医用放射诊断与治疗设备----医用放射治疗设备(下)

        一.γ刀系统
        γ刀(γ Knife)，如同5-56所示，是利用γ射线几何聚焦原理．在精确的立体定向技术辅助下，将经过规划的大剂量7射线于短时问内集中照射于颅内的预选靶点，一次致死性地摧毁靶区组织，以达到类似于外科手术治疗目的的一种治疗仪器。γ刀毁损靶点的作用，可直接用以治疗颅内占位性病变，也可通过毁损脑内特定的神经核团，治疗某些功能性神经外科疾病。 

        （一）y刀的主要结构和组成
        目前γ射线立体定向放射治疗系统可分为静态式γ刀和旋转式γ刀两大类，均主要由放射治疗系统、立体定位系统、电气控制系统和治疗计划系统4个子系统构成。 白1969年吐界上台γ刀问世以来，随着放射影像技术、立体定向神经外科技术和计算机技术的不断发展，产品的不断更新换代，至今已生产出第四代Y刀产品。20世纪90年代，中同在世界上率先研制出旋转式γ刀，在静态式γ刀的基础上做出了重大改进，使设 汁更为合理。下面分述静态式和旋转式γ刀。 1.静态式γ刀静态式γ刀在世界各地得到了较为广泛的应用，主要由以下几部分组成。

        (l)放射治疗系统：由放射源装置、头盔和屏蔽装置组成。

        1)放射源装置：静态式Y刀体内安装有201个 6帅Co放射源，每个放射源由20个直径为1mm的60Co源颗粒组成。放射源密实地排列在一个半球形双层不锈钢包壳内，201个放射源的活度均不小于30Ci，7刀总活度可高于6400Ci。治疗时在焦点处的剂量率可达4Gy/min左右。

        2)头盔：头盔为半球形金属壳，上面钻有和放射源相对应的201个管状准直孔，用于完成对射线束的后准直。每台T刀配有4个头盔，每个头盔大小一样，都是外径225mm、内径l65mm、厚度60mm的铸铁球壳；各个头盔的管状准直孔直径不同，分别是4mm、8 mm、 14 mm和i8mm，从而决定了在焦点处形成的小圆形射野的直径大小。治疗规划时可根据 病灶大小和形状选州不同型号的准直器。每个头盔部配有一些与其准直fL相对应的钨合金 塞子(厚度60mm)，为了改变照射野的剂量分布或避开重要组织如眼晶状体、视交叉等，在 治疗中可将相应的准直孔堵塞。

        3)屏蔽装置：放射源装嚣配备了足够安全的屏蔽装置，以确保辐射防护安全，使得医务人员 能在接近y刀的环境里长期工作；屏蔽装置主要由上部半球壳、下基体、中间体和屏蔽门组成。 上部半球壳屏蔽体的外径为825mm、厚度为400mm、内径为425mm，其内侧是安置钴源的中间体，厚度为195mm、外径为420mm，内径为225mm，用4根钢闩紧固在下基体上。 上间体的下方有一个球顶式空腔，可将患者移至此空腔内，其侧面和下面有屏蔽。 屏蔽门由钢板制成，内夹有约i3mm厚的铅板，总厚度为185mm，在一个铰拉面上转动 并向内开启，以便患者进室治疗。

        (2)立体定位系统：用以确定靶点位置，并在治疗时同定患者头部，使靶点准确地定位在射线焦点上，主要南以下几个部分组成：

        1)立体定位框架：立体定位框架具有三维坐标定位功能，在MRI/CT扫描时，借助于 MRI/CT图像，以确定靶点的位置坐标、大小和形态，在治疗时将靶点定位在射线的焦点上。 基本结构是一个与头形相适应的方框架和4个垂直固定销（2个位于额部、2个位于枕部）。

