放射物理学基础

放射物理学基础第一页，共五十二页，编辑于2023年，星期六常用放疗设备X线治疗机60Co治疗机医用直线加速器模拟定位机近距离后装治疗机第二页，共五十二页，编辑于2023年，星期六X线治疗机一般指400kV以下X线治疗肿瘤的装置原理：高速运动的电子作用于钨等重金属靶，发生特征辐射、韧致辐射，产生X线。用途：主要用于体表肿瘤和浅表淋巴结转移的治疗或预防性照射。缺点：深度剂量低，皮肤剂量高；骨吸收剂量高；易于散射，剂量分布差。第三页，共五十二页，编辑于2023年，星期六60Co治疗机原理：利用放射性同位素60Co发射出的γ射线治疗肿瘤特点：①能量高，射线穿透力强；②皮肤反应轻；③康普顿效应为主，骨吸收类似于软组织吸收；④旁向散射少，放射反应轻；⑤经济可靠，维修方便。缺点：需定时换源；环境污染第四页，共五十二页，编辑于2023年，星期六*60Co的半影问题半影的概念：照射野边缘的剂量随离开中心轴距离的增加而发生急剧的变化，这种变化的范围即为半影。几何半影：由于60Co放射源具有一定的尺寸，射线被准直器限束后，照射野边缘诸点受到剂量不均等的照射，造成剂量渐变分布。(改进方法：缩小尺寸、延长距离)第五页，共五十二页，编辑于2023年，星期六穿射半影：放射线束穿过准直器端面厚度不等而造成的剂量渐变分布。(改进方法：采用球面限光筒)散射半影：组织中散射线造成照射野边缘剂量渐变分布，这种散射线随能量增高而减少，但始终存在。第六页，共五十二页，编辑于2023年，星期六60Co的半影第七页，共五十二页，编辑于2023年，星期六医用直线加速器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。特点：可产生不同能量的X线(4~25MV)可产生不同能量的电子线(3~25MV)照射野均匀性好可作为X刀使用安全性好第八页，共五十二页，编辑于2023年，星期六模拟定位机X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。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。CT模拟机：是利用CT获取患者图像并进行三维重建，同时将图像传给放射治疗计划系统，进而对肿瘤实现精确定位的专用CT机。第九页，共五十二页，编辑于2023年，星期六近距离后装治疗机现代后装治疗机主要包括：治疗计划系统和治疗系统。现代近距离治疗的特点：放射源微型化，程控步进电机驱动；高活度放射源形成高剂量率治疗；微机计划设计。第十页，共五十二页，编辑于2023年，星期六*辐射源种类和照射方式辐射源种类第十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期六远距离照射：放射源离开人体一定距离集中照射某一病变部位。简称外照射。近距离照射：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，如舌、鼻咽、食管、宫颈等部位进行照射。又称组织间放疗和腔内放疗（后装治疗）。照射方式第十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期六射线作用于物质的效应特征辐射：入射电子将原子内层轨道上的电子撞击出去，任一外层轨道上的电子，可立即填补这个空穴，其多余能量以光子的形式释放出来而产生特征辐射。韧致辐射：入射电子穿过原子核附近，使原子核受激。当它退激发返回稳定状态时，其多余能量以X(γ)射线的形式放射出来，这种辐射称为韧致辐射。第十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期六第十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期六光子高速前进，在物质中与电子相撞，光子将全部能量用于击出电子，并赋予电子高速前进的动能，这种现象叫做光电效应。(光电效应主要发生在低kV级的X线，骨吸收高于肌肉和脂肪)光电效应：第十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期六康普顿效应：随着入射光子能量的增加(200kV-2MV)，光子与轨道上电子相撞，光子将部分能量转移给电子，使电子快速前进(反冲电子)，而光子本身则以减低之能量，改变方向，继续前进(散射光子)，这种现象叫做康普顿效应。第十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期六电子对效应：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。第十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期六*放射物理学有关名词及概念*吸收剂量(absorbeddose,D)吸收剂量D等于dE除以dm的商。即电离辐射给予质量为dm介质的平均能量dE。D=dE/dm单位：焦耳/千克(J/kg)。专用名Gray(Gy)，1Gy=1J/kg；原用单位rad，1rad=1cGy第十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期六照射量

(exposure,X)照射量X是dQ除以dm所得的商；指射线在单位质量的空气中所产生的电离的电荷数。

X=dQ/dm单位：库仑/千克(C/kg)。原用单位是伦琴(R)1R=2.58×10-4C/kg第十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期六比释动能(Kerma,K)：K等于dEtr除以dm的商；即K=dEtr/dm。dEtr是非带电致电离粒子在质量为dm的物质中所释放的所有带电致电离粒子的初始功能之和。单位：焦耳/千克(J/kg)。专用名Gray(Gy)，1Gy=1J/kg；第二十页，共五十二页，编辑于2023年，星期六放射性活度(activity,A)：指单位时间内放射性物质本身蜕变的多少，并不表示具体的剂量。单位：贝柯勒尔(Bq)，原用单位是居里(Ci)1Ci=3.7×1010Bq相同的放射性元素它的Bq数越大，其放射性越强。不同放射性元素，虽然Bq数相同，但其在组织中释放的剂量并不相同。这与放射源各自的半衰期、能量、射线种类有关。第二十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期六*射线质：指射线能量，表示射线贯穿物体的能力。中低能X射线，通常用半价层表示。高能X射线，通常用兆伏(MV)表示，如6MV-X线。放射线同位素，通常用核素名+辐射类型表示,如60Coγ射线。第二十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期六*半价层(HalfValuelayer，HVL)：是指置于X射线束通过的路径上，使其照射量减少一半所需某种物质的厚度。*照射野：射线束经准直器后垂直通过模体的范围，用模体表面的截面大小表示照射野的面积。临床剂量学规定，模体内50%同等剂量曲线的延长线交于模体表面的区域定义为照射野的大小。第二十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期六射线源：射线中心轴：参考点：——最大剂量点*源皮距

