直线加速器

按被加速粒子的种类，可分为电子直线加速器、质子直线加速器、重离子直线加速器和超导直线加速器等。

历史：

直线加速器的雏形概念最早是由英国科学家G.Ising在1924年提出，1924年他在一篇名为《产生高压极隧射线方法原理》的文章中提出了一个直线加速器的设计图样。根据G.Ising的文章，直线加速器由一个直的真空管道和一系列的带孔的金属漂移管组成。粒子的加速是通过相邻的漂移管之间的脉冲电场完成的，电场和粒子的同步是由电压源和相应的漂移管之间的传输线长度的时间延迟来实现。同时他在文章中写道：“现在来深入讨论实现这一想法的细节问题和可能遇到的困难为时尚早，我希望不久能做一个实验。”这个建议在当时由于电磁技术的水平所限制的确难以实现。但是这个概念相当重要，对直线加速器的发展产生了里程碑式的影响。到了1928年，直线加速器的概念正式被德国科学家RolfWideroe提出，他完成了世界上第一台直线加速器。R.Wideroe在《产生高电压的新原理》一文中描述了这台加速器的原理，同G.Ising的理念不同，加速器的漂移管是交替的接高频电源和接地。移管的长度随着粒子速度的增加而变长，保证粒子每次可以在正确的时间到达间隙从而被加速。在该加速器中，束流首先形成束团，然后进行高效率的加速。束流在加速时间内处于加速间隙感受加速电场，当电场反向的时候，束团处于漂移管中，这时漂移管屏蔽了减速电场，从而使整个过程是一个加速过程。[2]

1928年E.维德罗提出加速原理。早期利用频率不太高的交变电场加速带电粒子，1946年后利

用射频微波来加速带电粒子。在柱形金属空管（波导）内输入微波，可激励各种模式的电磁波，其中一种模式沿轴线方向的电场有较大分量，可用来加速带电粒子。为了使沿轴线运行的带电粒子始终处于加速状态，要求电磁波在波导中的相速降低到与被加速粒子运动同步，这可以通过在波导中按一定间隔安置带圆孔的膜片或漂移管来实现。电子的质量很小，仅几兆电子伏。

中国科学院高能物理研究所35MeV质子直线加速器的加速腔的能量时，电子的速度已接近光速，带圆孔的膜片装置适用于加速电子；质子或离子的质量较大，其速度较低，常采用带漂移管的装置。1966年建成的美国斯坦福电子直线加速器管长3050米，电子能量高达22吉电子伏，脉冲电子流强约80毫安，平均流强为48微安。

直线加速器原理

加速器是由三根用绝缘材料制成的高柱和在它们中间的加速器管组成。加速器靠真空泵保持真空。外表流线型，不仅为了美观，而且为了防止从任何棱角或突出部分形成意外的放电。

在加速器管中有金属圈，它们同高压发生器相连的方式能使一系列金属圈的负压由底部向顶端逐渐升高。生产质子的离子源安装在加速器管的上端。带正电的质子由于受到带负电的金属圈的吸引而顺管射下——由于下面金属圈的负电压不断增大，质子的速度也不断增加。在加速器管的地端的地板下面，有一间装有接收器的小室，质子能够在这里同物质碰撞，在此过程中，轰击能够引起原子核的蜕变。

主要特点

束流的注入和引出很方便，束流强、传输效率高、束品质较好，可由前至后分段设计、制造和调试。由于加速器不存在偏转束的同步辐射限制，可将电子束加速到很高能量，是下一代超高能对撞机的唯一候选者（见对撞机）。为使加速器有适当的长度，轴上加速电场强度一般在5—25兆伏/米，需要很大的微波功率源，因此单位束流功率所需造价和运行费用较高。现今提出的超导加速器可有效地降低运行费用。

电子直线加速器

可采用行波或驻波加速粒子。当采用行波加速时，可使结构设计成等阻抗或等梯度型。等阻抗型是一种均匀的加速结构，即结构的各尺寸沿轴不变，便于设计和制造，缺点是微波功率在结构中的损耗不均匀，对较长的直线加速器来说，沿轴的结构温控较不容易。等梯度型加速结构避免了这个缺点，代价是沿轴的结构尺寸有慢变化，使设计和制造较复杂些。

