LA物理师备考培训讲义5-外照射的放射治疗设备

1、第五章外照射的放射治疗设备> 外照射放射治疗设备发展历史：1895年 伦琴发现x射线1950年 加拿人人h.e. johns发明了 60co远距离治疗机加速器先后经历了五次的换代改进> 临床使用的x射线束的典型能力范围在lokv50mv z间> x射线束由动能为10kev-50mev的电了束打击特姝的金属靶产生> 分为两部分：特征x射线，韧致辐射x射线> 特征辐射：有入射电子与靶材料的原子轨道电子间的相互库伦作用力产生(碰撞损失)> 荧光产额：表示每个壳层空穴所发射的荧光光子束，k壳层是特征x射线的主要来源。>特征x射线能谱为分立谱> 韧致辐射：

2、由入射电子与靶材料的原子核之间的相互库伦作用产生>韧致辐射能谱：可能产生的光子能量范围为0到入射电子动能，形成连续的轲致辐射能谱特定x射线靶产生的轲致辐射能谱决定于入射电子的动能以及靶材料的厚度和原子序数乙>薄靶：薄靶的厚度远小于入射电子的射程r> 厚靶：厚靶的厚度则与电子在其中的射程相当c> 浅层x射线：由lokev到lookev的电子所产生的x射线，射线管> 深部x射线:lookev到500kev范围产生的x线;，射线管> 兆伏级x射线：电子动能在imev以上的，加速器> 临床x射线能谱：韧致辐射+线状谱图5.1. x射线管内100 kev电子束打

3、左产生的溥靶(曲线1)和厚靶(曲线2、3和4) x射 线谱。曲线(1)为溥靶的x射线光谱，100 kev的电子打靶产生的x线强度分布丁()到打靶电 子动能的能量区间，强度为一恒定值：曲线(2)代表未经滤过的厚靶x射线光谱(x射线管内), 可以看作是一系列的薄靶x射线光谱的叠加：uli线(3)是经x线管窗口滤过的(低能x线被 濾过掉)厚抵x肘线光谱：曲线(4)为经x射线管窗口和额外的x线滤过板后的x线光谱，相对强度(任意单位)> 入射电子与产生的光子方向：对诊断级能量范围(10-150kv)，电子打靶产生的光子大部分在与入射电 子成90。方向上，在兆伏级(1-50mv)能量范围内，则大部分

4、光子产生于电 子的加速方向(前向：0°) 0> 能谱组成> 半彳介层：half-value layer, hvl> 标称加速电压:nominal accelerating potential, nap, tpr2o/io or pdd2o/io> pdd(io)> 放射治疗x射线机组成：.x射线球管； 天花式或落地式的x线球管安装机座： 射线靶冷却系统 控制台 x线高压发生器：> 外照射放射治疗用同位素特性：一 丫射线能量髙；一放射性比活度高；一半衰期相对较长；一空气比释动能率常数0kr大> 比活度：t时刻的放射性活度a定义为放射性核素数目n

5、与衰变常数入的乘 积：人=kn(1.28)j in 2ap =zl/2 放射性比活度a定义为单位质量的母核活度： 心舛 jpn n nmffl/'p"l/2)p其中na是阿伏加德罗常数，ap是母核原子质量数。> 空气比释动能率：(air)air人akrd2空气中的空气比释动能率由下式给出：其中夬为源放射性比活度；为感兴趣点与点源之间的距离。sk=( kir(dref) ) ajrd> 远距离外照射放射治疗的r辐射源:表5丄 外照射放射治疗用放射性核素的物理持性60cocs-137eu-152半衰期(a)5.33013.4比活度(ci/g)1100a(-250b)8

6、0180a(150b)光子能量(mev)1.17 和 1.33.06620.6-1.4y比率常数rrm2/(cih)1.300.331.06空气比释动能率常数1 akrggym2/(gbq-h)30978250半价层(cm pb)10.51产生方法反应堆里 叱o + n裂变 副产品反应堆里151eu+n理论上的放射性比活度：a=(naln2)/(ti2a)b实际的比活度小于理论上的比活度，这是由于放射源存在杂质，即放射源里除了 放射性核素丿卜还包含了稳超核素(例如''co与"co并存)。> 远距离治疗机的组成：放射性辐射源、包括了射线准直器和辐射源驱动机构的源容

