放射物理与精准放疗工程 · 第 3 卷 / 共 11 卷
束流链路、微波功率与辅助系统
本卷导读
从整机能量链路出发，讲解电子枪、加速管、微波源、波导、偏转磁铁、辐射头、水冷、真空与数字化控制，建立加速器的系统级理解。
知识结构
- 整机架构与能量链路
- 电子枪、加速管与聚焦
- 微波功率源与传输
- 束流偏转与辐射头
- 辅助系统与整机可靠性
- 产品谱系、技术规格与工程术语
- 工业加速器与非医疗应用
整机架构与能量链路
医用直线加速器把电能转化为微波场，再转化为高能电子束，最终通过靶或散射箔形成治疗射束。
相同的知识点，在不同的时间段去看，每次收获可能都不一样，或许。主要内容包括：物质构成（原子构成），量子的发现者们，X射线的产生（韧致辐射和特征辐射），X射线的本质以及特性等等。
电子直线加速器，英文名：electron linear accelarator；也就是通常说的直线加速器，英文名：linear accelarator（省略了电子）；简称linac（两个词各提取了几个字母，凑到了一起），再简化就有了LA。
电子直线加速器，是肿瘤放射治疗中的主力设备，由它产生的高能射线，可以帮助人们治疗肿瘤。这里的射线，包括电子线和X射线，两种射线有不同的用途：对于表浅的肿瘤，电子线有优势；对于深部肿瘤，X射线有优势。
射线的前面加了“高能”两字，正是因为携带更高的能量，才对肿瘤有了更高的杀伤力。有高能X射线（MV级X射线），就会有低能X射线（KV级的X射线），也是各有各的优势和价值
对于电子直线加速器的工作原理，可以概括为一句话：电子枪发射的电子，经过加速管的加速后获得了很大的动能，高速运动的电子轰击金属靶（打靶），产生了高能X射线。
上述这个过程是电子直线加速器产生高能X射线的原理；如果经过加速后的电子没有打靶，而是直接引出，就有了高能电子线。
电子直线加速器的原理，上面概括的那句话里又包含了很多的内容和细节（电子枪怎么发射电子的，加速管靠什么给电子加速的，此外还需要什么样的支持和条件，产生的高能X射线能直接应用于临床吗？
“真正理解了，就会觉得简单：哦，不过如此”。对于医用电子直线加速器硬件与物理机制的学习，需建立系统化的工程模块认知。系统工程的核心规律在于：复杂的东西，是一个个的简单拼凑到了一起。
虽然名字里带着“电子”二字，但临床中应用更多的，却是依靠高速运动的电子打靶产生的高能X射线。
对于X射线的这种特点，有人比喻为“隔山打牛”。放射物理学中有个术语专门用来描述这种现象，称为“剂量建成区”，也被称作“剂量渐成区”，是剂量的爬坡。
这时电子线又显示出优势来了，所以电子线跟X射线，是各有所长。
有的直线加速器，既带着光子线（高能X射线），也带着电子线。
复习下加速管、微波与直线加速器的关系：加速管是直线加速器的核心装置，专门负责电子的加速工作；微波是加速管的核心，微波在加速管内建立起的微波电场，是真正给电子加速的人物（。）。
加速管里面的微波，有两种不同的生涯：一种生涯：不停地奔波。微波要从加速管这个房子的一头跑到另一头，在他奔跑的过程中，要保证让电子顺风而行，也就是要助电子一臂之力，从而让电子不断加速，这就对微波电场的时相提出了要求（教材中“电子冲浪”的例子）（所谓时相，可以理解为正向还是反向）。这个过程中微波电场不能给电子提供负能量，要不然电子就该减速了。
当电子到达出口时，电子与微波就要分道扬镳了：高速运动的电子要去打靶产生高能X射线，而微波，则会被一个叫做吸收负载的家伙吸收，结束了这段旅途。
电子每进入一个小房间，房间里的微波电场就负责助电子一臂之力，让他顺风而行（电场保持在正向），在这样的不断接力下，电子同样获得了很高的速度、具备了很大的动能（教材中“海狮传球”的例子）。这种住下来的微波，被称作“驻波”（当然不是一动不动）。加速管里的一个个小房间，专业术语称作耦合腔。
因为微波的两种生涯，加速管有了行波加速管和驻波加速管之分，驻波加速管个头较小，结构精致：里面有一个个像小房间样的耦合腔（根据耦合腔的差异，驻波加速管又分为了驻波边耦合和驻波轴耦合）；相比较之下，行波加速管则结构简单（只是相对简单，其实行波加速管做出来一点不简单），个头较大。有了加速管的差别，也因此有了行波加速器和驻波加速器。
驻波加速器的代表：varian和shinva（新华），行波加速器的代表：elekta，不过elekta的Compact和Unity中，采用了驻波加速管。
电子枪负责发射电子，电子枪是电子的源头，电子从电子枪出发。
加速管是直线加速器的核心部件，负责给一束一束的电子进行加速。加速管内，又有一个核心，叫做微波，微波在加速管内形成的微波电场才是真正给电子加速的人物。
微波在加速管里建立电场也需要一定的条件，因此就有了加速管特殊的构造。
加速管里有两类：行波加速管和驻波加速管（微波在这两种加速管里的生活是这样的：一个行走，一个停留）。
微波，也有发源地，叫做微波功率源。微波功率源里也有两类：磁控管和速调管。磁控管的体积较小，产生的微波功率较低，主要应用于低能加速器；相比之下，速调管的体积较大，产生的微波功率较高，主要用于高能加速器，速调管由美国物理学家瓦里安兄弟发明。
微波功率源有个工作习惯：大多是脉冲工作的，因此需要有高压脉冲，也就有了脉冲调制器。
