放射物理学课件4

1、第四章第四章 放射源和放射治疗机放射源和放射治疗机第一节第一节 放射源的种类及其照射方式放射源的种类及其照射方式放射治疗用的放射治疗用的放射源放射源主要有三类：主要有三类：（1 1）放出放出、射线的放射性同位素。射线的放射性同位素。（2 2）产生不同能量的产生不同能量的X X射线的射线的X X射线治疗机射线治疗机 和各类加速器。和各类加速器。（3 3）产生电子束、质子束、中子束、负产生电子束、质子束、中子束、负 介子束及其它重粒子束的各类加速器。介子束及其它重粒子束的各类加速器。 （1）外照射外照射：位于体外一定距离，集中照射：位于体外一定距离，集中照射 人体某一部位，称为体外远距离照射，人体

2、某一部位，称为体外远距离照射， 简称外照射。简称外照射。（2）近距离照射近距离照射：将放射源密封直接放入被：将放射源密封直接放入被 治疗的组织内或放入人体天然腔内，如治疗的组织内或放入人体天然腔内，如 舌、鼻咽、食管、宫颈等部位进行照舌、鼻咽、食管、宫颈等部位进行照 射，称为组织间照射和腔内照射，简称射，称为组织间照射和腔内照射，简称 近距离照射。近距离照射。基本的基本的照射方式照射方式有两种：有两种： 第一类放射源可以作为体内近距离、体外远距离两种照第一类放射源可以作为体内近距离、体外远距离两种照射；第二、三类放射源只能作体外照射用。射；第二、三类放射源只能作体外照射用。（1 1）近距离照射

3、，其放射源活度较小（几个近距离照射，其放射源活度较小（几个mCimCi10Ci10Ci），），而且治疗距离较短（而且治疗距离较短（5mm5mm5cm5cm）。）。（2 2）体外照射，其放射线的能量大部分被准直器、体外照射，其放射线的能量大部分被准直器、 限束限束器等屏蔽，只有少部分到达组织。近距离照射则相反，其放器等屏蔽，只有少部分到达组织。近距离照射则相反，其放射线的能量大部分被组织吸收。射线的能量大部分被组织吸收。（3 3）体外照射，其放射线必须经过皮肤和正常组织才能到体外照射，其放射线必须经过皮肤和正常组织才能到达肿瘤，肿瘤剂量受到皮肤和正常组织耐受剂量的限制，为达肿瘤，肿瘤剂量受到皮肤

4、和正常组织耐受剂量的限制，为了得到高的均匀的肿瘤剂量，需要选择不同能量的射线和采了得到高的均匀的肿瘤剂量，需要选择不同能量的射线和采用多野照射技术。用多野照射技术。近距离照射和体外照射相比有四个近距离照射和体外照射相比有四个区别：区别：（4）由于受距离平方反比定律的影响，在腔内组织间近距由于受距离平方反比定律的影响，在腔内组织间近距离照射中，离放射源近的组织剂量相当高，离放射源远的组离照射中，离放射源近的组织剂量相当高，离放射源远的组织剂量较低，因此其靶区剂量分布的均匀性远比体外照射的织剂量较低，因此其靶区剂量分布的均匀性远比体外照射的差，临床应用必须慎重，防止靶区内有剂量过高或过低的情差，临

5、床应用必须慎重，防止靶区内有剂量过高或过低的情况发生。况发生。（近距离照射时，其靶区剂量分布的均匀性受距离（近距离照射时，其靶区剂量分布的均匀性受距离平方反比定律的影响要比体外照射时大。）平方反比定律的影响要比体外照射时大。）放射射线：放射射线：、除镭外，放疗中使用的放射性同位素均为除镭外，放疗中使用的放射性同位素均为人工放射性同人工放射性同位素位素。除钴除钴-60和铯和铯-137外，所有这些同位素只用于外，所有这些同位素只用于近距离照射近距离照射。第二节第二节 近距离治疗用放射性同位素源近距离治疗用放射性同位素源 镭镭-226-226是一种天然的放射性同位素，它不断是一种天然的放射性同位素，

6、它不断衰变为放射性衰变为放射性气体氡气体氡。其。其半衰期为半衰期为15901590年年，临床应用的镭是它的硫酸盐，封，临床应用的镭是它的硫酸盐，封在各种形状的铂铱合金封套内。在各种形状的铂铱合金封套内。1 1毫克镭经毫克镭经0.50.5毫米铂铱过滤后，毫米铂铱过滤后，距离镭源距离镭源1cm1cm处每小时的照射量是处每小时的照射量是8.5R8.5R。其其能谱复杂，平均能谱复杂，平均能量为能量为0.83MeV0.83MeV。一、镭一、镭-226源（源（226Ra） 由于镭的获得困难，放射性强度低，只能作近距离照射。由于镭的获得困难，放射性强度低，只能作近距离照射。长期以来，镭一直用作内照射。但由于

7、其半衰期过长，衰变过长期以来，镭一直用作内照射。但由于其半衰期过长，衰变过程中产生氡气，若氡气逸出会造成环境污染，且其射线最高能程中产生氡气，若氡气逸出会造成环境污染，且其射线最高能量可达量可达3.8MeV3.8MeV，需要厚的防护层等缺点，所以在医学上逐渐被，需要厚的防护层等缺点，所以在医学上逐渐被钴钴-60-60、铯、铯-137-137等人工放射性同位素代替。等人工放射性同位素代替。 铯铯-137-137是人工放射性同位素，放射是人工放射性同位素，放射，其能量为单能，其能量为单能，为为0.662MeV0.662MeV，半衰期为半衰期为3333年年。距。距1mCi1mCi铯铯-137-137

