肿瘤放射物理学基础

1、2021/3/261 2021/3/262 一、放射源的种类一、放射源的种类 二、常用放疗设备及照射方式二、常用放疗设备及照射方式 三、射线与物质的相互作用三、射线与物质的相互作用 四、放射物理学有关名词及概念四、放射物理学有关名词及概念 五、常用射线剂量学特点五、常用射线剂量学特点 六、治疗计划评价六、治疗计划评价 七、放射防护常识七、放射防护常识 2021/3/263 1、放射性同位素 放疗中主要用产生、射线的放射性同 位素, 用射线居多,如钴-60、铱-192等。 2、X射线直线加速器 直线加速器是通过高能电子线打靶产生X射 线,主要用到的能量有6MV、8MV和10MV。 3、电子、质子

2、及其他重粒子加速器 一般用到的电子线能量为425Mev,重粒子一 般在回旋加速器中产生。 2021/3/264 2021/3/265 l电离:原子的核外电子与外界相互作用获 得足够的能量,挣脱原子核对它的束缚,造 成原子的电离。 l直接电离:由带点粒子通过碰撞直接引起 的物质的原子或分子的电离称为直接电 离。 l间接电离:不带电粒子通过它们与物质相 互作用产生 的次级带电粒子引起的原子 电离称为间接电离。 2021/3/266 1.带点粒子可直接致电离辐射 2.不带电粒子只能间接致电离辐射 3.带电粒子均有有效射程 2021/3/267 射线质射线质:即射线能量,表示射线穿射物质的本领。 中低

3、能X射线:通常用半价层半价层表示。 半价层半价层 （HVL):为使为使X（r）射线光子的强度减低 一半时所需要的某种材料吸收体的厚度。 高能X射线:通常用电子的标称加速电位表示, 单位为百万伏伏,兆伏兆伏 (MV) 如 6MV-X 线。 放射线同位素:通常用核素名核素名+辐射类型辐射类型表示, 如60Co射线。 2021/3/268 q 6060Co Co治疗机治疗机 q医用直线加速器医用直线加速器 q模拟定位机模拟定位机 qCT CT 模拟定位机模拟定位机 q近距离后装治疗机近距离后装治疗机 q其他其他 2021/3/269 l原理原理:利用放射性同位素60Co发射出的 射线治疗肿瘤,平均能

4、量1.25MeV,与一般 深部X射线机相比有一下特点 l特点:能量较高,射线穿透力强;皮肤反 应轻;康普顿效应为主,骨吸收类似于软 组织吸收;旁向散射少,放射反应轻;经 济可靠,维修方便。 l缺点缺点:需定时换源;环境污染 2021/3/2610 l原理原理:利用微波电场沿直线加速电子然后 发射,或打靶产生X线发射,治疗肿瘤的装 置。 l特点特点: 1、可产生不同能量的X线 (425MV) 2、可产生不同能量的电子线 (325MV) 3、照射野均匀性好 4、安全性好 2021/3/2611 l现代后装治疗机主要包括:治疗计划系统 和治疗系统。 l现代近距离治疗的特点: 1、放射源微型化,程控步

5、进电机驱动; 2、高活度放射源形成高剂量率治疗; 3、微机计划设计。 2021/3/2612 lX线模拟定位机是用来模拟加速器或60Co 治疗机机械性能的专用X线诊断机。 l作用作用:模拟各类治疗机实施治疗时的照射 部位及范围,进行治疗前定位。 2021/3/2613 l肿瘤的正确定位 l提供照射野的剂量分布 l产生数字模拟影像 l帮助设计合适的照射野 l在病人皮肤上标记等中心点 2021/3/2614 l外照射外照射 位于体外一定距离集中照射人体的某一部位, 叫体外远距离照射,简称外照射。 l内照射内照射 将放射源密封直接放入被治疗的组织内或放 入人体的天然腔内进行照射,叫近距离照射,简称内

6、 照射。 2021/3/2615 1 1、固定源皮距（、固定源皮距（SSDSSD）照射）照射 2 2、等中心定角（、等中心定角（SADSAD）照射）照射 3 3、旋转（、旋转（ROTROT）照射）照射 2021/3/2616 内照射的分类内照射的分类 1、腔内照射 2、组织间插植照射 3、管内照射 4、表面施源器照射 2021/3/2617 光电效应光电效应: 能量为hv光子与物 质原子的轨道电子发生 相互作用,把全部能量传 递给对方,光子消失,获 得能量的电子挣脱原子 束缚成为自由电子,这种 现象叫做光电效应。(光 电效应在1030keV的 范围占优势,骨吸收高于 肌肉和脂肪) 2021/3

