加速器在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

加速器在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

　　在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用射線治療腫瘤，已有近百年的歷史，最初放療醫(yī)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(jì)50年代后。60Co治療機(jī)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(xì)胞。有人統(tǒng)計(jì)，從70年代至今，我國(guó)共生產(chǎn)過(guò)大約700臺(tái)各類60Co治療機(jī)，包括所謂的γ—刀，這類機(jī)器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，易于操作維修，由于技術(shù)上不斷革新，使其性能逐步完善，目前在放射治療領(lǐng)域，仍然占有一定的市場(chǎng)，但這類機(jī)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(shù)的發(fā)展，使其造價(jià)和體積都減小，適合在醫(yī)院環(huán)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(jīng)大量普及，并部分取代了60Co治療機(jī)，它的最大優(yōu)點(diǎn)是，能量更高而且可調(diào)，劑量率高，可開可停，安全可靠。目前在我國(guó)的近500家放射治療機(jī)構(gòu)里，安裝了大約300臺(tái)電子類加速器，機(jī)型主要為電子直線加速器，早期還安裝過(guò)少量的電子感應(yīng)加速器。近期一種極為先進(jìn)的跑道式電子回旋加速器，它能分級(jí)調(diào)整能量，并有配套的技術(shù)設(shè)備，這種加速器已經(jīng)在我國(guó)西部一家醫(yī)院建成，開始用于臨床治療。國(guó)外還有人正在研制一種名為“斷層放療裝置”的機(jī)器，它把CT機(jī)和加速器合二而一，在實(shí)現(xiàn)放射治療的同時(shí)，完成CT成像。這種電子類加速器所產(chǎn)生的高能電子和X—射線，是應(yīng)用最早也是目前應(yīng)用最廣的一種加速器放療手段。

　　無(wú)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(zhì)，在殺死癌細(xì)胞的同時(shí)，都會(huì)對(duì)周圍的正常細(xì)胞，產(chǎn)生較大的損傷。

　　上世紀(jì)中期，有人提出用質(zhì)子束作放療，它的最大優(yōu)點(diǎn)是吸收劑量相對(duì)集中，調(diào)整質(zhì)子束能量，使其射程的終點(diǎn)達(dá)到病灶時(shí)，能量降低到1MeV左右，此時(shí)吸收劑量急劇增加，可提高3倍，這能更有效地殺死癌細(xì)胞，并使正常組織接受的劑量減少。目前利用質(zhì)子束治療的專用加速器，已能商業(yè)化生產(chǎn)，它要求加速器的能量在70—235MeV范圍內(nèi)可調(diào)，目前的主要機(jī)型為回旋加速器，也有人在設(shè)計(jì)質(zhì)子直線加速器，我國(guó)已有幾家醫(yī)院，正在建造這種質(zhì)子治療裝置。

　　在核醫(yī)學(xué)中，還利用中子射線來(lái)治療，但早期大多利用原有作核物理研究用的加速器，經(jīng)過(guò)改造，加以利用，直到90年代末期，世界上才有了第一臺(tái)專用的超導(dǎo)回旋加速器，用于中子治療，它要求加速器有足夠強(qiáng)的束流和與之配套的技術(shù)設(shè)備，我國(guó)的科學(xué)家利用一臺(tái)35MeV的質(zhì)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(guò)數(shù)百人。

　　在核醫(yī)學(xué)中，一種更為先進(jìn)的方法是硼中子俘獲治療，比之前述的任何一種方法來(lái)，更能降低對(duì)正常細(xì)胞的傷害，其基本原理是：利用所謂的現(xiàn)代單克隆技術(shù)，將10硼原子連接到單克隆藥物上，而后者具有自動(dòng)導(dǎo)向癌細(xì)胞的特點(diǎn)（被譽(yù)為生物導(dǎo)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(fā)生核反應(yīng)，進(jìn)而生成a 離子和7鋰的反沖核，這兩種質(zhì)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(xì)胞的直徑相當(dāng)，具有良好的區(qū)域性，能最有效的殺死癌細(xì)胞，而最大限度地減少對(duì)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(qiáng)流質(zhì)子加速器來(lái)完成，由它產(chǎn)生的低能，強(qiáng)流質(zhì)子束，去轟擊鋰靶或鈹靶，而產(chǎn)生強(qiáng)中子流，經(jīng)過(guò)慢化（降低能量）后，進(jìn)行治療。目前，倍受關(guān)注的機(jī)型是高頻四極場(chǎng)加速器，國(guó)外已建成這種專用的加速器，我國(guó)的科學(xué)家也已經(jīng)做出樣機(jī)，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(yī)學(xué)中，使用的放射性同位素，約有80種，其中只有1/3由核反應(yīng)堆生產(chǎn)，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(lái)，正電子發(fā)射斷層照相術(shù)（PET）的發(fā)展和普及，要求有穩(wěn)定可靠，易于操作維護(hù)的放射性同位素示蹤劑生產(chǎn)設(shè)備，加速器是理想的配套設(shè)備，目前，10—30MeV的緊湊型回旋加速器是主流機(jī)型，在我國(guó)各地的醫(yī)院里，已經(jīng)有11臺(tái)以上的這種加速器在運(yùn)轉(zhuǎn)，還有多臺(tái)在建造中，也有少數(shù)用質(zhì)子直線加速器的，但成本較高，這類加速器生產(chǎn)的同位素，不僅用于診斷，還可直接用于臨床治療或醫(yī)學(xué)研究。

　　在醫(yī)學(xué)中，加速器還有許多用途，少數(shù)先進(jìn)國(guó)家，已開始利用重離子束治療，因?yàn)樗碾婋x密度更高，這要求有合適的重離子加速器以及相關(guān)的技術(shù)設(shè)備，國(guó)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(chǎn)生的高劑量射線源，還用來(lái)對(duì)醫(yī)療器械、醫(yī)用材料等進(jìn)行滅菌消毒。總之，在醫(yī)學(xué)中，加速器的應(yīng)用，越來(lái)越廣泛，它將在放射治療中，擔(dān)當(dāng)極其重要的角色。