加速器在醫學中的應用

加速器在醫學中的應用

　　在醫學中應用射線治療腫瘤，已有近百年的歷史，最初放療醫生僅能使用軟X—射線以及少量的天然放射性核素，如Ra等。上世紀50年代后。60Co治療機大量普及，這是利用人工放射性核素60Co放出的高能γ—射線，殺死癌細胞。有人統計，從70年代至今，我國共生產過大約700臺各類60Co治療機，包括所謂的γ—刀，這類機器結構相對簡單，易于操作維修，由于技術上不斷革新，使其性能逐步完善，目前在放射治療領域，仍然占有一定的市場，但這類機器，射線能量固定，劑量率偏低，不能完全滿足放療要求。

　　粒子加速器技術的發展，使其造價和體積都減小，適合在醫院環境下使用，利用加速器作為放療用的射線源，尤其是電子類加速器，已經大量普及，并部分取代了60Co治療機，它的最大優點是，能量更高而且可調，劑量率高，可開可停，安全可靠。目前在我國的近500家放射治療機構里，安裝了大約300臺電子類加速器，機型主要為電子直線加速器，早期還安裝過少量的電子感應加速器。近期一種極為先進的跑道式電子回旋加速器，它能分級調整能量，并有配套的技術設備，這種加速器已經在我國西部一家醫院建成，開始用于臨床治療。國外還有人正在研制一種名為“斷層放療裝置”的機器，它把CT機和加速器合二而一，在實現放射治療的同時，完成CT成像。這種電子類加速器所產生的高能電子和X—射線，是應用最早也是目前應用最廣的一種加速器放療手段。

　　無論是鈷源還是電子類加速器射線源，在放療中，由于X或γ射線的性質，在殺死癌細胞的同時，都會對周圍的正常細胞，產生較大的損傷。

　　上世紀中期，有人提出用質子束作放療，它的最大優點是吸收劑量相對集中，調整質子束能量，使其射程的終點達到病灶時，能量降低到1MeV左右，此時吸收劑量急劇增加，可提高3倍，這能更有效地殺死癌細胞，并使正常組織接受的劑量減少。目前利用質子束治療的專用加速器，已能商業化生產，它要求加速器的能量在70—235MeV范圍內可調，目前的主要機型為回旋加速器，也有人在設計質子直線加速器，我國已有幾家醫院，正在建造這種質子治療裝置。

　　在核醫學中，還利用中子射線來治療，但早期大多利用原有作核物理研究用的加速器，經過改造，加以利用，直到90年代末期，世界上才有了第一臺專用的超導回旋加速器，用于中子治療，它要求加速器有足夠強的束流和與之配套的技術設備，我國的科學家利用一臺35MeV的質子直線加速器，也已開展了中子治療的臨床研究，接受治療的患者，已過數百人。

　　在核醫學中，一種更為先進的方法是硼中子俘獲治療，比之前述的任何一種方法來，更能降低對正常細胞的傷害，其基本原理是：利用所謂的現代單克隆技術，將10硼原子連接到單克隆藥物上，而后者具有自動導向癌細胞的特點（被譽為生物導彈），它將10硼原子聚集在腫瘤上，然后用高通量熱中子照射，使10硼發生核反應，進而生成a 離子和7鋰的反沖核，這兩種質量更高的帶正電離子，電離密度更高，其射程分別為5m m和9m m，正好與癌細胞的直徑相當，具有良好的區域性，能最有效的殺死癌細胞，而最大限度地減少對正常組織的損傷，這種方法，需要高通量的熱中子流，這要由低能、強流質子加速器來完成，由它產生的低能，強流質子束，去轟擊鋰靶或鈹靶，而產生強中子流，經過慢化（降低能量）后，進行治療。目前，倍受關注的機型是高頻四極場加速器，國外已建成這種專用的加速器，我國的科學家也已經做出樣機，另外還有一種稱之為真空絕緣型串列加速器，也有望能滿足這一要求。

　　在核醫學中，使用的放射性同位素，約有80種，其中只有1/3由核反應堆生產，其余2/3要用加速器完成，尤其是缺中子短壽命同位素。90年代以來，正電子發射斷層照相術（PET）的發展和普及，要求有穩定可靠，易于操作維護的放射性同位素示蹤劑生產設備，加速器是理想的配套設備，目前，10—30MeV的緊湊型回旋加速器是主流機型，在我國各地的醫院里，已經有11臺以上的這種加速器在運轉，還有多臺在建造中，也有少數用質子直線加速器的，但成本較高，這類加速器生產的同位素，不僅用于診斷，還可直接用于臨床治療或醫學研究。

　　在醫學中，加速器還有許多用途，少數先進國家，已開始利用重離子束治療，因為它的電離密度更高，這要求有合適的重離子加速器以及相關的技術設備，國外已建成了這種放療專用的重離子加速器，開始臨床治療，用加速器產生的高劑量射線源，還用來對醫療器械、醫用材料等進行滅菌消毒。總之，在醫學中，加速器的應用，越來越廣泛，它將在放射治療中，擔當極其重要的角色。