【择要】本文以追求肿瘤治疗的精准、精确和关注用户体验三个医用加速器差异化发展维度为视角，对市场上已经存在的医用加速器进行了梳理、解释和总结，同时又以锥形束、笔形束以及扇形束这三种治疗射线束的类型为依托，对其衍生出来的临床技能进行了区分和归纳，由此在展望未来加速器的发展时供应了不同的视角和见地，并在此根本上，展望中国医用加速器的未来和发展方向。
【关键词】发展维度、医用加速器、肿瘤、放疗
自上世纪七十年代以来，中国的放疗产品奇迹取得了很大的发展，在历经北京医疗东西研究所、广东威达医疗东西集团公司、山东新华医疗东西有限公司、扬州海明医疗东西公司、沈阳东软医疗系统有限公司以及浩瀚后起之秀如上海联影、广东中能等为代表的国产放疗设备供应商的不懈努力之下，在清华大学等科研单位的大力支持下，目前海内的放疗产品技能研究水平取得了长足的进步，在技能的前辈性、质量的可靠性，产品的同等性和稳定性方面都得到了不同维度的飞跃性的进步。通过对医用加速器、放射治疗操持系统、打算机断层影像仿照机、X线仿照机、后装机、电动多叶光栅、三维剂量场剖析系统、X-刀、三维移动激光灯、放疗信息系统、肿瘤信息系统、各种定位赞助固定装置的不断投入和研制，国产放疗设备已经形成了一个完全的产品供应体系，具备了供应整套放疗办理方案以做事于患者治疗的能力。更为可喜的是，这些年不断在质子重离子治疗方面的投入，为患者肿瘤治疗又供应了一大主要手段！
进入21世纪后，从国际领域的范围来看，医用加速器发展得特殊快，可以用眼花缭乱来形容近些年的加速器方面的发展，而国产加速器的发展相对滞后了。有时候大家也很困惑，不知道医用加速器的发展方向在哪里，事实上如果我们总结医用加速器的发展进程，我们依然可以梳理出来加速器的发展脉络和发展维度。即随着电子射野影像装置（Electronic Portal Imaging Device，EPID）、锥形射束电脑断层扫描装置（Cone beam CT，CBCT）、打算机断层扫描成像装置（Computed Tomography，CT）、磁共振成像装置（Magnetic Resonance Imaging，MRI）、正电子发射打算机断层显像装置(positron emission tomography， PET)在放疗领域的运用，以及立足于二维（2D）和3维（3D）适形放疗（conformal radiotherapy，CRT）、调强放疗（intensity modulation radiation therapy，IMRT）、容积弧形调强放疗（Volumetric Modulated Arc Therapy，VMAT）等临床技能的成熟，医用加速器实际上都是沿着以下三条主线发展：
① 精准：即IGRT方向的差异化演进，紧张办理的是治疗准确性的问题，关注的是靶区的实际大小、实时边界形状和在人体中的实际时旷地位，重点办理的是“所见即所治”。如图1所示：
② 精确：临床技能与手段的差异化演进，紧张办理的是照射剂量场和肿瘤靶区组织立体适形和生物适形、靶区内剂量分布均匀的问题，重点办理的是“所治即所见”。见图2 ：
③ 在此根本上，衍生出来我们在如何知足用户利用舒适度的方向上的差异化演进，即关注用户（广义性子的）利用体验。见图3。
下面对这几个方面予以详细先容。
一、 精准
所谓精准准确的说是关于IGRT方面的发展。即放疗结合影像，准确奉告肿瘤治疗过程中它的位置、形状、大小，以便调度加速器射线的辐照方向以及强度，使得射线准确的包裹肿瘤而避免伤及无辜。以前的传统的加速器，基本上通过仿照机定位（X线仿照机或CT仿照机或仿照办理方案）往后，将肿瘤靶区的位置通过在人体外表上的标记予以呈现，并借助机房内的固定激光灯来定位靶区位置。由于实际治疗过程中靶区的实际位置与靶区标记位置存在无法对应的情形，因此实际上这种定位的方法还是被归属于盲打治疗阶段。样式见下图4：
图4：医用加速器的传统构造
特点是：
① 一样平常采取悬臂构造
② 定位摆位方便，适宜人工操作
③ 胶片位置验证
到了上世纪九十年代，为理解决肿瘤靶区的定位和快速验证问题，先后发展了电子射野位置验证装置（EPID）、锥形束CT影像系统（CBCT）、CT等图像勾引设备，我们将这种图像勾引的加速器治疗技能统称为IGRT。详细情形先容如下：