质子直线加速器

质子的静止质量是电子的1,800多倍，在其很长的加速范围内，速度远小于或小于光速，因而采用驻波加速结构，以获得较高的有效分路阻抗和加速效率。质子的动能由1兆电子伏到1,000兆电子伏，其速度由光速的4.6%到87.5%。为使结构在不同能区均有较高的加速效率，需采用不同的结构。如：①质子的动能由小于1兆伏加速到几兆伏，可采用高频四极型加速结构（Radio Frequency Quadrupole，RFQ）。在一圆柱腔的中心部位，方位角对称地设置四个轴向高频电极，在它们所围的近轴区，产生四极聚焦电场，以径向聚焦束流；沿轴可周期性地调变每个电极的径向尺寸，以得到在轴向群聚和加速束流的轴向电场。它兼具聚束、聚焦和加速几种作用，是20世纪70年代兴起的加速结构，选用频率为200—400兆赫。②质子动能要由几兆电子伏加速到150兆电子伏左右，可采用漂移管型结构（又称阿尔瓦雷茨结构），是20世纪40年代末由L.阿尔瓦雷茨首先提出和建造的。在圆柱形腔内，沿轴周期性地设置长度随能量渐增的电极。当高频电场处在正半周时，质子束团在电极间被加速；当处在负半周时，质子束团躲在电极内不受负半周减速场的影响而漂移前进，故又称电极为漂移管。在漂移管内安放四极磁铁，可径向聚焦束流，选用的频率为200—400兆赫。③当质子动能要由150兆电子伏加速到更高能量，通常采用耦合腔加速结构。在该能区内对质子束的径向聚焦已较容易，可将四极磁铁移到加速腔外，使频率提高到800—1,300兆赫，以提高加速效率。这种结构也可用于加速电子，工作频率通常为1,300—3,000兆赫。

重离子直线加速器

较接近于质子直线加速器，只是在同样动能下，粒子运动速度更低，因而工作频率也更低，一般在27—150兆赫左右。早期的这类加速器，采用维德罗加速结构。现代的这类加速器按能区可采用高频四极型或阿瓦莱兹型。现今发展的重离子加速结构，如柱形和平面螺旋线结构、分离环谐振腔结构等，它们的特点是径向尺寸较小、公差要求较松、可做成许多短腔组合成整台加速器，既便于采用超导技术，又利于展宽重离子的范围和能量连续可变的需求。

超导直线加速器

利用超导材料做成的结构，其功耗几乎可略去不计，因而可用较小微波功率建立较高的加速电场。这类加速腔大多采用内表面涂有氧化保护层的纯铌材料制成，置于液氮和液氦逐级冷却的低温容器中，可冷却至4.2K或更低。加速电场可达几兆伏/米至20兆伏/米以上。将超导腔用于高能直线加速器，优势更显著。如用于强流质子直线加速器的高能段（约150—1,000兆电子伏），由于功耗可略去不计，可选用束通道孔径较大的结构，可有效避免高能强流束沿途损失造成严重的放射性污染。此外，还有利于提高加速场强，减小设备规模和运行费用等。提议中的超导正负电子直线对撞机（TESLA），选用比其他同类对撞机方案（5,700—11,400兆赫）低得多的频率（1,300兆赫）和较大的束孔径，除仍有较高的加速电场（约25兆伏/米）外，束流在腔壁上感生的尾场相对很小，较易确保束流的高品质（发射度小、能散小等）。

直线加速器是各类加速器中被最广泛应用的加速器类型（见粒子加速器）。

产品用途

双光子医用直线加速器是用于癌症放射治疗的大型医疗设备，它通过产生X射线和电子线，对病人体内的肿瘤进行直接照射，从而达到消除或减小肿瘤的目的。

产品特点

①能量分档多，能量范围宽。

医用直线加速器

医用直线加速器

设计有完善的多级安全联锁，确保人员和设备的安全。

②全数字化的设计，整机采用计算机控制，操作软件采用图形界面，操作更简便。自动频率控制（AFC）、自动束流控制（AIC）、剂量监视和自动均整度控制（ADC）等控制系统全部采用微处理器控制，剂量更稳定。

