[实用新型]医用直线加速器KV/MV同轴X射线影像系统

说明书

一.技术领域

本实用新型涉及一种集成于医用电子直线加速器上的“KV/MV同轴X射线影像系统”设计方案，属于医用直线加速器研究与制造领域。

二.背景技术

1.概述：

医学放射治疗的历史至今已有100多年。20世纪50年代有了医用电子直线加速器，标志着现代肿瘤放射治疗设备与放射治疗技术逐步走向成熟。然而，早期的医用电子直线加速器一般只能输出低能单光子辐射，对患者体内肿瘤进行放射治疗时，通常是预先在具有KV级X射线透视功能的“模拟定位机”上进行透视定位，并在皮肤的相应位置画出标记，然后，让患者在加速器上按照肤皮标记的位置进行重复摆位治疗。由于这时的医用直线加速器设备没有“透视”与“拍片”功能，不能验证患者体内的实际治疗精度，更不能进行影像引导下的放射治疗，因此，放疗效果难以保证。即便后来逐步发展起来的高能医用电子直线加速器，虽然通过CT定位等相关技术措施，逐步提高了放疗定位精度，但加速器设备仍然“看不见”患者体内的真实治疗位置，从而放疗精度仍然难以保证。直到21世纪初期，瑞典医科达公司(Elekta)、美国瓦立安公司(Varian)和德国西门子公司(Siemens)等先后开发并推出了以高能医用电子直线加速器为核心技术的“影像引导”放射治疗设备(IGRT-Image Guide Radiation Therapy)，才使现代肿瘤放疗技术迈上了一个新的台阶，标志着放射治疗设备已经进入了一个以“影像引导”为核心技术内容的精确放射治疗新阶段。

2.IGRT医用直线加速器影像验证与引导放疗系统的结构类型：

目前IGRT医用直线加速器的影像验证与引导放疗系统，可以归结为三类影像设计方案：

(1)“MV同源同束X射线影像验证方式”。这种放疗影像验证方式是在医用直线加速器辐射头对面附加一套“同轴MV级射野影像探测装置”，通过采集加速器MV级的X射线，实现二维端口影像验证目的。这是最早集成于医用直线加速器上的影像验证技术。医科达公司(Elekta)和瓦里安公司(Varian)目前的主流医用直线加速器上，仍然保留了这一配置。

(2)“KV/MV正交X射线影像技术”。这种成像技术是在医用直线加速器左右两侧MV级束流轴线的正交位置，集成安装一套常规X线影像系统，即增加一套KV级“X线球管”和一套“KV级影像探测装置”，可以通过KV级锥形束CT(CBCT)成像技术，实现三维影像引导下的精确放射治疗(IGRT)目的。医科达公司(Elekta)和瓦里安公司(Varian)目前的高端医用电子直线加速器上都是采用这种配置模式，占据了目前世界上高端IGRT医用直线加速器的绝对优势，是目前IGRT医用直线加速器的主流机型。

(3)“KV/MV同源双束影像技术”。这种影像技术是针对加速管进行特殊设计，可以形成 KV/MV两种能量的X射线，前者用于放射成像，后者用于放射治疗。医科达公司曾于2000年左右研究开发过“KV/MV同源双束加速管”技术，但由于存在技术缺陷，最终没有推向市场；这一技术另一具有代表性的是中国清华大学，该校科研人员于2006年12月承担了国家十一五科技支撑计划“放射治疗及与影像定位一体化装置的研制”课题，经过两年多的攻关，发明了可以快速切换高能和低能的“KV/MV同源双束加速管”，高能6MV，低能500KV，并研制出KV/MV同源双束IGRT医用直线加速器样机，于2009年通过了科技部、卫生部的项目验收。但是，由于这种结构和成像技术本身存在某些技术缺陷，至今未见推广应用。

3.目前IGRT医用直线加速器影像系统的缺陷分析：

综合分析上述医用直线加速器的三类成像模式，不论从技术上还是临床实践上来看，都存在着“先天技术缺陷”，分析如下：

(1)“MV同源同束X射线影像验证方式”。我们知道，X线之所以能使人体组织在荧屏上或胶片上形成影像，一方面是基于X线的穿透性、荧光效应和感光效应；另一方面是基于人体组织之间有密度和厚度的差别。当X线透过人体不同组织结构时，被吸收的程度不同，所以到达荧屏或胶片上的X线存在差异。这样，在荧屏或X线片上就能形成明暗或黑白对比不同的影像。临床实践证明，人体的不同部位需要不同能量的KV级X线，常规X光机的X线电压范围一般是几十KV至一百多KV之间。而MV级的X线能量，显然大大超过了临床最佳能量范围，因此，尽管可以采取一些相应的技术措施，但仍然不能达到KV级的图像效果。因此，不能得到临床的广泛认可。