8、源源1cm1cm处，每处，每小时照射量为小时照射量为3.26R3.26R。因此，。因此，1mCi1mCi铯铯-137-137相当于相当于0.40.4毫克毫克镭当量。镭当量。 铯铯-137-137在组织内具有镭相同的穿透能力和类似的剂量在组织内具有镭相同的穿透能力和类似的剂量分布，其物理特点和防护方面比镭优越，是取代镭的最分布，其物理特点和防护方面比镭优越，是取代镭的最好同位素。好同位素。 二、铯二、铯-137源（源（137Cs） 钴钴-60也是一种人工放射性同位素，其也是一种人工放射性同位素，其半衰期为半衰期为5.27年年。其放出其放出两种能量的两种能量的射线分别为射线分别为1.17MeV和和

9、1.33MeV，因此，因此射线的射线的平均能量为平均能量为1.25MeV。在组织内的剂量分布也与镭。在组织内的剂量分布也与镭源相似，可以作为镭源的替代物，制成钴针、钴管等。由源相似，可以作为镭源的替代物，制成钴针、钴管等。由于其放射性活度高，而且容易得到，因此在作近距离照射于其放射性活度高，而且容易得到，因此在作近距离照射时，多用作高剂量率的腔内照射。时，多用作高剂量率的腔内照射。三、钴三、钴-60源（源（60Co） 铱铱-192源是一种人工放射性同位素，它是铱源是一种人工放射性同位素，它是铱-191在核在核反应堆中经热中子照射轰击而生成的不稳定的放射性同位素，反应堆中经热中子照射轰击而生成的

10、不稳定的放射性同位素，其能谱比较复杂，其能谱比较复杂，平均能量为平均能量为0.36MeV。由于铱。由于铱-192的的射射线能量范围使其在水中的指数衰减率恰好被散射建成所补偿，线能量范围使其在水中的指数衰减率恰好被散射建成所补偿，在距离在距离5cm的范围内任意点的剂量率与距离平方的乘积近似的范围内任意点的剂量率与距离平方的乘积近似不变。不变。四、铱四、铱-192源（源（192Ir）此外铱此外铱-192的粒状源可以做得很小，使其点源的等效性好，的粒状源可以做得很小，使其点源的等效性好，便于计算。便于计算。半衰期为半衰期为74.5d，故铱，故铱-192源是较好的放射源，源是较好的放射源，主要用于高剂

11、量率的腔内照射和组织间插植。距主要用于高剂量率的腔内照射和组织间插植。距1mCi的铱的铱-192源源1cm处的每小时照射量为处的每小时照射量为4.9R，铱，铱-192源的半价层为源的半价层为24mm铅，是较容易防护的放射源。铅，是较容易防护的放射源。 碘碘-125-125，半衰期半衰期59.6d59.6d，射线能量，射线能量272735KeV35KeV，平均能量平均能量28keV28keV，半价层为，半价层为0.025mmPb0.025mmPb。由于其。由于其射线的能量较低，适用于射线的能量较低，适用于插植治疗。通常做成粒状源，用于高、低剂量率的临时性或永久插植治疗。通常做成粒状源，用于高、低

12、剂量率的临时性或永久性插植治疗。其与铱性插植治疗。其与铱-192-192源相比，其缺点是制备粒源需要特定设源相比，其缺点是制备粒源需要特定设备、价格比铱备、价格比铱-192-192源贵，而且其剂量分布明显依赖于被插植组织源贵，而且其剂量分布明显依赖于被插植组织的结构。组织的不均匀性将显著影响碘的结构。组织的不均匀性将显著影响碘-125-125插植时的剂量分布，插植时的剂量分布，用常规治疗计划系统计算得到的结果将不可靠，这是因为常规治用常规治疗计划系统计算得到的结果将不可靠，这是因为常规治疗计划系统是假定组织为均一水样。疗计划系统是假定组织为均一水样。五、碘五、碘-125源源 近十多年来，近距离

13、治疗的较大进展是开发使用光子近十多年来，近距离治疗的较大进展是开发使用光子能量位于能量位于2323100keV100keV范围内的放射性同位素。如钯范围内的放射性同位素。如钯-103-103（103103PdPd）、镅）、镅-241-241（241241AmAm）、钐）、钐-145-145（145145SmSm）、镱）、镱-169-169（169169YbYb）等。）等。六、新型近距离治疗用放射源六、新型近距离治疗用放射源开发于开发于8080年代初，主要年代初，主要用于永久性插植治疗用于永久性插植治疗，对细胞倍增时，对细胞倍增时间不足间不足5d5d的肿瘤的治疗不仅具有较高的生物效应剂量，而且的

14、肿瘤的治疗不仅具有较高的生物效应剂量，而且治疗后肿瘤的残存细胞数较少。钯治疗后肿瘤的残存细胞数较少。钯-103-103的光子的光子平均能量为平均能量为21keV21keV，与碘，与碘-125-125的的28keV28keV接近，具有易于防护的特点，接近，具有易于防护的特点，半衰半衰期为期为17d17d。钯钯-103最早由耶鲁大学开发出来，用于妇科肿瘤的治疗。最早由耶鲁大学开发出来，用于妇科肿瘤的治疗。半衰期半衰期为为432.2a432.2a，光子能量光子能量60keV60keV。其半价层值较小，易于防护，。其半价层值较小，易于防护，加之其半衰期较长，有较好的性价比。加之其半衰期较长，有较好的性

15、价比。镅镅-241常做成与碘常做成与碘-125-125相同的规格，用于组织间插植。它通过相同的规格，用于组织间插植。它通过电子俘获产生电子俘获产生383845keV45keV的特征的特征X X射线和射线和61keV61keV的微量的微量射线，射线，平均能量为平均能量为41keV41keV，半衰期为半衰期为340d340d。在水中的剂。在水中的剂量分布界于碘量分布界于碘-125-125和镭的替代同位素之间。和镭的替代同位素之间。钐钐-145 以电子俘获的方式产生以电子俘获的方式产生49.849.8307.7keV307.7keV范围的范围的X X射射线和线和射线，其射线，其平均能量为平均能量为9

