者外掛的多種規(guī)格的楔形板就是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的組織補(bǔ)償器；復(fù)雜形狀的組織補(bǔ)償器則要專門設(shè)計(jì)制作。另外，組織補(bǔ)償并非只能用鉛，電子射線的組織補(bǔ)償一般是采用“組織等效物”進(jìn)行補(bǔ)償，過(guò)去常用豬皮、面皮等作組織等效物，現(xiàn)在可以購(gòu)買特制的軟膠體作電子射線的組織補(bǔ)償?shù)刃?。二、擋鉛制作設(shè)備

利用低熔點(diǎn)鉛制作鉛擋塊，首先要使用熱絲切割機(jī)加工制作擋塊澆鑄用的模具，并在熔鉛爐里熔化低熔點(diǎn)鉛，然后，將熔化后的液體鉛澆注到切割好的模具里，等待自然冷卻，脫模后，就完成了一個(gè)鉛擋塊的制作過(guò)程。因?yàn)榈腿埸c(diǎn)鉛的熔化溫度很低，通常是用硬泡沫塑料作模具材料，這種材料不但價(jià)格低廉，而且制模和脫模都非常容易，這也是低熔點(diǎn)鉛得以廣泛應(yīng)用的重要原因之一。熱絲切割機(jī)分為X線鉛擋塊專用切割機(jī)和電子線鉛擋塊專用切割機(jī)兩種類型。第四節(jié)體位固定設(shè)備

一、體位固定的臨床意義在放射治療過(guò)程中，病人體內(nèi)的腫瘤或病變組織是看不見(jiàn)，摸不著的，加速器等各類放射源輸出的射線也是看不見(jiàn)，摸不著的。所以，如何保證射線束能夠準(zhǔn)確地照射到靶體積上，除了加速器等射線裝置本身的射線束控制精度與等中心機(jī)械精度要得到保證之外，更重要的一條就是如何保證病人在放射治療時(shí)的擺位精度和多次治療時(shí)的重復(fù)精度。如果擺位錯(cuò)誤或者位置不準(zhǔn)確，不但靶體積會(huì)因?yàn)槭懿坏缴渚€的照射而得不到有效治療，而且，正常組織甚至重要器官會(huì)由于意外照射而受到傷害，這樣的話，治療效果就會(huì)大打折扣，甚至適得其反?？梢哉f(shuō)，如果沒(méi)有先進(jìn)的、精確的體位固定設(shè)備，定位技術(shù)的精確性和重復(fù)性就無(wú)從談起。

二、體位固定設(shè)備的類型

（一）、常規(guī)擺位設(shè)備

（二）、三維坐標(biāo)定位體系

三維坐標(biāo)定位體系是為了適應(yīng)高精度放射治療而設(shè)計(jì)的專用體位固定設(shè)備。顧名思義，三維坐標(biāo)體架是在橫向、縱向和深度（x、y、z）三個(gè)方向都標(biāo)有尺寸刻度的定位體架，它是用來(lái)確定病人空間位置的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)。

第五節(jié)放療驗(yàn)證與劑量檢測(cè)設(shè)備

一、放療驗(yàn)證設(shè)備

由于放射治療是“無(wú)創(chuàng)”治療技術(shù)，無(wú)法直接觀察治療效果。目前，一般是通過(guò)治療驗(yàn)證設(shè)備，間接進(jìn)行分析與驗(yàn)證。常用的放射治療驗(yàn)證分析設(shè)備有：熱釋光劑量計(jì)、膠片劑量?jī)x、多通道半導(dǎo)體劑量?jī)x和射野影像系統(tǒng)等等。（一）、熱釋光劑量計(jì)

熱釋光劑量計(jì)的基本驗(yàn)證原理是，將一種特殊的“熱釋光”材料，按照需要制成不同大小的片狀小顆粒，置放在病灶周圍，經(jīng)過(guò)射線照射之后，再將這種小顆粒拿到專用熱釋光劑量計(jì)上測(cè)量其吸收劑量，從而間接分析被照射病灶的吸收劑量。根據(jù)這一特點(diǎn)，熱釋光劑量計(jì)的“小顆?！币话憧梢杂迷诮嚯x放射治療時(shí)的同位素放射源周圍，用來(lái)監(jiān)測(cè)并驗(yàn)證分析病灶的吸收劑量；另外，為了監(jiān)護(hù)放射工作人員由于長(zhǎng)期在輻射環(huán)境下工作可能受到的輻射劑量，通常是每個(gè)工作人員佩發(fā)一個(gè)盛放熱釋光“小顆粒”的小盒，工作時(shí)佩戴在身上，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后進(jìn)行測(cè)量分析，以便隨時(shí)掌握工作人員的吸收劑量情況，必要時(shí)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，保證工作人員的放射安全。(二)、膠片劑量?jī)x

膠片劑量?jī)x一般由專用感光膠片、組織等效材料、計(jì)算機(jī)膠片劑量分析系統(tǒng)等部分組成。專用感光膠片不用片盒裝載，是直接封裝在蔽光的紙袋內(nèi)，很薄，可以平鋪在射野內(nèi)照射感光，也可以豎插在組織等效材料之間平鋪或直立照射感光。組織等效材料主要有“固體水?！焙洼椪沼谩胺抡嫒梭w模型”兩種類型，前者可以與水模體等效，后者可以仿真人體的各個(gè)器官。(三)、多通道半導(dǎo)體劑量?jī)x