        2) MRUCT框架和适配器：MRI/CT框架是一种指示器，由特殊材料制成三维刻线。 扫描时，在图像上产生x、y、z轴坐标标记，以确定靶点的位置。适配器是立体定位框架与 MRI/CT定位床相吻合的附件。

        3)定位支架：定位支榘是带有x向调定器的支撑装置，治疗时可实现支撑立体定位框 架并具有x向定位作用。

        4)治疗床：治疗床由同定床身和移动床组成，定位支架连接在移动床上，治疗时将患者 送人射源装置内，使预选靶点与射线焦点重合，治疗完毕后退出患者。

        (3)治疗计划系统：是一套计算机图像处理、剂量规划装置。硬件配髓包括：MRI/CT图像输入装置、三维刚像处理工作站和治疗文件的输入装置。

        1)图像采集：通过MRUCT影像诊断设备的视频输出口采集图像．或通过扫描仪输入 胶片图像。

        2)图像处理和剂量规划：可在三个主要投影平面上获得合成的等剂量曲线分布图，也可根据靶区的治疗剂量计算出所需照射的时间。

        3)治疗方案输出：可以形成特殊格式文件直接传输到治疗控制台，也可打印输出。

        4)控制台包括总控制台（装有各种控制开关、1二作显示灯、计时器、出错报警、紧急处理 等装置）、声像监视系统及不间断电源等。

        2.旋转式γ刀旋转式γ刀采用旋转聚焦的方法，装在旋转式源体上的30个60Co放 射源绕靶点中心做锥面旋转聚焦运动。由于射线束不是以固定路径穿越周围组织，周围组 织所受的照射剂量更加分散，每个单位体积的周围组织只受到瞬时、几乎无伤害的照射，从 而在靶灶中心形成良好的聚焦治疗效果。另外，旋转式γ刀明显减少了放射源的数目，去除了静态式γ刀笨重的头盔装置，简化了结构，节省了装源时间和费用。当然，旋转式γ刀的 临床应用时间尚短，治疗经验有待进一步总结。 旋转式7刀在装置的结构上与静态式T刀不同的是它有一个使射线源和准直器旋转的旋转驱动装置，由直流伺服电路构成。当源体旋转时，准直器可随其作同步跟踪旋转，钴源发出的γ射线经过准直器精确地？[集在球心形成焦点；准直器也可相对于源体单独转动，作 换位选择．以产生不同大小的焦点或实现非治疗时间的屏蔽。

        (二)γ刀的临床应用 早期的γ刀系统主要用于治疗功能性神经外科疾病，随着近年来影像学的发展和γ刀
设备的不断更新及日趋完善，其应用范围不断扩大，主要临床应用有：颅内的静脉畸形，颅内 的良性小肿瘤（如听神经鞘瘤、垂体腺瘤、脑膜瘤、颅咽管瘤、胚胎瘤、脊索瘤等），颅内转移 瘤，松果体区肿瘤，胶质瘤，涉及H＆、耳、鼻的头部良性和恶性舯瘤（如黑色素瘤、鼻咽癌），不 适合开颅手术的较小肿瘤，开颅手术未能切除干净的肿瘤，功能性神经疾病（如顽固性疼痛、 帕金森病、癫痫、原发性三叉神经痛等）、精神科疾病。
 