1、 EPID勾引
EPID实际上是一种能够承受MV级高能射线照射的二维X线平板探测器，见图5。其图像勾引的特点是：
① 兆伏（megavolt ，MV）射线锥形束成像，软组织图像模糊，只能利用骨骼影像和仿照机系统传过来的图像做配准，紧张用于患者的摆位验证。
② 2D影像（拍片模式）
③ 理论上可任意选择拍片角度操作大略，本钱低、随意马虎实现，既可以离线校正验证射野的大小、形状、位置和患者摆位，也可以直接丈量射野内剂量，是一种大略实用的二维影像验证设备。
缺陷：
该仿照过程中常无法直接或完全看到肿瘤陵犯范围，常日须要借助骨、气腔和体轮廓线等标志等来间接确立放疗临床靶区。运用该种技能进行放疗仿照定位时存在诸多的问题。紧张表现在：
① 所得到影像是二维的，前后位影像重叠失落去了诸多前后位解剖学信息；
② 无法勾画出肿瘤和正常组织和器官几何体积；
③ 基本无法进行三维治疗操持设计和剂量分布的显示；
④ 无法与其它来源影像进行领悟来共同确定肿瘤的临床靶区。
因此该种影像用于恶性肿瘤放疗特殊是根治性放疗的操持设计存在很大限定。由于得到该影像经济实惠，影像的整体感强，连续采集能得到动态信息，因此目前该种影像多用于姑息性治疗靶区确定和用于治疗操持设计、履行等方面的验证。
但是，随着技能的发展，基于非晶硅平板探测器的EPID，可以直接丈量射野内剂量，是一种快速的二维剂量丈量系统，用EPID系统进行剂量学验证的研究开始不断增多，逐渐兴起并推向临床。相信EPID会迎来剂量勾引放射治疗（Dose Guided Radiation Therapy，DGRT）的春天。
图5：EPID勾引
2、CBCT图像勾引
CBCT系统实际上是一个X线系统，探测器采取动态平板。CBCT获取数据的投照事理和传统扇形扫描CT不同，X线球管以较低的射线量环绕患者做环形数字式投照，得到的图像数据在打算机中重修后进而得到三维图像。从成像构造看，CBCT用锥形束X线扫描代替常规诊断CT的扇形束扫描；与此相对应，CBCT采取一种平板探测器来代替常规诊断CT的线状探测器。由于数据获取的办法不一样，常规诊断CT的投影数据是一维的，重修后的图像数据是二维的，后处理事情站上的三维图像是连续多个二维切片堆积而成的；CBCT的投影数据是二维的，重修后直接得到三维图像。显然，CBCT采取锥形束X线扫描可以显著提高X线的利用率，只需旋转360度即可获取重修所需的全部原始数据，见图6。
其特点是：
① KV射线锥形束成像，通过软件图像重修，呈现3D影像和Digitally Reconstructured Radiograph(DRR)图像
② 可360°旋转，部分设备打破360°
③ 由于利用的是锥形束和KV平板，射线散射较大，图像清晰度有限。
④ 可以做组织弹性配准，由于器官边沿分辨度不高，精确度有限。但是对付部分组织例如头部等器官，骨骼刚性配准就比较精确。
⑤ 适宜三位配准和二维配准
⑥ 成像软组织分辨率和空间分辨率均比较差，成像剂量要比常规诊断CT高一个数量级别。
图6：CBCT勾引
3、CT勾引
从某种程度上来说，CT勾引是真正意义上的IGRT。CT影像是组织影像，不仅包含组织器官的位置信息，也包含组织器官的密度信息，因此它不但能够做图像位置定位，还能够利用CT影像对治疗操持进行离线调度。见图7和图8。其特点如下：
① 能供应3D和2D图像组织配准
② 成像速率快，图像质量好
③ CT不仅能供应靶区位置、体积、构造信息，最紧张的还能够供应组织密度信息，供应放疗操持改动的便利，部分承担CT仿照机的功能。该能力在分次放疗中，可根据肿瘤退缩或周围器官变革做适应性操持优化乃至分次治疗过程中的再操持；
这是CT-linac的最大的优点。
④ 缺陷是：CT扫描层面和加速器治疗层面不同面，因此导致通过CT的摆位和定位位置校正确认后，患者还须要挪动位置，挪动后的位置精度无法确认和验证。
图7：西门子的CT勾引加速器（面对面办法）
图8：上海联影医疗的CT勾引加速器（前后紧贴式）
4、双X线系统正交影像勾引