7、器.可作等中心旋转的机架与支座或单纯升降式的支座机构；患者支撑系统;.机器控制台。»常用辐射源强度；"co源的放射性活度一般在5000-10000ci (185-370tbq)> 半衰期：6°co核素以5.26年、 射线能量：能量为m7mev及1.33mevi> 治疗头结构：远距离治疗的放射源容器称为放射源治疗头，由包括屏蔽铅的不锈钢外壳及 源驱动机构组成。源驱动机构的作用是将放射源置于准直器前方产生临床y射线。> 辐射源容器防护要求：国际标准要求远距离治疗机头在距源lm处的平均泄漏辐射量小于2mr/h(0.02msv/h) 通常为距离源lm处小

8、于1 mr/h (0.01msv/h)> 照射时间的计算：设定的治疗时间必须包括辐射源的开关时间，即需要考虑开始照射时放射源 由停止出束位置到达治疗出束位置所需要的时间以及结束照射时返回所需要的 时间。> 照射野范围：其范围一般为距源80cm处5 x 5到35 * 35 cm2> 几何半影少辐射源结构的关系： 用小直径的放射源 使用尽可能靠近患者皮肤的半影修整器> 粒子加速的基本条件被加速的粒子必须带电；在粒子加速路径上必须有电场。> 粒子加速装置分类：静电加速器+循环式加速器> 电了感应加速器，电了回旋加速器，电了肓线加速器> 电了直线加速器工作原理

9、：在直线加速器中，电子在一个称为加速波导管的特殊真空结构沿直线轨道加速。尽管电子加速过程中运动轨迹为直线，由于其须要多次经过相同的、能量相对较低的加速结构，所以仍然将它列入循环式加速器类型，与其他沿曲线运动的 加速器（如电子感应加速器）属于相同类型。医用直线加速器属于循环式加速器，能量范围为4-25mevs它利用脉冲式微 波波段的射频电场加速电子，微波频率可从103mhz （l波段）至01o4mhz （x波 段），获得最为广泛使用的是2856mhz （s波段）的微波。a发展和更代：在过去的40年间，医用电子直线加速器经历了5次明显的发展和换代>低能光子线（48mv）型，中能光子线（10-

10、15mv）,高能光子线（&25mv）>安全性要求：1 ec的文件把安全问题分为三类：电气、机械和辐射安全,ec 60601-2-11> 现代电子直线加速器组成：旋转机架机架支座或支撑底座调制器柜病人支撑组件（如治疗床）操作控制台> 六个分系统：现代医用电子直线加速器的束流形成系统通常分为6个部分：注入系统（ii）射频功率发生系统（iii）加速波导管（iv）辅助系统（v）束流输运系统（vi）治疗射线束准直与监测系统注入系统是电子束流源，它实质上是一个简单的静电加速器，称之为电子枪:。加速波导管里的微波场由射频功率发生系统产生，用于加速电子并使其达到期望的动能。该系统包括

11、两个主要的部件：射频功率源脉冲调制器射频功率源为磁控管或速调管.磁控管i木身是能发射高功率微波的自激振荡器,体积小，重量轻，设备比较简单。多应用于画电了直线加速器和 中低能i医用电子直线加速器。速调管是一种功率放大器,必须配置冇低功率的微波激励源驱动，才能输出高功率的 微波，多应用于屮高能驻波駐用电子直线加速器。> 加速波导竹：加速波导管内为真空以便电子能自由通过。加速波导管内的腔体有两个作用：一在相邻腔体间耦合和传播微波功率为电子加速提供合适的电场模式用于加速电子的加速波导有以下两种类型：(i) 行波加速结构。(ii) 驻波加速结构。> 辅助系统：辅助系统包括4个子系统：维持加速

