质子治疗中心的精密设备及系统组成特点.docx
质子治疗中心的精密设备及系统组成特点质子治疗是一项前沿的放射治疗技术，由于其独特的物理学特点即布拉格峰，质子射线能够对肿瘤病灶进行高剂量的有效治疗，同时能明显降低对病灶周围正常组织和器官的损害。质子治疗的适应证较为广泛，例如鼻咽癌、头颈部肿瘤、前列腺癌、肺癌、食管癌、肝癌、宫颈癌、胰腺癌、肾癌、皮肤癌等；对一些肿瘤的术前术后辅助治疗如乳腺癌、颅内胶质瘤、直肠癌等也有帮助。治疗主要以大型精密高科技医疗设备作为支撑，故在建设时，设备安装要先于建筑设计，这样会降低试错成本。质子治疗系统作为以大型精密高科技医疗设备为支撑的高端医疗设备系统，其设备安装设计先于医院建筑设计。普通医院的建设流程是先设计医院建筑,然后考虑医疗设备的选型和采购，而质子治疗中心必须先进行设备选型,再设计建筑的布局与结构。我们就按照此特点，先行对质子治疗系统的主要设备组成及其治疗系统进行了解,再根据此特点再深入认识和理解其建筑设计。1、质子治疗系统的类型质子治疗系统分为大型多室质子治疗系统、小型化/单室质子治疗系统。大型多室质子治疗系统，大型加速器通过安装在建筑内部辐射禁区内的束流传输系统连接N个治疗室（一般3个或更多治疗室）O大型多室质子治疗系统整体较为复杂，对机房精度要求极高，机房占地面积大，对防沉降和振动要求高，管道线路预埋多，需一次性将机房建设完成。图大型质子设备示意图小型化/单室质子治疗系统，加速器和单个机架（治疗室）分别布置在不同的房间,通过束流传输系统连接。小型化质子治疗系统加速器较小，机房占地面积相对大型多室质子治疗系统小,束流运输线相对较少,建筑复杂程度降低。图小型化质子设备示意图图单室质子设备示意图集成化小型质子治疗系统，超小型加速器和机架集成到一起,加速器和旋转机架及治疗室一体化,采用新型束流线设计，束流利用率高；机房占地面积小；机房建设造价大幅降低。实际使用过程中可根据用户场地情况和临床需求量决定治疗室数量,可选择单室或1十N多室并联设计。图集成化小型质子设备示意图国际上质子重离子治疗装置目前已经形成产业，回旋加速器的厂家主要有IBA>varian>Mevion>proNova>住友；同步加速器的厂家主要有日立公司、三菱公司、东芝公司。这些公司均可提供系统解决方案，技术产品相对成熟稳定，竞争激烈。2、治疗系统的组成质子治疗系统由主加速器系统、能量选择系统、束流传输系统、固定束治疗系统、旋转机架治疗系统、控制系统、安全联锁系统。3、主加速器系统常导等时性回旋加速器是一种使用常温磁体使粒子回旋周期保持不变，就可以把粒子加速到较高能量的回旋加速器，体积大、重量大、能耗高。超导回旋加速器是使用超导磁体的回旋加速器，体积、重量和能耗较常导等时性回旋加速器有所减小。同步加速器是在一定的环形轨道上利用高频电场加速电子或离子的环形加速器装置。同步加速器中磁场强度随被加速粒子能量的增加而增加，从而保持粒子回旋频率与高频加速电场同步，设备占地和重量也相对较大。超导同步回旋加速器是使用超导磁体的同步回旋加速器，体积和重量小、功耗低。4、能量选择系统通过射程调节器或能量选择系统调整布拉格峰在人体内的深度以实现剂量在特定位置的集中递送。根据系统的不同设计，可以位于束流传输系统前端或后端。5、束流传输系统大型多室质子治疗系统中束流传输系统由安装在束流传输区内的较长束流输运线及各种聚焦和导向磁铁及配套冷却系统组成，用于传输与分配质子束流。小型化、单室子治疗系统缩短了该系统的长度,简化了结构。集成化小型质子治疗系统则采用直接束流传输技术，取消了复杂的束流输运线及相关磁铁和配套系统。6、固定束治疗系统固定束治疗室通常由治疗头和治疗床（椅）组成，通过旋转治疗椅或治疗床获得多角度治疗。7、旋转机架治疗系统包括旋转治疗系统、患者定位系统、定位控制设备、成像控制设备、治疗信息显示系统。旋转治疗系统包括旋转治疗头、成像设备；患者定位系统包括机器人治疗床；旋转治疗头能够将束流输运系统中的能量通过控制系统精确地放射到病患的肿瘤区域；成像设备能够将患者的肿瘤信息反债到治疗系统，以调整治疗的位置;患者定位系统能够将患者精确运送至治疗位置。8、控制系统包含主加速器控制系统和各治疗室控制系统。主加速器控制系统通常是大型多室系统的设备主要控制系统，由设备厂家驻点工程师操控，主要负责系统的正常运行和束流配送的控制。