放射劑量學(xué)簡介PPT課件

.,1,放射劑量學(xué)簡介,.,2,第一節(jié),腫瘤放射治療學(xué)總論,.,3,定義與組成,利用放射性射線的物理特性及生物特性來治療惡性腫瘤即為放射治療，作為一門臨床學(xué)科來說即稱為放射治療學(xué)。包括臨床放射治療學(xué)、放射物理學(xué)、放射生物學(xué)。放射劑量學(xué)是放射物理學(xué)的一個分支。,.,4,放射治療發(fā)展史,1896年居里夫人發(fā)現(xiàn)鐳、線1899年第一例用放射治愈病人被報告，但僅限于淺表疾?。ò[瘤），主要近距離放射1913年Coolidge發(fā)明千伏X線球管。當時僅用于診斷攝片。1922年產(chǎn)生了千伏X線治療機，由此，開始了深部疾病的放療，但治療結(jié)果不能重復(fù)同年的巴黎國際放射會議，Coutard和Hautant報導(dǎo)了放射治療喉癌獲得成功,.,5,放射治療發(fā)展史,1934年Coutard創(chuàng)造了長療程多次分割照射的放療方法一直至今沿用30年代產(chǎn)生更高能量的X線50年代產(chǎn)生60Co治療機70年代產(chǎn)生直線加速器80年代出現(xiàn)中子治療機,.,6,放射治療屬于局部治療，它對腫瘤無選擇性作用，而對腫瘤周圍的健康組織卻有損害。提高腫瘤治愈率就使要減輕正常健康組織的損傷，同時要增加腫瘤殺死的效應(yīng)。為此掌握電離輻射產(chǎn)生和吸收的物理基礎(chǔ)，掌握放射生物效應(yīng)，以及了解腫瘤生長和正常組織的愈合，對于從事腫瘤治療工作者來說是更為重要。,.,7,臨床采用的射線類型及治療設(shè)備,射線分類：光子射線不帶電低能X線：深部X線治療機高能X線：直線加速治療機射線：Co治療機,.,8,非光子射線（粒子）1)電子線（）：加速器治療機產(chǎn)生2)中子治療機（原子裂變）3)負介子：4)粒子5)質(zhì)子、重離子He、C、O,.,9,治療設(shè)備,、X線治療機特點：優(yōu)點（）、產(chǎn)生低能X線，穿透能力弱（）、適于治療淺表病灶缺點（）、骨組織中吸收增多（）、產(chǎn)生皮膚高劑量區(qū)域,.,10,Co-治療機,特點：（）、產(chǎn)生射線，穿透能力高于深部X線（）、最高劑量在皮下.5厘米，產(chǎn)生皮膚減免作用（）、骨組織吸收明顯低（）、適于治療深部腫瘤缺點（）、半衰期5.26年，需要換源（）、半影較大,.,11,.,12,直線加速器,原理：電子在加速管內(nèi)直線運行，不斷加速，使得能量不斷加大，當電子速度加大到一定程度后-與金屬板碰撞（如金）產(chǎn)生高能X線直接引出電子束特點：（）產(chǎn)生高能X線，穿透能力強于Co（）最高劑量在皮下某一深度（）表面量（如皮膚量）低（）半影小（）適于治療大部分腫瘤，尤其是深部腫瘤（6）電子線特性，使其產(chǎn)生特殊用法，如治療偏心的淺表腫瘤，結(jié)合其它射線使劑量分布均勻等,.,13,.,14,.,15,4、感應(yīng)加速器：電子回旋加速5、中子加速器：由中子直線加速6、其它放射治療機:質(zhì)子加速器等,.,16,.,17,放射治療輔助設(shè)備,1.CT：分為診斷性和治療性二種使用價值2.模擬機：模擬治療機下的X透視機主要目的：.定出射野部位、設(shè)野、布置其大小，然后反映于體表.攝片以核對用，及后裝治療中計算機的劑量優(yōu)化,.,18,.,19,3.TPS（治療計劃系統(tǒng)）：CT片上畫出腫瘤范圍-將圖象輸入電腦-醫(yī)生要求達到的劑量分布方案及布野設(shè)計-優(yōu)化出最佳布野方案劑量分布，各照射野所給以的劑量比例-打印和繪圖機-治療病人,.,20,.,21,.,22,第二節(jié)放射物理學(xué)基礎(chǔ),原則：最佳的臨床治療要求使放射線的焦點集中在原發(fā)腫瘤區(qū)和局部侵犯區(qū)。臨床劑量學(xué)要求：劑量準確；治療區(qū)域內(nèi)劑量分布均勻；盡力提高腫瘤區(qū)劑量；降低正常組織劑量；保護重要器官（如脊髓等）。,.,23,常用的放射性射線的種類,（1）射線發(fā)生器產(chǎn)生的：電子線（e）X線(x)中子射線(n)質(zhì)子射線(p)重離子射線負介子射線(-)（2）放射性同位素產(chǎn)生的：射線射線射線,.,24,常用的放射性同位素有,鈷-60（60Co)銫-137(137Cs)銥-174(174Ir)碘-131(131I)鐳-226(226Ra)锎-252(252Cf),.,25,電磁波（光子）線。