加速器在医学中的应用

加速器在医学中的应用

　　在医学中应用射线治疗肿瘤，已有近百年的历史，最初放疗医生仅能使用软X—射线以及少量的天然放射性核素，如Ra等。上世纪50年代后。60Co治疗机大量普及，这是利用人工放射性核素60Co放出的高能γ—射线，杀死癌细胞。有人统计，从70年代至今，我国共生产过大约700台各类60Co治疗机，包括所谓的γ—刀，这类机器结构相对简单，易于操作维修，由于技术上不断革新，使其性能逐步完善，目前在放射治疗领域，仍然占有一定的市场，但这类机器，射线能量固定，剂量率偏低，不能完全满足放疗要求。

　　粒子加速器技术的发展，使其造价和体积都减小，适合在医院环境下使用，利用加速器作为放疗用的射线源，尤其是电子类加速器，已经大量普及，并部分取代了60Co治疗机，它的最大优点是，能量更高而且可调，剂量率高，可开可停，安全可靠。目前在我国的近500家放射治疗机构里，安装了大约300台电子类加速器，机型主要为电子直线加速器，早期还安装过少量的电子感应加速器。近期一种极为先进的跑道式电子回旋加速器，它能分级调整能量，并有配套的技术设备，这种加速器已经在我国西部一家医院建成，开始用于临床治疗。国外还有人正在研制一种名为“断层放疗装置”的机器，它把CT机和加速器合二而一，在实现放射治疗的同时，完成CT成像。这种电子类加速器所产生的高能电子和X—射线，是应用最早也是目前应用最广的一种加速器放疗手段。

　　无论是钴源还是电子类加速器射线源，在放疗中，由于X或γ射线的性质，在杀死癌细胞的同时，都会对周围的正常细胞，产生较大的损伤。

　　上世纪中期，有人提出用质子束作放疗，它的最大优点是吸收剂量相对集中，调整质子束能量，使其射程的终点达到病灶时，能量降低到1MeV左右，此时吸收剂量急剧增加，可提高3倍，这能更有效地杀死癌细胞，并使正常组织接受的剂量减少。目前利用质子束治疗的专用加速器，已能商业化生产，它要求加速器的能量在70—235MeV范围内可调，目前的主要机型为回旋加速器，也有人在设计质子直线加速器，我国已有几家医院，正在建造这种质子治疗装置。

　　在核医学中，还利用中子射线来治疗，但早期大多利用原有作核物理研究用的加速器，经过改造，加以利用，直到90年代末期，世界上才有了第一台专用的超导回旋加速器，用于中子治疗，它要求加速器有足够强的束流和与之配套的技术设备，我国的科学家利用一台35MeV的质子直线加速器，也已开展了中子治疗的临床研究，接受治疗的患者，已过数百人。

　　在核医学中，一种更为先进的方法是硼中子俘获治疗，比之前述的任何一种方法来，更能降低对正常细胞的伤害，其基本原理是：利用所谓的现代单克隆技术，将10硼原子连接到单克隆药物上，而后者具有自动导向癌细胞的特点（被誉为生物导弹），它将10硼原子聚集在肿瘤上，然后用高通量热中子照射，使10硼发生核反应，进而生成a 离子和7锂的反冲核，这两种质量更高的带正电离子，电离密度更高，其射程分别为5m m和9m m，正好与癌细胞的直径相当，具有良好的区域性，能最有效的杀死癌细胞，而最大限度地减少对正常组织的损伤，这种方法，需要高通量的热中子流，这要由低能、强流质子加速器来完成，由它产生的低能，强流质子束，去轰击锂靶或铍靶，而产生强中子流，经过慢化（降低能量）后，进行治疗。目前，倍受关注的机型是高频四极场加速器，国外已建成这种专用的加速器，我国的科学家也已经做出样机，另外还有一种称之为真空绝缘型串列加速器，也有望能满足这一要求。

　　在核医学中，使用的放射性同位素，约有80种，其中只有1/3由核反应堆生产，其余2/3要用加速器完成，尤其是缺中子短寿命同位素。90年代以来，正电子发射断层照相术（PET）的发展和普及，要求有稳定可靠，易于操作维护的放射性同位素示踪剂生产设备，加速器是理想的配套设备，目前，10—30MeV的紧凑型回旋加速器是主流机型，在我国各地的医院里，已经有11台以上的这种加速器在运转，还有多台在建造中，也有少数用质子直线加速器的，但成本较高，这类加速器生产的同位素，不仅用于诊断，还可直接用于临床治疗或医学研究。

　　在医学中，加速器还有许多用途，少数先进国家，已开始利用重离子束治疗，因为它的电离密度更高，这要求有合适的重离子加速器以及相关的技术设备，国外已建成了这种放疗专用的重离子加速器，开始临床治疗，用加速器产生的高剂量射线源，还用来对医疗器械、医用材料等进行灭菌消毒。总之，在医学中，加速器的应用，越来越广泛，它将在放射治疗中，担当极其重要的角色。