16、3keV93keV，半衰期为半衰期为32d32d。镱。镱- -169169是由镱是由镱-168-168经中子轰击后得到的，由于其中子俘获截经中子轰击后得到的，由于其中子俘获截面大，可产生高放射性比活度的镱面大，可产生高放射性比活度的镱-169-169源。其剂量分布源。其剂量分布优于钯优于钯-103-103和碘和碘-125-125，由于其会产生，由于其会产生308keV308keV的光子，因的光子，因此不适合用作永久性插植。此不适合用作永久性插植。镱镱-169常规和新近发展的近距离治疗用放射源，按其物理特性，常规和新近发展的近距离治疗用放射源，按其物理特性，能量可分为能量可分为200keV200

17、keV2MeV2MeV、60keV60keV200keV200keV、及小于等于、及小于等于50keV50keV三段。三段。 七、近距离治疗用放射源的比较七、近距离治疗用放射源的比较（1 1）200keV200keV2MeV2MeV能量段：能量段：所有同位素均为镭的替代同所有同位素均为镭的替代同位素，其物理特征是剂量率常数基本不变，不随能量和组织位素，其物理特征是剂量率常数基本不变，不随能量和组织结构的影响；在结构的影响；在5cm5cm范围内，剂量分布基本遵守平方反比定范围内，剂量分布基本遵守平方反比定律。但半价层随能量降低显著减小。镭疗所建立的剂量学体律。但半价层随能量降低显著减小。镭疗所建

18、立的剂量学体系可移植到此能量段的同位素。系可移植到此能量段的同位素。（2 2）6060200keV200keV能量段：能量段：射线与生物组织的相互作用基射线与生物组织的相互作用基本上是服从康普顿弹性散射规律，而散射光子的建成基本上本上是服从康普顿弹性散射规律，而散射光子的建成基本上补偿了原射线在组织中的衰减，剂量率常数开始随能量和组补偿了原射线在组织中的衰减，剂量率常数开始随能量和组织结构变化。织结构变化。（3 3）低于）低于40keV40keV以下：以下：光电效应占主要地位，剂量率常数光电效应占主要地位，剂量率常数随射线能量和组织结构的变化更大，射线的生物效应对能量随射线能量和组织结构的变化

19、更大，射线的生物效应对能量的依赖性提示我们，镭疗及其镭的替代核素在临床上积累的的依赖性提示我们，镭疗及其镭的替代核素在临床上积累的经验即组织剂量效应数据，不能直接用于这些低能的同位素经验即组织剂量效应数据，不能直接用于这些低能的同位素治疗，同时相应的治疗计划系统应使用相应的剂量计算模型。治疗，同时相应的治疗计划系统应使用相应的剂量计算模型。 过去曾经用镭制成过去曾经用镭制成射线敷贴器，用于治疗表浅病变，射线敷贴器，用于治疗表浅病变，但由于镭还有很强的但由于镭还有很强的放射性，所以镭作放射性，所以镭作源应用不理想。源应用不理想。后来发展了锶后来发展了锶-90-90射线敷贴器。锶射线敷贴器。锶-9

20、0-90以以28a28a的半衰期衰变的半衰期衰变成钇成钇-90-90，后者再以，后者再以64a64a的半衰期变成锆的半衰期变成锆-90-90。锶。锶-90-90射线射线的的最高能量为最高能量为0.54MeV0.54MeV，而钇，而钇-90-90能产生穿透力更强，能产生穿透力更强，最高最高能量为能量为2.27MeV2.27MeV的的射线。由于射线。由于射线在组织中有一定射程，射线在组织中有一定射程，尽管锶尽管锶-90-90射线能量不均匀，但锶射线能量不均匀，但锶-90-90射线敷贴器造成射线敷贴器造成的百分深度剂量曲线较镭制的百分深度剂量曲线较镭制射线敷贴器要好。射线敷贴器要好。 八、锶八、锶-

21、90同位素同位素源源 锎锎-252目前用于腔内治疗的较好的中子源。其目前用于腔内治疗的较好的中子源。其半衰期半衰期为为2.65a，发射裂变中子，发射裂变中子，中子平均能量为中子平均能量为2.35MeV，同时，同时也发射也发射射线射线，剂量计算和测量相对比较复杂。，剂量计算和测量相对比较复杂。九、锎九、锎-252中子源中子源小结：小结：1、放射源的种类和照射方式、放射源的种类和照射方式 2、近距离治疗用放射源、近距离治疗用放射源3、近距离治疗用放射源比较、近距离治疗用放射源比较 与肿瘤患者治疗有关的常有设备与肿瘤患者治疗有关的常有设备: :主要有各种内主要有各种内外照射治疗机、模拟定位机和治疗计

22、划系统。外照射治疗机、模拟定位机和治疗计划系统。第三节第三节 X射线治疗机射线治疗机 治疗机包括中低能治疗机包括中低能X X射线治疗机（射线治疗机（KVKV级治疗机）、级治疗机）、高能治疗机（高能治疗机（MVMV级治疗机），目前普通应用的是级治疗机），目前普通应用的是60Co60Co治治疗机、医用加速器等；和近距离治疗中使用的后装治疗疗机、医用加速器等；和近距离治疗中使用的后装治疗机；以及立体定向放射外科和立体定向放射治疗设备。机；以及立体定向放射外科和立体定向放射治疗设备。 X X射线治疗机曾经在放射治疗中广泛使用，但在射线治疗机曾经在放射治疗中广泛使用，但在2020世纪的五、六十年代后，逐

23、渐被高能治疗机所取代。世纪的五、六十年代后，逐渐被高能治疗机所取代。尽管如此，尽管如此，X X射线治疗机由于其固有的一些特点，如与射线治疗机由于其固有的一些特点，如与高能治疗机比较，设计和操作简单，价格比较低，适合高能治疗机比较，设计和操作简单，价格比较低，适合治疗浅表部位的肿瘤等，在中小型的放射治疗中心仍有治疗浅表部位的肿瘤等，在中小型的放射治疗中心仍有使用价值。使用价值。第三节第三节 X射线治疗机射线治疗机 高速电子撞击靶物质时，产生碰撞和辐射两种损失，高速电子撞击靶物质时，产生碰撞和辐射两种损失，前者主要是产生热，后者主要是产生前者主要是产生热，后者主要是产生X射线。二者之比射线。二者之