,包括X射線和射線，連續(xù)的電磁光譜尚包括無線電波和光。X射線是通過一種裝置將電子加速到高能狀態(tài)，并沖擊合適的靶（鎢和銅）而產(chǎn)生。靶所阻擋的能量一部分以熱能方式釋放，另一部分轉(zhuǎn)換X線射線。射線是放射性同位素的原子核釋放出來的，射線和X射線在組織中被吸收，其作用方式是通過與外周電子發(fā)生相互作用并使外周軌道電子發(fā)生移動。在放射腫瘤學(xué)中常用的能量范圍內(nèi)，常常以康普頓效應(yīng)的方式被吸收。,.,26,.,27,中子線,回旋加速器常能產(chǎn)生。對于快中子的深度劑量特性（714MeV）類似于鈷60。中子是高LET射線，但是中子是不帶電粒子，在組織，水或其他介質(zhì)中以指數(shù)方式衰減，不具有其他高LET射線的物理特點?？熘凶又委煹膬?yōu)點主要在生物學(xué)方面?？熘凶覱ER值低，約1.51.6，相對生物效應(yīng)不僅隨著能量變化，而且隨著介質(zhì)深度和分次照射而變化，比較復(fù)雜，應(yīng)用時要做實際測量。,.,28,重粒子輻射,質(zhì)子在物理上有一個Bragg峰，根據(jù)能量變化Bragg峰位置可發(fā)生改變。是高LET（線性能量傳遞LinearEnergyTransfer）電離性輻射低LET：由于次級電子少、稀。雖然有些高能X線穿透力強，但能量傳遞水平很低。包括低能X線光子束，高能X線，電子線等。高LET：次級電子多、密。如中子、粒子、負介子等。,.,29,.,30,放射物理的基本物理量及單位,1.照射量（）1）照射量定義：照射量是指X線或線的光子在單位質(zhì)量空氣中釋放出來的所有次級電子，當它們完全被空氣阻止時，在空氣中所形成的任何一種符號離子的總電荷量的絕對值。=dQ/dm,.,31,2）照射量的單位國際制單位：庫侖千克-1（C.Kg-1）暫時沿用的專用單位：倫琴（R）1R=2.58x10-4C.Kg-11R=103mR=106R,.,32,2.照射量率1).照射量率定義：照射量率是單位時間內(nèi)照射量的增量=dX/dt2).照射量率的單位國際制單位：庫侖千克-1秒-1（C.Kg-1S-1）暫時沿用的專用單位：倫琴秒-1（RS-1）,.,33,3.吸收劑量（D）1）.吸收劑量定義：吸收劑量是任何電離輻射與質(zhì)量為dm的物質(zhì)的平均能量d除以dm所得的商D=d/dm2）.吸收劑量的單位：國際單位制單位：焦耳千克-1（JKg-1)專名：戈瑞（Gy)1Gy=100cGy,.,34,5.吸收劑量與照射量的關(guān)系：吸收劑量（D）和照射量（X）是兩個概念完全不同的輻射量，但在兩個量之間，在相同的條件下又存在下述關(guān)系：D=f.Xf-照射量吸收劑量轉(zhuǎn)換系數(shù),.,35,.,36,測量單位,放射活性元素是表達為每秒蛻變的數(shù)量。放射活性單位過去是居里（Ci），相等于3.71010每秒蛻變數(shù)（很粗等于1G鐳的活性）。代替Ci的SI單位是Becquere（Bq），確定為每秒1次蛻變。1個Ci（居里）等于3.71010Bq。放射防護單位集合了物理吸收劑量（Gy）和有關(guān)放射生物作用的限制因素（Q）。雷拇rem（radQ）已經(jīng)被Sievert（Sv）所代替；1Sv等于100rem。,.,37,放射治療的物理基礎(chǔ),放射性射線的穿透性放射性射線的電離性,.,38,放射性射線的穿透性,放射性射線的穿透性就是指射線與物質(zhì)相互作用時能穿透到物質(zhì)內(nèi)一定深度。射線的穿透深度，穿透曲線的形狀與射線的種類，射線的能量及被穿透物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。,.,39,.,40,放射性射線的電離性,放射性射線能使受照物質(zhì)的分子，原子電離。故稱作為“致電離輻射射線”，這是放射性射線的重要物理性質(zhì)，構(gòu)成了放射治療的物理基礎(chǔ)。