远距离治疗机

8．2　⁶⁰Co远距离治疗机

8．2．1　⁶⁰Co远距离治疗机的特点和优点

自从加拿大1951年生产了第一台⁶⁰Co远距离治疗机以来，至今已有半个多世纪的历史，在此期间得到了迅速发展和广泛的应用。我国在60年代也开始生产⁶⁰Co远距离治疗机，发展也相当迅速。由于放射性核素⁶⁰Co发射出的γ射线可以达到MV级能量，并具有成本低、结构简单、穿透力强等特点，⁶⁰Co远距离治疗机逐步取代了千伏级X线治疗机而成为当时临床放射治疗设备的主流机型。

⁶⁰Co远距离治疗机是一种利用⁶⁰Co同位素衰变放出的γ放射线从体外治疗疾病的设备，其γ线的平均能量为1．25MeV，和一般深部X射线机（200～400kV）相比，除能量高外，⁶⁰Co远距离治疗机还具备以下特点：

（1）穿透力强。高能射线通过吸收介质时的衰减率比低能X射线低。因此，高能射线剂量随深度变化比低能X射线慢，也就是说比低能X射线有较高的百分深度剂量。由于百分深度剂量高，⁶⁰Co治疗时射野设计比低能X射线简单，剂量分布也比较均匀。

（2）保护皮肤。⁶⁰Coγ射线最大能量吸收发生在皮肤下4～5mm深度，皮肤剂量相对较小。因此，给予同样的肿瘤剂量，⁶⁰Co引起的皮肤反应比X射线轻得多。如果在皮肤表面放一薄层吸收体，⁶⁰Coγ射线的这一优点将随之失去。因此，在治疗摆位时或设计准直器或挡块时，应保证铅块或准直器底端离开皮肤一定距离（一般为15cm以上），使得最大剂量的吸收不发生在皮肤上。

（3）骨和软组织有同等的吸收剂量。低能X射线，由于光电吸收占主要优势，骨中每伦琴剂量吸收比软组织大得多。而对⁶⁰Coγ射线，康普顿吸收占主要优势，因而每单位剂量的吸收在每克骨中与软组织近似相同。⁶⁰Coγ射线的这一优点保证了当射线穿过正常骨组织时，不致引起骨损伤；另一方面，由于骨和软组织有同等吸收能力，在一些组织交界面处，等剂量曲线形状变化较小，治疗剂量比较精确。

（4）旁向散射小。⁶⁰Coγ射线的次级射线主要向前散射，射线几何线束以外的旁向散射比X射线小得多，剂量下降快，因而保护了射野边缘外的正常组织和减低了全身积分剂量。

电子加速器能辐射出能量、剂量率都高的电子束、X线，可对⁶⁰Co治疗机不能治疗的患者进行治疗。但两者相比，⁶⁰Co治疗机具有下列优点：

①价格便宜，治疗费用低。就国产的两种放射机相比，价格相差6～7倍左右。治疗费为电子加速器的1/5～1/4左右。

②性能可靠，使用方便。没有高电压高电流的电真空器件及复杂的电子线路。此外，仅当偶然事件发生（如同位素源及准直器定位不准）引起剂量变化时，才需要进行测量。而电子加速器系统复杂，操作步骤严格，引起线束能量、剂量率及照射野内剂量均匀性等变化的偶然因素较多，需每天或至少每周对这些参数进行测量。

③结构简单，故障率低，维修容易。除了2至3年进行换源外，其他只有在偶然的电器故障时，才需一般性的技术维修。而电子加速器发生故障时，须由懂专业知识的工程师进行维修，有时常常还须由制造单位的工作人员才能进行维修。

8．2．2　⁶⁰Co远距离治疗机的结构

⁶⁰Co治疗机主要由治疗机头、治疗机架、治疗机床和控制系统组成，其典型外形结构如图8．2所示。

图8．2　旋转式⁶⁰Co治疗机外形

1．治疗机头

治疗机头是⁶⁰Co治疗机的关键部件。上面安装了放射源、遮线器、准直器和光学测距器等。

（1）同位素源及其容器。图8．3是供体外治疗机所使用的同位素源及其容器的典型结构图。

图8．3　标准远距同位素源容器结构的简图

同位素源首先安放在双层密封的容器中，后者用不锈钢材料经过等离子封焊而成。内层容器中安放有外径相同而内径各异的钨合金圆套筒，用以固定不同外径⁶⁰Co源的横向位置。此外，还需要放不同厚度的钨合金圆片，以固定源在容器中的纵向位置。

把源位置固定的双层容器放在外容器中，为了达到辐射防护及足够的机械强度要求，外容器是由钨合金制成的空心圆筒。内容器的顶端被外容器小的内径部分卡住，底端由钨合金圆板顶住，并用扣环与外容器锁牢。

在外容器的外径有标准的固定用螺纹，将其倒置固定在不锈钢制成的钴源筒中，用旋塞紧固。放射源的γ线便通过内容器的顶端进行辐射治疗。上述三种固定措施，都是为了防止同位素源在长期使用过程中位置的变化，以影响γ线在照射野内剂量的均匀性。