24、比为：为：第三节第三节 X射线治疗机射线治疗机一、一、X射线的产生及其能谱射线的产生及其能谱碰撞损失800MeV辐射损失T Z 式中式中T T是高速运动的电子的动能（是高速运动的电子的动能（MeVMeV）；）；Z Z是靶物质的原是靶物质的原子序数。子序数。 例如，例如， 250KV250KV的低能的低能X X射线治疗机，靶材料钨，则射线治疗机，靶材料钨，则 T T250keV250keV0.25MeV0.25MeV Z Z7474 辐射损失辐射损失占占电子能量损失的电子能量损失的2 2，碰撞损失占碰撞损失占9898，以热量以热量的形式出现，所以一般低能的形式出现，所以一般低能X X射线治疗机要

25、有靶的冷却装置。射线治疗机要有靶的冷却装置。 对于能量较高的加速器产生的对于能量较高的加速器产生的X X射线，由于电子的动能很高，射线，由于电子的动能很高，电子能量的大部分产生电子能量的大部分产生X X射线，只有小部分产生热，所以高能电射线，只有小部分产生热，所以高能电子加速器一般不需要冷却装置。子加速器一般不需要冷却装置。辐射产生辐射产生X X射线，主要是两种方式：射线，主要是两种方式：（1 1）特征辐射）特征辐射 高速运动的入射电子与靶材料原子的内层轨道电子相高速运动的入射电子与靶材料原子的内层轨道电子相互作用。内层轨道电子获得动能，脱离原轨道成为自由电子，互作用。内层轨道电子获得动能，脱

26、离原轨道成为自由电子，这时外层轨道电子发生轨道跃迁，补充到内层轨道的空位，并这时外层轨道电子发生轨道跃迁，补充到内层轨道的空位，并以电磁辐射的形式辐射其能量。这一机制产生的以电磁辐射的形式辐射其能量。这一机制产生的X X射线称为特征射线称为特征辐射，其能量正好等于发生跃迁的轨道能级差。辐射，其能量正好等于发生跃迁的轨道能级差。（2 2）韧致辐射）韧致辐射 高速运动的电子，靠近靶材料原子的原子核附近，由于高速运动的电子，靠近靶材料原子的原子核附近，由于原子核库仑力的作用，电子运动受阻，改变方向，并伴有电磁原子核库仑力的作用，电子运动受阻，改变方向，并伴有电磁辐射损失能量，即产生辐射损失能量，即产

27、生X X射线。与单能量的特征射线。与单能量的特征X X射线不同，韧射线不同，韧致辐射致辐射X X射线的能量，可以是最小直至入射电子的初始动能，即射线的能量，可以是最小直至入射电子的初始动能，即具有具有连续能谱连续能谱。电子与物质相互作用，发生韧致辐射的几率与。电子与物质相互作用，发生韧致辐射的几率与靶材料原子序数的平方成正比，也就是说，靶材料原子序数的平方成正比，也就是说，韧致辐射更容易发韧致辐射更容易发生在高原子序数靶物质中生在高原子序数靶物质中。有两种成分。轫致辐有两种成分。轫致辐射形式的能谱是连续射形式的能谱是连续的，是的，是X X射线谱中的主射线谱中的主要成分。要成分。为了获得满意的能

28、谱为了获得满意的能谱分布，往往要加些滤分布，往往要加些滤过，把低能成分去掉。过，把低能成分去掉。X射线的能谱射线的能谱 临床用的临床用的X X射线机根据能量高低分：临界射线机根据能量高低分：临界X X射线（射线（6 610kV10kV）、接触）、接触X X射线（射线（101060kV60kV）、浅层）、浅层X X射线（射线（6060160kV160kV）、深部）、深部X X射线（射线（180180400kV400kV）、高压）、高压X X射线（射线（400kV400kV1MV1MV）以及高能）以及高能X X射线（射线（2 250MV50MV），高能），高能X X射线主要是由各种射线主要是由各种

29、形式的加速器产生。低能形式的加速器产生。低能X X射线机与钴射线机与钴-60-60、加速器相比，主、加速器相比，主要缺点是：百分深度剂量低、能量低、易于散射、剂量分布要缺点是：百分深度剂量低、能量低、易于散射、剂量分布差等，因此其逐渐被取代。差等，因此其逐渐被取代。 治疗机的分类治疗机的分类 按按X X射线机球管电压和线束特点，基本分为：射线机球管电压和线束特点，基本分为： （1 1）接触治疗机：）接触治疗机：管电压管电压202050KV50KV，治疗距离即靶到，治疗距离即靶到皮肤距离皮肤距离10cm10cm或更小，治疗深度仅为或更小，治疗深度仅为1 12mm2mm。 （2 2）浅层治疗机：）

30、浅层治疗机：管电压管电压5050150KV150KV，HVLHVL约为约为1 18mm8mm铝，铝，治疗距离治疗距离101030cm30cm，治疗深度一般到，治疗深度一般到5mm5mm。 （3 3）深部治疗机：）深部治疗机：管电压约管电压约150150300KV300KV，治疗距离，治疗距离303040cm40cm，HVLHVL约为约为1 13mm3mm铜，治疗深度一般到铜，治疗深度一般到2cm2cm。 低能部分对治疗是毫无用处的，且容易产生高的皮肤低能部分对治疗是毫无用处的，且容易产生高的皮肤剂量。剂量。 设法去掉低能部分，而保留较高能量的设法去掉低能部分，而保留较高能量的X X射线，过滤板