脉冲调制器负责给微波功率源（磁控管或速调管）提供一定振幅和功率的高压脉冲。在脉冲调制器中，闸流管是个核心人物，闸流管像是一个开关。
微波功率源产生的微波，要经过微波传输系统运送到加速管里去运行，微波传输系统由以下部件构成：弯波导及直波导、软波导、定向耦合器、三端环流器（或者四端环流器）、波导窗等，每一个部分都不简单，都有各自的价值。
微波经过一路奔波，通过波导窗馈入到加速管中，建立起微波电场给电子进行加速。
在加速管里，为了防止电子偏离轴线，比如偏离路线而撞到加速管管壁上，因此人们想了个办法：在加速管周边施加聚焦线圈。聚焦线圈产生的磁场，会让偏离轨迹的电子再回去，也就是保证电子沿着直线前进。
偏转系统也是依靠磁场，让电子的轨迹发生改变。有的加速器中没有偏转系统，比如加速管竖直放置的低能驻波加速器；而对于加速管水平放置的中高能加速器，则需要配备偏转系统。
高速运动的电子打靶会产生X射线，此时产生的X射线还不能直接应用于临床治疗，要进行一定的修整，于是就有了初级准直器、均整器、次级准直器、三级准直器等，准直器们主要对X射线射野的形状进行调整，而均整器则主要对X射线射野内的能量分布进行调整。一个负责调整射线束形状，一个负责调整射线束的强度。除此之外，还有一个部件叫做电离室，它负责监督着射线的能量输出。
高速运动的电子不打靶，直接引出，就有了高能电子线，高能电子线也不能直接用于临床治疗，也要进行调整，也就因此有了散射箔、限光筒等部件。
真空系统负责维护加速管、微波传输系统等的真空环境；水冷系统负责给产生热量的部件进行降温，比如微波功率源、靶等。
为了让射线准确地到达肿瘤，就要有导航系统，于是有了EPID和CBCT。CBCT像是加速器上的一对小翅膀。
MLC，像是把铅块切成一片一片的，然后由一个个电机驱动着，电机又由程序控制着，也就有了位置文件。MLC（多叶准直器）最开始用于取代铅挡块进行三维适形放疗，后来在调强放疗中更是发挥了很大的作用，可以进行强度的调节，通过对射线强度的调整，使得靶区内任何一点的剂量是均匀的（尽可能均匀）。
在摆位时，由于看不到射野的大小，看不到源皮距是多少，因此就要借助工具指示出来，于是有了光野指示器和光距尺：指示出射野的大小和源皮距的多少。
同理，由于看不到加速器的等中心在哪个地方，因此用激光灯的交点表示出来。
在医用电子直线加速器的物理工作循环中，高能电子从发射到产生辐射经过了四大核心电动力学阶段：（1）热阴极脉冲发射：高压脉冲调制器向电子枪阴极施加负高压脉冲，钨/氧化物热阴极释放出具有初始定向动能的电子束注；（2）微波谐振群聚加速：电子注注入处于超高真空状态的盘荷波导加速管，与来自速调管或磁控管的高功率微波（S波段 2856/2998 MHz）发生谐振耦合。电子在微波电场波前经历速度调制与空间群聚，在米级行程内被加速至接近光速（动能达到 6～20 MeV）；（3）消色差束流偏转：高能电子束经过消色差偏转磁铁系统实现空间方向转变与能谱色散聚焦；（4）靶材制动辐射或电子线引出：在 X 射线模式下，电子束轰击具有高原子序数、高熔点的水冷复合金属钨靶，电子在钨原子核库仑场作用下发生剧烈减速，其损失的绝大部分动能通过轫致辐射转化为高能连续 X 射线光子；在电子线治疗模式下，钨靶移出，电子束经初级和次级散射箔均匀展宽后直接用于浅表肿瘤照射。
电子枪、加速管与聚焦
电子枪提供初始电子注，加速管在微波场中完成群聚与加速，聚焦线圈约束束流截面。
先复习下电子直线加速器产生高能X射线的思路：电子枪发射的电子，经过加速管的加速，获得了很高的动能，高速运动的电子打靶产生了高能X射线（携带MV级的能量）。
在电子直线加速器中，无论是产生用于治疗深部肿瘤的高能X射线，还是产生用于治疗表浅肿瘤的高能电子线，都要绕不开一个很重要的任务：给电子加速，没有高速，也就无所谓高能。
为了实现加速电子的任务，也就有了加速器的核心人物-加速管。位于直线加速器核心层的加速管只负责一件事情：将电子枪发射出来的电子加速，让电子具备MeV（兆电子伏）级的动能。
加速管要做的极致的事情，就是让电子获得更高的速度（具备更大的动能）。
但为了产生MV级的高能X射线，就要让电子具有MeV级的动能，如果还是采用在加速管两端施加MV级高压的老办法（KV级高压的1000倍），将面临一个很大的问题：很容易击穿电缆，十分危险。原本KV级的高压都很难实现了，要实现KV级的1000倍那就更是难上加难了，因此这种方法就行不通了。
既然这种方法行不通，只好寻找其他的办法，后来人们发现了微波的威力，就将微波应用到电子的加速中，于是就有了加速管里的核心人物-微波。
微波在加速管内会建立起微波电场，所谓的“加速管将电子加速”，其实是加速管内的微波电场将电子加速，也就是给电子赋能。微波电场才是加速管里真正干活的那一位。
加速器里，有个核心人物，叫做加速管；而加速管里，也有一位核心人物，叫做微波。
从本质上来说，在直线加速器中，依然是靠电场给电子加速，不过在建立电场的方式上比较特别：依靠微波在加速管里建立起微波电场，然后一束束电子像一辆辆小火车，在电场里一路加速。之所以采取如此特别的方式，是因为任务更艰巨：让电子具备很高的动能（MeV），最终产生MV级的高能X射线。
在这个过程中，电子像是原材料，高能X射线或者高能电子线像是产出，既然有原材料，就会有产地，也就是电子的身世。
