放射治疗设备期末复习题

1、1 名词解释1. 放射源：能输出射线的物质（元素）或设备。2. 放射线：能使物质电离的电磁波或粒子流。3.PDD：即百分深度剂量，在标准照射条件下（照射野尺寸10cm×10cm，SSD=100cm），将各种射线在水模体中射野中心轴上的最大辐射剂量点设定为1（100%），射野中心轴上其他各点的辐射剂量与最大剂量点的辐射剂量比值就是该点的相对剂量，将各点连接成为一条平滑的曲线就是这种射线的百分深度剂量特征曲线，通常称之为百分深度剂量曲线。4.半衰期是指放射性核素在发生衰变的过程中，原子核数目从初始值减少到一半时所需要的时间，其值与衰变常数成反比：5.吸收剂量D是单位质量的受照射物质吸收的

2、辐射能量。单位是J·kg-1即戈瑞。1Gy100cGy（临床用单位）6.建成区：间接致电离辐射的能量越高，最大剂量点的辐射深度越深，通常用“建成区”来表示间接致电离辐射能量特性。7.照射野：简称射野，表示射线束经准直器后垂直通过体模的范围，从体模表面的截面大小表示射野的表面积。临床剂量学规定体模内50%等剂量曲线的延长线交于体模表面的区域定义为照射野的大小。8.加速器是“带电粒子加速器”的简称。理论基础：带电粒子在电场中必然会受到电场力的作用，其结果是带电粒子的速度增加，能量提高。电场可以让粒子提高速度并获得能量，磁场可以改变粒子的运动方向。9.射程：（射线在水模体中的辐射深度有明显

3、的终点）射线的辐射深度，粒子沿入射方向从入射位置至完全停止位置所经过的直线距离称为射程直接致电离辐射的射线（电子线，质子束，重离子线）都具有明显的“射程”，间接致电离辐射的射线（中子束，kv级X线高能X线，射线）没有明显的“射程”。10.负载特性：描述一台加速器的束流输出能量、束流输出功率和束流强度（剂量率）随束流负载的变化规律。11.相速度：波的相位在空间中传递的速度，相速度并不代表任何一种物体（粒子、光子）的实际运行速度，它描述的只是一种状态的传播速度12.后装机：近距离后装治疗机的简称。首先按照不同部位选用合适的“施源器”，并通过腔道或组织间置入的方法将施源器紧贴在病变部位，然后由控制系

4、统自动将放射源送进施源器实施近距离放射治疗。由于事先置入施源器，然后，在计算机控制下，由机器自动将放射源送入治疗部位的施源器内实施治疗，所以人们给这种设备取名为近距离后装治疗机13.微波源：产生微波的器件。有磁控管和速调管两种。14.AFC：微波频率自动控制系统，是为了协调微波源与加速管之间电磁振荡频率一致性的重要环节。15.跳频：通过改变频率来转换电子能量的方式叫做跳频控制.16.PFN高压脉冲形成网络，处于高压脉冲调制系统的关键器件之首。之所以设置PFN，其根本目的是用来产生磁控管或速调管所需要的高压方波负脉冲。因为这种PFN器件是根据开放式传输线理论而设计的仿真传输器件，所以，PFN通常

5、也被称为仿真传输线，简称“仿真线”。17.动态无旋电场：所谓“无旋场”，是指电场有头有尾，从正电荷出发，到负电荷终止；交变电场（动态电场）的方向和强度随时间而变化。医用电子直线加速器所采用的就是“动态无旋电场”18.帕（Pa）：1Pa等于垂直于面积为1平方米的表面上均匀作用1N的压力，即：1帕（Pa）=1牛顿/平方米。19.同位素：具有相同质子数与核外电子数，不同中子数的同一元素的不同核素互为同位素20.光子：对波长特别短的X射线和射线等电磁波而言，它们更显粒子特性，因此物理学上把它们叫做光子3. 简答题一、医用电子直线加速器采用的是交流动态加速电场，可以分为两种结构类型：1.以行波加速管为核