31、射线，过滤板可以起到这样的作用可以起到这样的作用。选择合适的过滤板使其对低能部分比高。选择合适的过滤板使其对低能部分比高能部分吸收的多，这样改进后的能部分吸收的多，这样改进后的X X射线比原来的射线比原来的X X射线其平均能射线其平均能量要高，即半价层高。量要高，即半价层高。 二、二、X射线质的改进射线质的改进过滤板的作用过滤板的作用（1 1）140kV140kV以下的用铝，以下的用铝，140kV140kV以上的用铜或铜加铝或用以上的用铜或铜加铝或用复合滤过。复合滤过。（2 2）同一管电压的同一管电压的X X射线，过滤板不同，所得射线，过滤板不同，所得X X射线的半射线的半价层不同。价层不同。

32、使用过滤板时，应注意的几点：使用过滤板时，应注意的几点：（3 3）使用复合过滤板时，应注意放置次序，沿射线方向，使用复合过滤板时，应注意放置次序，沿射线方向，先放原子序数大的，后放原子序数小的。这样放置的目的先放原子序数大的，后放原子序数小的。这样放置的目的是为了滤掉滤板本身产生的特征谱线，同时也达到滤掉低是为了滤掉滤板本身产生的特征谱线，同时也达到滤掉低能部分的目的。能部分的目的。（4 4）不是滤过越多越好。虽然滤过越多，谱线分布对治不是滤过越多越好。虽然滤过越多，谱线分布对治疗越好，但过多的滤过会使疗越好，但过多的滤过会使X X射线强度大大降低，不合算。射线强度大大降低，不合算。 产生产生

33、X X射线的一般射线的一般条件是什么？主要是：条件是什么？主要是：电子源、靶、真空盒、电子源、靶、真空盒、加速电场。加速电场。三、三、X射线机的一射线机的一般构造般构造（1 1）X X射线球管里包括阳极靶和阴极灯丝。真空度为射线球管里包括阳极靶和阴极灯丝。真空度为1010-6-61010-7-7 TorrTorr（托），（托），1Torr1Torr13Pa13Pa。抽真空的目的是为了避免电子在打击。抽真空的目的是为了避免电子在打击靶前与空气作用，损失能量。如果真空被破坏，则靶前与空气作用，损失能量。如果真空被破坏，则X X射线管被破坏。射线管被破坏。使用时应注意不要一开机就突然加到高使用时应注

34、意不要一开机就突然加到高kVkV，高，高mAmA，而要从低到高，而要从低到高逐渐上升。逐渐上升。（2 2）阳极是由粗而大的铜棒和小钨靶组成。钨的原子序数大，阳极是由粗而大的铜棒和小钨靶组成。钨的原子序数大，熔点高，作熔点高，作X X射线靶很合适。铜散热快，能及时将靶上的热带走。射线靶很合适。铜散热快，能及时将靶上的热带走。（3 3）用钨丝作灯丝，发射电子能力强。用钨丝作灯丝，发射电子能力强。（4 4）X X射线机的阳极加几百射线机的阳极加几百kVkV的高压作为电子的加速电场，它的高压作为电子的加速电场，它代表代表X X射线的峰值能量。射线的峰值能量。小结：小结：1、X射线的产生机制射线的产生机

35、制2、滤过板的作用及使用、滤过板的作用及使用3、X射线机的结构射线机的结构 1951 1951年，加拿大建成第一台钴年，加拿大建成第一台钴-60-60远距离治疗机。远距离治疗机。目前，我国已能批量生产性能较好的旋转式钴目前，我国已能批量生产性能较好的旋转式钴-60-60治疗机。治疗机。第四节第四节 钴钴-60治疗机治疗机特点：特点：（1 1）穿透力强，穿透力强， 深部剂量较高，适用于治疗较深部肿瘤。深部剂量较高，适用于治疗较深部肿瘤。（2 2）在剂量建成区皮肤的吸收剂量低，最大剂量点在皮下在剂量建成区皮肤的吸收剂量低，最大剂量点在皮下0.5cm0.5cm，皮肤反应轻。，皮肤反应轻。一、钴一、钴

36、-60射线的特点射线的特点（3 3）骨和软组织有同等的吸收剂量骨和软组织有同等的吸收剂量 低能低能X X射线：光电吸收占主要优势射线：光电吸收占主要优势（u u/ /与（与（hvhv）3 3成反比，与成反比，与Z Z3 33.83.8成正比），成正比），骨中每伦琴剂量吸收比软组织骨中每伦琴剂量吸收比软组织大得多。大得多。 钴钴-60-60射线：康普顿吸收占主要优势射线：康普顿吸收占主要优势（ u uc c/ /和和u uc,trc,tr/ /与与Z Z近似无关），近似无关），因此在同等条件下骨和软组织吸收因此在同等条件下骨和软组织吸收的剂量近似相同。的剂量近似相同。13/()nAANZhM（4

37、 4）旁向散射小旁向散射小 次级射线主要向前散射，因此射野边缘外次级射线次级射线主要向前散射，因此射野边缘外次级射线旁向散射小，保护了射野边缘外的正常组织。旁向散射小，保护了射野边缘外的正常组织。（5 5）与与2 24MV4MV加速器产生的加速器产生的X X线性能相似，但结构简单、成线性能相似，但结构简单、成本低、维修方便、经济可靠。本低、维修方便、经济可靠。 一般由以下部分组成：一般由以下部分组成：一个密封的钴一个密封的钴-60-60放射源；放射源； 一个源容器及防护机头；一个源容器及防护机头；开关的遮线器装置；定向限束的准直器；开关的遮线器装置；定向限束的准直器；支持机头的治疗架，用以调节

38、线束方向；支持机头的治疗架，用以调节线束方向； 治疗床；治疗床；计时器和运动控制系统；辐射安全及联锁系统。计时器和运动控制系统；辐射安全及联锁系统。二、一般结构二、一般结构 钴源采用气动机构来推动，治疗时，只要使电磁阀通电，将气钴源采用气动机构来推动，治疗时，只要使电磁阀通电，将气源接通，气缸活塞推杆使将钴源筒推出一定距离，停留在放射口处，源接通，气缸活塞推杆使将钴源筒推出一定距离，停留在放射口处，进行照射。当定时照射结束进行照射。当定时照射结束( (是用定时钟控制治疗时间是用定时钟控制治疗时间) )，钴源筒便，钴源筒便主动退回，将钴源稳定。可靠地停放在贮藏位置，治疗过程中当突主动退回，将钴源