这种成像技能把两套kV级X线以正交的角度安装，同时对病人进行照射。先在病人体内植入金球或者以病人骨性标记为配准标记。利用治疗室内两个交角安装kV级X线成像系统，等中央投照到患者治疗部位，追踪金属标志的位置变革，或者根据拍摄的低剂量骨骼图像，与先前储存在打算机内的图像进行比对，以便决定肿瘤的精确位置, 并将数据运送至掌握加速器的打算机中用以掌握加速器的事情。
与EPID MV级射线摄野片比较，骨和空气比拟度都较高,软组织显像也比较清晰。 目前紧张是射波刀(Cyber knife)系统在利用这种办法，见图9。当然也有在以前的不具备IGRT功能的常规加速器系统中增加这样一套定位系统的，例如江苏瑞尔医疗科技公司就紧张从事类似的双X线图像勾引系统的研制和安装利用，并取得了不错的反响。
图9：Accuray公司的双X线正交图像勾引系统
5、MV级的扇形束CT影像勾引
这种机型比较少，紧张是TOMOtherapy机型在采取这种图像勾引办法，见图10。
图10：Tomotherapy的MV级射线扇形束图像勾引系统
采取这种办法来做图像勾引实在也是一种无奈。这种机型的最初的设计实在是含有CT影像系统的，且CT扫描层面和治疗层面是共面的。见图11。可是考虑到CT成像和加速器治疗两者之间的系统哀求差异较大，例如转速。要办理这个问题，整体构造和系统会极其繁芜，于是只好将CT系统设计裁剪掉，变成了现在我们看到的这样子。
图11：TOMOtherapy的图像勾引初始观点设计
也便是说，最初的设想，TOMO实在也是想用KV级射线来做图像勾引的。但是实际上由于实现起来难度很大，以是不得已才直接采取加速器的MV射线来做图像勾引。不过考虑到6MV射线对人体侵害过大，就将6MV射线能量降落到3.5MV以降落图像成像过程中对正常组织的侵害程度。这款机型在是在美国威斯康辛研制出来的，但是在美国本土发卖得并不好，在中国大陆反到比较受欢迎和钟爱。个中的缘故原由，耐人寻味。
5、磁共振（MRI）勾引
在放疗过程中，靶区组织的位置和构造形状会根据治疗过程、人体应激反应、呼吸、感情等成分随韶光而变动，这就导致了靶区的3D信息是不足的，还须要加入韶光因子。然后实现实时图像勾引，实时放射治疗。无论是EPID还是CBCT或者普通CT勾引，目前都做不到实时图像勾引放疗。或者是由于成像韶光较长，或者是由于成像和治疗过程不同步，或者是由于影像角度与治疗角度存在固有偏差。
这样要实现呼吸门控治疗，一样平常都是通过以下两种履行：
① 红外（或超声）监控呼吸幅度
② 通过四维CT（4DCT）采集呼吸时相规律然后纳入到治疗操持中
前者属于间接监控肿瘤靶区随呼吸的运动，偏差较大；后者则是将靶区随呼吸运动的变革抽象化和大略化，没有考虑靶区随呼吸运动的频率及幅度在不同韶光和条件下的会有不同呈现的繁芜性。
就目前而言，只有MRI有机会供应了这一种实时成像的可能。
同时，由于MR是一容积性影像采集装置，能得到高空间分辨率和高比拟度任意层面和方向的解剖影像，尤其是对付确定头颈、中枢神经、脊髓和软组织等部位肿瘤临床靶区有极大帮助。
由于MR成像取决于物质的质子密度，T1加权、T2加权和血管流空效应。因而MR较CT影像含有丰富的信息，而且磁共振检测序列的选择和优化可有效地提高肿瘤与周边正常组织的区分能力。因而MR是显示组织密度比拟差异小的区域如头颈、中枢神经、脊髓、软组织、宫颈、前列腺以及骨转移处肿瘤临床靶区的一种主要手段
和CT平分歧，MRI可以通过梯度场的变革供应任意方向的2D图像，且图像的成像速率快，1帧不超过10ms，这就相称于实时影像了，目前这种2D图像紧张用于门控系统，实际上放疗呼吸门控或跟踪哀求韶光尺度是300ms（~0.1个呼吸周期），这包括图像采集、重修靶区、勾画（判断）、开关射线，这样图像重复率至少须要4ftps，图像延迟不超过100ms，MRI完备知足这种须要。
上市的MRI-Linac机器紧张有两家，即：
① 医科达(Elekta)公司的 Unity (1.5 T)，见图12。
② ViewRay公司的MRIdian (0.35 T)，见图13。
图12：医科达(Elekta)的Unity
图13：ViewRay的MRIdian
MRI勾引的优点：
① 无附加剂量、软组织比拟度高、可以进行治疗中勾引
② 实时 MRI勾引软组织摆位和在线剂量预测 ：病人逐日治疗的摆位可直策应用 MRI 影像针对靶区位置做定位，让对位更精准，并且病人在治疗床上，能利用门卡预测当前放疗将要投递的剂量；