③独立双通道的电离室设计，确保剂量测量的准确性。偏转系统采用滑雪式消色散结构，可获得更好的束流分布。

④加速管采用行波反馈系统，具有能量范围宽、能量稳定性高、束流能谱好，快速瞬态反应等的特点。配合大功率的微波反馈系统，最高微波能量高达6MW。

⑤限束装置的上下光阑可分别独立运动，适应不同治疗种类的需要。中心精度高。可配外置的X刀、多叶光栅等适形治疗系统。具有远程故障诊断功能，可通过互联网协助用户进行维护，维修更简便。

瓦里安医疗设备（中国）有限公司经营范围：生产Ⅲ类：Ⅲ-6832-1医用高能射线治疗设备，Ⅱ类：Ⅱ-6831-1医用X射线管、管组件或源组件；研究医用辐射技术；开发Ⅲ类：Ⅲ-6832-1医用高能射线治疗设备，Ⅱ类：Ⅱ-6831-1医用X射线管、管组件或源组件；销售自产产品；提供自行开发技术的转让及医用辐射技术服务、技术咨询（涉及专项审批的，获取后方可经营）。工业用X射线附属设备及部件、Ⅲ类：医用高能射线设备、医用电子仪器设备、软件、Ⅱ类：医用X射线附属设备及部件的批发、佣金代理（拍卖除外）、研发和进出口业务（涉及配额许可证管理、专项规定管理的商品按照国家有关规定办理）；上述产品的技术咨询、技术服务；商务咨询。（依法须经批准的项目，经相关部门批准后依批准的内容开展经营活动。

美国Varian直线加速器系统产品介绍：

美国瓦里安

Trilogy

直线加速器是目前国际上最先进的放疗专用设备，具有满足临床需要的光子线和电子线多档能量组合，系统不仅可进行常规放疗技术，还具有目前国际最先进精确放疗技术如：图像引导放疗技术（IGRT）