39、稳定。可靠地停放在贮藏位置，治疗过程中当突然发生断电时，钴源筒能自动返回原位，以确保治疗安全。然发生断电时，钴源筒能自动返回原位，以确保治疗安全。与结构有关的几个问题：与结构有关的几个问题：（1 1）钴）钴-60-60源防护源防护 根据根据ICRPICRP推荐，当钴推荐，当钴-60-60源处于关闭位置时，距源源处于关闭位置时，距源1m1m处，处，各方向的平均照射量率应小于各方向的平均照射量率应小于2mR/h2mR/h，且不应有超过，且不应有超过10mR/h10mR/h的的地方。地方。 据此，对于千居里级的钴据此，对于千居里级的钴-60-60治疗机，防护需要将其衰治疗机，防护需要将其衰减到减到1

40、010-6 -6 ，需近似，需近似2020个半价层。个半价层。 通常源容器用钨或铀合金，源容器周围用铅，外面用钢通常源容器用钨或铀合金，源容器周围用铅，外面用钢作套。作套。 2300Ci钴钴-60源衰减到源衰减到1.510-6所需的材料厚度所需的材料厚度材料材料密度密度（g/cmg/cm3 3) )HVLHVL(cm)(cm)厚度（厚度（cmcm）铅铅11.411.41.271.2726.026.0钨合金钨合金16.716.71.01.020.520.518.018.00.90.918.518.5铂铂18.718.70.660.6613.513.5（2 2）遮线器）遮线器 （射线截断装置）（射

41、线截断装置）开启时，射线束通过一定方向射出进行治疗；开启时，射线束通过一定方向射出进行治疗；关闭时，射线束被截断，只有少部分射线漏出。关闭时，射线束被截断，只有少部分射线漏出。源固定，插入防护源固定，插入防护材料方式材料方式源运动，抽屉式或源运动，抽屉式或旋转式旋转式（3 3）准直器系统）准直器系统目的：目的：是限定照射野大小以适应治疗需要。是限定照射野大小以适应治疗需要。根据根据ICRPICRP推荐，应使漏出的射线量不超过有用照射量的推荐，应使漏出的射线量不超过有用照射量的5 5，不低，不低于于4.54.5个半价层。个半价层。例如，钴例如，钴-60-60射线，用铅做成的准直器应不低于射线，用

42、铅做成的准直器应不低于4.54.51.271.275.7cm5.7cm，一般取，一般取6cm6cm。实际治疗机中，多数准直器厚度比此厚度大，使漏射线剂量不超过实际治疗机中，多数准直器厚度比此厚度大，使漏射线剂量不超过有用剂量的有用剂量的1 1，以减少穿射半影。，以减少穿射半影。 使半影最小使半影最小一级准直器，固定，限定最一级准直器，固定，限定最大照射野。大照射野。二级准直器，可调，复式结二级准直器，可调，复式结构，减少几何半影。末端两构，减少几何半影。末端两对叶片为伸缩式。治疗鼻咽对叶片为伸缩式。治疗鼻咽癌，可以降低双侧眼球晶体癌，可以降低双侧眼球晶体剂量。剂量。 半影半影(penumbra

43、)(penumbra)：射野边缘剂量随离开中心轴距离的射野边缘剂量随离开中心轴距离的增加而急剧变化的范围。临床上有三种原因造成钴增加而急剧变化的范围。临床上有三种原因造成钴-60-60治疗治疗机有半影。机有半影。三、钴三、钴-60半影半影产生原因：产生原因：由于由于源具有一定尺寸源具有一定尺寸，射线被，射线被准直器限束后，射野边缘诸点分别受到面积准直器限束后，射野边缘诸点分别受到面积不等的源的照射，造成剂量由高到低的渐变不等的源的照射，造成剂量由高到低的渐变分布。分布。消除方法：消除方法：要消除这类半影，只有要消除这类半影，只有减少源减少源的尺寸的尺寸，但当减少到一定尺寸时源的活度受，但当减少

44、到一定尺寸时源的活度受到影响，故临床上治疗病人时，可以采用到影响，故临床上治疗病人时，可以采用延延长源到准直器的距离长源到准直器的距离这一方法。这一方法。几何半影几何半影产生原因：产生原因：即使是点状源，由于准直器端面即使是点状源，由于准直器端面与线束边缘不平行，使与线束边缘不平行，使线束穿透厚度不等线束穿透厚度不等，造成剂量渐变分布。造成剂量渐变分布。消除办法：消除办法：使用使用球面聚焦式准直器球面聚焦式准直器（球面限（球面限光筒）。光筒）。 穿射半影穿射半影产生原因：产生原因：即使几何半影和穿射半影即使几何半影和穿射半影“消失消失”，组织内照射射野的边缘仍存在剂量的渐变分布，组织内照射射野

45、的边缘仍存在剂量的渐变分布，这主要是由于这主要是由于组织中的散射线组织中的散射线造成的。边缘的散造成的。边缘的散射线的总量总是低于射野内任意一点的散射线的射线的总量总是低于射野内任意一点的散射线的量，同时射野边缘离射野中心越远，散射线剂量量，同时射野边缘离射野中心越远，散射线剂量也越少。也越少。“消除消除”方法：方法：无法完全消除，但会无法完全消除，但会随入射射线随入射射线的能量增大而减少的能量增大而减少。高能。高能X X射线或射线或射线，散射线射线，散射线主要是向前的，散射半影小；低能主要是向前的，散射半影小；低能X X射线，散射线射线，散射线呈各向同性，散射半影较大。呈各向同性，散射半影较

