放射治療設(shè)備發(fā)展史 課件

1、放射治療設(shè)備開展史12021年1月，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院、國家癌癥中心赫捷院士、全國腫瘤登記中心主任陳萬青教授等在?CA：A Cancer Journal for Clinicians?雜志上發(fā)表了2021年中國癌癥統(tǒng)計數(shù)據(jù)。文章指出，我國癌癥發(fā)病率和死亡率不斷攀升，幾乎22%的全球新發(fā)癌癥病例出現(xiàn)在中國，27%的癌癥死亡病例在中國，2021年中國有萬例新發(fā)腫瘤病例和萬例死亡病例，并且癌癥預(yù)后一般較差，生存期較短，癌癥已成為我國因疾病死亡的第一大原因。1、放射治療的根本概念2放射治療是利用高能射線來破壞癌細(xì)胞的DNA，使其失去分裂與復(fù)制能力，到達(dá)縮小、消除腫瘤組織的目的。這些射線可以是放射性

2、核素產(chǎn)生的、射線；x射線治療機(jī)和各類加速器產(chǎn)生的不同能量的x線；也可以是各類加速器產(chǎn)生的電子束、質(zhì)子束、負(fù)介子束以及其它重粒子束等。據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計，70%的惡性腫瘤病人，治療某一階段需做放射治療。據(jù)WHO報告，45%的惡性腫瘤可治愈，其中手術(shù)治愈22%，放射治療治愈18%，化療治愈5%。放射治療的根本概念3 1895年 倫琴 發(fā)現(xiàn) X 射線1901年榮獲首屆Nobel物理學(xué)獎2、放射治療開展歷史41896年 貝克雷爾發(fā)現(xiàn)鈾的放射性放射治療開展歷史51896年 居里夫婦發(fā)現(xiàn)鐳 1903年 Nobel物理學(xué)獎 1911年 Nobel化學(xué)獎放射治療開展歷史61896年 第一例放射治療 1920s x線治

3、療喉癌 鐳治療宮頸癌1930s Courtard 建立了分次放療的方法1950s 鈷-60治療惡性腫瘤1970s CT應(yīng)用于腫瘤診斷和治療 加速器治療惡性腫瘤 模擬定位機(jī)應(yīng)用1980s MRI應(yīng)用于腫瘤診斷和放療 放療方案系統(tǒng)TPS應(yīng)用1990s 適形放射治療及調(diào)強(qiáng)放射治療IMRT CT模擬機(jī)73、放射治療設(shè)備開展史放射治療技術(shù)是通過人工射線或天然射線對腫瘤病人或其他病灶實施無創(chuàng)性治療的現(xiàn)代放射治療手段。人工射線是由各類人工射線裝置或設(shè)備產(chǎn)生的放射線；天然射線是由天然放射性核素發(fā)出的放射線。放射治療設(shè)備是伴隨著放射線的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用研究而逐步開展起來的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療裝備。8一放射線的發(fā)現(xiàn)與醫(yī)學(xué)應(yīng)用1

4、895年，德國科學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線；1896年，法國科學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了放射性核素鐳(226Ra)；1898年，法國物理學(xué)家居里夫婦成功分理出放射性核素鐳，并首次提出“放射性的概念，為放射診斷學(xué)和放射治療學(xué)奠定了根底；1899年，在瑞典斯德哥爾摩，首次利用電離輻射治療皮膚癌患者；1905年，居里夫人與其他科學(xué)家一起創(chuàng)造了將核素鐳用鉑金封裝成管狀線源的放射源，用于治療皮膚癌和宮頸癌，開發(fā)出近距離敷貼治療和腔內(nèi)放射治療的新技術(shù)；91906年，人們發(fā)現(xiàn)放射性核素產(chǎn)生的電離輻射僅對局部病種和病例有效，同時發(fā)現(xiàn)放療后存在放射損傷。當(dāng)時，沒有可靠的放射治療設(shè)備，根本靠手工操作，而放射性核素隨時都有放射性

5、，對工作人員具有很大的輻射損傷和潛在的誤照風(fēng)險，并且也不知道如何測量電離輻射的質(zhì)和量，對放射治療的機(jī)制不清楚，因而放療技術(shù)步入低潮。10由于天然放射源存在能量低、放射性不易控制等缺點，只能用于表淺病灶的放射治療，對深部腫瘤無效。因此，研究人員轉(zhuǎn)向人工射線裝置和放射治療設(shè)備的研發(fā)。1910年，美國人Coolidge研制成功鎢絲熱陰極X線管。1913年，Coolidge研制成功140千伏(kV)級X線機(jī)。1922年后陸續(xù)研制成2001000KV X線機(jī)。加在X線管上的電壓越高，X線的能量就越高，輻射就越深。因此，用X線管的管電壓來表示x線的輸出能量。根據(jù)不同的能量范圍，可將其分為以下三種類型。接觸