③ 术中适应性放射治疗(on-table Adaptive RT)：在分次放疗中，根据肿瘤退缩或周围器官变革做在线适应性操持优化；
直策应用MR图像进行物理剂量打算存在困难：MR上的像素量与物质内质子有关而与核外的电子密度不干系，因而无法直策应用磁场旗子暗记进行物理剂量的打算。办理此问题办法有两个，一是将MR影像领悟叠加到CT影像上，用MR和CT影像进行靶区的勾画，用CT影像中CT值进行物理剂量打算；另一方法是通过数学模型将磁共振旗子暗记转变成电子密度用于剂量的打算。
④ 治疗中实时追踪肿瘤(Real-Time Tracking)：治疗全程连续造影，系统透过软组织追踪和自动化的射线掌握，当肿瘤组织移动超过医师定义的追踪界线，射线会自动停息照射，当靶区移回边界内的范围，治疗会自动规复。
6、PET勾引
我们知道，到目前为止，放射肿瘤学中利用的图像紧张是构造性的，而PET图像可以供应生物学信息。PET是一种新型发展迅速的能检测肿瘤和正常组织代谢差异的功能性影像学技能，其基本事理是将利用能发射正电子的放射性核素（如18F、11C、15O和12N）标记到某种物质上，将这些物质注射到人体内，通过体外装置进行检测并进行显像，可以灵敏准确地定量剖析肿瘤能量代谢、蛋白质合成、DNA复制增殖和受体分布等。
通过利用注射示踪剂，例如18-FDG，PET可以描述肿瘤的代谢活性，使其“点亮”（FDG是用于可视化癌症代谢的最广泛利用的示踪剂。与正常组织比较，肿瘤细胞保留更高水平的FDG）。见图14。不同的PET示踪剂可以识别肿瘤的不同生物学特色，例如特定生物标志物抗原（例如，PSMA）或乃至探测免疫系统本身（例如，PDL1表达或活化的T细胞）。
图14：PET影像描述肿瘤的代谢活性
由于PET 可以用于测定肿瘤细胞代谢状况，并可以定量和三维显示肿瘤内诸如乏氧及血供、增殖凋亡及细胞周期调控、癌基因和抑癌基因的改变、侵袭及转移特性等生物学信息的一种新的功能性影像技能，因此总结出了生物学靶区（BTV）的理论，并从这一理论上推测它可用于捕捉活体内肿瘤生物学信息并将其用于辅导放疗操持的设计。这样的结果，或将引发出以下发展可能：
i. TPS操持将实现从基于肿瘤组织密度信息到基于肿瘤细胞活度分布信息的转变。
ii. TPS设计将实现从组织内均匀照射到组织内不屈均照射的转变。
iii. 实体瘤的形状与大小等几何靶区信息，未来或许不再是我们紧张关注的目标。
iv. 放射治疗将产生一种新的完备个人化放疗的路子，开启从局部肿瘤到多点扩散肿瘤治疗的方向。
v. 大幅度的调度放疗剂量，降落副浸染，最大限度地提高放疗疗效。
当然探求肿瘤细胞生物活度与受照射线剂量之间依存关系目前还是一个有待研究的领域。我们还是可以基于以上不雅观点合理而大胆地推测：PET勾引的放射治疗，大概是我们未来临床放射治疗技能手段上的天花板。
然而纯挚的PET影像目前用于肿瘤临床几何靶区确定时势实上尚存在一些问题：
i. 比较于CT和MR影像，现有PET影像分辨率仍较低（仅2mm～7mm），解剖构造显示较差。
ii. 影像扫描办法须要改进，目前无法实现连续步进式扫描，这样会丢失部分组织信息。
iii. 目前尚无定量客不雅观反响实体瘤大小。
iv. 癌细胞活度与射线剂量之间目前没有还找到明确的对应关系
目前在外洋，已经有研究单位在研究PET勾引放疗的技能。Reflexion Medical从2011年就致力于研究开拓用PET供应生物学辅导放射治疗的设备BgRT。见图15。BgRT能实时利用癌症的生物学特色作为旗子暗记辅导治疗全身肿瘤，我们称其为生物影像勾引治疗。
图15：Reflexion的BgRT
该系统将PET-CT与直线加速器相结合，为实时自适应放疗供应了新办法。这是首台运用肿瘤本身(包括移动肿瘤)勾引放疗的系统，运用PET追踪肿瘤细胞放射性示踪剂的摄取情形，以锁定肿瘤靶区并肃清或减小因运动导致的扩展照射边界，还可同时追踪并治疗多个位点。PET系统对示踪剂位置进行三角丈量，确保实现精准、3D、实时的肿瘤追踪。
总之，时至今日
① 放射治疗是建立在影像根本上的系统工程。
② 现有影像勾引举动步伐为放疗操持精确履行供应了一定的担保。
