随着核技术的应用与发展，人们发现，放射性核素60Co发射出的γ射线可以达到兆伏（MV）级能量，具有更强的穿透能力，不但可以治疗浅表组织的病变，还适合于治疗较深处的病变，而且结构比较简单，制造和运行成本都比较低，因此自20世纪60年代起，外照射60Co治疗机就逐步取代了千伏级X线治疗机而成为当时临床放射治疗设备的主流机型。
（一）基本结构
60Co治疗机的类型按结构分有固定式和旋转式两种，固定式60Co治疗机是早期产品，已被旋转式治疗机60Co逐步取代。旋转式60Co治疗机的机架可以做360°旋转，机头也可朝一定方向移动，照射起来方便，可以做多种治疗，如等中心治疗、切野照射等，有些还能做钟摆照射和定角照射等。旋转式60Co治疗机的外形结构，见图1-3-16，它主要由治疗机头、准直器、治疗机架、治疗机床和控制操作部分等组成。
图1-3-16 旋转式60Co治疗机外形结构
1．治疗机头 治疗机头是60Co治疗机的关键部件。在治疗机头内，装有放射性核素60Co，俗称钴源。为使放射源能在关机储存和开机照射状态之间自如转换，治疗机头内必须安装遮线器装置。当遮线器处于关位时，射线束被遮挡，治疗机处于安全状态；当遮线器处于开位时，射线束从机头射出，处于治疗状态。
常用的遮线器有：钨门式遮线器、旋转式遮线器、水银柱式遮线器和抽屉式遮线器等4种基本形式。其中，抽屉式遮线器是目前最常用的一种方式，最具有代表性，因此，下文将简要介绍安装抽屉式遮线器的治疗机头（图1-3-17）。
抽屉式遮线器的工作原理是，首先将钴源的源容器装在一只抽屉中，防护机头中间有一条可以自由运动的滑道，抽屉的运动动力是靠压缩空气完成的，在压缩空气的气路中，有一套二位五路的电控阀门，把压缩空气注入到气缸的左端或右端，使抽屉自由运动，达到放射源自由开启或关闭的功能。其遮线器用机头本身防护，机头是用铅浇铸而成，外壳用钢板成型。在钴源储存处用净化铀和钨加强防护。钴源固定在钢柱中心，钢柱沿轨道可以滑行，利用空气压缩机使钢柱移动，变换安全位和照射位。抽屉式遮线器的特点是结构比较简单。万一钴源钢柱运动时被卡住，该机器有强行回源按钮，启动后可自动强行回源。否则，就只能采用人工方法强制回源。
由于60Co是活度很高的放射源，必须加强放射防护才能保证使用安全，因此，治疗机头主要的就是一个大安全防护壳，它用高密度材料做成，一般是由铅或钨合金浇铸而成，外表面则用钢材做套壳。
图1-3-17 抽屉式遮线器治疗头结构
根据国际放射防护委员会（ICRP）推荐，机头的基本防护要求是，任何一个远距离放射性核素治疗机，当机器处于关闭位置时，在距离放射源外壳1mm处测量，各方向平均剂量应＜2mR/h，同时，在此距离处不应有超过10mR/h的地方。根据这一要求，对千居里60Co治疗机而言，需要约10-6的衰减系数，或近似20个半价层。为了达到这一要求，通常储源容器是用钨或铀合金制作的，容器周围再用铅做防护层，机头的外壳用钢材料做成。衰减系数为1．5 ×10-6所需要的材料厚度，见表1-3-3。
表1-3-3 衰减系数为1．5×10-6所需材料厚度
2．准直器 除遮线器外，治疗机头还要包括一套准直器系统。准直器就是限制线束的范围，即限定一定的照射野大小以适应治疗需要。根据国际放射防护委员会（ICRP）推荐：准直器的厚度应使漏射量不超过有用照射量的5%。按照这个要求，60Co准直器的最小吸收厚度应为4．5个半价层。表1-3-3中也给出了各种材料的半价层值，例如铅HVL＝1．27cm，准直器所需铅厚为5．7cm，一般取6cm。摆位时托架上的铅挡块也应不小于6cm。