小型集成型质子系统通常简化这一系统。各治疗室控制系统，由院方医务人员、技术人员操作，主要用于日常的治疗流程运行和病人的治疗，操作过程与普通直线加速器相似。9、安全联锁系统通常由质子治疗系统不同区域的辐射检测系统和连锁软件系统组成，在质子系统运行状态下，保证整个质子区域内的辐射安全防护符合相关规定的要求，如现场出现异常情况就可及时发出警报提示现场临床工作人员，具体实施可按环境影响评估要求及厂家配套需求落实。10、配套设备机房水冷间给质子治疗系统提供专用的符合水质要求的冷却水，包括质子治疗系统的加速器、磁体、压缩机等需降温的设备。大型质子治疗系统因所需降温的设备多、热荷载大制冷量需求大,相应的热交换设备多工艺冷却水机房面积较大。集成化小型质子治疗系统降温的设备少、热荷载小制冷量需求小，机房面积小。工艺冷却水系统通常由院方（业主）负责提供，与质子系统预留的接口连接，不在质子设备供应商供货范围（加速器射频功率源一般采用高功率电子四极管作为放大器件，为保证电子管阳极绝缘和高功率冷却，需要采用去离子水或纯水，一般情况下要求水电阻率IMQ）。冷却水的制冷功率根据射频功率源的功率大小和阳极耗散功率来决定（电子管功率源效率一般大于60%）o射频功率源如采用固态LDMoS场效应管放大器件的，为减少对铜制功放水冷板腐蚀，一般也采用去离子水，固态射频功率源效率一般低于50%,所以对散热要求大于电子管功率源。气体机房加速器和治疗室分体布置的质子治疗系统设备需要提供专用气体设备机房配套运行；小型集成化质子治疗系统无须设计专用的气体机房；同步直线质子加速器一般采用脉冲四级管功率源（如上海瑞金医院），其RFQ和DTL加速器采用进口4616V4电子四级管功率源，为了保证电子管谐振腔高功率绝缘和耐压，通常采用氮气或六氧化硫惰性气体提高绝缘耐压等级。UPS设备间给质子治疗系统设备的控制系统和加速器等设备提供不间断电源，避免突发供电故障造成停电风险。由UPS功率和供电时间需求确定空间设计要求，规划房间布局和面积。11、配属质子治疗区新风机房、空调系统机房和排风机房根据环境保护法规、环评报告书及设计规范要求，确定新风量、排风量及排放方式，确定机房布局和面积。不同的质子治疗系统的需求也不一样，集成化小型质子治疗系统需求最小。应急发电设备机房配备功率足够的应急发电设备，满足断电期间主要关键设备的电源供应。大型质子系统设备功率较大，通常达到80OkW以上；小型集成型质子系统设备功率较小，具体功率需求根据质子设备供应厂家需求设计，通常由院方（业主）设计及配备提供。接地系统为减少和避免对其他医疗设备的干扰，加速器射频功率源机房的单独高频接地设计。由于加速器射频功率源的功率大（一般100500kw等级），根据加速器形式不同有脉冲和连续波两种工作模式。对于高频发射机（射频功率源）的高频接地有特殊的要求。大功率射频设备只有良好接地才能满足质子医院整体电磁兼容设计要求。一般采用敷设高频地网、填埋降阻剂、增设多组离子地极等方式，使得高频接地电阻满足小于IQ的要求。13、质子治疗中心辅助医疗设备滑轨CT安装在治疗室内，完成患者治疗前的精准定位，c（电子计算机断层扫描）机架可通过轨道移动。CT模拟定位机借助复杂的计算机软件，将计划设计的照射野三维空间分布结果重叠在CT重建的病人解剖资料之上，在相应的激光定位系统的辅助下，实现对治疗条件的虚拟模拟（VirtUaISimulation）O现代的CT模拟机综合了部分影像系统、计划设计系统和传统X射线模拟机的功能，已经融合成为现代放射治疗技术不可分割的一部分。从肿瘤的定位、治疗计划的设计、剂量分布的计算，到治疗计划的模拟、实施,CT模拟机的应用贯穿放射治疗的全过程。MRI模拟定位机为放疗专用的患者肿瘤定位加强磁共振设备，磁共振模拟定位系统可提供高质量、高清晰度的影像学图像，且不增加患者的任何辐射量，通过扫描获取MRI（核磁共振成像）图像，确定肿瘤组织和周围正常组织的位置等信息。与CT影像相比，MRI图像的优势是对软组织结构的分辨率更高，也就是软组织病变显示得更加清楚。质子治疗中心抢救及复苏设备抢救设备，可配置抢救车、除颤仪、喉镜、负压吸引器及心肺复苏球囊（配套氧气瓶）、心电监护仪及其他应急器械。生命支持设备,呼吸机及配套氧气瓶、吸氧装置等。