③ 不同来源的影像为肿瘤放疗靶区确定供应了不同信息，多种影像共同参与将有助于提高靶区设计的精确性。
④ 功能性影像具有临床运用巨大的潜力，也是肿瘤放疗个体化设计依据的主要来源。
须要把稳的是，放疗设备的实质还是放疗，不是诊断。两者之间的主要性权重该当处于得当的位置。片面追求影像的前辈而忽略了放疗技能的发展，一定会对放疗设备发展本身带来其他问题。其余一个问题是考虑到影像系统紧张还是为治疗系统进行定摆位，因此纯挚就这一点而言，影像成像层面和加速器治疗层面共面时其系统性偏差能大大缩小。反之其由于部件运动（例如CT-linac定位和摆位过程中治疗床的迁徙改变或前后移动）带来的固有偏差难以通过软件算法以及机器构造的设计来予以担保。对付这一点希望大家有一个复苏的认识。
事实上，核磁已经靠近实时软组织成像，这种边看边打的办法极大的提高了放疗的准确性，既然已经能够实时看到并定位肿瘤，影像勾引技能是不是可以说已经摸到了天花板呢？这个方向的下一阶段发展路线理论上恐怕很难再有创新性空间。或者说，如果还希望在这个方向连续发展下去，本钱与代价也会推高到市场难以承受的地步。
这一点我希望能够引起大家的关注和重视。
二、 精确
精确的观点推广，紧张来源于用多叶准直器（多叶光栅，即MLC）来从事适形治疗后兴起的观点，紧张陈述的是CRT（适形放疗）、3D-CRT（3D适形放疗）、SRT、S-IMRT（静态调强）、D-IMRT（动态调强）、VMAT（容积旋转调强）等放疗技能的发展和运用，见表1 。至于是否可以将笔形束治疗技能运用如SRS治疗技能观点也纳入这个观点里，目前没有定论，但是也没有人反对。我的见地它们都是精确放疗的技能手段。
不管怎么样，我们的精确放疗的条件条件都是基于将肿瘤组织假定为刚性的、固定位置的、密度均匀的靶区组织。只有在这一个条件下，我们对肿瘤靶区的定义（位置、体积、形状）和放疗操持的制订才变得可知、可信也可控。
整体而言，对付治疗而言，目前存在三种治疗射线形态，即锥形束、扇形束和笔形束。个中以锥形束治疗最为主流。三种不同的射线成野办法，决定了相对应的临床技能在不同的道路上发展。
1、 锥形束临床技能
先来看锥形束的放疗技能的发展。我们知道，从加速管出来的射线之以是能形身分歧的射线形状，实在紧张是由准直器形状决定的。
形成锥形束的是如下图16所示的二维多叶光栅，叶片的运动紧张由螺旋电机来驱动：
图16：二维光栅形成适形束
等中央平面内，锥形束的射野现在一样平常是40cm40cm，个别的是28cm28cm（例如Halcyon）。上世纪九十年代以前的常规传统加速器，35cm35cm比较常见。
表1：锥形束加速器临床技能的发展演化情形。
如果从剂量场的分布角度来看，这些技能之间的临床表现差异也是很大的，我们先来整体理解三维适形和三维调强的剂量场分布差异，见图17，赤色区为95%的等剂量线包括范围。
图17：适形与调强的剂量场分布差异
很明显，从图17看出，5野的IMRT和传统的6野三维适形比较较，前者提高了对肿瘤3维形状的适应性。
那么，VMAT和IMRT比较有什么不同？ 旋转调强技能是近十年来最具有临床代价的放疗技能之一。它将弧形治疗和动态调强治疗技能合二为一，发展和创造出来一种新型的临床技能。
这方面的技能运用，范例机型可能是Varian的TureBeam和Elekta的Axesse机型。
2、扇形束临床技能
除了锥形束的旋转调强之外，还有利用笔形束从事立体定向放射治疗的射波刀（Cyber-knife），以及利用扇形束做IMRT治疗的Tomotherapy系统，这些都是在临床技能进行差异化设计的比较成功的案例。
锥形束紧张由二维MLC形成，扇形束则是由一维二元光栅形成了，二元光栅叶片的运动紧张由气动装置来驱动，只有开合两种位置状态。
第一个广泛利用的商售扇形束IMRT系统是由NOMOS公司生产的Peacock。见图18.此技能是把一个狭长的准直器装到传统的机器上面，得到大约20cm宽、1-4cm长的扇形束。随着机架的旋转，扇形束能够在患者的横截面上形成一个条状的照射野。在机架旋转过程中，准直器的叶片在打算机的掌握下进出，来调节每个扇形部开或关的韶光，达到调强的目的。如果要治疗全体靶区，就须要顺序照射多少个窄条野。为避免窄条野间连接处涌现较大的剂量缺点，就要担保治疗床运动精确性，这要由厂家供应的叫做“Crane”的治疗床步进完成。
