該研究描述了醫用電子直線加速器的發展曆程、工作原理與係統構成，概述了束流調控、多葉光柵、引導定位技術、劑量測評等醫用電子直線加速器關鍵技術，並展望了生物引導放療、FLASH閃療、智慧放療等前沿放療技術的發展趨勢。

國際原子能機構（IAEA）發布的新數據顯示，世界上高收入和醫療理念先進的國家擁有較多的放射治療設施，采用放射性治療的患者比例也較高，其中美國高達63%，加拿大、澳大利亞、瑞典、荷蘭等國家均超過40%，而我國采用放射性治療的患者占比不到30%。

醫用電子直線加速器是放療中使用多的設備，2020年我國現有加速器2139台，每百萬人口加速器台數為1.48台，遠低於美國12.4台/百萬人口的配置比例。

1 發展曆程

1.1 主要發展階段

• 二維放療（2D-RT），

• 三維適形放療（3D-CRT），

• 調強放療（IMRT，VMAT），

• 圖像引導放療（IGRT）

• 自適應放療（ART）等。

1.2 國內外加速器簡介

加速器一般包含6MV的X射線，部分加速器還具備兩檔或三檔能量的射線（如光子6/10 MV或電子線6/10/15 MeV）。

2 工作原理

醫用直線加速器的是利用微波電磁場對電子加速，加速後的高能電子可直接用於治療，也可以通過電子轟擊靶材轉換為X射線後進行放射治療。

典型的醫用直線加速器主要由機械係統、束流係統、控製係統、配電係統、圖像引導係統和軟件係統等組成。

3 關鍵技術

3.1 束流調控技術

束流調控技術是醫用直線加速器的核心。劑量率的穩定性需要通過劑量伺服控製，若劑量率低於預設值，則需要通過控製手段進行劑量率補償。一般通過電子脈衝和微波脈衝的個數控製來實現，在調整過程中，可能會導致不同劑量率下電子能量不相同的情況出現，影響後邊的治療結果。為了解決該問題，可采用柵控電子槍作為束流源，通過調整柵控槍柵壓脈衝和微波脈衝之間的相位來實現劑量率調節與能量的一致性。

3.2 多葉光柵技術

國內外主流單層多葉光柵的射野為40×40cm，葉片個數較多的是80對，葉片運動速度高達80mm/s，主流速度在40mm/s左右。在等中心處，葉片厚度主流參數設計在5mm，小葉片可至3mm寬度甚至更小。

近年來，開始采用雙層多葉光柵技術，雙層光柵具有如下特點：

• ①減少了榫槽結構，降低了加工技術難度；

• ②腫瘤靶區適形度可以達到與單層多葉光柵相似效果；

• ③可以有效阻擋葉片縫隙的射野泄漏；

• ④消除了榫槽結構帶來的摩擦阻力影響，葉片運行速度可以更快。

OPOLNJAK等提出了三層MLC設計。每層由傳統的MLC構成，每層之間呈60°擺放，等中心平麵投影具有對稱性，不需要旋轉，簡化了MLC機械結構。三層MLC具有2個優點：

• ①可以不采用凹凸槽結構，解決了葉片間的漏射問題；

• ②三層MLC的葉片寬度10mm的適形精度達到了單層葉片寬度為4mm的效果。

3.3 引導定位技術

目前，已經實施於臨床應用的引導技術主要有如下功能：

• ①引導擺位，修正治療擺位誤差，目前應用於擺位糾正的圖像引導技術有雙透視圖像引導、CBCT、扇形束CT、MRI、PET引導。

• ②患者運動監控，常用的監控技術有激光定位、紅外雙目定位、電磁引導定位等，

3.4 劑量測評技術

劑量測評技術的核心在於獲取患者治療時的體內實際劑量分布，實現的方法有3類，分別為：

• 基於加速器日誌文件；

• 基於穿透式電離室；

• 基於EPID的探測數據。

鳳麟核團隊發展的基於EPID的劑量測評技術，采用基於散射線特征的三維劑量重建算法。

4 技術展望

4.1 生物引導放療 

生物引導放療技術（BgRT）基於功能影像，通過個體優化設計計劃，對靶區中功能和代謝程度不同的腫瘤區域實施個體化劑量強度分布。RefleXion裝置利用PET探測器檢測腫瘤區的PET信號，對腫瘤實時跟蹤。

4.2 智慧放療

由人工智能驅動的深度學習和機器學習技術可應用於放射治療的各個階段，以大數據分析為主要手段的新型醫學治療模式：智慧靶區勾畫、智慧計劃設計、智慧機器質控等。

4.3 FLASH閃療

FLASH閃療是一種采用不低於40Gy/s超高劑量率的前沿放射治療技術，能在瞬間將放療劑量注入生物靶區，觸發FLASH效應。

基於醫用直線加速器的FLASH閃療在研裝置主要有兩類：

• 電子線FLASH裝置。利用醫用直線加速器可以產生20MeV左右能量的電子束。目前使用醫用直線加速器做電子線FLASH效應的裝置有醫科達Precise、瓦裏安Clinac21EX、Oriatron（eRT6）和Kinetron等。

• X射線FLASH裝置。美國斯坦福團隊提出多向高能快速掃描電子放射治療（ PHASER）裝置設計，利用不同角度放置的16根常溫加速管和16根速調管同時出束，產生適用於FLASH閃療的X射線，該裝置目前正處於部件研發中。