6、X線治療機(jī)(1060kV)；淺部X線治療機(jī)(60160kV)；深部X線治療機(jī)(160400kV)。二 千伏級X線治療設(shè)備階段11千伏(kV)級x線治療機(jī)具有輻射可控性等優(yōu)點，保障了工作人員的輻射平安性，因而受到設(shè)備操作人員的歡送。理論和實踐說明，千伏(kV)級X線治療機(jī)輸出的X線的能量仍然太低，其最大劑量分布在皮膚下較淺部位，當(dāng)治療較深部位腫瘤時，在腫瘤尚未得到足夠劑量時，皮膚反響已經(jīng)非常嚴(yán)重。受材料和平安技術(shù)等因素的制約，其管電壓不可能繼續(xù)提高，因此，千伏級X線治療機(jī)后來逐步走入低谷，直至淘汰，目前已經(jīng)很難見到。121931年美國創(chuàng)造了電子靜電加速器。1937年美國和英國醫(yī)院安裝了1MeV的

7、電子靜電加速器，后來提高到，但由于這類裝置的輸出能量仍然較低，而且體積龐大，不適合于醫(yī)院環(huán)境的應(yīng)用，從而沒有得到進(jìn)一步的開展與應(yīng)用。1940年美國創(chuàng)造電子感應(yīng)加速器。1949年美國用電子感應(yīng)加速器進(jìn)行放射治療。但由于這類裝置運行時電磁鐵的噪聲很大，而且輸出射線的劑量率不穩(wěn)定，輻射性能較差，因此也沒有得到進(jìn)一步的開展。1950年，加拿大科學(xué)家利用反響堆生產(chǎn)的人工放射性核素60鈷(60Co)，研制生產(chǎn)出外照射60Co治療機(jī)。這種裝置可以發(fā)射和兩種射線，其深度劑量分布與的電子加速器相當(dāng)。這種裝置結(jié)構(gòu)簡單、本錢較低、運行維護(hù)方便，因此，在開展中國家和我國至今仍有生產(chǎn)，主要在中小醫(yī)院應(yīng)用。(三) 兆伏級

8、X線治療設(shè)備13為了開發(fā)更高能量并且適合于醫(yī)用的放射治療設(shè)備，在20世紀(jì)50年代至20世紀(jì)70年代，許多國家先后研究開發(fā)了各種不同類型的醫(yī)用加速器，主要類型包括：電子盤旋加速器、電子直線加速器、質(zhì)子加速器和其他重離子加速器等。醫(yī)用電子直線加速器可以輸出不同能量的x線和電子射線，輸出能量可以從幾個兆電子伏到幾十兆電子伏，根本可以滿足臨床需求，且其相對本錢較低，從而得到了迅速開展。其他幾類醫(yī)用加速器，雖然性能也比較優(yōu)越， 但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大、本錢太高等因素，致使其開展速度比較緩慢，投入臨床應(yīng)用較少。14醫(yī)用電子直線加速器是放療領(lǐng)域的主流產(chǎn)品，是放療的核心設(shè)備?？商峁┰撛O(shè)備的國外公司主要有：美國瓦里

9、安公司(Varian)，瑞典醫(yī)科大公司(Elekta)，德國西門子公司(Siemens)?？商峁┰撛O(shè)備的國內(nèi)公司主要有：江蘇海明醫(yī)療器械，山東新華醫(yī)療器械，東軟集團(tuán)，上海聯(lián)影科技。15四從普通放射治療到精確放射治療的開展與以往手術(shù)治療不同，放射治療屬于無創(chuàng)治療，因此，照射部位、照射角度以及照射野形狀的選擇和病灶的定位就顯得非常重要。普通放射治療的常規(guī)定位方法是在模擬定位機(jī)上通過X線透視的方法確定病灶部位、形狀和照射角度等，并在人體外表畫上標(biāo)記，然后在放射治療機(jī)上實施放射治療。這種定位方法的位置誤差較大，有時會影響療效。在研究開發(fā)各種放射治療設(shè)備的同時，尤其是在確立了醫(yī)用電子直線加速器在放射治療

10、領(lǐng)域的主導(dǎo)地位之后，如何提高并確認(rèn)病灶的定位精度，自然就成了放射治療設(shè)備研究的主攻方向。161949年，瑞典Leksell 首次提出立體定向放射外科理論，開創(chuàng)了精確放療的先河。1959年，日本的Takahashi提出適形放療的原理，首創(chuàng)多葉準(zhǔn)直器。1968年，瑞典的Elekta推出了以60Co為輻射源的專門用于腦部腫瘤治療的立體定向放射外科治療裝置，它利用201顆60Co輻射源發(fā)出的射線，經(jīng)準(zhǔn)直孔聚焦到腦部腫瘤進(jìn)行精確放射治療。治療效果可與手術(shù)切除媲美。這種裝置被稱為刀系統(tǒng)，是腦部腫瘤的精確放射治療設(shè)備，至今仍在臨床應(yīng)用。171974年，美國Larsson等人提出用醫(yī)用電子直線加速器代替60C