46、大。 散射半影散射半影半影会造成照射射野边缘剂量分布不均匀，临床上应设法尽量半影会造成照射射野边缘剂量分布不均匀，临床上应设法尽量减少半影。减少半影。目前新型的钴目前新型的钴-60治疗机均带有半影消除装置的治疗机均带有半影消除装置的复式球面形准复式球面形准直器直器。因不断衰变，放射性活度不断减小，使得患者的治疗时间因不断衰变，放射性活度不断减小，使得患者的治疗时间越来越长。越来越长。换源时，特别注意：换源时，特别注意：规格（直径小于或等于旧源）；规格（直径小于或等于旧源）；需要重新确定剂量学参数，主要是源的需要重新确定剂量学参数，主要是源的输出剂量测量输出剂量测量、射射野平坦度和对称性测定野平

47、坦度和对称性测定、半影的测定半影的测定等；等；机器本身（特别是机头）的防护检查。机器本身（特别是机头）的防护检查。四、钴四、钴-60源更换源更换1932年提出。年提出。1937年，年，1MV Van de Graaff静电加速器静电加速器；（美国）（美国）1943年提出。年提出。1949年，年，20MV 感应加速器感应加速器；（高能；（高能X射线，射线，高能电子束）（美国）（我国高能电子束）（美国）（我国70年代初）年代初）1944年提出。年提出。70年代初，年代初，22MeV 回旋加速器回旋加速器。（瑞典）。（瑞典）1946年提出。年提出。1952年，年，8MV 直线加速器直线加速器。（英国

48、）（我国。（英国）（我国78年）年）第五节第五节 医用电子加速器医用电子加速器三、电子直线加速器三、电子直线加速器电子直线加速器是利用微波电磁场加速电子并且具有直电子直线加速器是利用微波电磁场加速电子并且具有直线运动轨道的加速装置。线运动轨道的加速装置。 直线加速器是最早发明的一种谐振式加速器，人们为了克直线加速器是最早发明的一种谐振式加速器，人们为了克服高压加速器所遇到的困难，探索了使带电粒子连续多次服高压加速器所遇到的困难，探索了使带电粒子连续多次通过一个电压不很高的加速电场来获得高能的方法。通过一个电压不很高的加速电场来获得高能的方法。19281928年威德罗（年威德罗（WidroeWi

49、droe）建成了第一个直线谐振加速器。）建成了第一个直线谐振加速器。 当正离子经过加速间隙当正离子经过加速间隙 a a处时，间隙间的高频电场正好使它加处时，间隙间的高频电场正好使它加速，随后离子进入漂移管，高频电场也正好变换极性（漂移管速，随后离子进入漂移管，高频电场也正好变换极性（漂移管内电场内电场=0=0），当离子到达间隙），当离子到达间隙b b时又正好被加速，这样经过几个时又正好被加速，这样经过几个加速间隙所获得的总动能为加速间隙所获得的总动能为沿着直线排列一串金属圆筒沿着直线排列一串金属圆筒形电极（称为漂移管），奇形电极（称为漂移管），奇数和偶数电极分别接到高频数和偶数电极分别接到高频

50、电源的两个输出端上电源的两个输出端上(V V是高频电压的恒值是高频电压的恒值 ,是离子是离子通过加速间隙中心时，加速电压通过加速间隙中心时，加速电压的相角的相角) 这种直线加速器的漂移管长度这种直线加速器的漂移管长度 随能量随能量WnWn增大而加长，使增大而加长，使整个装置变得非常庞大整个装置变得非常庞大. .缩短加速器长度的途径是提高高缩短加速器长度的途径是提高高频电压的频率，第二次世界大战后，超高频微波技术的发频电压的频率，第二次世界大战后，超高频微波技术的发展，使之成为可能。展，使之成为可能。 采用采用微波电场微波电场把电子加速到高能的装置。要求微波的相把电子加速到高能的装置。要求微波的

51、相位变化要与电子的速度同步匹配，即要求电磁波电场分量位变化要与电子的速度同步匹配，即要求电磁波电场分量的相位变化在电子到达时必须指向前进的方向。的相位变化在电子到达时必须指向前进的方向。加速管实际上是一个微波波导管，由一组圆柱形的谐振加速管实际上是一个微波波导管，由一组圆柱形的谐振腔组成腔组成，每个谐振腔的直径为，每个谐振腔的直径为10cm，长度为，长度为2.5cm5cm。建立的电磁场为建立的电磁场为TM010波波( (横磁波横磁波) )，电场沿轴向分布，磁，电场沿轴向分布，磁场沿横向分布。场沿横向分布。（一）加速原理（一）加速原理图图4-15 射频电子直线加速器中加速电场的建立射频电子直线加

52、速器中加速电场的建立 (a) 行波加速行波加速 (b)驻波加速驻波加速 振动频率、振幅和传播速度相同而传播方向相反的两列波振动频率、振幅和传播速度相同而传播方向相反的两列波叠加时，就产生叠加时，就产生驻波驻波。 驻波形成时，空间各处的介质点或物理量只在原位置附近做驻波形成时，空间各处的介质点或物理量只在原位置附近做振动，波停驻不前，而没有行波的感觉，所以称为驻波。形成振动，波停驻不前，而没有行波的感觉，所以称为驻波。形成驻波时，各处介质质点或物理量以不同的振幅振动。振幅最大驻波时，各处介质质点或物理量以不同的振幅振动。振幅最大处叫波腹，振幅最小处即看上去静止不动处叫波节。相邻两个处叫波腹，振幅

53、最小处即看上去静止不动处叫波节。相邻两个波节或波腹之间的距离是半个波长。波节或波腹之间的距离是半个波长。 波在介质中传播时不断向前推进，故称波在介质中传播时不断向前推进，故称行波行波 图图4-16 射频电子直线加速器加速原理射频电子直线加速器加速原理(a) 行波加速行波加速 假设有一电子假设有一电子e e在在t1t1时刻处时刻处于于A A点，电子正好处于电场加点，电子正好处于电场加速力的作用下，开始向前运动。速力的作用下，开始向前运动。至至t2t2时刻电子到达时刻电子到达B B点，此时点，此时由于电波也由于电波也“向前向前”移动（实移动（实际上是电场在各点的幅值随时际上是电场在各点的幅值随时间