6、心技术的“行波加速器”，高能机都是滚筒型结构，（早期低能机是支臂型结构）。2.以驻波加速管为核心技术的“驻波加速器”，高能机和低能机都是支臂型结构。基本原理：在“高压脉冲调制系统”的统一协调控制下，一方面，“微波源”向加速管内注入微波功率，建立起动态加速电场；另一方面，“电子枪”向加速管内适时发射电子。只要注入的电子与动态加速电场的相位和前进速度（行波）或交变速度(驻波)都能保持一致，即达到同步加速条件，那么，就可以让电子受到持续加速（加能）。如果被加速后的电子直接从辐射系统的“窗口”引出，就是高能电子射线，打靶之后引出，就是高能X射线。二、放射性核素：是指通过放射性衰变而发射出各种射线的不稳

7、定和核素的统称。特性：每时每刻都有射线输出，但随着时间的推移，辐射能力逐步衰减。通常用“半衰期”和“平均寿命”来表示放射性核素的这种衰减特性。半衰期过后，甚至衰减报废以后的放射性核素仍然会有射线输出。例：天然238U，232Th，人工60Co 三、行波加速管工作原理：1.建立行波电场：使微波在圆形波导管内传输时，可以激励起一种在中心轴区域具有纵向分量的行波电场（TM01模）。相当于朝前移动的电场，在每一时刻，电场强度一半向前，一半向后，即只有一部分为电子的加速相位。当满足行波电场的同步加速条件（被加速的电子必须始终与行波电场同步前进；电子必须始终处于加速相位）时，电子始终被加速，即可达到加速目

8、的。行波电场的“相速度”必然会大于光速。在圆波导中周期性地设置带中孔的圆形金属膜片，即用盘荷波导加速管让相速度降下来，以使电子速度与之相等。自动稳相原理：实际上，在行波加速过程中，始终保持严格同步是不可能的。电子会均匀分布在行波电场的每一个相位上，只有电子处于相位为/2时，可以一直加速。电子在单位距离上的能量增益为eEz相聚束原理：按照自动稳相原理的方法进行分析可知，只要将平衡相位设在相位的位置上，各个相位注入的电子就都会向相位处会聚，但这时的电子能量增益为零。这个过程称为行波电场对电子的“俘获”过程，当电子在每一个电场周期内都被会聚成一个个“电子束团”之后，将平衡相位逐步拉到尽量靠近的波峰前

9、，就可以按照所设想的能量增益梯度加速这些“电子束团”。四、驻波加速管的工作原理：作为模工作的驻波加速管，当1#腔内电场强度为正时，则2#腔内的电场强度为负；反之，当1#腔内电场强度变为负值时，则2#腔内的电场强度变为正值；相邻腔内的电场强度总是这样交替变换，幅度则随着时间逐渐由小变大，再由大变小，周而复始。如果在1#腔的电场强度由负变正的瞬间注入一个电子，则电子在前进的同时，电场强度不断增加，电子不断获得能量，电场强度达到峰值时，电子也正好到达1#加速腔的中央位置，之后电场强度开始下降，电子依靠惯性在后半腔中飞行；当电子进入2#腔的瞬间，相邻加速腔的电场强度方向正好翻转，这时，1#腔内电场强度

10、变为负值，2#腔内的电场强度变为正值，电子又在2#腔内被继续加速获得更高的能量。当相邻加速腔的电场强度方向再次翻转时，电子又进入了下一个电场强度为正值并不断增加的加速腔内。这样，尽管相邻加速腔电场强度的大小和方向一直交替变换，但电子却一直处于加速相位，所以，电子能量可以得到持续增加，直至达到我们所期望的电子能量。这就是驻波加速管的基本工作原理。不论工作于何种驻波工作模式，驻波加速管的同步加速条件是：必须满足电子渡越一个驻波长度的时间正好等于驻波振荡的半周期：散焦作用：是在腔内电场由负变正瞬间注入的同步电子，2和随后注入。由于受到不同强度的电场作用，其加速效果不同，1最快，次之，最慢。之后其距离

