錢建升，陳謙，王書文

西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院放療科，陜西 西安 710061

加速器治療床T板加熱裝置的研制與臨床應(yīng)用

錢建升，陳謙，王書文

西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院放療科，陜西 西安 710061

本文探討了加速器治療床T板加熱裝置的研制過程與臨床應(yīng)用。該裝置主要由碳纖維加熱膜、溫度傳感器、溫控器等部件構(gòu)成，可將T板從19℃加熱至28℃的時間縮短至15min左右，并且能夠保持T板表面溫度恒定。臨床應(yīng)用證實(shí)，加速器治療床T板加熱裝置安全有效，達(dá)到了臨床使用的預(yù)期目的。

放射治療；T板加熱裝置；治療床；傳感器

0 前言

隨著現(xiàn)代精確放療技術(shù)的發(fā)展，三維適形放療（3D CRT）、調(diào)強(qiáng)適形放療（IMRT）及影像引導(dǎo)放射治療（IGRT）的臨床應(yīng)用越來越廣泛，腫瘤患者每次在治療床上的停留時間也延長至10～30min[1]。在秋冬季節(jié)，雖然治療室內(nèi)有空調(diào)等制熱設(shè)備可以維持室內(nèi)溫度保持相對恒定，但是由于外部環(huán)境濕冷，治療室又需要使用通風(fēng)系統(tǒng)，治療床床面及T板表面溫度有時相對偏低，老年及體質(zhì)偏弱的患者容易受涼、感冒，導(dǎo)致治療中斷。針對上述現(xiàn)象，筆者研制了一款加速器治療床T板加熱裝置，具有一定的臨床使用價值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取2013年11月～2014年3月在我院進(jìn)行治療的腫瘤患者40例，年齡45～68歲，對其使用加速器治療床T板加熱裝置的感受進(jìn)行了詳細(xì)的隨訪與匯總。

1.2 使用材料

研制加速器治療T板加熱裝置使用的材料包括ELEKTA加速器全碳素治療床、有機(jī)玻璃T板、溫度計（測量范圍：0～100℃），碳纖維加熱膜（75cm×48cm）、熱電偶（鎳絡(luò)-鎳硅K型）、溫控器（XTM608系列）、T板特制固定板和固定螺栓、空氣開關(guān)以及FLUKE187數(shù)字萬用表等。

1.3 設(shè)計思路

電源經(jīng)溫控器輸入電源連接至固定在治療床T板上的加熱部件，溫度傳感器將測得的T板表面溫度反饋至溫控部分，溫控部分將熱電偶反饋的實(shí)際測量溫度與設(shè)置溫度進(jìn)行比較后，通過控制相線確定是否為加熱部件提供電源輸出，保證T板表面溫度在達(dá)到設(shè)置溫度后能夠保持相對恒定。加速器治療床T板加熱裝置由電加熱器、溫度傳感器和溫控器三部分構(gòu)成。

1.4 部件選擇

（1）加熱部分：加熱部分主要采用碳纖維電熱膜，它是由非金屬碳纖維發(fā)熱材料與高強(qiáng)度絕緣材料經(jīng)高溫高壓密閉復(fù)合而成。其性能特點(diǎn)主要有：① 熱轉(zhuǎn)換效率高達(dá)98％以上；② 溫度均勻，面狀發(fā)熱；③ 防水等級6級；④ 超薄柔軟，可以卷成圓形或半圓；⑤ 使用壽命長達(dá)3×104h[2]。

（2）測溫部分：溫度傳感器的種類繁多，常用的有PTC/NTC熱敏電阻、熱電偶等，經(jīng)過反復(fù)測試，熱電偶作為溫度傳感器，其特點(diǎn)主要有：① 測量精度高：與被測對象直接接觸，不受中間介質(zhì)影響；② 熱響應(yīng)時間快：對溫度變化反應(yīng)靈敏；③ 測量范圍大：40～1600℃連續(xù)測溫；④ 性能可靠、機(jī)械強(qiáng)度好；⑤ 使用壽命長、安裝方便。