7、/2618 l康普顿效应康普顿效应: 当光子与原子内 一个轨道电子发生相互 作用时,光子损失一部 分能量,并改变运动方 向,电子获得能量而脱 离原子,这种现象叫做 康普顿效应。在 0.0325MeV的范围占 优势,骨和软组织的吸 收剂量相近 2021/3/2619 l电子对效应电子对效应: 入射光子能量 大于1.02MV时,光 子可以与原子核相 互作用,使入射光子 的全部能量转化成 为具有一定能量的 正电子和负电子,这 就是电子对效应。 在25100MeV的 范围占优势。 2021/3/2620 2021/3/2621 l照射量 （X）是X(r)辐射在质量为dm的空气中 释放的全部次级电子完全

8、被空气阻止时,空气中 形成的同一符号离子总电荷的绝对值dQ与dm 的比值,即: l X = dQ / dm l单位:库仑/千克 (C/kg)。原用单位是伦琴(R) l1R = 2.5810-4 C/kg l 照射量是用以衡量光子辐射致空气电离程度 的一个量,不能用于其他类型辐射和其他物质。 2021/3/2622 l吸收剂量是单位质量物质吸收电离辐射的平均 能量。即电离辐射给予质量为dm介质的平均 能量dE。 l D = dE / dm l单位:焦耳/千克 (J/kg)。 l专用名 Gray(Gy),1 Gy = 1 J/kg=100cGy; l原用单位rad,1rad = 1cGy l 吸收

9、剂量使用与任何类型和任何能量的电吸收剂量使用与任何类型和任何能量的电 离辐射离辐射,以及适用于任何受照物质。以及适用于任何受照物质。 2021/3/2623 l比释动能是不带电电离粒子在质量为dm的物 质中所释放的所有带电粒子的初始功能之和。 K=dEtr/dm l单位:焦耳/千克 (J/kg)。 l专用名 Gray(Gy),1 Gy = 1 J/kg; l 比释动能只适用于间接致电离辐射,适用于任 何物质。 2021/3/2624 名词解释 放射源（S） 一般规定为放射源前表 面的中心,或产生辐射的靶面中心。 照射野 射线束经准直后垂直通过模体 的范围。 临床剂量学中规定模体内50%等剂量

10、线的延长线交于模体表面的区域定义为照射 野的大小 2021/3/2625 参考点 规定模体表面下射野中心轴 上某一点作为剂量计算或测量参考的点。 400kV以下X射线参考点取在模体表面,对 高能X（）射线参考点取在模体表面下射 野中心轴上最大剂量点位置 源皮距（SSD）放射源到模体表面的 射野中心处距离 源瘤距（STD）放射源到肿瘤内所考 虑点的距离 源轴距（SAD）放射源到机器等中心 的距离 2021/3/2626 2021/3/2627 X X（）射线射野剂量学）射线射野剂量学 l百分深度剂量（百分深度剂量（PDD） 射野中心轴上某一深度d处的吸收剂量 率Dd与参考点深度d0处得剂量率Dd

11、0的百分 比 2021/3/2628 2021/3/2629 2021/3/2630 特点: 1、表面剂量较低,并且随能量增加而 减小,可以有效保护皮肤。 2、最大剂量深度随能量增加而增加。 3、百分深度剂量在剂量建成区内,随 深度增加而增加,在剂量建成区后随深度 增加按指数规律衰减。 建成区 从表面到最大剂量深度区域称为剂 量建成区。钴-60、6MV、8MV和10MV建成 深度一般为0.5cm、1.5cm、2cm和2.5cm。 2021/3/2631 百分深度剂量曲线 2021/3/2632 等剂量曲线 将体模内百分深度剂量相同的点用线连 接起来,即成等剂量曲线 2021/3/2633 高能

