束流能量增加時(shí)環(huán)內(nèi)軌道保持不變

未來(lái)的質(zhì)子中心，由于粒子治療越來(lái)越廣泛地被接受，因而這類機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)也將逐步完善。由于設(shè)備的高昂價(jià)格以及防護(hù)要求所致較高的建筑造價(jià)，粒子治療仍是許多醫(yī)療中心所無(wú)法企及的。質(zhì)子治療倡導(dǎo)者正在嘗試各種創(chuàng)新以降低成本，從而將這種治療方式提供給更廣泛的人群。目前正在對(duì)較小規(guī)模的機(jī)構(gòu)，或僅治療限定腫瘤部位的粒子治療機(jī)構(gòu)開(kāi)展研究。

安德森癌癥中心轉(zhuǎn)診機(jī)構(gòu)愛(ài)諾美康介紹到，設(shè)備制造商與臨床醫(yī)師一起，不斷地對(duì)治療的各個(gè)環(huán)節(jié)加以改進(jìn)，以便減少患者的定位時(shí)間，允許更多的治療過(guò)程中劑量調(diào)整。患者定位系統(tǒng)改進(jìn)得越來(lái)越精確、人性化和具有親和性。患者專用的固定銅制擋塊（fixedbrass aperture）和鉆孔塑料射程補(bǔ)償器(drilled plastic range compensator）正在被多葉準(zhǔn)直器 (multileaf collimator），和可變掃描束（variablescanned beam）所取代。利用各種基準(zhǔn)標(biāo)識(shí)和門(mén)控技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的運(yùn)動(dòng)及變化的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。

從經(jīng)濟(jì)角度看，將目前一個(gè)加速器供應(yīng)若干個(gè)治療室的方案，改成一個(gè)加速器供應(yīng)一個(gè)治療室的方案，是否合算仍有待論證。為了減少照射時(shí)束流對(duì)患者的影響，治療時(shí)的束流傳遞時(shí)間一般在1~2分鐘之間。原則上，一位患者占用治療室的時(shí)間，與特定的臨床操作方式有關(guān)，通常室內(nèi)定位就要占用數(shù)分鐘，而真正的治療時(shí)間僅占很少的一部分。因此，為了大限度地使用昂貴的加速器，將一個(gè)加速器的束流引向若干個(gè)治療室的方法，還是比較經(jīng)濟(jì)的。

安德森癌癥中心轉(zhuǎn)診機(jī)構(gòu)愛(ài)諾美康介紹到，回旋加速器是帶電粒子束流，在一個(gè)簡(jiǎn)單回旋加速器中的軌跡。可以將一個(gè)簡(jiǎn)單的回旋加速器，看成是一個(gè)從垂直方向分離成兩個(gè)半圓盒的圓盒（pillbox），兩個(gè)半圓盒的間隙中加上一個(gè)電場(chǎng)，半個(gè)圓盒的形狀像英文字母D，故常稱作D形盒（dee）。此外，在這兩個(gè)D形盒上都加上一個(gè)二極磁場(chǎng)。束流先人射到中心，然后束流每次穿過(guò)電場(chǎng)時(shí)就加速一次，束流離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)進(jìn) 入磁場(chǎng)區(qū)又被偏轉(zhuǎn)180°，在一個(gè)特定的精確時(shí)刻又重新進(jìn)入電場(chǎng)區(qū)，電場(chǎng)的極性是以精確的時(shí)間間隔進(jìn)行切換，以確保當(dāng)束流到達(dá)間隙時(shí)，束流總是加速，而不是減速。

電場(chǎng)的高頻率，是由回旋加速器方程式給出，其中o是電場(chǎng)的角頻率，g是粒子的電荷，m是粒子的質(zhì)量，是磁鐵的磁場(chǎng)。由于磁場(chǎng)幾乎是常數(shù)值，束流軌跡的半徑隨能量增大而增大。有效的束流軌跡類似于一個(gè)螺旋線。當(dāng)束流在回旋加速器的邊緣到達(dá)高能量時(shí)，束流就從回旋加速器的邊緣向治療室的方向引出。回旋加速器的尺寸和重量,主要是由磁場(chǎng)強(qiáng)度大小來(lái)確定，更確切的說(shuō)法，是由達(dá)到要求的磁場(chǎng)強(qiáng)度所需 的鐵和銅的重量和尺寸來(lái)確定。

常溫回旋加速器內(nèi)有些地方的磁 場(chǎng),可高達(dá)3特斯拉(Tesla），引出束流可>300nA，鐵芯和銅線的總重量是220噸，加速器建立在一個(gè)直徑4m的底座上，回旋加速器的上下兩部分,可以沿水平方向的中線打開(kāi)而易于維修，這個(gè)維修措施對(duì)確保所需的可利用率是十分重要的。第一臺(tái)這種型號(hào)的回旋加速器,建在美國(guó)醫(yī)院的Francis H.Burr質(zhì)子治療裝置上，且在1997年開(kāi)始運(yùn)行。ACCEL公司建造的一臺(tái)Comet回旋加速器，是一臺(tái)僅重80噸的超導(dǎo)加速器，載流線圈放在超導(dǎo)的低溫槽內(nèi)，因而可以達(dá)到很高的電流，隨之到達(dá)數(shù)特斯拉的很高磁場(chǎng)。束流性能和常溫回旋加速器的基本相同。

同步加速器是帶電粒子束流，在一個(gè)同步加速器中的軌跡。同步加速器是一個(gè)帶磁鐵的狹窄真空管道組成的環(huán)。束流從同步加速器環(huán)外的一個(gè)3?7MeV直線加速器（LINAC）。束流連續(xù)地在環(huán)內(nèi)循環(huán)，反復(fù)通過(guò)置于環(huán)上的加速裝置而獲得加速。為了使束流保持在閉合環(huán)內(nèi)，磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度必須隨著束流能量的增加而同步增強(qiáng)，也因此而獲得同步加速器之名。

安德森癌癥中心轉(zhuǎn)診機(jī)構(gòu)愛(ài)諾美康介紹到，當(dāng)束流能量增加時(shí)，束流在環(huán)內(nèi)的軌道保持不變，這和在回旋加速器的情況相反，后者是磁場(chǎng)固定不變，加速束流卻在半徑增長(zhǎng)的橫平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。相對(duì)而言，粒子治療用的回旋加速器，僅有很少的調(diào)節(jié)參數(shù)，產(chǎn)生的是連續(xù)束流。這種連續(xù)束流和適合的離子源相配合后，就能進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，或產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)度隨著時(shí)間連續(xù)變化的束流。