質子治療設備介紹 質子整體系統可以區分為:迴旋加速器系統(cyclotron system)、能量選擇系統(energy selection system)、射束傳導系統(beam transport system)、旋轉機座系統(gantry system)、射束形成系統(beam delivery system)、病患定位系統(patient position system)。

1)迴旋加速器系統(Cyclotron system) 迴旋加速器內部利用環繞於兩座圓柱型純鐵周圍的線圈(coil)產生固定方 向磁場(magnetic field)，使得垂直於磁力線行進中的帶電質子能在內部 改變方向作旋轉運動，並在適當地點與時機下利用微波射頻器(RF)提供質 子每次迴旋過程中都能在該處得到特定能量且增加迴旋半徑。為了要讓加 速器內的質子不會與其他物質作用而損失能量，因此內部都保持真空的狀 態。當質子被加速到最大能量後，利用偏向電場裝置(deflector)使質子作 適度的角度偏轉，將其導引出迴旋加速器。在運動力學與電磁物理相互作 用下，質子迴旋頻率不但固定(單位時間旋轉圈數固定)而且每迴旋一圈就 能得到固定的能量，因此該加速器被稱為迴旋加速器。長庚醫院質子中心 的質子治療設備，就是使用迴旋加速器所產生固定的230MeV能量質子射線 應用於臨床的放射治療。

2)能量選擇系統(Energy selection system) 質子能量愈高穿透深度也愈深，由於腫瘤最大深度依部位而不同，因此質 子治療必須要選擇適當的能量。迴旋加速器產生的能量固定為230MeV，為 了臨床治療的需求必須利用特殊的能量選擇系統來降低至所需的能量。該 系統包含了降能器(energy degrader)，以及一系列限制射束大小及能量擴 散的裝置。 

 3)射束傳導系統(beam transport system) 射束傳導系統是由雙極磁鐵、四極磁鐵、調束線圈及射束監控器所組成， 其中雙極磁鐵是用來偏轉質子行進路徑；四極磁鐵是使質子射束聚焦；調 束線圈是用以微調質子射束方向；射束監控器則是監控射束表現特性之 用。利用一系列的磁鐵導引質子在真空管路內行進，並且在路徑中設置監 控質子位置、大小的射束監控器，使得質子射束進入治療室之前能維持良 好的品質管控。

4)旋轉機座系統(gantry system) 本中心質子設備具有四間的治療室。質子經過迴旋加速器加速到足夠的 能量，並經過射束傳導系統傳導至各治療室，作為治療人體深部腫瘤。 由於無法同一時間將質子傳導至所有治療室，因此每次只能使用一固定 的治療室，其他治療室則作病患的固定及定位準備。為了能夠由各方向 來治療腫瘤，因此每間治療機在高度17米的空間內均設置一座龐大的 旋轉機座，每一機座直徑10.6米、重量140噸，內部配備一系列的雙極 磁鐵、四極磁鐵、調束線圈及射束監控器來導引質子至治療室內的旋轉 中心點上，該中心點精準度要求必須在1毫米的誤差度內。

5)射束形成系統(beam delivery system) 質子治療機本身具備兩種的治療技術，依據腫瘤治療的個別需求提供筆 尖式掃描技術(Pencil beam scanning)及擾動式技術(Wobbling)的選擇。 擾動式技術(Wobbling)的原理是利用質子窄射束經過二個軸向X,Y的磁 場及散射薄片，以一定半徑旋轉擴展為較大範圍的寬射束，之後經過山 形濾器(Ridge Filter)縱軸擴展為SOBP，最後經過補償器(Compensator) 及準直儀(Collimator)順形後抵達人體。 另一方法可以減少這些不必要的正常組織劑量，即是利用漸層堆疊法 (Layer Stacking)搭配可改變照野大小的多葉式準直儀(MLC)，就可以構 成如圖的劑量分布圖，可以發現橘色區塊正常組織的劑量大幅減少， 這也是我們質子中心所使用的先進技術。因為迴旋加速器出來的能量是 固定的(230MeV)，所以透過能量選擇器(ESS)可改變抵達治療部位的能量 大小，不同的能量抵達腫瘤的深度皆不同，因此可以透過調節機制將腫 瘤分為等厚度的若干層，由最深的那一層開始治療起，逐步往淺部堆疊， 同時搭配多葉式準直儀即可盡量達成腫瘤3D順形的目標。  

筆尖式掃描技術(Pencil beam scanning)的原理是利用質子窄射束經過二 個軸向X,Y的磁場，直接以掃描之方式將劑量分佈在照野內。因為該技術 可以藉由控制照野內每一點的劑量權重達到"強度調控質子治療(IMPT)" 的目標，此先進技術將是質子治療最佳化的計畫並必成為未來質子治療 發展的趨勢。 

 6)病患定位系統(patient position system) 數位影像攝影定位系統: 為確保病患質子治療位置之準確性，因此每間質子治療室均配置數位影 像攝影導引系統，該系統取像模式可分為三種： 數位X光攝影模式、透 視攝影模式以及電腦斷層掃描攝影模式。 

A.數位X光攝影模式可同時拍攝兩張互為正交的二維影像，作為治療位 置比對的資料。 

B.透視攝影模式可看到病灶處因呼吸等因素所造成的動態位移，並結合 質子設備進行呼吸調控治療。 

C.電腦斷層掃描模式可以比對電腦治療計畫系統模擬影像，以確保治療 位置的準確性。 

 

X光攝影定位系統

數位X光攝影模式

　　機器手臂治療床(Robotic Couch): 經由數位影像攝影定位系統決定病患在治療床上之正確擺設位置 後，該資料立即傳送至機器手臂治療床執行六度空間的位移。機器手臂治 療床是結合工業界電腦機械手臂及放射治療床發展出來特殊功能之床， 機器手臂治療床共有6個驅動馬達，可以沿著六個軸向移動及旋轉，其精 確度可以達到0.01毫米。它除了可以測量病人的體重( 最大承重量為200 公斤) ，還可藉由量測出體重來補償因為重量造成的傾斜，是目前放射 治療設備 最先進也是最精準的治療床。