电子，来自于一个叫做电子枪的地方，电子枪，像一把发射电子的枪。电子像一发发子弹，由电子枪发出，然后再经过加速管的加速，一发发子弹的动能更大，威力更强。
电子枪中有一个核心部件，叫做灯丝，也就是阴极。当阴极的灯丝通电加热时，灯丝里的电子就坐不住了，挣脱了原子的束缚，获得了自由。只是把电子释放出来还不够，还要进行一定的调整：
为了不让获得自由的电子到处乱跑（毕竟让他们出来是要完成任务的），因此就要对电子进行聚焦，于是有了聚焦极（聚焦结构）。
经过聚焦的电子，队伍更加整齐了，为了将电子快速牵拉出来，就有了阴极对面的阳极。具体细节是这样的：在阴极和阳极之间形成了一个电场，在电场的作用下，电子被加速引出（电子带负电荷，因此会往阳极跑）。
总结一下，电子枪里有负责发射电子的阴极，有负责将电子加速引出的阳极，还有负责聚焦的聚焦结构。
为了对电子束流进行调控，有的电子枪在阴极和阳极的基础上，还会增加一个栅极，栅极可以快速开关，实现能量较为统一的电子云发射，从而起到调控的目的。这种电子枪，称为三极枪，也称作栅控枪。
对于三极枪，需要一个专门的栅控电源，能够提供可控的阴极负高压。
行波加速管（Traveling-Wave Accelerating Waveguide）与驻波加速管（Standing-Wave Accelerating Waveguide）代表了医用直线加速器加速结构的两大主要工程流派：（1）行波加速管工程特征：采用盘荷圆盘波导慢波结构，高功率微波由加速管输入端馈入，沿轴向以行波方式向前传播，其相速度被光阑圆盘减速至与电子运动速度精确同步，电子骑在微波电场波面上持续吸收能量。微波传播至加速管末端后，残余微波功率经陶瓷射频窗导入吸收负载（Dummy Load）吸收并转化为热能，防止产生反射波破坏源端磁控管；（2）驻波加速管工程特征：由一系列高 Q 值的谐振腔（耦合腔）级联构成，微波在两端完全反射形成驻波电场。由于驻波管相邻加速腔之间的相位差为 π 或 π/2，非加速区域可通过侧边耦合腔（Side-Coupled Cavities）移出束流中心轴线，使得驻波管在更短的物理轴向长度上获得更高的加速梯度（分流阻抗高出约 1.5～2 倍）。现代中高能加速器普遍采用紧凑的边耦合驻波加速管结构。
在医用直线加速器加速管外部，同轴紧密套装着数对直流螺线管聚焦线圈（Focusing Solenoid Coils）。在电子注从电子枪注入加速管的初始低能阶段（电子速度显著低于光速），电子彼此之间的同性静电库仑排斥力以及横向电场分量会导致电子束注剧烈径向发散并撞击波导内壁。聚焦线圈通入恒定直流电后，在加速管内部产生轴向强直流磁场 B_z。当发生横向发散运动的电子（速度分量为 v_r 和 v_θ）进入该磁场时，洛伦兹力 F = q(v × B) 会迫使电子绕磁力线作螺旋回旋运动，从而将电子注紧密约束在中心轴线孔径内，显著提高束流传输效率与轰击靶材时的焦斑品质。
微波功率源与传输
磁控管与速调管提供脉冲微波功率，波导、环流器与射频窗把功率送入加速管，打火保护与充气是工程关键。
行波像是一位行者，从加速管的一端奔波到另一端，当他到达终点后，就被一个叫做吸收负载的家伙所吸收。微波在奔跑的途中要负责给电子加速，也就是让电子一路顺风，一路飞驰。
跟一路奔波的行波相比，驻波的生活显得安稳很多：住在加速管里面的一个个小房间（耦合腔）里，或者说是驻扎在加速管里。电子每经过一个小房间，就会有里面的微波电场给他加速，在这样的不断接力下（有一个比喻，是海狮传球），电子的速度越来越快、动能越来越大。
微波，像是一个在加速管里的运行族，他的工作就是给电子加速、再加速、还加速。
微波，来自于一个叫做微波功率源的地方。微波功率源，微波的发源地。
在微波功率源这个地方，生活着兄弟俩：磁控管和速调管（英文名分别叫做：Magnetron和Klystron）。
磁控管和速调管，这两个管氏兄弟，都可以产生微波，不过他们产生微波的方法不太一样，而且微波的功率也不一样：速调管产生的微波功率更大一些（速调管的发明开启了大功率微波应用史）。
因为各自的特点，兄弟二人被安排了不同的工作地点：磁控管主要去低能加速器运行；而速调管，主要去高能加速器运行。
这里的低能和高能，只是相对来说；因为加速器产生的MV级X射线，相对于放射诊断中的KV级射线都是高能射线，携带的能量对肿瘤细胞都有很强的杀伤力，只不过在MV级X射线家族里，又被人们细分了：比如典型的6MV X射线划到了低能区，15MV X射线划到了高能区（其实临床中应用的，主要是6MV X射线）。
总结：磁控管、速调管和微波的关系就串起来了：都在加速器里运行，不过微波呢，要从磁控管或者速调管里出来，然后再去加速器里的加速管运行。
1921年，美国科学家贺尔(Hull)在爱迪生(Addison)和英国弗莱明(Fleming)发明的真空二极管基础上加了一个轴向磁场后，观察到了微波振荡，这是上一世纪的重大发明之一，由于该管采用了磁场，因此被命名为“磁控管”(Magnetron)。
磁控管的本质，是一种通过磁场挤压电子而产生微波的真空管，于1940年在英国首次应用于军事雷达，在第二次世界大战中发挥了很大的作用。
1937年，拉塞尔•瓦里安和西格德•瓦里安（瓦里安兄弟）在斯坦福大学发明了速调管。这一发明最初的目的用于航空雷达，但后来瓦里安兄弟将其应用扩展到了医疗领域（速调管产生的大功率微波，可以用来给电子加速）。
