束流能量及大小會(huì)直接影響臨床參數(shù)

影像技術(shù)的不斷改進(jìn)，以及質(zhì)子治療在照射劑量的邊界精度方面已有所改善。我們期待著影像技術(shù)的進(jìn)一步改善；要求治療機(jī)構(gòu)能夠升級(jí)及輕松替換過時(shí)的影像設(shè)備。位于馬薩諸塞州劍橋的哈佛回旋加速器質(zhì)子治療中心，初是作為一個(gè)研究機(jī)構(gòu)而設(shè)計(jì)的，后經(jīng)改造用于治療患者。其治療患者的經(jīng)驗(yàn)來自于物理實(shí)驗(yàn)室，而非門診治療機(jī)構(gòu)，而今已并非如此。

海外醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)愛諾美康介紹到，新近建成的質(zhì)子治療機(jī)構(gòu)，都在設(shè)計(jì)中考慮到患者的就醫(yī)體驗(yàn)。室內(nèi)光線充足，并傳達(dá)出一種希望和恢復(fù)的感覺。將來的質(zhì)子治療中心布局，將會(huì)使患者和員工均感受到更具親和性。員工將會(huì)發(fā)現(xiàn)，中心布局極為高效，并早受在此工作。新的治療中心將設(shè)有休息區(qū)、會(huì)議區(qū)以及培訓(xùn)區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)臨床醫(yī)師和設(shè)備維護(hù)人員，以少的停機(jī)時(shí)間來運(yùn)營(yíng)整個(gè)中心。無論是獨(dú)立的中心，還是較大醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)，將來的粒子治療機(jī)構(gòu)將擴(kuò)展成為一個(gè)集醫(yī)學(xué)、工程和建筑藝術(shù)于一身的綜合體。

粒子加速器增加帶電粒子的動(dòng)能。從粒子治療的目的看，這就相當(dāng)于增加粒子在患者體內(nèi)的穿透深度。洛倫茲力定理描述了這個(gè)加速器的物理過程，首先一個(gè)電場(chǎng)瓦可在一個(gè)帶電荷粒子上產(chǎn)生一個(gè)作用力，使粒子可以沿著電場(chǎng)方向加速；其次，當(dāng)一個(gè)速度帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，在粒子上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)和運(yùn)動(dòng)方向及磁場(chǎng)相垂直的力。因此，電場(chǎng)可以增加粒子能量，而磁場(chǎng)可以描述粒子的運(yùn)動(dòng)。將適當(dāng)能量的帶電粒子傳遞到患者體內(nèi)，技術(shù)是由粒子向患者體內(nèi)腫瘤方向的加速、偏轉(zhuǎn)和聚焦所組成的。一束粒子流是一群在束流位置、束流角度和速度上差別很小的粒子的集合體，束流中的大多數(shù)粒子將根據(jù)整體系統(tǒng)的性能到達(dá)腫瘤靶區(qū)。

治療裝置用的粒子加速器，必須滿足以下一些條件，加速器的束流參數(shù)必須滿足所要治療腫瘤的臨床束流要求。然而至今對(duì)此要求，還沒有明確的質(zhì)量量化規(guī)范。因?yàn)檫@種要求與裝置的臨床使用方法有關(guān)，也就是說，和醫(yī)師選擇的治療部位和治療模式有關(guān)。整體治療系統(tǒng)的可利用率必須>95%。加速器僅是系統(tǒng)中眾多部件之一，所以其可利用率必須>99%。設(shè)計(jì)治療系統(tǒng)時(shí)，人們不禁要問，一個(gè)治療裝置內(nèi)用幾個(gè)加速器才算優(yōu)化？或是一個(gè)治療室用一個(gè)加速器合算嗎？這個(gè)問題一部分與必須使用的治療室數(shù)目有關(guān)，但也和停機(jī)狀態(tài)時(shí)收入減少及維護(hù)費(fèi)用有關(guān)。整套系統(tǒng)必須緊湊到足以安裝在一座醫(yī)療建筑內(nèi)。