准直器一般有固定式和可调式两种，因为准直器本身很笨重，所以固定的很少有人使用，大多数是可调的准直器。
钴源包壳一般是直径为20多毫米厚的不锈钢容器，并非“点源”，因此，“半影”较大，图1-3-18就是60Co治疗的几何半影示意图。图中O点发出的射线束（实线）是正常的投影区域，A 和B两处发出的射线束（虚线）就形成了半影区。
为了减少几何半影，准直器距体表越近越好，但太近不利于机器转角旋转，同时由于准直器的散射剂量破坏建成效应反而提高了表面剂量，因此准直器一般距离体表不能低于15～20cm。为了减少穿射半影，准直器的厚度应＞4．5半价层，也就是说用铅作准直器时厚度应＞7cm，而且均采用复式球面结构。
图1-3-18 几何半影
3．治疗机架 治疗机架是机器的支撑装置，整个机器的所有部件都由机架将其连为一体，直立固定式60Co机的机架较为简单，主要就是支撑防护机头和平衡体，而回转式机器除有支撑作用外，还是等中心技术的最基本组成部分。
4．治疗床 治疗床要能够承载足够体重的病人，而且当射线通过时，其吸收剂量小、散射少。同时，床面能垂直升降，既满足治疗需要，病人上下床方便，左右移动灵活，又可保持稳定。纵向移动也是同样要求。床座和床面都可旋转角度都是±90°。
5．控制系统 60Co治疗机的控制系统由电气控制、机械控制和安全保护控制等部分组成。控制台配有总电源开关、源位指示灯、双道计时系统、治疗机控制钥匙开关、门连锁指示、气源压力系统、机头机架角度指示、电视监控和对讲机等。
为保证机器的正常运行，保证病人及工作人员的安全，60Co治疗机必须设置一系列的安全连锁装置，这些装置都连接到主控电路中，也就是说，无论哪一个安全连锁不在正常位置，机器都不能顺利出源治疗。
（二）工作原理
60Co是一种放射性核素，是由普通金属59Co在反应堆中经热中子照射轰击所产生的不稳定核素，人们就是利用60Co在核衰变过程中放射出的γ射线对肿瘤进行放射治疗。由于60Co是核反应堆的产物，所以称为人工放射性核素。钴源放射出的γ射线平均能量为1．25MV，半衰期是5．27年（5年零3个月），约平均每月衰减1．1%，使用寿命一般是7．6年。
临床上常用的钴源多是颗粒状，钴粒被封装在金属不锈钢包壳里面。目前常用的钴源包壳外形有Φ23．4mm×36．7mm和Φ26mm×27mm两种结构尺寸。
封装好的钴源，平时被存储在机头的“源容器”内。需要治疗时，通过特制的机械装置，将钴源自动推到照射窗口处。通过准直器等射线控制与遮挡装置进行放射治疗。治疗结束后，机器会自动将钴源拉回“源容器”内储存。由于60Co源是活度很高的放射性核素，如果回源不到位，就会造成放射事故，因此，必须随时检查钴源归位情况，以保证病人和工作人员不会因为意外照射而受到伤害。
更换钴源时，每个程序都要考虑周到，严格按照程序操作。装源过程中和装源结束后，都要进行严格检测，做到万无一失，确保工作人员安全。
γ射线的剂量特性参见图1-1-3中的60Co曲线。显然，虽然γ射线的辐射能量可达1．25MV，比千伏级X线的辐射能量高出许多，但“建成区”仍然太浅，皮肤受量仍然较大，因此，也不是很适合深部肿瘤的放射治疗。
60Co治疗机的主要缺点是射线的剂量分布特性不够理想，皮肤受量较大，能量不可调节，适应证受到一定限制；而且需要定期换源，对工作人员具有较大的潜在放射危险性。其主要优点是结构简单，成本较低，因此，目前在中小医院仍有一定的市场。
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