（2）遮线器。在治疗机头内，装有放射性核素⁶⁰Co，俗称钴源。为使放射源能在关机储存和开机照射状态之间自如转换，治疗机头内必须安装遮线器装置。当遮线器处于关位时，射线束被遮挡，治疗机处于安全状态；当遮线器处于开位时，射线束从机头射出，处于治疗状态。

常用的遮线器有：抽屉式遮线器、钨门式遮线器、旋转式遮线器、水银柱式遮线器等4种基本形式，如图8．4所示。

图8．4　准直器

其中，抽屉式遮线器是目前最常用的一种方式，最具有代表性，因此，下文将简要介绍安装抽屉式遮线器的治疗机头。

抽屉式遮线器的工作原理是：首先将钴源的源容器装在一只抽屉中，防护机头中间有一条可以自由运动的滑道，抽屉的运动动力是靠压缩空气完成的。在压缩空气的气路中，有一套二位五路的电控阀门，把压缩空气注入到气缸的左端或右端，使抽屉自由运动，达到放射源自由开启或关闭的功能。遮线器用机头本身防护，机头是用铅浇铸而成，外壳用钢板成型。在钴源储存处用净化铀和钨加强防护。钴源固定在钢柱中心，钢柱沿轨道可以滑行，利用空气压缩机使钢柱移动，变换安全位和照射位。抽屉式遮线器的特点是结构比较简单。万一钴源钢柱运动时被卡住，该机器有强行回源按钮，启动后可自动强行回源。

（3）准直器。准直器的作用是为γ线提供靶区形状的照射野，并吸收掉照射野外的射线。所谓射线的照射野，就是在放射源的辐射场内，离源任一距离外垂直于射线轴的截面范围。准直器一般都用重金属（如铅及钨、铀合金等）制成，故又称铅门或钨门。

为了提供可变的照射野，一般由上、下层各一对门构成，分别改变照射野的横向（X方向）及纵向（Y方向）的尺寸，以提供各种尺寸的矩形或正方形照射野。变化尺寸范围一般为2×2cm²～20×20cm²。整个准直器通过支架安装在治疗头上，并可按治疗头的垂直轴线进行旋转。

位置可变式准直器工作时，不仅为射线提供与靶区形状相同的照射野（以对肿瘤进行均匀的高剂量照射）。还必须有小的半影区（以避免正常组织不必要的照射）。所谓半影区，是指射线照射野内20%到80%的等剂量曲线范围。半影区的形状主要有三种因素所造成，如图8．5所示，分别说明如下：

（1）透射半影。透过准直器的部分初级光子线所照射的范围称透射半影区。如图8．5（a），点O表示同位素源（点源），线段OA、OB、OC表示放射源辐射场中的部分放射线。A、B、C表示射线抵达组织内某一深度时的位置。由于准直器提供照射野的平面a与γ线不平行，三条射线经过准直器时便会产生不同的结果。射线OA没有被准直器阻挡吸收，属放射源射线的照射野范围。射线OB及OC辐射途中，遇准直器的部分被阻挡吸收，且随穿过吸收层的层厚增加，强度便随之减弱。射线照射的A—B—C范围内，自20%到80%的等剂量曲线范围，便属射线的透射半影区。射线OD因被准直器充分吸收而不构成对组织的照射。

图8．5　射束的半影区

由上面的分析可知，为了减小透射半影区的影响，往往采取两方面的措施，其一，准直器运动时，照射野的平面a应与γ射线平行；其二，准直器必须有足够的吸收厚度。根据国际放射线防护委员会（ICRP）要求：准直器透射泄漏不超过有用射量的5%。

（2）几何半影。同位素照射量率的值都是有限的。必须增大放射源的体积来满足治疗所需的剂量率。因此，供治疗使用的放射源都有一定的几何尺寸，如图8．5（b）所示。被准直器限束后，照射野边缘各点分别受到面积不等的源照射，因而产生由高到低的渐变剂量分布，称几何半影区。

在人体表皮的几何半影区宽度AC，可根据相似三角形对应边比例相等的原理求得：

式中S——源的顶部直径；

F——源－皮肤距离；

H——源到准直器孔的垂直距离（源阑距）。

若肿瘤在表皮下的d深度，则肿瘤处的几何半影宽度为：

由式（8．2）可知，若要减小几何半影区的宽度，可有以下三种方法：

①减小放射源直径的尺寸S。但S过小，放射源的辐射剂量率就会减小，延长了治疗时间。

②增大源阑距H。由于准直器需用支架固定在治疗头上，H过大既会使支架笨重，也不利于射线的摆位。

③减小准直器孔下端到表皮距离（即L）。但是，由于减少了准直器至患者皮肤之间的距离，却增加了γ射线中的电子污染，破坏了γ射线的剂量建成效应，会增加皮肤的放射性反应。

实验表明：当放射源直径S＝1．5～2．0cm，准直器孔下端到表皮距离L＝15～20cm时，几何半影区的影响可不予考虑。由此所提供的轮廓分明的照射野便可适用于治疗。为了有效地减小几何半影区宽度，一般都装置了消除半影的防半影准直器，结构作用如图8．6。这种翼形状钨条是由两只微型电机传动，使初级照射野内几何半影进一步被吸收，由原来较大的半影宽度P变成较小的半影宽度P′。