11、将越来越远。最后可能处在加速腔时，而和所在腔已经为减速腔，而因此丢失，最后只剩，此为散焦作用。5、 为何加速器的实际是加能器：粒子速度为，光速，二者比值速度的粒子能量与静止质量间的关系为根号下（平方）其中粒子的速度只能无限接近光速而永远不能超过光速，所以为当粒子速度较低时，能量随速度增加较明显；当粒子速度接近光速后，无限接近于，粒子速度增加也微乎其微，但粒子的能量却迅速增加，故此时实际是增加粒子的能量根据相对论原理，任何粒子的速度只能无限接近光速而永远不能超过光速，但粒子所获得的能量可以无限增长。6、 磁控管的工作原理：利用轮辐状的电子群不断从直流电场获得能量，通过与高频感应电场的同步交互作用

12、，将能量再次传递给高频感应电场，并以高频微波能量的形式输出。高频感应电场的产生：做圆滚线运动的电子掠过阳极谐振腔口所对应的位置时，必然会在空腔开口处感应产生正负电荷，这种感应产生的正负电荷会与运动电子一起做相应运动。由于每一个空腔就相当于一个并联谐振电路，因而就会在磁控管内引起高频电磁震荡，从而产生高功率微波场。高频感应电场切向分量对运动电子的作用效果是让运动的电子减速，并将电子能量转换为高频感应电场的能量。高频感应电场径向分量的作用是对运动电子的“位相群聚”效应。高频感应电场径向分量的存在，使落后于最佳位相的运动电子得到加速，向最佳位相靠拢；而超前于最佳位相的运动电子被减速运行，其效果也是向

13、最佳位相靠拢。这种向最佳位相靠拢的现象我们称之为“位相群聚”，这正是我们所设想的电子聚集效果。7、 磁控管：是集微波产生与功率放大于一体的大功率微波器件。速调管：是一种微波功率放大器件，其前端必须配备可以产生小功率微波源的微波驱动器（RF Driver），两者共同构成大功率微波源。8、 临床上目前外照射的主流机型是医用电子直线加速器。内照射的主流机型是后装治疗机，简称后装机。9、 在医用电子直线加速器中，之所以设置高压脉冲调制系统（HT Pulse Modulator），主要原因在于加速电场是动态交变电场。一方面，向微波源提供脉冲负高压是能够产生高能微波功率的必要条件之一。另一方面，为了让电子

14、发射系统实时发射电子，以满足同步加速条件，必须对电子的发射时机（相位）、发射数量（脉冲波形和脉冲幅度）等进行有效控制，这也是高压脉冲调制系统的重要任务之一。图解：1行波控相自动稳频系统P194 3dB耦合器移相器的作用：行波控相自动稳频系统的核心器件是3dB耦合器和一个移相器。3dB耦合器是一个包括两个输入端（A端、B端）和两个输出端（X端、Y端）的4端口微波检测器件。如果A端和B端输入信号的相位不同，则不论幅值是否相等，则X端和Y端输出信号的幅值都不会相等，右图中的A和B等幅，但相位不同，所以合成之后在X端和Y端的输出幅值不同，相位也不同；反之，如果A端和B端输入信号的相位相同，则不论幅值是

15、否相等，则X端和Y端输出信号的幅值永远相等，左图中的A和B幅值不同，但相位相同，所以合成之后在X端和Y端输出的幅值完全相同。工作原理当加速器工作于所设定的工作频率时，设置于不同位置的两个微波探针采集到的微波信号一般不是同相位，因此，必须在一个输入端（例如图中的B端）串接一个可以调节相位的移相器。当行波加速器在每个工作频率（不同能量）运行时，通过移相控制，可将输入到3dB耦合器A端和B端的信号调整为同相位输入，这时，X端和Y端输出的信号幅值相等，系统不作调节；当频率变化时，因输入端相位的变化必然会引起X端和Y端输出幅值的变化，通过控制电路和调谐机构就可以将磁控管的谐振频率拉回到设定的工作频率，从

16、而达到控相自动稳频目的。会画同相和异相的矢量合成图：2.史密斯圆图反映的信息，能反映磁控管什么特性，负载阻抗在什么区域磁控管的负载特性一般是用“史密斯（Smith）圆图”进行图解分析。史密斯（Smith）圆图是射频与微波技术中常用的一种计算传输线反射系数与特征阻抗的图解工具。它采用的是复数坐标系，其横坐标为复数阻抗的实部，代表纯电阻性负载(R)；纵坐标为复数阻抗的虚部(X)，其中90°代表纯电感性负载（XL），-90°代表纯电容性负载(XC)，因此，史密斯（Smith）圆图横坐标的上半部分是偏电感性阻抗（R+jXL），下半部分是偏电容性阻抗（R-jXC）。同心圆是等阻抗线，