调强放疗技术(IMRT)、快速旋转容积调强技术（Rapid Arc）、动态自适应放疗技术（DART）等。

通过高精度和高稳定的剂量率为肿瘤患者提供全身各部位精确有效的治疗。

容积调强(Rapid Arc)：放射治疗领域的新革命

快速旋转容积调强技术是近年放疗领域的一项重大突破，该技

术得益于新直线加速器设备的革新性能设计，为放疗的速度，精确度和病人舒适性提供了新的标杆。自09

年进入中国以来，目前国内仅4家医疗中心能开展此项技术，我院为华南地区第一家。

特点：

●通过高速动态多叶光栅、可变剂量率、可变机架旋转速度，以优化的单次弧形调强照射完成治疗。

●治疗速度快，2分钟完成病人摆位，2分钟完成治疗。剂量分布更理想，包括凹面形状的肿瘤和各种复杂形状的肿瘤都能

做到剂量高度适形。

●更少的漏射线、散射线，使周围正常组织得到更好的保护。

●与传统的调强放疗相比照射时间减半，病人舒适度更高。常规放

疗模式如电子线治疗、非共面治疗、自主呼吸门控治疗仍然可以继续使用

特点：

●创新性地将拍片、透视和锥形束CT

技术结合，高分辨率数字即时图像和3D的CT

图像，可为医生提供准确的肿瘤位置及其活动情况。

●在线进行计划与实时图像匹配对比，自动修正三维坐标，精确引导摆位治疗，最大限度减少照射野的偏离。

●扫描速度快，图像分辨率高，图像重建速度快。

●全自动运行，无须操作人员进出机房。治疗床、机械臂均可在控制室进行遥控。

●所有IGRT

图像不仅能在治疗室内在线使用，也可在网络上的工作站查看分析。

品牌：UJP/Hite
公司简介

一、供应专业提供PET／CT影像中心工程整体方案规划，设备配套供应，安装实施，测试，机房运行技术支持和维护，人员专业培训，中心网络服务（service network)，以及项目融资等一揽子服务。根据已签销售协议（Distribution Agreement)，经授权销售设备和品牌有:捷克UJP/HITEC(linac COLINE 6直线加速器)---OncoMED经授权为中国市场唯一销售商New development，Made in EU and co-developed in Germany.OncoMed-Solutions has exclusive distribution rights for Asia，China，India，Middle East and Africa.新开发，欧洲制造，德国研发。OncoNED-Solutions公司经授权独家销售亚洲、中国、印度、中东和非洲市场.美国ABT Molecular Imaging Inc(ABT BG 75)，Biomarker Generator/Mini Cyclotron生物标志物发声器/微型回旋加速（***Dose On Demand剂量按需即时产生PET示踪剂，自屏蔽，单元式，独一无二的领先设计，仅需30 M2房间）Philips(PET/CT，CT)Mediso(SPECT/CT/PET，SPECT/CT，PET/CT)Neusoft(PET/CT，CT，MR)Toshiba(CT，MRI)Accuray(Cyberknife射波刀，RT)BSD MEDICAL(RT)Elekta(Linear Accelerator直线加速器)Varian(High Energy Linear Accelerator高能直线加速器)Zeiss(Intrabeam system放射外科手术系统)Theraclion(Echopulse Robotic Ultrasound System脉冲回波机器人超声系统)oncovision(PEM)OncoMED-Solutions(PET/CT+RT)中心，经典设备配套（可节约30％-50％）：PET/CT机（Neusoft）+迷你微型回旋加速器（ABT BG-75）+直线加速器（UJP/HITECH Coline 6）(PET/CT扫描成像)（PET检查示踪剂）（带IMRT、IRGT、MLC功能放疗机）作为肿瘤诊断与放射治疗中心网络的运营商及肿瘤诊疗服务解决方案提供商，OncoMED在过去的五年间，提供专业技术支持，在全球新兴市场国家己成功运作建设超过25个PET／CT影像中心，分布在西欧，东欧（捷克，乌克兰），俄罗斯，中亚，中东，亚洲（印尼，印度，越南），非洲国家。欢迎中国各医疗机构（医院），投资机构（机构、公司、或个人投资者）共同合作，拓展医疗健康产业高端市场。

二、寻求合资合作（JV）oncoMED PET/CT影像中心设备中国市场销售---寻求中国合资合作伙伴1.中外双方成立合资合作企业OncoMED–Solutions(China)Co.，LTD.2.合资企业主营PET/CT医疗影像设备，以及RT放疗中心放疗设备。3.特别主打销售产品：是捷克UJP/HITEC(linac COLINE 6直线加速器)，此产品系新开发，欧洲制造，德国研发；OncoNED-Solutions公司经授权独家销售亚洲、中国、印度、中东和非洲市场.诚招全国各地代理销售。OncoMED-Solutions GmbH，Switzerland瑞士安可医疗影像工程有限公司中国区域联系：陈先生186 50391303

主营产品：PET/CT+RT医疗影像中心整体解决方案供应商；配套设备供应PET/CT、CT、RT、MR、MRI、PEM，回旋加速器（Mini Cyclotron），直线加速器（Linac)，射波刀（Cyberknife），放射外科手术系统（Intrabeam system），脉冲回波机器人超声系统（Echopulse Robotic Ultrasound System）。

直线加速器Linac（RT放疗机）产品介绍：

新开发革命性产品，RT放疗领域最经济、最有效的利器，带IMRT，IGRT和MLC功能。

功能用途

-普通放疗-强调放疗（IMRT）功能-影像引导放疗（IGRT)-快速多光栅（MLC）

主要参数

6MV Linac：6MV

加速器是具有高压大电流真空器件（加速管、磁控管、闸流管）以及相应的大功率微波传输器件、复杂的控制保护电路的大型放疗设备，故障率相对较高。为减少故障率，延长真空器件的寿命，并确保安全治疗，加速器的日常维护非常重要，根据其工作原理和笔者日常维护经验，总结出如下几点体会：