11、o進(jìn)行立體定向放射治療的建議，開創(chuàng)了以醫(yī)用電子直線加速器為放射源的精確放療新起點。1977年，美國Bjangard 和Kijewski等提出“調(diào)強(qiáng)適形放射治療原理。1984年，出現(xiàn)了以醫(yī)用電子直線加速器為輻射源，采用非共面弧形旋轉(zhuǎn)放射治療的頭部專用立體定向放射治療裝置，可以到達(dá)mm級甚至更高的立體定向定位精度。由于醫(yī)用電子直線加速器發(fā)出的是x射線，并且專門用于頭部腫瘤的精確放射治療，野可以到達(dá)類似于手術(shù)切除的治療效果，因此被稱為頭部X-刀，簡稱“頭-刀。181994年，瑞典Lax等開發(fā)了專門用于體部精確放療的立體定向定位系統(tǒng)，被稱為體部X-刀，簡稱“體-刀；2003年以后，美國瓦里安公司(Va

12、rian)、瑞典醫(yī)科達(dá)公司(Elekta)和德國四門子公司(Siemens)等先后開發(fā)并推出了以醫(yī)用電子直線加速器為核心的“調(diào)強(qiáng)適形IMRT放射治療設(shè)備和影像引導(dǎo)放射治療設(shè)備IGRT，標(biāo)志著放療設(shè)備進(jìn)入了以“調(diào)強(qiáng)適形和“影像引導(dǎo)為核心技術(shù)的精確放療階段。19五我國放射治療設(shè)備的臨床應(yīng)用和設(shè)備開展歷史中國的放射治療開始于20世紀(jì)30年代。當(dāng)時，只有北京協(xié)和醫(yī)院和上海比鐳錠醫(yī)院可以開展放射治療技術(shù)。最初是以200mg的鐳管和鐳針為輻射源，通過手工操作進(jìn)行組織間插值或腔內(nèi)近距離放射治療。1932年，北京協(xié)和醫(yī)院引進(jìn)了120kV和200kV的X線治療機(jī)各一臺。20世紀(jì)40年代，北京大學(xué)醫(yī)學(xué)院組建了放療

13、科。1949年，以上海比鐳錠醫(yī)院為根底成立了上海腫瘤醫(yī)院。1958年，成立了中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院。之后，直至20世紀(jì)70年代末，各省市也相繼成立了專業(yè)腫瘤醫(yī)院。這是以放射性核素或千伏級X線治療機(jī)為主要輻射源的放射治療時代。201975年，國內(nèi)引進(jìn)了第一臺醫(yī)用電子直線加速器，標(biāo)志著我國的放射治療設(shè)備開始了以醫(yī)用加速器為主要放射源的放射治療設(shè)備。階段20世紀(jì)70年代末，中國成立了以醫(yī)用電子直線加速器研究制造為目標(biāo)的“北京醫(yī)療器械研究所，開創(chuàng)了我國醫(yī)用加速器研制生產(chǎn)的新階段。之后，上海和深圳都曾生產(chǎn)過醫(yī)用電子直線加速器。目前，國內(nèi)可以提供醫(yī)用電子直線加速器的企業(yè)主要有山東省淄博市的新華醫(yī)療器械公司

14、、江蘇省揚(yáng)州市的海明醫(yī)療器械公司、東軟集團(tuán)、上海聯(lián)影，目前的主要供給對象是國內(nèi)市縣級醫(yī)院。而省級以上醫(yī)院的醫(yī)用加速器根本上都從三家國外公司引進(jìn)。2120世紀(jì)90年代，我國的醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)得到了突飛猛進(jìn)的開展，先后從國外引進(jìn)了大量的先進(jìn)醫(yī)療裝備，其中包括各類CT、MRI等高端醫(yī)學(xué)診斷設(shè)備和醫(yī)用電子直線加速器等MV級高端放射治療設(shè)備，使我國的醫(yī)療裝備逐漸接近并趕上興旺國家水平。目前，從高端醫(yī)療裝備水平上來說，特別是從醫(yī)用電子直線加速器的引進(jìn)檔次與引進(jìn)時間上來看，可以說已經(jīng)與興旺國家到達(dá)了同步開展的速度。但從高端醫(yī)療設(shè)備的裝備數(shù)量和整體醫(yī)療水平上來看，我國與國外興旺國家還有很大的差距，可以說是任重道遠(yuǎn)。雖然國內(nèi)醫(yī)用電子直線加速器等高端醫(yī)療裝備的開展很快，但與國外技術(shù)相比還有很大的差距，這對我國醫(yī)用電子直線加速器等高端醫(yī)療設(shè)備的研究與制造領(lǐng)域來講，既是挑戰(zhàn)，也是機(jī)遇。22六放射治療設(shè)備的開展趨勢醫(yī)用電子直線加速器是性價比最高的現(xiàn)代腫瘤放射治療設(shè)備，也是賢弟放療技術(shù)的核心設(shè)備。在未來相當(dāng)長的時間內(nèi)，醫(yī)用電子直線加速器在外照射放療設(shè)備中的核心地位，是無法替代的。放療設(shè)備的開展趨勢，將進(jìn)入主要以醫(yī)用電子直線加速器為核心技術(shù)、多學(xué)科綜合運用、外圍設(shè)備綜合配套的精確放療時代。同時，術(shù)中放療加速器等小型專用放療裝置和質(zhì)