17、其半径的长短就代表了负载阻抗的大小，每一个圆周上任一点所处的角度就是阻抗角。图中实线组成的弧线族是等反射功率线；虚线组成的曲线族是等频率牵引线。从微波反射角度来看，偏电感性负载（R+jXL）反射波的相位落后于前进波，偏电容性负载（R-jXC）反射波的相位超前于前进波，由图可知，不同特性的负载阻抗（不同的半径与角度）会引起不同的微波反射功率和不同的频率牵引程度。其他由于医用电子直线加速器可以输出不同能量的X线和电子射线，输出能量可以从几个兆电子伏到几十兆电子伏，基本可以满足临床需求，且其成本较低，因而得到了迅速发展。其他几类医用加速器，虽然性能也比较优越，但由于结构更加庞大、成本太高等原因，致使

18、他们的发展速度比较缓慢，真正投入临床应用的很少。医用电子直线加速器是现代放射治疗技术的核心设备。放射治疗设备的发展趋势将进入主要以医用电子直线加速器为核心技术、多学科综合运用、外围设备综合配套的精确放射治疗时代。术中放疗加速器等小型专用放射治疗装置和质子加速器、重离子治疗等装置也将是未来开发研究的重要课题。电子是轻粒子，质子和中子是较重的离子。带电粒子辐射需要具备两个必要条件：要有带电的粒子（电子）源，要有加速电场。轫致辐射又称为刹车辐射，指高速运动的电子骤然减速时发出的辐射，后泛指带电粒子与原子或者原子核发生碰撞时突然减速发出的辐射。带电粒子做加速或减速运动时必然伴随电磁辐射。电离辐射的能量

19、又被称为电离辐射的质，用来描述放射线品质与特征的一个物理量。实践中一般用半价层表示中低能X射线的辐射能量。半价层：使X线束的强度减弱到原来的1/2时所需要的某种吸收体的厚度，就叫做该射线以某种材料为吸收体的半价层，单位一般是以毫米计算。电离辐射的“质”主要是影响辐射深度；而电离辐射的“量”则对物质的作用结果起决定性的作用。在某一时刻，处在特定能态的一定量的某种放射性核素在单位时间内的衰变量称为该核素的放射性活度。吸收剂量D是单位质量的受照射物质吸收的辐射能量。比释动能K是指间接致电离辐射在质量为dm的物质内传递给次级带电电离粒子的初始动能总和dEtr除以dm而得的商，即KdEtr/dm。是用来

20、衡量间接电离辐射与物质相互作用时，在单位质量的物质中转移给次级带电电离粒子的初始动能总和是多少的一个物理量。当量剂量是专为放射防护制定的人体等效吸收剂量的计量单位。照射野：表示射线束经准直器后垂直通过体膜的范围，以体模表面的截面大小表示照射野的面积。源皮距：表示射线源到体模表面照射野中心的距离源瘤距：表示射线源沿射野中心轴到肿瘤组织内参考点的距离源轴距：表示射线源到机架旋转轴或机器等中心处的距离。百分深度剂量：标准照射条件下，射野中心轴上某一深度（d）厘米处的吸收剂量（Dd）与参考点深度（d0）处剂量（Dd0）之比的百分数。水介质是肌肉组织的最佳等效材料。加速器的理论基础是：带电粒子在电场中必

21、然会受到电场力的作用，其结果是带电粒子的速度增加，能量提高。电场可使带电粒子加速并获得能量，磁场可让带电粒子改变运动方向。加速器的实际是“加能器”。根据相对论原理，任何粒子的速度只能无限接近光速而永远不能超过光速，但粒子所获得的能量可以无限增长。医用加速器按粒子类型可分为：电子加速器、质子加速器、重粒子加速器和中子治疗加速器4类；按加速路径可分为直线加速器和回旋加速器两类；按用途可分为放射治疗用加速器、为PET提供诊断专用核素的加速器两类。模拟定位机，是一台可以模拟加速器相关参数的X光诊断机。是为医用加速器专门设计制造并独立安装的放疗配套产品。以行波加速管为核心技术的“行波加速器”，高能机都是