（3）溫控部分：選擇XTM608系列智能數(shù)顯溫度器，其特點(diǎn)主要有：① 測量誤差?。骸?.5 F·S，附加冷端補(bǔ)償功能；② 控制方式為PID、二位式可選；③ 輸入類型多。

1.5 具體線路和系統(tǒng)測試

T板加熱裝置的線路連接，見圖1。T板加熱裝置主要使用溫控器和熱電偶來控制T板加熱溫度的范圍和時間。此裝置根據(jù)加速器機(jī)房的環(huán)境溫度和患者對T板溫度的感知度來設(shè)置溫控器加熱溫度的上、下限。在加熱過程中，熱電偶將測量的T板溫度反饋至溫控器，溫控器根據(jù)此溫度值判斷是否繼續(xù)加熱，控制受控相線的輸入，保證T板溫度保持在相對恒定的范圍內(nèi)。T板加熱裝置系統(tǒng)測試主要包括：溫控器與熱電偶性能測試、T板加熱效果測試以及在實(shí)際治療條件下進(jìn)行的相關(guān)測試（表1）。

圖1 T板加熱裝置線路連接圖

表1 T板加熱裝置系統(tǒng)測試

2 結(jié)果

溫控器與熱電偶性能測試數(shù)據(jù)，見表2。在設(shè)置溫度范圍內(nèi)，負(fù)載加熱溫度與設(shè)置溫度相近，當(dāng)加熱溫度超過設(shè)置溫度時，溫控器快速響應(yīng)并關(guān)閉電源，說明溫控器與熱電偶的性能滿足使用要求。

表2 溫控器與熱電偶性能測試數(shù)據(jù)

T板加熱效果的測試數(shù)據(jù)，見表3。T板的表面溫度從室溫達(dá)到接近32℃，需要約7h；溫控器顯示溫度與電熱膜表面溫度接近（平均相差：±0.82℃）；但T板表面溫度較低。上述測試結(jié)果不能滿足臨床需要，改進(jìn)步驟如下：① 經(jīng)過對溫控器相關(guān)參數(shù)的反復(fù)調(diào)整、測試和加熱效果的比較，相關(guān)參數(shù)數(shù)值最后確定為：報警上限：40.0，量程上限：40.0，量程下限：19.0，測量誤差修正：0.0；② 考慮到T板為有機(jī)玻璃材料，其熱量傳導(dǎo)性較差（熱導(dǎo)系數(shù)：≥20℃，0.19 W/m·K；＜20℃，0.20 W/m·K），且整體面積較大，采取在T板加熱區(qū)域間隔3cm用Φ6鉆頭打孔的措施以增加整體的熱傳導(dǎo)效果；③ 為了保證碳纖維電熱膜的解熱效果，對T板、碳纖維電熱膜在治療床面上加以固定，使用的器件規(guī)格為：固定螺栓（Φ8，長：10mm），固定板：14mm×20mm×4mm。在治療室模擬正常治療條件下T板加熱裝置的測試數(shù)據(jù)，見表4。對40例腫瘤患者使用T板固定加熱裝置，統(tǒng)計結(jié)果如下：35例：比較滿意，3例：一般，1例：偏熱，1例：偏涼。

表3 T板加熱測試數(shù)據(jù)

表4 模擬治療條件下T板加熱測試數(shù)據(jù)

3 討論

隨著精確放療的實(shí)施，在實(shí)際治療過程中不僅要考慮治療計劃實(shí)施的安全性、準(zhǔn)確性，也要保證腫瘤患者治療體位的重復(fù)性、一致性，因此放療體膜及固定裝置的使用越來越廣泛，國內(nèi)對各種體部固定裝置的研究也較多[3-8]。精確放療固定板具有使用方便、靈活、減少損耗、擺位迅速、舒適等優(yōu)點(diǎn)，但是舒適性不足[9]。在臨床應(yīng)用中，由于外部環(huán)境濕冷，治療室又需要使用通風(fēng)系統(tǒng)，治療床床面及T板表面溫度有時相對偏低，老年及體質(zhì)偏弱的患者容易受涼、感冒，導(dǎo)致治療中斷。