图18：NOMOS的Peacock
其余一个采取扇形束治疗的便是Tomotherapy专用加速器了。Tomo加速器的二元光栅，叶片位置有三个，1cm/2.5cm/5cm，因此扇形束在等中央平面内形成的最大射野面积是40cm5cm。最小射野面积只有0.3cm1cm。实际治疗的时候，其有效治疗范围达40cm ×136cm。见图19。
图19：Tomotherapy加速器及其二元光栅
由于扇形束调强的事理和传统加速器不一样，以是运用于锥形束的TPS系统不能直接应用于扇形束治疗操持。该TPS只能利用Accuray公司供应的专用TPS，在做治疗操持时须要考虑如下成分，
1） 主要靶区的处方剂量
2) 射野宽度（Field)
3) 螺距（Pitch)
4) 调制因子（MF）
5) 各剂量限定的优先权重
TOMO相对付传统疗法，最大的优点是肿瘤适形度更高。肿瘤剂量强度调度更为精准，肿瘤周围正常组织剂量调节比较风雅。该系统集成治疗操持、剂量打算、兆伏级CT扫描、定位、验证和螺旋放射功能于一身。治疗摆位和验证自动化程度较高。
3、笔形束临床技能
早期在常规加速器上要形成笔形束，紧张用限光筒，也便是在加速器配置限光筒和立体定位头架，这便是曾经风行一时的X刀。见图20。
图20：X刀系统
但是由于这种由放疗加速器改造而成的X刀系统其治疗精度难以担保，更紧张的是加速器和X刀在同一医院里分属于不同的科室，X刀作为立体定向放射外科设备，属于神经外科利用，加速器属于放疗科，两者从属于不同的科室，这种在加速器上加装固定头架形成的X刀系统没有在市场上形成化学反应，末了不明晰之。
最著名的笔形整装备实在便是专用于立体定向放射外科的伽马刀了。由于不属于加速器，我这里就不展开论述。
和TOMO同时发展起来的CyberKnife以及前两年上市的ZAP，实在都是一种专业X刀系统，是一种专用于立体定向放射外科的放疗设备。见图21。
图21：射波刀和ZAP
和伽马刀类似，笔形束治疗，采取的都是等中央点聚焦模式。笔形束治疗肿瘤的直径不大于6cm，且紧张用于脑部治疗。这样，笔形束对小肿瘤的治疗已经被证明其有效性是得到行业认可的。但是近些年随着IGRT的发展和运用，有将笔形束用于体部大肿瘤治疗的拓展其临床领域的趋势。但是随之而来的问题是，如果用笔形束治疗体部大肿瘤，至少在治疗效率方面将自身处于极为市场中的不利的地位。
笔形束治疗一样平常采取大分割临床技能，也便是说大分割放疗在笔形束治疗中取得了大量的临床数据，有助于我们对大分割进行进一步的研究、利用和推广到扇形束和锥形束放疗中。
须要提出的是，笔形束和扇形束基本上利用的都是FFF的射线，没有FF射线模式。由于FFF模式能够显著提升射线剂量率，因此目前锥形束也在逐步采取FFF模式进行临床运用。
不过在这里须要提及的是，不要把临床方案和临床技能能力进行稠浊。例如上面提到的比较受人重视的大分割技能，实质上是一种临床或者说是治疗方案。它的实现本身不是一种须要在加速器进行特殊设计的临床功能和技能。但是支持这种大分割放疗后带来的用户体验方面的技能改进，例如锥形整装备的FFF，那便是下面我们紧接着要谈到的其余一种关注点了。
上面提及的所有的临床治疗技能，都是基于肿瘤组织是刚性和固定位置的条件下进行的技能的演进。但是由于实际上肿瘤组织存在很大的柔性且具备一定的（自我或被动）运动性，且随着治疗的进行，肿瘤的体积和形状也在发生改变，因此，我们必须对肿瘤靶区的定义进行改动，引进靶区勾画PTV观点、追求实时靶区跟随放疗、4D时相/呼吸门控放疗、自适应治疗等技能手段，都是对肿瘤基于刚性观点等条件下的操持和治疗过程进行的改动、补充和优化。采取的手段有超声实时勾引、红外门控、MRI实时勾引、视频影像实时勾引、X线实时勾引等等。这些基于IGRT上的改动技能实质上还不能成为医用加速器独立发展的一个维度。