22、滚筒型结构（早期低能机是支臂型结构）。以驻波加速管为核心技术的“驻波加速器”，高能机和低能机都是支臂型结构。与行波加速管不同，驻波加速管是单色结构，或者说是单频微波器件，其工作频带很窄，馈入加速管的微波功率对频率的变化非常敏感，微波频率的微小变化就会引起微波传输功率的较大波动，所以驻波加速管对微波工作频率的稳定性提出了更高的要求。在“通频带”范围内，不同相速度的行波电场可以同时向前传输的特性，就称为行波加速管的“色散特性”。“色散”概念是借用了不同颜色的可见光在三棱镜中因传播速率不同导致折射率不同而分散开来的色散现象。行波加速管也有类似特性，所以我们可以说盘荷波导行波直线加速管是一个“色散系统

23、”。行波加速管的色散特性跟盘荷内孔半径与波长的比值成反比关系。磁控管和速调管都是应用在现代医用电子直线加速器上技术成熟、结构精细的大功率微波源。用波导管传输微波电磁场能量，不但传输功率大，能量损耗小，而且波导管的金属外壁能起屏蔽作用，可以防止微波泄漏和辐射损失；同时，波导管具有结构简单、加工容易、机械强度高、运行寿命长等优点。磁控管系统的基本结构包括管体和管外磁铁两大部分，而管体又可分为阴极和阳极两个主要部分。小功率磁控管多采用永久磁铁，大功率磁控管多采用电磁铁。磁控管其实就是一种管内被抽成高度真空状态的特殊二极管结构，但其输入的是电功率，输出的是微波功率。从外形上看，磁控管的一端有阴极（灯丝

24、）接头，另一端是用高强度玻璃封堵的微波输出端口，与而阳极与外壳连为一体（零电位）。磁控管的工作特性是在负载匹配的情况下，以阳极工作电压为纵坐标，以阳极工作电流为横坐标，由生产厂家通过实验测量并据实绘制“等磁通曲线”、“等功率曲线”和“等效率曲线”。速调管是微波产生与功率放大相对独立的一种大功率微波源的核心部件，是基本结构与工作原理都不同于磁控管系统的另一种大功率微波源，在现代高能医用驻波电子直线加速器中得到普遍应用。四端口环流器既可以隔离微波能量，也可以进行功率分配，是医用驻波电子直线加速器微波传输系统中的关键波导器件之一。直线加速器对电子枪的基本技术要求主要包括：1、电子的发射数量（束流强度

25、）与阴极的结构、阴极材料和加热温度（灯丝电流）有关；2、电子的发射角度与阴极和阳极的几何形状有关；3、电子的发射时机由控制电路来确定；4、电子射程取决于电场强度（阳极电压）和电子在电场内的运行距离。速调管的工作原理告诉我们，为了放大微波功率，也必需注入一簇簇高速运动的“电子注”，这就要求在阴极上也必须施加脉冲负高压，以便产生比磁控管还要高的微波输出功率。在医用电子直线加速器中，之所以设置高压脉冲调制系统，主要原因在于加速电场是动态交变电场。一方面，向微波源提供脉冲负高压是能够产生高能微波功率的必要条件之一。另一方面，为了让电子发射系统实时发射电子，以满足同步加速条件，必须对电子的发射时机（相位）、发射数量（脉冲波形和脉冲幅度）等进行有效控制，这也是高压脉冲调制系统的重要任务之一。由此可见，“高压脉冲”和“脉冲调制”是一个问题的两个方面。为了产生大功率微波能量，必须设置“高压脉冲电源”；而为了满足电子与加速电场的同步加速条件，就必须设置“脉冲调制器”，两者合一就构成了高压脉冲调制系统。脉冲电路通常是用分布参数进行定性分析，并且用“脉冲波形”进行定量计算。PFN的基本工作原理：与真实传输线的“分布参数”和“特