12、电子线的百分深度剂量分布大致为四 部分:剂量建成区,高剂量坪区,剂量跌落区和X 射线污染区。 中心轴百分深度剂量曲线 2021/3/2634 特点: 1、表面剂量高,并随能量增加而增加。 2、剂量建成效应不明显。 3、具有有限的射程,一般等于E/2值, 可以有效的保护靶区后深部的正常组织。 用途: 主要用于治疗表浅或偏心的肿瘤和 浸润的淋巴结 2021/3/2635 常用能量 425Mev 能量与治疗深度的关系 E = 3d+23Mev 照射野 电子束射野靶区横径的1.18倍 2021/3/2636 剂量学特点 放射源周围的剂量分布按照与放射 源之间的距离的平方而下降,即平方反比 定律。 基本

13、特征 肿瘤剂量 高而不均匀,而邻 近正常组织受量低 2021/3/2637 l根据距离平方反比定律:射线到达介质的 强度与照射距离成平方反比关系。即距放 射源较近处受照剂量高,随距放射源距离 的增加,剂量迅速跌落。 l可对正常组织进行保护,但亦造成靶区剂 量分布的不均匀。 l内照射不能单独应用于临床,一般作为外 照射的补充。 2021/3/2638 1、内照射的放射源活度较小,治疗距离短 2、外照射射线的利用率低 3、外照射肿瘤剂量受正常组织耐受量的限 制,一般采用多野照射 4、内照射靶区剂量均匀性较外照射差 2021/3/2639 质子束百分深度剂量曲线 2021/3/2640 特点: 1、

14、能量反比与质子运动速度 的平方,在射程末端形成典型的布喇 格峰。 2、有效的保护了峰值前后的 正常组织。 3、具有较高的传能线密度和 相对生物效应与较低的氧增强效应。 2021/3/2641 等效方野 物理意义 如果使用的不规则野在射野中心轴处的百分 深度剂量与某一方形野中心轴处剂量相等,则该方 野为该不规则射野的等效方野。 计算方法面积/周长比法 长方形: 得 S=2ab/ （a+b） 2021/3/2642 为了改善人体弯曲表面对剂量分布均匀 性的影响,需外加组织补偿使剂量分布均匀。 1、组织填充物、组织填充物 材料:用组织替代材料制成,如薄膜塑料、 水袋、石蜡等。 位置:填充物一般放在皮

15、肤表面 2、组织补偿器、组织补偿器 材料:铜、铝、铅等来代替（如楔形板） 位置:必须远离皮肤,一般为15cm以上 2021/3/2643 放疗 临床四原则: （1）最大:靶区剂量在一定范围内最大 （2）最小:靶区周围正常组织受量最小 （3）最准:靶区的定位和照射最准确 （4）最匀:靶区内的剂量分布最均匀 靶区内剂量变化不超过+ 5% 2021/3/2644 2021/3/2645 l定义:使肿瘤得到最大的控制而不产生正 常组织并发症的剂量。 2021/3/2646 l定义 肿瘤区（GTV） 为一般的诊断手段 （CT,MRI）能够确诊出的可见的具有一定 形状和大小的恶性病变的范围。 临床靶区（C

16、TV） 指按一定时间剂量 模式给予一定剂量的肿瘤的临床灶亚临床 灶以及肿瘤可能侵犯的范围。 内靶区（ITV）由于呼吸和器官运动引起 的CTV外边界运动的范围。 2021/3/2647 计划靶区（PTV）考虑到照射中 由于呼吸 、器官运动及疗程中肿瘤缩 小等并且考虑到每次摆位误差等因素 而扩大照射范围。 治疗区(TV) 通常用90%的等剂 量线的范围作为治疗区。 照射区（IV）50%等剂量曲线所 包括的范围。 危机器官（OAR）指可能卷入射 野内的重要组织或器官。 2021/3/2648 治疗区（TV） 照射区（IV） 临床靶区(CTV) 肿瘤区(GTV) 内靶区(ITV) 计划靶区(PTV) 2021/3/2649 2021/3/2650 正常组织的耐受剂量正常组织的耐受剂量 2021/3/2651 串行组织:串行组织的放射性并发症概率主 要决定于最大剂量,如脊髓、神经、小肠等。 并行组织:并行组织的放射性并发症概率主 要受照射体积和平均剂量的影响,如肺、肝、肾 等。 肺剂量 双肺V2028% 双肺V3020% 心脏 V404050% 肝脏 （60%体积）30Gy 骨髓45Gy 脑干 54Gy 2021/3/2652 2021/3/2653 2021/3/2654 2021/3/2655 39% 31% 2021/3