(sourceskindistance,SSD)：*源瘤距

(sourcetumordistance,STD)：*源轴距

(sourceaxialdistance,SAD)：第二十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期六*建成效应：当高能光子入射到体模表面后，产生次级电子，通过电离和激发将能量沉积在稍远于它产生位置的径迹上，使电子的通量和吸收剂量由表面到深层呈递增累积过程，直至达到最大值。从表面到最大剂量深度区域称为剂量建成区。第二十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期六建成效应：第二十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期六百分深度剂量(PDD)：模体内照射野中心轴上任意深度d处的吸收剂量Dd与参考点深度Dd0之比的百分数

PDD=Dd/Dd0×100%第二十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期六*影响百分深度剂量的因素组织深度的影响：在同一照射条件下，百分深度剂量在最大剂量点前，随深度的增加而增加；在最大剂量点后，随深度的增加，百分深度剂量逐渐减少。射线能量的影响：同一深度，百分深度剂量随射线能量的增加而增大。照射面积的影响：照射面积增大，同一深度的百分深度剂量随之加大。(但受射线能量的影响)第二十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期六的线即为等剂量曲线。等剂量曲线：将模体内剂量相同的点连接起来第二十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期六楔形板照射技术楔形板是用来修饰高能X(γ)线平野剂量分布的装置。楔形板对平野剂量分布的修正作用，用楔形角α表示，定义为在某一参考深度处等剂量曲线与照射野中心轴垂直线的夹角。ICRU第24号报告推荐用10cm作为楔形角的定义深度。传统的楔形角为15°30°45°60°四种。楔形角与楔板角第三十页，共五十二页，编辑于2023年，星期六楔形板是用来修饰高能X(γ)线平野剂量分布的装置第三十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期六楔板角与楔形角第三十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期六楔形因素：楔形板的选择：α

：楔形角；θ：两射野交角Fw=Ddw/Dd,Fw＜1α=90O-(θ/2)第三十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期六组织空气比与组织最大比组织空气比(TAR)：TAR=Dt/Dta第三十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期六组织最大比(TMR)：TMR=Dd/Ddm第三十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期六TMR和TAR类似，是指空间同一位置，在两种不同散射环境下的剂量比，它与到源的距离无关，而与放射源能量、深度及照射野面积有关；其变化类似于百分深度剂量变化。用途：用于等中心照射的剂量计算。第三十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期六电子束的基本特点高能电子束与X射线不同，它在组织中有一定的穿透深度，达到这一深度后其全部能量几乎丧失。穿透深度取决于电子束的能量，能量越高，穿透深度越大，治疗病变的深度亦增加。剂量跌落是临床上选用高能电子束最为重要的一个概念，电子束一般均在80%深度量之后迅速衰减，这对于保护肿瘤后正常组织及重要器官具有重要意义第三十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期六第三十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期六近距离治疗亦称内照射，腔内和组织间照射。包括腔内和管内、组织间、敷贴、术中照射等。用于近距离治疗的主要放射源及物理特性：第三十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期六近距离治疗的主要特点：根据距离平方反比定律：射线到达介质的强度与照射距离的平方呈反比关系。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。可对正常组织进行保护，但亦造成靶区剂量分布的不均匀。内照射不能单独应用于临床，一般作为外照射的补充。第四十页，共五十二页，编辑于2023年，星期六*线性能量传递(linearenergytransfer,LET)是指次级粒子径迹单位长度上的能量传递，即带电粒子传给其径迹物质上的能量。常用单位：KeV/umLET分为两类：低LET射线(X、γ、β射线)，LET值＜10KeV/um；高LET射线(快中子、负π介子、重粒子)，LET值＞100KeV/um辐射生物效应与LET值有重要关系。在相同吸收剂量下，射线LET值越大，其生物效应越大。第四十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期六高LET射线的特性高LET射线系指快中子、质子、负π介子以及氦、碳、氮、氧、氖等重粒子。特性：Bragg峰：高LET射线对细胞中含氧状态依赖性小；细胞亚致死损伤修复率低细胞周期依赖性小第四十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期六Bragg峰：第四十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期六*临床剂量学原则肿瘤剂量要准确治疗肿瘤区域内，剂量分布要均匀，剂量梯度变化≤±5%，90%的等剂量曲线要包括整个靶区尽量提高肿瘤治疗区域内剂量，降低降低周围正常组织受量保护肿瘤周围重要器官第四十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期六第四十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期六*计划设计的有关概念GTVCTVPTVTVIVOR第四十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期六GTV/CTV/PTV/TV/IV

的定义GTV(Grosstumorvolume)肿瘤区：指通过临床诊察手段证实的肿瘤范围CTV(Clinicaltargetvolume)临床靶区：包括瘤体本身及周围潜在的受侵犯组织及临床估计可能侵犯的范围PTV(Planningtargetvolume)计划区：指包括靶区本身和考虑到日常摆位及照射中病人(及器官)运动所造成的靶位置和体积的变化而相应扩大照射的组织范围第四十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期六TV(Treatmentvolume)治疗区：根据治疗目的(根治性或姑息性)确定的，某一等剂量曲线所包括的范围IV(Irradiationvolume)照射区：指50%等剂量曲线所包括的范围