X波段(X－BAND)技术在医用加速器中的应用－－－－支持maydays

小红帆

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摘要：大多数的放射治疗机都是基于微波直线加速器的。医用加速器主要使用s-波段的频率。紧凑的加速器使更大范围的治疗成为可能。如果使用高频，加速器的尺寸和重量慧显著减少，x波段的频率适合这种应用。x波段技术已经在高能的工业上应用。在放疗领域，它已经在一些治疗机上开始应用。mobetron，一种术中放疗系统就是其中之一，另一种是立体定向放射治疗机，赛博刀（cyberknife）。这些结构紧凑的机器需要使用x波段的加速器。这里我们分析了一些医用机器选择x波段技术的基础。回顾了已有的医学应用。我们还讨论了机器中其他x波段部件，包括高功率rf源。
1．        x波段加速器技术。
x波段加速器在最近0年得到了长足的发展，得益于高能物理研究中未来的线性碰撞所需的高梯度加速器的需要。加速器部件的设计，制造和性能研究都反展起来了。
在工业和医用领域，使用高于目前流行s波段的频率的好处是显而易见的。首要的因素就是紧凑的加速器结构伴随重量的减轻。应用x波段技术，对于给定能量，可以用较短的长度得到某一电子束能量。原因有两方面，首先，单位长度的并联电阻高于s波段，其次最大允许的电场强度也较高。频率所依赖的加速器的参数如表1所示。
表1：频率所依赖的加速器参数。
参数                               频率依赖
单位长度并联电阻(r)                         f1/2
最大允许电场强度                   f1/2
rf衰减因子（q）                   f-1/2
加速器结构的能量损耗               f-1

当然，使用x波段技术需要考虑一些折中的因素。其中包括，较低的q值和较低的能量消耗，如表1中所示。通过精心的设计，这些是可以克服的。另外，还要考虑表面光滑和严格的公差。
2．        医学应用
目前，有两种不同的放疗机在使用x波段技术。
2．1术中放疗
        术中放疗（iort）技术是指在手术进行当中用电子束进行照射。对于一些类型的肿瘤，这种技术可以提高生存率。普通放疗机笔削放在一个特殊屏蔽的房子里，需要将病人从手术室移近来。由intraop公司设计的mobetron，是一种可移动的自屏蔽放疗机，就是为了满足这种需要。由于它是可移动的，所以，可以很方便的放置在手术室，高精度的治疗肿瘤生长，提高肿瘤剂量，同时减少周围正常组织的剂量。
        mobetron设计中发展了很多以上提到的x波段技术。mobetron治疗头屏蔽了x波段加速器，磁控管，脉冲转换器，rf负载，回路，其他rf电路。
        加速器由两个线性加速部分组成。通过改变第二部分的能量可以调节电子束的能量。使用相位调整技术，由能量控制系统控制马达，马达驱动可移短路，即可实现。这样，mobetron可以给出多个电子能量，即：4mev，6mev，9mev，12mev，两种剂量率，250cgy/min和1000cgy/min。电子束通过一个很薄的钛真空窗后离开加速器。
        西门子医疗系统有限公司－临床系统，正在和intraop 医疗有限公司合作制造和销售mobetron。
2．2立体定向放疗。
        x波段技术的另一个重要应用就是立体定向放疗。精确临床发展了赛博刀。这种机器使用一种图像引导的机器人系统准确地将x涉县送到局部病变区域。它通过一个工作站，整合了治疗计划，图像，和送束部件。赛博刀使用了紧凑的x波段6mev直线加速器，频率是9.3ghz，重量是285磅。相对轻的重量是的它能够用机器臂精确定位。
3．        高功率
s波段曾是医用和工业中流行的频率范围。主要是由于在此波段比较容易得到高功率的微波源。最近，x波段的波源发展很快。
mobetron和赛博刀中的rf高功率源都是1.5mw的脉冲磁控管(-1100x)。加利福尼亚电子管实验室有限公司，生产这种可调的磁控管。发展x波段源的另外一些成就包括eev研制的可调的1.5mw的x波段源和三菱公司的4mw的电子调速管。
4．结论。
最近，直线碰撞工程中x波度的研究和发展推动了x波段加速器和rf源的发展。电子调速管已经输出功率为50mw，更高的正在slac研制。然而，对于医用直线加速器而言，发展几mw的峰值功率的x波段源还是需要的

参考：s.m.hanna , application of x-band technology in medical accelerators，1999

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