短脈沖技術對粒子治療的影響

通常情況下，束流到達所需能量時引出，在環(huán)內旋轉一周的時間與粒子的速度即能量有關。在治療粒子所需的能區(qū)以及緊湊型同步加速器情況下，通常此值<lp(1/1000000秒）。所以，當束流在一圈內引出，引出的脈沖長度<lfXS。有學者建議采用“快周期”的同步加速器，去增進加速過程（例如60Hz的加速周期）。在獲取相等的平均引出強度情況下，快周期同步加速器的加速周期內必須比儲存在環(huán)內質子的數目要低一些；但引出束流是一個短脈沖，不是隨時間慢慢的引出。

出國就醫(yī)服務機構愛諾美康介紹到，這種短脈沖技術對粒子治療，至今仍是有用的。在臨床使用時，好有一個數百毫秒或數秒長度的調強束流。所以，通常采用共振引出技術，及其變異技術(variants）來慢引出。目前已建造了若干臺粒子治療的同步加速器，日立（Hitachi）公司的同步加速器，代表當前用于質子治療醫(yī)用裝置的同步加速器的尺寸大小。曾有學者考慮過某些總重<2噸的稱作“桌上（table-top）”同步加速器的概念設計，在運行方面做出重大改進。

通常，同步加速器的運行是循環(huán)性的（cyclic），即束流只是在特定的、由設備規(guī)定的時刻引出，并用于臨床治療。然而，臨床應用往往需要產生束流的時間能和患者的呼吸周期同步，此項要求和加速器的內在運行模式是矛盾的。但是為了滿足治療需要，日立公司將運行設計為可以允許加速器周期在任何時刻起動，并允許有一個延長的引出時序。圖是這個系統(tǒng)的示波器顯示，上方的示跡信號是患者的呼吸信號；中間的示跡信號是當允許患者，進行照射時的呼吸信號驅動的時間序列；下方的示跡信號是在允許照射期間，加速器的引出束流。

出國就醫(yī)服務機構愛諾美康介紹到，重離子治療用的同步加速器要稍大一些，目前正在考慮重量>600噸的重離子超導回旋加速器的概念設計。束流傳遞系統(tǒng)流引出后，必須引向適宜的治療室，并用適當的引導方法使束流定位到患者的腫瘤。為此出現許多機械裝置，其中通用的一種是旋轉機架，它可將束流以任何角度傳送到患者腫瘤部位。若再配上-個具有六自由度調整的患者定位裝置，那么就可以將束流以任何方式輸送到患者的腫瘤部位。一個旋轉機架系統(tǒng)的大小將由日立系統(tǒng)所示的患者治療圍墻（enclosure）中所允許的空間來確定。

這個空間必須便于醫(yī)務人員對患者進行治療操作，能安放患者定位所需的影像裝置。旋轉機架的治療頭中要安裝束流傳遞部件，和劑量測量用的束流測量設備。為了滿足上述要求，質子治療用的旋轉機架的規(guī)模相當巨大。通常其直徑可達10m，正如所示的日立旋轉機架系統(tǒng)。重離子旋轉機架中要包含更高能量和質量的重離子用的各種磁鐵，所以規(guī)模要更大。德國Heidelberg的重離子治療中心的重離子旋轉機架重約600噸。

屏蔽要求，加速器、束流線和旋轉機架組成的治療技術系統(tǒng)，必須整合在一個醫(yī)用裝置內。這點可以根描述的各個裝置的需求來完成。一切含有束流的設備在束流加速時刻都會產生輻射，都必須有輻射屏蔽。在典型情況下，根據建筑的具體地點，屏蔽墻的厚度需要6?14英尺，而天花板的厚度可達10英尺。對裝有屏蔽的地方，一定要等到束流斷開后才可以進入該房間。新的和重新再用（revisited）的技術，正如之前提到的，為了減少加速器的尺寸和改進運行的可靠性和性能，曾考慮開發(fā)某些新技術。

原則上，可以將一個較小和較輕的加速器安裝在旋轉機架上。這時，一個治療室需用一個加速器，或是一個治療室需要一個加速器和一個室內特定的束流線。固定聚焦交變梯度加速器（FFAG），意味著將回旋加速器和同步加速器的優(yōu)點相互結合起來。一張FFAG加速器的照片，該系統(tǒng)有一個和同步加速器相類似的磁鐵，可以適應很寬的束流的能量射程，以取代磁場隨能量增加而增強的方法。束流徑向軌跡和磁場如同在回旋加速器中那樣固定不變。當前的研究工作是想確定這種新概念和方法能否用于粒子治療。

出國就醫(yī)服務機構愛諾美康介紹到，美國Detroit的Harper醫(yī)院，運行著一臺用于快中子治療的70MeV超導回旋加速器。這個例子促使推動超導向更高的磁場發(fā)展，使之能加速質子能量至200MeV的質子治療，它的體積足夠小，能夠安裝在采用散射束流傳遞法的旋轉機架上，超導同步回旋加速器已具有專利。據說目前已有一臺正在建造中，但尚未得到有關詳情。