但是靠IGRT系统自身来实现我们所希望的实时治疗，无论采纳什么实时手段，系统的对信息的处理和肿瘤靶区运动本身比较总存在一定的滞后性。以是引入大数据技能提前预测器官的运动幅度、方位可能是一个发展方向。例现在朝的MRI-linac便是作为在线实时自适应的观点推出来的，但是由于成像韶光限定，目前只能供应影像门控技能，而这种影像门控只是比红外门控以及超声门控更为高端和直接的实时放射治疗门控技能而已。要想做到真正的自适应放疗，还必须在靶区运动探测的根本上包括对肿瘤位置跟踪、靶区体积及形状的跟随、治疗操持的实时调度，必须从被动自适应改为主动自适应才能肃清自适应调度所须要的韶光迟滞成分，即肃清靶区识别与操持调度过程中系统固有的迟滞效应，具备真正的临床意义；而要实现主动自适应，引入基于大数据的运动预测和人工智能等智能化平台，可能是办理方案之一。到那时，影像信息将作为供应预测的数据根本和纠正预测方向的验证依据而存在。
当然，其余一个方向是引入闪疗（FLASH Radiotherapy））临床技能，由于闪疗的大于36Gy/s以上的超高剂量率足以“冻结”器官的任何运动变革！
但是闪疗从临床的角度来说，意义还远不止这点，它还具备低剂量率加速器治疗所不具备的划时期的意义。在担保肿瘤治疗疗效的同时可以极大减少对正常组织的损伤。对付FLASH放疗的事理，其生物学机制非常繁芜，专家学者们也提出了各种各样的不雅观点。一种可能是极高的剂量率照射会将所有组织中的内源性氧气转化成活性有机物，并且正常组织能够比肿瘤更有效地打消这种活性物质。另一种不雅观点是FLASH照射会导致组织瞬时缺氧，且由于肿瘤和正常组织之间的氧张力差，正常组织能够优先得到保护。总而言之，Flash放疗在临床年夜将是2020年癌症治疗技能重大打破之一。
Flash Radiotherapy目前紧张是在笔形粒子束治疗系统领域中。要用到光子放疗领域，目前面临的最大的问题是工程实现和安全保障这两大超级难题。
由此，斯坦福大学的Billy W Loo Jr教授的研发团队提出了一款PHASER直线加速器的观点设计，如图22所示：
图22：PHASER系统的观点效果图
这款设计的缺陷是，多达16套加速器系统组合在一起，本钱不会低，系统可靠性和稳定性也会变差。
如果考虑到MM50电子回旋加速器的能量和剂量特点，我个人认为MM50从理论上来说具备开展闪疗的潜质，大概只须要对干系设备的进行一些改造事情以及实验验证即可得到证明。
从工程学的角度而言，相对易于实现Flash治疗模式的设备可能是利用电子线短间隔治疗的术中放疗加速器设备，这是我们平常忽略的产品和市场。事实上如果考虑到术中放疗设备的放射间隔比较小（小于50cm）的特点，完备可以比较随意马虎的研发相应的合乎Flash治疗哀求的X波段的术中放疗加速器。
一、 关注用户体验
作为放射放疗领域的三大先锋（瓦里安、医科达、安科锐）之一，瓦里安在开拓Halcyon™之前，瓦里安调研了超过100家肿瘤医院来稽核他们关于在5到10年韶光内运营一家放疗机构的紧张寻衅在什么地方。除了技能层面的问题，调研者们总结了三个尚未办理的困难：如何扩大得到高质量治疗的需求？如何简化操作流，减轻年夜夫的事情？如何改进治疗环境，增加病人的舒适度？然后瓦里安在Vienna举办的第36届ESTRO大会上发布了最新的治疗系统--Halcyon™。作为一个全新的设备，Halcyon™给行业带去了线人一新的觉得。该设备作为关注用户体验的范例设备，其新产品开拓的立脚点和初衷，实在值得我们学习和感悟。
图23：VARIAN的Halcyon
实在，关注用户体验，不是最近涌现的新观点。只管以前我们可能没有对这个理念进行明确和梳理，但是无意间我们也设计了很多给用户带去很好的感想熏染的技能和观点。例如FFF技能。
伴随着大分割放疗技能的运用，加速器剂量率有限而使得接管大分割放疗的患者由于一次治疗韶光过长而涌现各种不适，FFF的涌现，很好的招顾了采取大分割放疗方案后带来的患者体验问题，因此我们说，我们在设计加速器的过程中，关注用户体验一贯在进行中。
我这里把关注用户体验拿出来，把它定义为设备正在发展的一个维度和方向，即是是把它从技能的领域提高到产品计策的领域，实在也是有道理的。个人认为，我们至少可以从以下五个环节入手来考虑用户体验的问题。
表2：用户对加速器的利用体验需求
我们可以核阅一下以往我们的加速器差异化设计，在哪些方面遵照了这些理念。