12、管与射频发生器里的真空度达到大约lotorr的真空泵系统。为加速管、靶、环流器和射频发生器等进行冷却的水冷系统。可选的气压系统，用来驱动气动式的靶或其他射束形状形成装置。防止辐射泄漏的屏蔽部件> 电子输运系统：有三种形式的电子束偏转系统 90°偏转； 270°偏转(消色散)； 112.5°(滑雪式)偏转；> 射线束准直系统初级准直器次级可调式射线束定义准直器多叶准直器（mulyi-leaf collimator, mlc）（选配件）.> 剂虽监测系统：1ec 60601-2-1号文件详细规定了临床电子直线加速器安装的辐射剂量监测 器的标准。文件对

13、辐射探测仪的探头类型、剂量监测器的跳数（mus）显示，辐 射的终止以及射线束的平坦度和剂量率等制定了相应的标准。大部分电子直线加速器使用密封式电离室，以使其测量响应不受环境温度 与气压的影响。电离室剂量监测仪的主要要求如下：电离室对临床治疗用的光子射线及电子射线的影响很小电离室的响应应该不依赖于环境温度及气压（大部分电子直线加速器釆用密封电离室來满足此条件）c电离室应工作于饱和条件（译注：电离室工作时，外加电压应该选在饱 和电压区，保证收集的电流是饱和电流）。> 临床光子射线与电子射线的产牛：> 粒了治疗的优势:中子射线具有相当低的氧增强比(oxygen enhancement r

14、atio, oer),参见 14.10 节 c一质子射线与重离子射线能大大改善体积剂量分布(dose-volume histograms, dvhs)» 参见7.6节©> 质子、中子、重离子的产生：由中子发生器和回旋加速器产生的中子射线；由回旋加速器和同步加速器产生的质子射线；同步回旋加速器和同步加速器产生的重粒子(氮离子、碳离子、氮离子、 氮离子和氛离子等)> 射线类型： x射线机(浅层和深部治疗机)远距离放射源(“co)治疗机电子直线加速器> 屏蔽材料：浅层与深部x射线治疗机的治疗室由普通的水泥混凝土(2.35 g/cm3)或铅作 屏蔽。这个能量范围的

15、光子与物质的相互作用以光电效应占主导地位，使得铅的 防护屏蔽效果非常的好。兆伏级的治疗室(由于使用很厚的屏蔽层，经常被称为地堡或地库)常使用 常规水泥混凝土作屏蔽，以减少建筑成本°对这个能量范围，光子射线与屏蔽物 的相互作用以康普顿效应为主°为节省空间可以使用其他髙密度材料，屏蔽材料 的密度与其厚度成反比。使用高密度混凝土(密度为5g/cm3),可以使屏蔽厚度 比普通水泥混凝土减少一半，然而，这也会使建筑材料的成本上升大约30倍。关> 60co治疗机的特点："co远距离治疗机的重要特点可以归纳如下：相对高能量的y射线发射：相对较长的半衰期；相对较高的比活度；

16、相对简单的产生方式。> 电子直线加速器的特点：与“co治疗机相比较，电子直线加速器的设计由于以下原因更加复杂：部分原因是多射线模式兼容性，现代的机器大都要求并且己经实现这一 功能。部分原因是这些机器的控制系统越來越多地使用计算机逻辑电路与微处 理器技术。-部分原因來自于附加的功能，如高剂量率模式、多叶准直技术、电子射. 线弧形治疗及可选的动态治疗功能，包括常规准直器的动态控制(动态楔 形野)、mlc叶片的运动控制(imrt)以及在出束照射时控制机架或治 疗床冋时运动。> 现代模拟定位机功能要求：肿瘤与相邻正常组织定位；治疗模拟；治疗计划验证;治疗监控c> ct模拟机系统组成：平面治疗床，它使得患者在模拟定位时的体位与在兆伏级治疗机的体位可 以保持一致。激光标示系统，其作用是将由ct资料进行轮廓勾画确定的肿瘤中心对应 的座标，标示到患者的皮肤上°临床使用的激光标示系统有两种类型：安 装在旋转机架上的激光灯，和一套由一支安装在墙上可沿患者头脚方向运动的移动激光灯和两支固定的横向激光灯组成的系统。虚拟模拟机