多通道半導(dǎo)體劑量?jī)x是將多個(gè)半導(dǎo)體電離室探頭連接到同一個(gè)劑量檢測(cè)儀器上，可以同時(shí)檢測(cè)或驗(yàn)證多點(diǎn)甚至全身表面選定點(diǎn)位吸收劑量的治療驗(yàn)證設(shè)備。由于這種以半導(dǎo)體探頭為探測(cè)器的多通道劑量?jī)x具有體積小、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)，在一些低能量輻射的特殊病種（例如全身電子線照射）的治療過(guò)程中，常用來(lái)將探頭貼在患者身上的某些部位，對(duì)治療過(guò)程中的劑量進(jìn)行檢測(cè)與驗(yàn)證。對(duì)一些體表部位或腔體病灶的治療驗(yàn)證也有一定的研究?jī)r(jià)值。

(四)、射野影像系統(tǒng)

射野影像系統(tǒng)的類型有：射野照相法、光激熒光板影像系統(tǒng)和電子射野影像系統(tǒng)三種類型。1、射野照相法：射野照相法基本驗(yàn)證原理是，在治療床下正對(duì)射野處安放感光膠片，曝光洗片后驗(yàn)證病灶與照射野之間的位置誤差。射野照相法只能進(jìn)行擺位驗(yàn)證，不能進(jìn)行劑量驗(yàn)證。而且操作比較麻煩，所以，臨床上目前實(shí)際應(yīng)用的比較少。(四)、射野影像系統(tǒng)

2、光激熒光板影像系統(tǒng)：光激熒光板影像系統(tǒng)與射野照相法的驗(yàn)證原理相似，但其射野影像的采集是用一個(gè)可以重復(fù)使用的光激熒光板代替感光膠片放在暗盒內(nèi)曝光并形成潛影，經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理后，就形成二維數(shù)字影像，通過(guò)計(jì)算機(jī)做適當(dāng)處理，就形成了所需要的射野影像。處理完以后，用普通光源照射就可以擦去潛影，熒光板就可以反復(fù)使用。這種方法只能用于擺位驗(yàn)證，不能驗(yàn)證劑量分布情況，并且不能驗(yàn)證實(shí)時(shí)擺位情況，性價(jià)比也不很高，故目前臨床應(yīng)用不是很普遍。

3、電子射野影像系統(tǒng)

電子射野影像系統(tǒng)既可以驗(yàn)證射野擺位情況，也可以驗(yàn)證分析射野劑量分布情況。電子射野影像系統(tǒng)又分為熒光射野影像系統(tǒng)、固體探測(cè)器系統(tǒng)和液體電離室矩陣系統(tǒng)三種類型。下圖是熒光射野影像系統(tǒng)與劑量驗(yàn)證分析圖。固體探測(cè)器系統(tǒng)中，非晶硅材料的劑量?jī)x近年發(fā)展的比較快。電子射野影像系統(tǒng)是目前比較受歡迎的治療驗(yàn)證設(shè)備，也是最有發(fā)展前途的多功能治療驗(yàn)證和劑量測(cè)量分析系統(tǒng)。目前，射野位置驗(yàn)證技術(shù)比較成熟，而射野劑量分布驗(yàn)證技術(shù)還有許多課題需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研究。治療驗(yàn)證設(shè)備和治療驗(yàn)證技術(shù)還有許多工作要做。我們期待著更加實(shí)用、更加先進(jìn)的治療驗(yàn)證設(shè)備和治療驗(yàn)證技術(shù)面世。二、劑量檢測(cè)設(shè)備

劑量檢測(cè)設(shè)備主要是用來(lái)檢測(cè)醫(yī)用加速器等射線裝置輸出射線特性的設(shè)備或儀器。說(shuō)到底，要開(kāi)展放射治療技術(shù)，首先要保證醫(yī)用加速器等射線裝置輸出劑量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，這就需要使用專門的設(shè)備或者儀器，定期或不定期檢驗(yàn)與測(cè)量各種射線和不同能量射線的輸出特性。以保證加速器工作可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，劑量準(zhǔn)確。。劑量檢測(cè)設(shè)備與劑量驗(yàn)證設(shè)備有時(shí)是可以通用的。常用的劑量檢測(cè)設(shè)備主要有三維水模輻射場(chǎng)測(cè)量分析系統(tǒng)、（Farmer劑量?jī)x）、固體水劑量?jī)x和輻射場(chǎng)劑量?jī)x等（一）、三維水模輻射場(chǎng)測(cè)量分析系統(tǒng)

三維水模輻射場(chǎng)測(cè)量分析系統(tǒng)俗稱三維水箱系統(tǒng)，其主要作用是測(cè)量加速器射野范圍內(nèi)輻射場(chǎng)的均勻性和百分深度劑量曲線等技術(shù)指標(biāo)，對(duì)不同的射線和不同的能量要分別檢測(cè)。（二）、Farmer劑量?jī)x

Farmer劑量?jī)x是最早的指型電離室劑量?jī)x。目前仍在廣泛使用。其作用是測(cè)量加速器的輸出劑量，并以此為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢驗(yàn)加速器輸出劑量的顯示數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，必要時(shí)可對(duì)加速器的參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。通常情況下，一般是每周測(cè)量一次，要對(duì)不同射線和各檔能量分別測(cè)量，并根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以保證輸出劑量的準(zhǔn)確性與可靠性。（三）