本研究選擇的溫控器與熱電偶的性能可以滿足設(shè)計使用要求（表2）。在對溫控器參數(shù)進(jìn)行反復(fù)設(shè)置、測試，對T板進(jìn)行固定并在加熱區(qū)域打孔后，T板從19℃加熱至27℃的時間縮短至15min左右；在實(shí)際治療流程中，同時開啟加速器與T板加熱裝置，在加速器設(shè)備達(dá)到預(yù)熱條件的情況下，T板表面溫度基本已達(dá)到約32℃（表3～4）。當(dāng)溫控器顯示溫度達(dá)到設(shè)置溫度上限40℃時，溫控器自動調(diào)整輸出，從而保證T板表面溫度基本保持穩(wěn)定；當(dāng)溫控器顯示溫度在40℃左右時，T板表面溫度基本保持在35.5～36.0℃之間，而且可以維持24h，避免了燒燙傷等意外的發(fā)生。當(dāng)溫度超過設(shè)置溫度上限時，裝置提示報警，可以手動關(guān)閉電源。在上述實(shí)驗(yàn)過程中，為了保證T板和加熱膜的位置相對固定，用T板固定裝置將二者固定在滿足臨床治療要求的治療床的相應(yīng)區(qū)域，提高了臨床擺位的準(zhǔn)確性，縮短了擺位時間。

T板加熱裝置的臨床使用，能夠提高在特殊溫度環(huán)境下病人治療的舒適性，避免老年及體質(zhì)偏弱的患者受涼、感冒，當(dāng)加速器機(jī)房環(huán)境和T板表面溫度達(dá)到正常溫度時，該裝置可以關(guān)掉電源。該裝置在以下幾個方面進(jìn)行了系統(tǒng)測試：① 安全性：由于上述加熱裝置采用碳纖維加熱膜交流電加熱，首先必須考慮其使用的安全性，避免電擊等意外的發(fā)生。該裝置的相關(guān)元器件均選擇最高安全等級；電氣部分嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行連接、測試，各部件尤其是碳纖維加熱膜在通電過程中的絕緣性達(dá)到醫(yī)療設(shè)備使用要求[10-11]；② 過熱或燙傷：經(jīng)過對裝置相關(guān)參數(shù)的反復(fù)調(diào)整和測試，最終T板的表面溫度保持在35.0～36.0℃，避免燒燙傷等意外的發(fā)生；③ 對治療劑量的影響：有機(jī)玻璃、碳纖維加熱膜、T板固定裝置各部件對放射治療患者吸收劑量的測量，與韋漢榮[12]等的測量結(jié)果相近，最終選擇尼龍材料作為T板加熱裝置的固定器件材質(zhì)。經(jīng)過反復(fù)觀察、比較，T板固定裝置部件位于治療X射線路徑之外，對臨床治療劑量無影響。

T板加熱裝置在滿足臨床治療需求的前提下，可以提高腫瘤患者在治療過程中的舒適性，該裝置對于醫(yī)院的其他檢查科室（如CT、DR、B超等）也有一定的臨床使用價值。

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Development and Clinical Application of a T-Plate Heating Device for the Medical Accelerator Treatment Table

Qian Jian-sheng, CHEN Qian, WANG Shu-wen
Department of Radiation Oncology, the First Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University, Xi’an Shaanxi 710061, China

This paper mainly explored the development and clinical application of a T-plate heating device for the medical accelerator treatment table, which consisted of the carbon fiber heating membrane, temperature sensors and temperature controllers.The device could heat the T-plate from 19℃ to 28 ℃within 15min and maintain the stable surface temperature.According to the clinical applications, its safety and effectiveness had been demonstrated and its intended use was achieved.

radiotherapy；T plate heating device；treatment table；sensor

R197.39

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.07.034

1674-1633（2015）07-0106-03

2015-02-28

修回日期：2015-03-25

錢建升，工程師。

通訊作者郵箱：jianshengqian@163.com