54、的变化）间的变化）, ,电子在电子在t2t2时刻，时刻，正好又处于加速电场的作用下。正好又处于加速电场的作用下。行波加速行波加速如果波的移动速度和电子的运动速度一致，那么电子将持如果波的移动速度和电子的运动速度一致，那么电子将持续受到电场的加速。但由于这种波的传播速度（相速度）大续受到电场的加速。但由于这种波的传播速度（相速度）大于光束，即永远大于电子的运动速度，为此必须将波速减慢。于光束，即永远大于电子的运动速度，为此必须将波速减慢。在波导管内加上许多圆盘状光栏，改变圆盘间的距离可以改在波导管内加上许多圆盘状光栏，改变圆盘间的距离可以改变波的传播速度（相速度）。变波的传播速度（相速度）。这种

55、以圆盘光栏为负荷来减慢行波相速的波导管称为这种以圆盘光栏为负荷来减慢行波相速的波导管称为“盘荷波导盘荷波导管管”。在开始阶段，由于电子的速度较小，因此间距小些，使波。在开始阶段，由于电子的速度较小，因此间距小些，使波的传播速度慢些，随着电子速度的增加，慢慢增加间距，使波速的传播速度慢些，随着电子速度的增加，慢慢增加间距，使波速也随之加快并到达光速，之后保持间距不变。这种波称为行波，也随之加快并到达光速，之后保持间距不变。这种波称为行波，利用这种波加速电子的加速器称为利用这种波加速电子的加速器称为行波电子直线加速器行波电子直线加速器。驻波的产生驻波的产生 适当调节反射波的相位和速度，可以产生驻波

56、。利用驻波来加速适当调节反射波的相位和速度，可以产生驻波。利用驻波来加速电子的直线加速器称为电子的直线加速器称为驻波电子直线加速器驻波电子直线加速器。驻波加速驻波加速(b)驻波加速驻波加速图图4-16 射频电子直线加速器加速射频电子直线加速器加速原理原理t1时刻电子受到电场的作用向时刻电子受到电场的作用向前加速运动；前加速运动；t2时刻电场处处时刻电场处处为零，电子此时并不加速；为零，电子此时并不加速；t3时刻电场正好反向，但电子已时刻电场正好反向，但电子已经运动到它的后半周，又处于经运动到它的后半周，又处于加速电场作用下得到加速；加速电场作用下得到加速；t4时刻电场由反向恢复到零，电时刻电场

57、由反向恢复到零，电子不被加速。子不被加速。 在在t1和和t2时刻之间，由于电场由正向零变化（即幅值变小）时刻之间，由于电场由正向零变化（即幅值变小）而相位不变，此时位于而相位不变，此时位于t1，t2间的电子仍然受着加速场的作间的电子仍然受着加速场的作用而累增其能量，在其它时刻的电子也与此类似。用而累增其能量，在其它时刻的电子也与此类似。 这种加速器由于利用了行波的反射波，因此功率消耗比这种加速器由于利用了行波的反射波，因此功率消耗比行波的要小，所以得到同样能量的加速器其长度可以进一步行波的要小，所以得到同样能量的加速器其长度可以进一步缩短，这在医疗上是理想的，因此近年来有较大的发展，但缩短，这

58、在医疗上是理想的，因此近年来有较大的发展，但其制造工艺较复杂，成本较高。其制造工艺较复杂，成本较高。工作原理工作原理：脉冲调制器从外部电源获得能量并转换为脉冲宽度为：脉冲调制器从外部电源获得能量并转换为脉冲宽度为几微秒、电压几十千伏的脉冲，同时加到磁控制管（或速调管）几微秒、电压几十千伏的脉冲，同时加到磁控制管（或速调管）和电子枪。电子枪中的电子经阳极和阴极间的脉冲负高压（和电子枪。电子枪中的电子经阳极和阴极间的脉冲负高压（45kV45kV左右）的作用进入加速管。左右）的作用进入加速管。典型的医用行波电子直线加速器典型的医用行波电子直线加速器与此同时，磁控管或与此同时，磁控管或速调管经波导管将

59、高速调管经波导管将高功率的微波送入加速功率的微波送入加速管，电子束被加速到管，电子束被加速到所需要的能量后，经所需要的能量后，经过偏转磁铁偏转，直过偏转磁铁偏转，直接引出（电子束治疗）接引出（电子束治疗）或打靶（或打靶（X X射线治疗）。射线治疗）。VarianVarian CLINAC 21EXCLINAC 21EX医用直线加速器医用直线加速器 治疗头治疗头（与治疗有关的重要附属设备）（与治疗有关的重要附属设备）扩大和均匀射野扩大和均匀射野 对对X X射线治疗，在射线路径上加射线治疗，在射线路径上加均整器均整器； 对电子束治疗，换成对电子束治疗，换成散射片散射片输出剂量由输出剂量由薄壁穿射电

60、离室薄壁穿射电离室监测，其优点可以减少电子束中监测，其优点可以减少电子束中的的X X射线污染和能量损失。射线污染和能量损失。 （二）（二）X射线、电子束的能量射线、电子束的能量目前市场上主要有目前市场上主要有三种机型三种机型： （1） 低能单光子（低能单光子（46MV）直线加速器）直线加速器 （2）低能单光子（）低能单光子（6MV）带电子束直线加速器）带电子束直线加速器 （3）（中）高能单（双）光子带电子束直线加速器）（中）高能单（双）光子带电子束直线加速器 临床经验证明，约临床经验证明，约80的深部肿瘤的深部肿瘤 6MV X射线射线可满足要可满足要求，对某些较深部位（如腹部）的肿瘤，使用较高