１机房要保持清洁、干燥

如果机房灰尘较多，且比较潮湿（特别是南方的梅雨季节），极易引起高压打火，损坏部件，所以机房内应配备有除湿机、空调机，保证机房内的温湿度要求。

２定期更换

冷水机内的冷却水每半年更换一次水系统的蒸镏水，清洗或更换过滤器，水路不通畅、水压低可导致加速器输出剂量率减少，影响磁控管、加速管（靶）的寿命。

３使用无水氟利昂（Ｆ１２）

如果使用普通冰箱用的氟利昂，将降低波导的绝缘性能，会导致波导内频繁打火，加速管、波导和磁控管都可能因打火而损坏。

４定期记录机器的电气参数

一些原始数据的记录，有助于提供机器稳定性检查，及时发现隐患。主要的参数有：钛泵电流、加速管电流、加速管灯丝电流、加速管灯丝电压、磁控管灯丝电压、磁控管灯丝电流、磁控管电流及波形、充电电流波形及电流。这些参数可作维修参考，并作为加速管、磁控管寿命判断依据。

５开关机应注意事项

加速器开机上电，机器通过计算机自检完成后，将“待机／运行”开关打到“待机”位置，让机器在待机预热１０ｍｉｎ，开机预热有利于保护磁控管灯丝，增加机器的稳定性。机器在待机预热１０ｍｉｎ后，可将运行预热改为１０ｍｉｎ，减少磁控管的损耗，但绝不能少于５ｍｉｎ（磁控管最小预热时间）。预热完成后，可以按晨检模式，让加速器从重复频率较低处（１５０、１８０、２００、２２０）出束１００ｃＧｙ剂量，让磁控管逐步进入工作状态，同时可确定设备是否正常工作。出束过程，如果出现高压过流停止出束，在清除联锁后，不要马上按出束键，等上１ｍｉｎ，或把重复频率（设置剂量率）减少。加速器停止治疗，在关机之前应退回主选择模式，把“运行／待机”钥匙开关打到“待机”位置，等待１０ｍｉｎ后关机。这样主要是为了保护磁控管灯丝，并且保持加速管的真空度，保护加速管的电子枪和灯丝。

６剂量的校准加速器除按标准校准剂量率外，每次校准前应该校准计量积分板（ＸＢ１、ＸＢ４）的放大器零点，将电压表置２００ｍＶＤＣ，调Ｒ５、Ｒ１０使Ｔｐ１、Ｔｐ２２点相对于模拟地（Ｔｐ８）的电压＜０．５ｍＶ，调Ｒ２６使Ｔｐ３电压小于５ｍＶ。如果计算机自检出错，提示有“８２５３计数器出错或剂量率板零漂”，同样应按上述步骤调好后同样要重校剂量。技巧：调节Ｔｐ３的零点电压时，最好使之为正的几个ｍＶ，再调Ｒ３９在Ｔｐ７上有负的几个ｍＶ，这样保证自检通过。

７更换真空管应注意的问题更换闸流管，注意：在关机一段时间后，等管冷却，插拔管要托住其底部，防止玻璃破裂；注意管的冷却风扇正常工作，否责严重影响其寿命，管灯丝电压不能小于６Ｖ。更换磁控管应注意以下几个容易忽略的问题：输出波导的新旧型号的尺寸；安装螺丝的质量；注意水冷却铜管不能乱扳（可用加热后冷却的方法软化）；不能用钢铁工具敲磁钢，其中心磁场为０．１５５Ｔ（１５５０Ｇｓ）；橡胶垫圈的质量和大小。更换加速管应注意：拆下管前，先记下四周３个调节对称性的螺丝的位置及相应的调节量（缝隙），这样在装入新管后其对称不会偏差太大、调节容易；同样注意不要乱板其冷却铜管，小心漏水；把灯丝高压线换掉，保证其性能；注意把钛泵的磁钢装上；若钛泵不工作，加速管将因真空恶化损坏。以上总结的是日常维护的一些工作重点、容易忽略的问题以及工作技巧。现代医用电子直线加速器是肿瘤放射治疗的主要设备，为保证加速器设备的稳定性、操作的安全性、摆位的准确性，每天治疗前对加速器的各项性能指标进行检查是至关重要的。我科2004年从美国瓦里安公司引进一台型号为—23Ex医用电子直线加速器，该机器配有60对120叶片的多叶光栅，适合调强立体适行放疗。每天治疗前有维修工程师按照我科质量保证规程对直线加速器进行日检。日检主要分为以下五部分：设备状态检查、机械检查、激光灯检查、安全检查和剂量检查。