可以理解为：在速调管里，电子把动能交给了微波（然后微波又去加速管里给电子加速了）。
后来（1948年），瓦里安兄弟跟另两位科学家一起成立了瓦里安联合公司。几十年间，瓦里安联合公司在医疗、半导体设备、科学仪器等方面各有发展；再后来，认清优势的瓦里安，将医疗业务独立了出来，也就是如今贴着“放疗三大先锋之一”标签的瓦里安医疗。
在医用高能电子直线加速器的脉冲功率调制器（Line-Type Pulse Modulator）中，氢闸流管（Hydrogen Thyratron）作为大功率高压开关器件扮演着中枢角色。其物理工作机制如下：脉冲形成网络（PFN, Pulse Forming Network）首先通过充电扼流圈由高压直流电源充至数十千伏；当触发脉冲施加至氢闸流管栅极时，管内低气压氢气瞬间发生雪崩电离，阳极与阴极间呈现极低内阻导通状态，使 PFN 储存的静电能量在数微秒（典型脉冲宽度为 2～4 μs）内通过脉冲变压器一次侧迅速释放，产生峰值功率达数兆瓦的高压脉冲，馈送至速调管或磁控管阴极激发微波震荡。氢闸流管内部设有储氢器（Reservoir），通过独立加热电流精准调控管内氢气分子平衡气压，既防止气压过高导致击穿电压下降，又避免气压过低引发去电离时间过长或截流故障。
先复习一下：在加速管里运行的微波，来自于一个叫做微波功率源的地方；在微波功率源这个地方，有两类：速调管和磁控管。
微波从磁控管或速调管出发后，要想去加速管运行，就得经过一段路途，这时候就得有人把他送过去，而且还要进行适当地调整，于是就有了微波传输系统。
微波传输系统包括圆方转换、弯波导、定向耦合器、四端环流器、直波导、软波导、波导窗。
定向耦合器，相当于单向阀，让微波只沿一个方向传播。环流器分为三端环流器和四端环流器，像是一个路口。水负载负责吸收反射回来的微波。
波导窗一般为陶瓷窗结构，很对得起他的名字：像是一个窗户，微波通过这个窗户，进入加速管。
除此之外，在波导中充斥着绝缘气体（氯氟化硫），防止产生电弧。
总结：在微波传输系统每个成员的接力下，微波从磁控管或速调管出发，最后经过波导窗馈入了加速管，开始了加速电子的职业生涯。
加速管是电子直线加速器的核心部件，负责给电子进行加速。加速管里面也有一个核心人物，称作微波，微波在加速管中建立起的微波电场负责给电子加速（赋能）。
微波最初用于军事雷达，后来被应用到了电子直线加速器中。
这些成员看起来有些眼花缭乱，先大体了解一下，用到哪个重点学习哪个。
S波段一般用于中距离的警戒雷达和跟踪雷达，电子直线加速器中最常用到的就是S波段微波，比如瓦里安和新华的驻波加速器、医科达的行波加速器都是采用S波段的微波。
X波段一般用于短距离的火控雷达，在安科锐的射波刀（CyberKnife）中，采用的是X波段，X波段微波的加速管体积更小巧，方便将小型的直线加速器安装到机械臂上。
束流偏转与辐射头
偏转磁铁把水平束流折转至治疗方向，辐射头完成靶转换、均整、散射、监测与准直。
在医用电子直线加速器中，高能电子束由电子枪发射注入加速管后，在微波纵向电场加速下获得兆电子伏特（MeV）级动能。对于加速管竖直向下安装的低能机型（如 Varian Unique、Elekta Compact），电子束无需偏转直接轰击钨靶即可产生垂直向下的高能 X 射线；而在中高能驻波加速器及行波加速器中，为控制机架外形尺寸并实现多档能量切换，加速管通常采用水平或斜向布置，电子束引出后必须通过磁偏转系统（Bending Magnet System）实现运动方向与相位色散的精确调控。
束流偏转系统的核心物理机制是利用均匀或特定梯度磁场产生的洛伦兹力使带电粒子沿圆弧轨道偏转。工程上常见的偏转构型包括三种：（1）90° 单磁铁偏转：电子束直接发生 90° 直角转折，结构紧凑但色散较大，不同动能的电子偏转半径不同导致出束焦斑发散；（2）270° 消色差偏转（Achromatic 270° Bending Magnet）：电子束在三段对称梯度磁场中偏转 270°，高动能与低动能电子在此闭合回路中实现空间与能谱双重自聚焦，使最终射出电子束具备极小且高稳定的辐射焦斑；（3）滑行偏转（Slalom Bending，常见于 Elekta 机型）：通过三个交替反向磁场实现约 112.5° 的连续 S 形滑行偏转，兼顾了机头紧凑空间与优异的消色差聚焦性能。
复习一下：对于水平放置的加速管，从加速管飞驰而出的电子，在偏转系统的帮助下，飞行轨迹从水平方向转到了垂直方向上。
对于竖直放置的加速管，因为从加速管出来的电子本身就是沿着竖直方向飞行，因此就不需要偏转系统了。
对于飞驰的电子来说，接下来的路，就要面对选择了：一条路是产生高能X射线，一条路是直接引出，也就是高能电子线。
X射线由德国物理学家伦琴发现，因为当时对它的特性不了解，因此用未知数X来命名，也有的国家将X射线命名为伦琴射线。
由于电子携带的是MeV级的动能，因此产生的X射线携带的是MV级的能量，也就是常说的高能X射线。
高能X射线的产生，不是终点，而是新的起点，因为此时的X射线还不能直接运用于临床，还不能直接去攻击肿瘤，需要经过适当地处理和优化，也就有了X射线这条道路中遇到的几站。