        二.X刀系统
         19世纪50年代初，神经外科的手术死亡率高达40%左右，其致伤致残率更高；因此，探索 一种无创或微创、不,H{m、无痛苦地治疗颅脑疾病的新途径，始终是神经外科医生的典同愿望。 1949年瑞典的神经外科专家Leksell首先提出了立体定向放射外科的概念与设想。不久，他利用自己设计的立体定向仪与一台中电压X射线机相配，使X射线管沿C形臂的轨迹旋转，因而 实现了将X射线汇聚到靶点。这其实就是附属于兆伏级高励口速器的立体定向放射外科(X刀)的前身。从这一意义讲，X刀(X Knife)的产生先于γ刀，Leksell同时也是X刀的创始人。 随着放射物理学、放射生物学的发展，直线加速器在医学上的广泛应用．巴黎的Betti于 20世纪80年代初探索将新一代的脑立体定向仪与直线加速器相结合开始等中心直线加速 器放射外科，即X刀技术。同年意大利的Colombo亦提出X刀的理论与方法。20世纪80年代末、90年代初，相继在德国、美国研究出了比较成熟的囤像三维重建与放射剂量分布三维重建结合的软件系统，同时对准直器、立体定向仪进行改进，还开始尝试无创、重复定位框架和无框架定位系统。使X刀治疗技术逐步走向成熟。 20世纪90年代初是X刀的年代，在短短1-2年的时间内，世界范围内出现了上百个 X刀治疗单位。近年来全世界各种商品化和非商品化的X刀正以每年百余台的速度迅速 普及推广，出现了X刀逐步取代γ刀的形势。 由直线加速器产生的x射线与60Co释放的γ射线均为光子，具有相似的放射生物学效 应。直线加速器的机架在旋转时是作等圃运动，但在实际运行中是从一个端点向另一个端点沿圆弧运动，在该圆弧上的任何一点由机架发出的X射线束均投向该弧的圆心•该圆心即为X射线的等中心。当治疗床位于某一位置时，机架绕转中心对靶点实施的旋转照射称 为单弧面旋转照射，如果不断改变治疗床的角度，机架绕转中心多次重复旋转照射，位于等中心处的颅内靶点即受到从不同角度实施的多个单弧面旋转照射，这种照射方法即为多非 共面弧旋转照劓。多非共面弧旋转照射使X射线的总剂量集中于靶区内，而靶区以外的剂 量锐减。研究资料表明，4-11个非共面弧旋转照射的剂量分布与γ刀的剂量分布非常接近，而当总照射弧度达到300。时，5个非共面弧照射治疗计划适于X刀的临床应用，增加照射弧数目对剂量分布无明显影响。

        （一）X刀系统结构一台完整的X刀系统主要由放射源系统、立体定向定位系统和治疗计划系统(TPS)三 部分组成，如图5—57所示。

        1．放射源系统
        (l)直线加速器：用于X刀的直线加速器的稳定性能要好，其机械误差不能超过1mm。 图5- 57中G为机架旋转轴，C为准直器旋转轴，T为治疗床旋转轴。机架旋转轴与准直器旋转轴的交合点即为直线加速器的等中心点。机架旋转过程中的任一角度，其照射野均包 括泼等中心点。可旋转、移动的治疗床必须使患者身体内的任何一点可以与等中心点重合， 从而保证任意的床角度下照射野均经过病灶靶点。准直器旋转轴较少使用，仅在某些不规则照射野时用。由于重力作用和机架旋转过程中涉及的连接轴较多，机架在做等圆旋转时，其等中心点位置易发生偏差。为了增加稳定性，有些厂家生产的X刀为宣线加速器的机架 专门配备了一个金属地板支架，该支架固定在地板上,上端与机架相接。当机架做等圆旋转 时，地板支架的臂也随机架旋转，这样可减少加速器机架旋转时的机械误差。

        (2)二次准直器：普通的医用直线加速器机内已配有一个准直器，该准直器能将机架发出的X射线束的照射范围限制在40mm×40mm之内。为了进一步控制X射线束的照射范 围，减小射线在等中心点处的半影区，需要在机架上配置一个二次准直器。二次准直器的口径在5-50mm，治疗计划时视病灶的大小和形状，选用不同口径的准直器，从而达到针对性 的小野照时和保护靶区以外的正常脑组织。

        (3)多功能治疗床：多功能治疗床的前端固定在地板的旋转轴上，旋转轴的中心线与机架的等中心点相交，治疗床可以绕该中心线做水平方向旋转。治疗床还可以上下移动，当患者躺在治疗床上时，调整治疗床的高度坐标，使颅内靶点正好位于加速器的等中心点上，这样无论治疗床旋转至哪个角度，均能保证颅内靶点与加速器机架旋转的等中心点相吻合。