图8．6　复式限光筒（消半影装置）

（3）散射半影。如图8．5（c）所示。即使是使用点状放射源和球面准直器，使几何半影和透射半影消失，组织中的剂量分布仍有渐变，这主要是由于组织中的散射线造成。在照射野的边缘，由于到达边缘的散射线主要由照射野内的散射线造成，边缘散射线的总剂量总是低于照射野内任意一点的散射线的剂量。

照射野的边缘离照射野的中心越远，其散射线的剂量就越少。由此可知，组织中的散射半影是无法消除的。但散射半影的大小却随入射线能量的增大而减少。在高能X射线或γ射线中，其散射线主要向前，故散射半影较小；在低能X射线中，其散射线呈各向同性，故其散射半影比较大。

（4）光学测距器。又称光学聚焦指示器。用以指示源－靶之间的距离。用光学系统把标尺刻度及十字线分别都投影到床面上。移动床面的上、下位置，则十字线交点所指示的标尺刻度数便是源－靶距。

（5）模拟照射野装置。是提供γ射线治疗时所需的照射野的模拟尺寸的大小。由强光源（如100W的溴钨灯）通过光学系统，聚焦到准直器上端的反光镜上。经90°反射后再通过准直器的下端孔。改变两对准直器的位置，使之与靶区尺寸相同，则灯光所照射的范围就是所需要的γ线照射野。

2．治疗机架

治疗机架是机器的支撑装置，整个机器的所有部件都由机架将其连为一体，直立固定式⁶⁰Co机的机架较为简单，主要就是支撑防护机头和平衡体，而旋转式机器除有支撑作用外，还是等中心技术的最基本组成部分。

3．治疗床

治疗床要能够承载足够体重的患者，而且当射线通过时，其吸收剂量小、散射少。同时，床面能垂直升降、左右移动灵活，既满足治疗需要，又可保持稳定。纵向移动也是同样要求。床座和床面可旋转角度都是±90°。

4．控制系统

⁶⁰Co治疗机的控制系统由电气控制、机械控制和安全保护控制等部分组成。控制台配有总电源开关、源位指示灯、双道计时系统、治疗机控制钥匙开关、门连锁指示、气源压力系统、机头机架角度指示、电视监控和对讲机等。

为保证机器的正常运行，保证患者及工作人员的安全，⁶⁰Co治疗机必须设置一系列的安全连锁装置，这些装置都连接到主控电路中，也就是说，无论哪一个安全连锁不在正常位置，机器都不能顺利出源治疗。

8．2．3　⁶⁰Co源治疗机的种类和钴源更换

1．⁶⁰Co治疗机的种类

⁶⁰钴治疗机可以分为“百居里”治疗机和“千居里”治疗机两种。前者治疗距离在40～60cm的范围，后者一般在75cm以上。由于“百居里”治疗机治疗距离短，百分深度剂量低，照射时间长等缺点，现已不再使用。“千居里”甚至“万居里”级治疗机较普遍，治疗距离可达100cm，其百分深度剂量可与加速器低能X射线相比。

根据治疗机在治疗时的放射源运动方式又可分为固定式⁶⁰Co治疗机和旋转式⁶⁰Co治疗机。

（1）固定式⁶⁰Co治疗机。固定式⁶⁰Co治疗机也叫做立式治疗机，它的机头可以上下运动，一般活动范围在135cm左右。同时机头可以朝一个方向转动给定角度，一般不超过110°。治疗床与机身分体，可以推开换用椅子坐位治疗，也可机头升高，患者躺低位床，用大面积照射野。床的方向可任意转动，治疗头颈患者比较适宜，但做切线照射不太方便，等中心治疗也较困难。

（2）旋转式⁶⁰Co治疗机。旋转式⁶⁰Co治疗机机架可做360°旋转，机头也可朝一定的方向，照射起来方便。可以做多种治疗，如等中心治疗、切野照射，有些旋转治疗机还可做钟摆照射和定角照射等等。但它的床固定，照射距离要靠升、降床来调节。

随着制造技术的发展，立式治疗机不再生产，主要为旋转式，源到等中心的距离为80cm或100cm。

2．⁶⁰Co源更换

⁶⁰Co源因不断衰变，放射性活度逐渐减少，致使患者的治疗时间不断加长，此时需要更换新的⁶⁰Co源。更换⁶⁰Co源是一项细致、慎重的工作，需要在专业技术人员的指导下进行。新⁶⁰Co源的规格应尽量与旧⁶⁰Co源的规格相近，特别是新⁶⁰Co源的直径至少要等于或小于旧⁶⁰ Co源的直径。

新⁶⁰Co源换上后，由于源的物理几何参数都发生了变化，故需要对新换⁶⁰Co源进行一系列的剂量学测量。临床上特别重要的物理参数如输出剂量的测量、照射野平坦度和对称度的测定、半影的测定以及机器本身（特别是机头）的防护等，都要一一检查，在获得实际数据后方可交付临床使用。