X射线走出去没多远，遇到了一个名叫初级准直器的家伙，初级准直器是一个圆锥形构造。初级准直器对X射线很不客气，把跑向周边的射线都挡住了，只把向前的射线保留了下来。
这个关卡，叫做均整块，也称作FF模式，不过FF模式不怎么出名，而他的兄弟-FFF模式比较出名。
经过了初级准直器和均整块的X射线，可谓是一路损兵折将：先是“两翼”损失了很多，接着中间力量又损失了很多。
X射线接下来遇到的这个家伙，对X射线比较友好：既没有挡X射线，也没有削X射线，只是在一旁静静地“看着”X射线，观察着X射线，叫做剂量监测系统，监测着X射线的能量输出。剂量监测系统的主力，叫做电离室。
的路，X射线遇到了次级准直器，一听准直器，X射线心想又损兵折将了，都快哭了。
次级准直器有上下两组，每一组又有两个铅块（或者钨块），称作铅门（或者钨门）。
次级准直器的目的，和初级准直器一样，通过阻挡，对X射线的形状起着决定作用。两组准直器，控制着X射线形成射野的宽度和长度。
从次级准直器出来后，X射线形成了一个矩形或者方形的形状。离终点越来越近了。
有时为了形成不规则的射野，从而与肿瘤的形状一致，因此有了铅挡块。铅挡块和MLC从本质来说，也是准直器，因此也被称作附加准直器。
复习一下：在高能X射线模式下，先是高速运动的的电子打靶产生了高能X射线，电子将携带的能量交给了X射线。紧接着X射线在前往肿瘤区域的路上经过了几站：初级准直器、均整块、电离室、次级准直器、附加准直器（铅块，后来被MLC代替）。这也是电子从加速管出来后走的第一条道路。
在第二条道路上，飞驰的电子没有遇到金属靶，因为金属靶已经提前移开了，避免了碰撞的发生。
避免了撞击金属靶的电子继续往前走，他们在第一站的经历与X射线一样，都是遇到了一个叫做初级准直器的家伙，初级准直器把到处乱跑的电子挡住，只允许向前的电子通行，将电子塑造成了一个锥形束。
损失了一部分成员的电子继续往前走，接着一个叫做散射箔的家伙拦住了他们。
在这里说一下，电子也会撞击散射箔，根据X射线的产生原理，因此会有产生少量X射线（韧致辐射）的风险（也称作X线污染）。
从散射箔出来后，电子在下一站，遇到了剂量监测系统，剂量监测系统的电离室对电子很客气，没有阻挡他们，只是在一旁静静地观察着他们，监测着他们的能量输出。
从电离室路过后，电子继续往前走，跟X射线一样，接下来迎接他们的是次级准直器，这次电子又得损兵折将了：上下两组准直器阻挡住了一部分电子，将电子束塑造成了矩形或方形射野。
从次级准直器经过后，电子来到了一个叫做限光筒的地方，限光筒像一条隧道，电子从漫长的隧道出来后，在出口遇到了铅挡块，照射野形成了不规则的形状，最后就到达战场了。
电子线因自身的特点，对付表浅肿瘤很有优势，对肿瘤后方的正常组织能起到很好的保护作用。
到了写总结的时候，之前最怵头写总结，后来发现写总结的一个好处就是：把整个过程串起来，更系统一些，看看自己哪些掌握了，哪些还没有掌握。
由于产生的X射线往各个方向跑的都有，因此初级准直器负责把向前的X射线放行，把其他方向的X射线阻挡住，对X射线射野的形状进行了调整：修整成了锥形束。经过初级准直器形成的锥形束，人们发现中间的能量高两边的能量低，像一座山峰一样，而期望的是能量分布尽可能平坦和均匀，因此均整块就上场了：负责将山峰削掉，让整个X射线的能量分布更加均匀。均整，均整，修整得更加均匀。均整器像是对能量分布或者说是强度分布的调整。
对形状和能量分布进行调整后，接下来就要用到剂量监测系统（电离室）来监测X射线的能量输出，防止bug的发生。
从电离室路过后，射线遇到了次级准直器：次级准直器也被称作光阑（或者铅门、钨门），分为上下两组（上光阑，下光阑，用X和Y表示，每一组光阑里又有两块，分别称作X1、X2和Y1、Y2）。次级准直器负责将X射线的形状进一步调整，形成矩形或者方形，然后再经过附加准直器形成不规则的射野（临床中需要的射野形状）。
接着就是剂量监测系统，然后是次级准直器，最后是像隧道一样的限光筒和底端的铅挡块。同时为了在电子束模式下将靶移开以及将散射箔移出来，就要有相应的驱动结构。钨门（或者称作铅门、光阑）的运动也要有驱动结构。
除了上述的部件，无论在是电子线模式还是X射线模式中，都会用到灯光野和光距尺，灯光野和光距尺像是代言人：灯光野是照射野的代言人，模拟出照射野的大小（因为人们摆位时无法直接看到照射野）；光距尺表示出源到某一位置的距离（常用的是源皮距）。既然是代言，就涉及到一致性的问题，也就是精度的问题，因此就有了质控。
总结下来，在辐射头中有金属靶、初级准直器、均整器、电离室、散射箔、次级准直器、附加准直器（铅挡块或者MLC）、灯光野、光距尺等部件，团队很庞大，而且不同的模式下，有的部件要做适当地调整。
理解了各自的作用，记起来就会容易很多。辐射头又被称为治疗头，在FFF模式下，均整块就不需要工作了。