随着放疗在肿瘤治疗运用的遍及，而在中国装机量又严重不敷的，使得我们相称永劫光内不得不面临着大量的患者须要放射治疗的问题，这不可避免将导致部分医务事情者简化治疗流程且常常事情到深夜，治疗质量得不到担保，事情者也苦不堪言。因此为了缓解这个突出的抵牾，我们不得不关注以下事变和需求：
① 加速器的大剂量率
② 加大FFF的临床研究和遍及运用
③ 大分割技能的推广与运用
④ 最大限度地提高放疗射线的利用率
⑤ 在担保治疗精确性的根本上，临床上多运用动态调强包括VMAT等有助于缩短治疗韶光的前辈技能
⑥ 治疗过程的流程化
⑦ 加速器的一键操作
⑧ 质控的标准化
须要解释的是，有些技能本身并不是为了加快治疗速率而发展起来的，例如，大分割放疗技能，其发展的实质是基于其生物效应上风。但是我们不能否认，该技能的发展确实减少了定摆位的累计次数和韶光，即是是减少了全体的治疗韶光，有利于在同样多的韶光段里可以治疗更多的患者。同样，多采取VMAT技能，和普通IMRT比较，也能减少事情韶光。如图24所示：
图24：VMAT的利用对临床韶光的节省预测
以是说，只管有些技能发展出来的初衷不是在顾及用户的利用体验，但是不可否认这些前辈的放疗手段和技能，确实照顾到了用户的关注。未来，基于用户体验的哀求，我们加速器的研发除了上面提到的几点差异化设计需求，还须要在以下方面进一步发展：
① 发明与创造能够提高事情效率的新的临床治疗模式（包括闪疗）
② 治疗过程的自动化和模式固化
③ 自动定位、自动QA/QC
④ 互联网+
⑤ AI的运用
这里要插一句的是，相对付扇形束和笔形束，站在用户体验的角度来看，锥形束对射线的利用效率要比扇形束的高很多。这大概能够用来阐明为什么TOMO一贯未能在市场上霸占主流市场的缘故原由。同样，本来在立体放射外科上很有上风的用于小肿瘤治疗的笔形束，如果把它用于体部大肿瘤的治疗，先不说其他，至少其对射线的利用率是三者之间最低的。
总之，随着放疗的临床哀求不断提升，所需的放疗技能也随之提升，从常规放疗（Conventional RT）→调强放疗（Intensity Modulated RT）→影像勾引放疗（Image Guided RT）→自适应放疗（Adaptive RT），随之而来的是哀求治疗的精度更高、正常组织的损伤更小、病人的治疗过程更舒适、利用更方便，掩护更大略有效等。因此对设备的哀求也更加全面，目前放疗设备已经从一个以加速器为主的相对单一体系发展成以加速器+高精度MLC+高精度定位系统+影像系统+操持软件&信息管理软件+各种赞助设备的综合性治疗平台。放疗产品的差异化发展维度，已经不再只是集中在加速器系统本身，更不应该只是集中在影像系统方面。关注用户体验，坚持够用就好的原则，相信这必将成为我们下一轮差异化发展的领域。
参考文献：
1， 田新智.医用加速器差异化设计思想的磋商（上）〔J〕. 中国医疗东西杂志，2020，44（2）：145-153
2， 田新智.医用加速器差异化设计思想的磋商（下）〔J〕. 中国医疗东西杂志，2020，44（4）：322-327
3， 王国民.肿瘤三维适形与束流调强放射治疗学〔M〕.复旦大学出版社，2006:58.
4， John L. Meyer，肿瘤放疗最新进展-调强放疗、影像勾引放疗与体部立体定向放疗［M］，郑向鹏等译，北京：公民军医出版社，2013
5， Faiz M.Khan. 放疗物理学［M］.刘宜敏等译，北京：公民卫生出版社，2011
6， 李玉，徐慧军. 当代肿瘤放射物理学〔M〕. 北京：中国原子能出版社, 2015
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作者简介：
田新智，中国医疗东西行业协会肿瘤粒子治疗东西与技能专业委员会常委。先后在广东威达医疗东西有限公司、宁波电子加速器技能研究所（现宁波超能株式会社）、北京清华同方核技能有限公司（现同方威视有限公司）从事医用、辐照和探测加速器事情近20年，2005年--2018年间，就职于沈阳东软医疗系统有限公司。先后任放疗产品研发部技能总监、研发部部长、RT奇迹部副总经理、RNM奇迹部副总经理兼电子研发部部长等职。现任新里程医用加速器（无锡）有限公司总经理至今。
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