一、设备状态检查该检查主要是对一些主要机器参数的检查和确认，这些参数很少发生较大范围的变化，所以一旦检查出某项参数有较大的变化时，工程师、物理师进行调整确认以保证机器的工作和治疗安全性、准确性。设备状态检查主要有：加速器晨检程序、水冷系统、sF6(气压)空气压缩机的状态检查。早晨开机后确保以上各项都处于工作状态后方可进行检查。加速器晨检程序包括常规检查和MLC检查两部分。这两项可在模拟治疗状态下检查。水冷系统的检查包括内、外水循环两部的水温、水位、水压和两者压差的检查。VARIAN加速器的内循环水温40度。水位在40度时为最佳状态，水温超过42或低于36时要调节水冷系统使水温趋于40，水位过低时要及时补充蒸馏水。长期的13检证明开机15分钟后水温都在40 41度范围内，水位要每3—4月补充一次蒸馏水。SF6气压在28—32P时均可对病人进行正常治疗。当检查气压过低时要及时补充SF6气体以保证正常的治疗剂量。加速器AIR气压表读数为50 42P时说明空气压缩机正常工作，若超出这个范围要对压缩机进行检修和更换。设备状态所涉及的每个项目都要仔细认真的检查，发现问题工程师及时加以解决。

二、机械检查机械检查主要由机架旋转角度检查、准直器旋转角度检查、标尺灯检查、射野尺寸检查和准直器旋转中心轴的检查五部分组成。主要检查工具有指针、水平尺、等中心旋转测试板(IRP)、坐标纸等。利用水平尺可检查机架角度的显示误差，将ganh‘y置于0度的位置，IRP水平放置其中心与光野中心重合．准直器开成IOOCM×10CM大小．D=SAD6MV Linac：6MV处可顺序检查其他几项机械精度的指标。长期的13检工作证明我科的加速器的各项机械指标为：gantry角度偏差<0.5度，准直器角度偏差<0.5度、标尺灯SAD处误差<1mm、光野尺寸偏差<LMM、准直器旋转误差<0.5度，这些机械指标都远低于国际规定的误差范围的高值。

三、激光灯检查瓦里安23EX机房有五处用于治疗摆位的激光灯分别置于左墙、右墙、前墙的墙体内，由于机械震动等原因，很容易引起激光灯的漂移、旋转等变化。所以每天治疗前对激光灯进行检查也很重要。此项检查可与机械检查同时进行，在机械检查确定IRP置于等中心处后，打开激光灯可检查后墙是否垂直通过等中心。然后将机架旋转出一定角度可检查屋顶激光灯和等中心的重合情况，将IRP旋转至垂直的位置可检查左右墙激光灯是否发生漂移、旋转、我科坚持每日检查和每周调试，长期的日检表明激光灯很少发生大的偏移，其误差均为<1mm，达到放疗所需要的治疗要求。若发现激光灯偏差稍大工程师及时进行调整。

四、安全检查该检查的目的是加速器正常工作的安全性和治疗时病人、工作人员的安全，所以也是日检的一个重要环节。这项检查包括加速器的防碰撞功能的检查，手控盒和控制台的各个功能按钮的检查，防护门的连锁，指示灯的防挤压功能的检查以及监视、对讲和广播系统的检查。防碰撞功能的检查包括电子线的防碰功能，用手轻轻触碰防碰感应器即可检查是否正常工作，各功能按钮和指示灯均在出柬的状态下检查，在治疗前要保证以上各项检查项目正常工作。

五、剂量检查电子直线加速器有6MV、15MV两档x一线和6、9、12、18、20、22MEV六档电子线，每天治疗前都要用已经做过标定的剂量仪对各档射线的剂量进行检测，在保证其误差在+一2％的范围内时才可治疗病人。当检测剂量超过+一2％时说明加速器有可能出现了大的剂量变化，工程师、物理师进行分析确认，决定是否可以对病人正常治疗，在常年的日检工作中，我们收集了各个能量数据的变化：出束剂量率均为300MU／Min，剂量仪标定为SAD处射野大小为1O×10cm时100MU=100CGY，各个能量的射线束流都非常的稳定，误差均在±1％以内，达到国际规定的治疗标准。