医用直线加速器在不同照射技术模式下配置有不同原理的射束准直限光装置：（1）电子线限光筒（Electron Applicator）：由于电子质量极小，在空气中穿行时会与空气分子发生剧烈散射导致射野半影迅速展宽失真，因此电子线不能仅依靠机头内部深处的钨门准直，必须在机头下方外接延伸至患者体表附近（SSD 约 95～100 cm）的多级限光筒，使最后一道限光光阑紧贴患者体表，以消除空气散射半影；常用规格涵盖 6×6 cm²、10×10 cm²、14×14 cm²、20×20 cm² 与 25×25 cm²；（2）立体定向锥形限光筒（Stereotactic Radiosurgery Cone / X-knife Cone）：专用于颅脑立体定向放射外科（SRS），安装在加速器机头托架下方，采用圆柱形高密度钨合金制成，中心开设有 5 mm、7.5 mm、10 mm、12.5 mm、15 mm 至 20 mm 的高精度圆形准直孔，可将 MV 级高能 X 射线整形为极细的笔形束，配合非共面多弧旋转照射，实现微小颅脑病灶的致死剂量雕刻并急剧降低边缘靶区外正常脑组织的受照剂量。
辅助系统与整机可靠性
水冷、真空、脉冲调制、总线控制与联锁共同维持稳定出束。故障诊断应从能量链路与辅助系统同时入手。
复习一下：进入加速管中的一束束电子，由微波建立起的微波电场进行加速，微波来自于一个叫做微波功率源的地方，微波功率源这个地方分为两个区域：磁控管和速调管，磁控管或者速调管产生的微波，由微波传输系统运送到加速管里去运行。
在加速管里，当一束束电子在微波电场的助力下不断加速时，为了让电子一路畅通无阻，避免因为碰撞而损耗动能，同时为了避免加速管内微波电场的放电击穿（俗称打火）。
真空系统，负责维护加速管里的真空状态，让高速运动的电子一路顺畅地飞驰，不用担心碰撞的发生。因此真空系统像一支清理障碍物的队伍。
真空系统里有个干活的主力，叫做真空泵。在真空泵的队伍里，根据工作原理的不同，又分为了两支队伍（哪里都有江湖）：压缩型真空泵和吸附型真空泵。
简单来讲，压缩型真空泵的工作方式是这样的：将气体由泵的入口端压缩到出口端；而吸附型真空泵喜欢这样干活：利用吸气作用，将气体吸附排除。
常说的钛泵（离子泵），就是吸附型真空泵的代表，钛泵通过吸附加速管内工作中放出的气体，从而保持加速管内的高真空。
复习一下：为了保证电子在加速管中能够一路畅通地飞驰，同时为了避免加速管中的微波电场放电击穿，因此要将加速管内设置成真空状态。为了实现真空状态，真空系统就被引入临床实践。
真空系统像是后勤保障队伍，维持着真空状态；在加速器中还有一支后勤保障队伍，名叫水循环系统。来看看水循环的由来。
从加速管出来的电子速度非常快，高速运动的电子轰击金属靶产生X射线的同时，还会产生大量的热量。
除了金属靶，加速器中还需要冷却的部件有加速管、偏转磁铁、微波功率源等。尤其是微波功率源中的速调管模块或者磁控管模块在工作时会产生很多的热量，因此也需要进行冷却。
在水循环这个团队里，有两个部门：内循环和外循环，一个在内部，一个在外部。
他们的工作流程是这样的：内循环水负责将加速器工作时，金属靶、加速管、微波功率源等部件产生的热量带走。
varian的加速器待机状态建议机架角为120º，这跟水循环系统有关系。因为如果将机架置于零位，万一水循环的水管漏水，水就会因为重力淌到加速器的治疗头里以及对面的平板探测器中，从而损坏部件。而置于120º这个位置，万一漏水的话，水只是淌到机壳里，然后淌到地上，第二天晨检的时候就会及时发现漏水情况。
以Trilogy加速器为例，简要介绍直线加速器安装和调试的过程。
底座固定好之后，开始进行机架部分的安装，俗称立机器，Triligy分为固定机架和旋转机架两大部分。
机架安装好之后，安装其他成员，比如影像验证系统（PV和OBI）。
寻找等中心：寻找等中心是一个细致活，需要反复调整，等中心确定好之后，安装工程师会标记激光灯的位置，由调试工程师安装激光灯并进一步微调。
安装好之后，接下来进入调试阶段，调试就像是测试直线加速器的各部件能否正常工作，如果某一参数不符合要求，需要进行调整，调试：调整加测试。调试与之后的质控（日检、周检、月检和年检）是遥相呼应的，质控的目标就是确保各部件的状态正常。
调试环节中，首先保证直线加速器可以正常出束，然后进行束流方面的测试、机械方面的测试（比如光野射野一致性、铅门到位精度、MLC到位精度以及激光灯等）、影像验证系统（比如EPID和CBCT）的调试。
直线加速器开始治疗之前，还需要进行剂量标定和剂量验证等工作。
刚开始听到“首台全数字化直线加速器”、“全数字化控制平台”等词语时，不太理解：什么是全数字化加速器，与操作或者实际应用有什么关系呢，或者说与非数字化加速器相比，有什么改进的地方呢？
在操作瓦里安C系列加速器时，操作台上有一个大键盘（操作面板），上面可以手动地输入一些参数（比如机架角度、剂量率、MU等），就像是非智能手机时代的键盘。在操作医科达Precise和Synergy加速器时，发现操作面板比较简洁：只有出束按钮、使能键和急停等按钮，不支持手动地输入机架角度和MU等参数。一个很明显的差异：在做电子线治疗时，瓦里安的C系列加速器支持根据治疗计划单上的参数，手动地操作大键盘来执行计划。而到了医科达加速器这里，必须通过执行计划来出束，也就是必须建立一个计划，通常是Mosaiq把计划给到直线加速器。这样的一个好处，是尽量减少了人为出错的概率，而且各种信息也有相关记录。
在进行CBCT扫描时，医科达Synergy加速器操作相对简单，点击出束按钮之后等待就可以了。而对于瓦里安C系列的Trilogy加速器来说，CBCT扫描相对复杂一点：需要一边踩住脚闸出KV级X射线，一边要转动大机架。到了全数字化平台TrueBeam之后，CBCT扫描的操作相对简单，操作面板也变得更加简洁，为了能够出束治疗，也需要有一个计划（维修模式除外）。