通常情況下，建筑空間橫跨長(zhǎng)度<8m。然而，當(dāng)粒子治療應(yīng)用更廣時(shí)，此類機(jī)構(gòu)就會(huì)需要并且建造更多的治療室，而那時(shí)一臺(tái)較大的加速器就對(duì)整個(gè)占地和價(jià)格等影響不會(huì)太大。反之，某些醫(yī)用裝置沒有多個(gè)治療室的空間或需求，小型加速器的設(shè)計(jì)就更引人人勝。加速器必須易于運(yùn)行，在醫(yī)院環(huán)境下的設(shè)備維修，和運(yùn)行工作人員的數(shù)量，不能像在物理實(shí)驗(yàn)環(huán)境下那么多。當(dāng)然“容易”是相對(duì)而言，和人員訓(xùn)練水平有關(guān)。

臨床應(yīng)用對(duì)加速器要求的影響，加速器的優(yōu)化是為了確保能產(chǎn)生、符合臨床治療要求的射線及傳遞模式。束流傳遞模式的類型可以決定所需的束流參數(shù)。在筆形束模式下，未調(diào)制束流動(dòng)態(tài)地定位在靶區(qū)內(nèi)，束流參數(shù)和靶區(qū)就能確定臨床治療參數(shù)。如果在束流路徑中插入額外的材料來控制束流，如把束流擴(kuò)展開或?qū)⒛芰繑U(kuò)寬，那就還需要調(diào)節(jié)加速器的束流參數(shù)，來滿足適用的臨床束流 要求。

海外醫(yī)療服務(wù)機(jī)構(gòu)愛諾美康介紹到，束流能量及分散的束流大小，都會(huì)直接影響臨床治療參數(shù)。如劑量率、射程、后沿劑量下降和側(cè)向半影等。此外，束流的路徑中插人的材料也會(huì)影響參數(shù)。將束流全部阻擋的部件，將減少束流的射程和增加束流的后沿劑量下降和側(cè)向半影。將束流部分阻擋的部件，能用來將側(cè)向半影銳化，如果用雙散射法來擴(kuò)展束流，那么水中33~43cm的射程，則需要能量為230~270MeV的質(zhì)子束。調(diào)強(qiáng)放射治療是一種可選的先進(jìn)治療模式，大多數(shù)治療裝備內(nèi)都采用此項(xiàng)技術(shù)。對(duì)于這種新技術(shù)，除考慮常用的參數(shù)如能量和流強(qiáng)之外，加速器束流的宏觀時(shí)間結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)參數(shù)能量、流強(qiáng)、位置各自的時(shí)間變化率，也是十分重要的。

加速器的類型，是一種用控制電場(chǎng)的方法，達(dá)到有效加速帶電粒子的裝置。直線加速器的電場(chǎng)控制，是使粒子沿直線路徑進(jìn)行加速，直線加速器的長(zhǎng)度與電場(chǎng)的強(qiáng)度，和加速器的能量增益成正比。非常規(guī)技術(shù)如介質(zhì)壁直線加速器正在研制中，而目前的常規(guī)直線加速器，還不足以產(chǎn)生足夠的電場(chǎng)強(qiáng)度，來建造緊湊型的重離子加速系統(tǒng)。

為了在一個(gè)緊湊的機(jī)器中加速帶電粒子，必須有效地重復(fù)利用電場(chǎng)；為此，像回旋加速器和同步加速器，迫使粒子重復(fù)地通過一個(gè)相同的電場(chǎng)，使粒子不斷加速的循環(huán)型加速器已普遍投入應(yīng)用。但是通常情況下，對(duì)應(yīng)治療使用的粒子能量的圓形加速器尺寸仍較大，所以還需保留單獨(dú)的加速器實(shí)體，和束流饋線將加速器束流分別送入各治療室。目前正在研制如常規(guī)電子直線加速器那樣的一個(gè)治療室，配一個(gè)加速器的新方案。