        (4)控制台：南一台微机控制直线加速器的旋转，完成X刀的照射治疗。 2立体定向定位系统
        (l)立体定向同定头架：为圆环状或方形金属框，也称为基架，基架上有4根可调节高 度的金属立柱，立柱的上端有螺孔，可装入螺钉，借此可将基架牢同地同定到患者头颅上。 如果采用磁共振对颅内靶点定位，基架、立柱和螺钉均应为无磁材料。

        (2)立体定向定位框架：有圆环形和四方形两种定位框架。无论哪种定位框架，在其前、后、左、右4个垂直面上都有一个“N”形定位杆或定位槽。将定位框架固定到头架的基 架上，即可利用CT或MRI等影像设备对颅内靶点进行定位。

        (3)适配器：为一个与定位头架相对应的固定器，当患者荷带头架进行CT或MRI扫 捕定位时，可将头架牢固地固定在检查床上。 3治疗计划系统
        (l)图像扫描仪：将CT或MRI定位片放入图像扫描仪，每幅图像即能被输入微型计算机 内。如果将CT或MRI{i的图像信号用视频线直接输入微机中，则不需配置图像扫描仪。

        (2)微型计算机：定位图像被输入微机后，借助计算机屏幕对每层图像进行定位，确定 每层图像的X、Y、Z三维坐标数值，然后将定位图像连同每层图像的三维坐标值输入另一台 小型计算机工作站。小型计算机工作站：通过工作站视频对每层图像的轮廓、靶区及需要保护的重要功能结构进行勾画。工作站可将上述勾画的结构进行二维图像重建，绘制出颅内 结构的仿真立体图像，根据病灶的大小和形状，计算功能迅速计算出治疗所需要的等中心点数目、准直器大小、加速器机架旋转弧的数目，以及为避开附近重要结构而选定的治疗床角 度等参数。通过汁算机屏幕，可以显示靶区的剂量分布和重要功能结构的受照剂量。如果 治疗计划不够理想，可以反复修改。

        (3)激光打印机：主要是将工作站计划好的治疗参数打印出来．为实施治疗时用。

        （二）基本治疗技术及临床应用
         X刀的基本治疗技术是应用多个共面旋转弧围绕一个或多个颅内靶点。照射弧的大小 由机架旋转所决定，弧面的位置与治疗床旋转所规定的患者的位置有关。一个标准的、形成 球形剂量分布的治疗方案为：5个照射弧、每个弧100°，床角分别为90°、60°、30°、270°、300°、 330°，总剂量平均分配于每个弧，采用统一的准直器，如同 5-58所示。

         采用一个等中心点治疗时，可通过改变床角、照射弧的大小、剂量、所选用的准直器来改变球形剂量分布，使之与病灶形状更加吻合。 与γ刀相比X刀不受治疗空间限制，配有较大口径的准直器，照射剂量在靶区内的分布较为均匀。因此，相对来 说X刀的治疗范围更广泛。 颅内良性肿瘤：如听神经瘤、脑膜瘤、垂体瘤、颅咽管瘤、松果体区肿瘤等；脑血管畸形：位于重要功能区和脑深部的脑动静脉畸形、海绵状血管瘤等；功能性神经外科疾病：如帕金森病、顽同性疼痛、三叉神经痛、癫痫，以及强迫性精神病等；颅内恶性肿瘤：单发或多发的脑转移瘤可先行X刀治疗，再进行全脑照射，对于无法手术切除的颅内恶性肿瘤如胶质瘤等，可以在全脑照射的基础上辅以X刀治疗，也可以利用X刀进行立体定向分次放射治疗；术后残留或复发的颅内肿瘤；颅外肿瘤：位于眼眶内、颅底、高颈段或鼻咽部的肿瘤，如眼黑色素瘤、鼻咽癌等。