医科达的全数字化加速器推出的比较早，从Precise机型开始就已经是全数字化平台了，所以有的人会发现：医科达加速器的新机型在控制台方面没有太大的变化。
CT直线加速器与大孔径MRI在鼻咽癌放疗中的应用
产品谱系、技术规格与工程术语
加速器选型既取决于能量、剂量率、MLC 与影像引导配置，也取决于厂商的产品代际、服务体系和备件保障。术语与规格矩阵是把临床需求翻译成设备参数的基础。
2005年，北京医疗器械研究所（简称北研所）被瑞典医科达公司收购，下面的两款加速器，代表了老一辈加速器人努力付出的成果。
我国第一台10MV行波加速器：BJ-10（北京10）。我国第一台驻波加速器：BJ-4（北京4）。经过努力，自主研发了行波加速器和驻波加速器。
从此款开始，加速器两侧带上了翅膀，也就是常说的CBCT（锥形束CT），varian称作OBI（on Board Imager），影像与放疗的结合，又上了一层台阶。
作为C系列的队员，Trilogy像是iX的Plus版（都带着小翅膀-CBCT，而且EPID也都有）。
在Trilogy的基础上，搭配了BrainLab的X线影像系统和六维床，最大的优势用于SBRT。
上面这几款，都是varian C系列的队员，从后面开始，进入了新的平台。
从TrueBeam开始，varian的加速器开启了全数字化时代。
Ethos外观跟Halcyon很像，跟Halcyon相比，这款设备的优势主要体现在自适应放疗技术（ART）方面。
Precise是elekta推出的世界第一台全数字化加速器。
Compact采用了驻波加速管，机架既有C形臂的影子，也有滚筒（假墙）的色彩。
Synergy的意思是“协作”，作为第一台IGRT加速器，是CBCT（影像）与加速器（放疗）协作的成果，通过影像，看清照射的。
Unity的意思是统一，作为世界首台高场强磁共振放射治疗系统，将1.5T高场强磁共振系统与加速器融合到了一起，影像与放疗的结合，迈上了更高的台阶，技术一直在不断地进步。提起磁共振引导的放射治疗系统，就要说一下Unity的另外两位伙伴：
ViewRay公司的MRIdian。MRIdian是Co-60与永磁磁共振的融合，使用三个Co-60源作为治疗头，射线为Co-60衰变发射的γ射线。磁共振部分场强为0.35T（特斯拉，注意不是吨！
加拿大MagnetTx的Aurora-RT。该系统应用特有的无冷却剂0.5T MRI系统，因此无需通风管(vent stack)，系统的口径为110cm，可根据需要移动治疗床。
作为影像三巨头之一的西门子，于2010年撤出了放射治疗设备领域。
射波刀和TOMO本质上都是直线加速器，不过因为剂量分布上的优势，进入了刀客的队伍，TOMO也被称作“托姆刀”。
从构造上来讲，射波刀将小型加速器放到了机械臂上，而TOMO则是将小型加速器放到了滑环机架上，都是进行了融合和创新。
由富士康投资，主要用于立体定向放射治疗（SRS/SBRT），独特的机架设计，让射线有更多的入射方向机头，可以在192个空间角度等中心出束，类似于γ刀的原理。Zap产生的射线为2.7MV X射线，FFF模式最大剂量率为1500 MU/min。
机器带着自屏蔽，相当于机器本身带了个机房，降低了机房防护的要求，外观看着很酷。
ZAP由射波刀的发明人、Accuaray的创始人Adler教授发明。
东软医疗是国内影像设备领域的老大哥，尤其是在CT方面颇有建树，拥有庞大的产品线，在放疗设备方面有两款加速器。
作为后起之秀，秀在哪些地方呢？他们能借鉴前辈的经验，站在巨人的肩膀上，然后再结合新推出的技术，还有自己积累的经验，从而百尺竿头更进一步。
United Imaging（联影）。上海联影是国内影像设备领域的新秀，较短的时间内拥有了庞大的产品线。
在放疗设备方面，联影推出了世界首台同轴同床一体化CT加速器（CT-Lianc），采用驻波加速管，滑环结构。CT比CBCT图像更清晰，影像质量更好。更清晰的图像，可以验证更精准的位置。
国内第一台CBCT加速器，机架采用滑环结构。SPACO OMX6i在业界领先的0.5mm等中心精度环形机架上内置KV级CBCT成像系统。内置全部由5mm宽度叶片组成的120片精细MLC系统，支持指形交插等任意开口形状组合。外观跟CT更像，集成CT与加速器，CT引导的放射治疗系统（CT-Linac）。
在计划系统（TPS）、外置多叶光栅（MLC）以及影像验证系统（EPID）等加速器部件领域深耕多年的苏州雷泰，推出了自己的直线加速器-VenusX。
为安装在Synergy加速器上的微型多叶准直器。外观看上去有点像elekta加速器的构造（像滚筒），但是眼睛是会骗人的：VenusX采用了滑环结构（O形结构），加速管为驻波加速管，而且内部配备了正交双层MLC，治疗床为六维床，CBCT、EPID以及MVCBCT都可以开展。
大医凭借在γ刀方面的优势，将γ刀与直线加速器融合到一起。这款放射治疗系统，既有γ射线，又有X射线，γ Knife-Lianc。
有些不足的地方，后续再继续完善，正如那句：“先有完成，再有完善。
的文章链接，汇总了放射治疗设备厂家以及主要的产品，有直线加速器、γ刀、射波刀、TOMO等，对于新款的加速器，还会持续更新相关文章。
在电子直线加速器的学习和使用中会遇到一些英文术语，尤其是直线加速器控制台的电脑上会用英语显示一些参数，而且不同厂家的加速器所用英语不完全相同，这里介绍几个常用的术语。
直线加速器：Linear Accelerator，常说的Linac，简称LA。
MLC：Multi-Leaf Collimator，中文名：多叶准直器，俗称多叶光栅。调强和适形放疗技术的主力成员。
Jaw：次级准直器，常说的钨门或者铅门，有上下两组，每一组又有两个，表示为：X1、X2和Y1、Y2。
Gantry：机架。Gantry
RTN：机架角（瓦里安加速器的表示方法）；Gantry
Angle：机架角（医科达加速器的表示方法）。
Couch：治疗床，医科达加速器中用Table表示治疗床。Couch
VRT：治疗床升降方向位置（医科达加速器表示为Table Vertical）；Couch
LNG：治疗床进出（头脚）方向位置（医科达加速器表示为Table Longitudinal）；Couch
LAT：治疗床左右方向位置（医科达加速器表示为Table Lateral）。Couch
RTN：治疗床转角（公转，非共面照射时需要转床角）。
Collimator：准直器；COLL RTN：准直器角度，常说的小机头旋转角度，医科达加速器表示为Collimator Angle。COLL X1、COLL X2、COLL Y1和COLL Y2分别表示每个钨门（铅门）的位置。
Field：射野，这里的射野指的是由次级准直器形成的射野，比如Field X和Field Y（瓦里安加速器表示方法）。
MU：全称：Monitor Unit，常说的跳数。
Segment：直译是分割，这里指的是子野（数）。
Radiation Type：射线类型，比如X射线或者电子线。
Energy：能量，比如6MV（兆伏）或者6MeV（兆电子伏）。
Dose Rate：剂量率，比如600MU/min。
在直线加速器的操作中，需要对机架角度的位置很清楚。以C形臂机架和滚筒机架的加速器为例，介绍一下机架角度的位置：机架的零位（0º）在正上方，零位也是360º的位置。从零位开始，机架沿顺时针方向旋转90º就到了90º位置（钟表的3点方向）；机架沿着顺时针方向继续旋转90º来到了180º位置（钟表的6点方向）；按理来说，机架沿着顺时针继续转90º就到了270º位置，不过理论与实际是有差距的：在实际中，机架到了180º位置之后，不能再继续沿着顺时针转下去了，也就是不能“过河”，这时该返程了（当然有的直线加速器允许越过去一定角度）。
从零位（360º）开始，机架沿着逆时针方向转90º到了270º位置（钟表的9点方向），再继续转90º到了180º位置，同样的，到了这里之后也该返程了。
在直线加速器室刚实习的时候，带教老师跟我说要记住当前患者的最后一个射野机架角停到了179º这边（加速器的左手边）还是181º那边（加速器的右手边），刚开始不太理解，到了下一个患者时就明白了原因：上一个患者的机架角度停在了179º这边，那么下一个患者的射野顺序应该从180º这边沿着逆时针转一圈，假如射野顺序不是这么排的，而是从181º那边逆时针转，那么机架得空转一圈转到181º那边（多走一圈弯路）。有时因为特殊情况也会忘记机架最终停在哪边，比如机架刚好停在了180º位置，一种方法是先按照一个射野顺序（比如逆时针）试一下，如果发现反了，就把射野顺序调整回来。有的计划系统（TPS）中支持按照一个方向（顺时针或者逆时针）自动排顺序，或者布野的时候就手动按照一个方向排下来，就是与机架的这个旋转特点有关。
在直线加速器中，尤其是VMAT技术中，会遇到CC和CW，CW指的是顺时针方向，CC指的是逆时针方向。
北京医疗器械研究所，简称北研所，2007年被医科达公司收购，改名为医科达北研。
北研所（BMEI）有两款经典的电子直线加速器：BJ-10和BJ-4。BJ-10是我国第一台10MV行波加速器，BJ-4是我国第一台4MV驻波加速器。
高端放疗设备发展历程（国产医用加速器48年回顾）
工业加速器与非医疗应用
直线加速器不仅用于治疗，也用于无损探伤、辐照加工、集装箱检测和材料改性。不同应用对能量、剂量率、束流扫描和屏蔽的要求差异很大。
从名字可以看个大概，他们都是给电子进行加速，准确来说都是依靠磁场产生的电场给电子加速，不过加速时具体的实现方法不同。
电子感应加速器的原理是这样的：通过磁场强度的变化产生感应电场来加速电子，这里涉及到了物理学中电磁学的概念：变化的电场可以产生磁场，变化的磁场也可以产生电场。1940年，美国科学家科斯特(D.W.Kerst)研制出世界上第一台电子感应加速器。电子感应加速器有个美中不足：电子沿曲线运动时在切线方向会不断产生电磁辐射从而损失能量。
为了让电子的运行轨迹发生改变，需要静态磁场发挥作用，电子一圈圈地加速，同时运动半径越来越大，达到所需能量后被引出。1930年，E.O.Lawrence发明了回旋加速器，用于给离子加速；1944年，V.I.Veksler首先提出了电子回旋加速器的概念。
与电子感应加速器和电子回旋加速器相比，电子直线加速器依靠自己的优势（更高的剂量率、更紧凑的结构等），在医用电子加速器中脱颖而出。
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