,.,41,1）電離性的生物效應(yīng),I）間接效應(yīng)間接效應(yīng)就是指放射性射線使水電離所引起的生物效應(yīng)“水的原發(fā)輻射產(chǎn)物”如下式：射線照射H2OH+OH_+e_ag+H2+H2O+H3O+,.,42,）直接效應(yīng)直接效應(yīng)就是指放射性射線直接對生物物體作用所產(chǎn)生的生物效應(yīng)射線照射RH_RH+e_R+H+e_,.,43,2）空氣電離性的物理效應(yīng),I=eN0/e電子電荷，1.610-19庫侖N0單位時間內(nèi)進入電離室的輻射粒子數(shù)電離輻射在某種氣體中損失的能量該種氣體的平均電離能,.,44,.,45,.,46,第三節(jié)照射野劑量學(xué),在放射治療中，患者所接受的輻射劑量，一般不能在患者的體內(nèi)直接測量，通常是在人體組織替代材料。如水模體中，對各種類型的外照射治療機進行劑量校準，劑量分布測定等，并將水模體中的吸收劑量轉(zhuǎn)換為患者所接受的劑量。為此需要利用和發(fā)展外照射照射野劑量學(xué)系統(tǒng)。以下將簡要介紹照射野劑量分布的描述和X()射線及高能電子束劑量分布的特點。,.,47,一、照射野及照射野劑量分布的描述,射線束(beam)從放射源出發(fā)沿著光子或電子等輻射粒子傳輸方向，其橫截面的空間范圍稱為射線束。射線束中心軸(beamaxis)定義為射線束的對稱軸，并與由光闌所確定的射線束中心，準直器的旋轉(zhuǎn)軸和放射源的中心同軸。,.,48,名詞定義,照射野(fleld)由準直器確定射線束的邊界，并垂直于射線束中心軸的射線束平面稱為照射野。照射野的大小一般有兩種定義方法。一是幾何學(xué)照射野，即放射源的前表面經(jīng)準直器在模體表面的投影；再一為物理學(xué)照射野，這是劑量學(xué)概念，即以射線束中心軸劑量為100，照射野相對兩邊50等劑量線之間的距離，為照射野的大小。,.,49,名詞定義,源皮距(SSD)從放射源前表面沿射線束中心軸到受照物體表面的距離。源軸距(SAD)從放射源前表面沿射線束中心軸到等中心的距離。參考點(referencepoint)模體中沿射線束中心軸深度劑量確定為100的位置。對于勢能低于400kV的X射線，該點定義為模體表面，高能X()射線，定義為最大劑量點位置。,.,50,名詞定義,校準點(calibrationpoint)國家技術(shù)監(jiān)督部門頒布的劑量學(xué)規(guī)程所規(guī)定的放射治療機劑量校準的測量點。射線質(zhì)(beamquality)用于表示射線束在水模體中穿射本領(lǐng)的術(shù)語，該質(zhì)是帶電和非帶電粒子能量的函數(shù)。,.,51,劑量學(xué)參數(shù),(一)平方反比定律(inversesquarelaw，ISL)平方反比定律是放射源在空氣中放射性強度(可表示為照射量率和吸收劑量率)隨距離變化的基本規(guī)律。,.,52,(二)百分深度劑量(percentagedepthdose，PDD)百分深度劑量是最常用的照射野劑量學(xué)參數(shù)之一，定義為水模體中以百分數(shù)表示的，射線束中心軸某一深度處的吸收劑量，與參考深度的吸收劑量的比值。,.,53,.,54,(三)組織空氣比(tissueairratio，TAR)組織空氣比是加拿大物理學(xué)家Johns于20世紀50年代初提出的，目的是解決鈷-60和中低能量等光子射線束旋轉(zhuǎn)治療的劑量計算。組織空氣比定義為水模體中射線束中心軸某一深度的吸收劑量，與空氣中距放射源相同距離處，在一剛好建立電子平衡的模體材料中吸收劑量的比值。,.,55,(四)組織模體比(tissuephantomratio，TPR)和組織最大劑量比(tissuemaximumratio，TMR)對于高能量光子，不依賴于源皮距離變化而改變的劑量學(xué)參數(shù)是組織模體比，定義為水模體中，射線束中心軸某一深度的吸收劑量，與距放射源相同距離的同一位置，校準深度處吸收劑量的比值。,.,56,(五)散射空氣比(scatterairratio，SAR)和散射最大劑量比(scattermaximumratio，SMR)應(yīng)用散射空氣比和散射最大劑量比是為了計算模體中的散射線的劑量。分別計算原射線和散射線的劑量在不規(guī)則形狀照射野的劑量學(xué)中具有特別意義。,.,57,散射空氣比定義為水模體中某一深度的散射線劑量，與空間同一點空氣中吸收劑量的比值。因模體中某一點的散射線劑量影等于該點的總劑量減去原射線劑量。用實驗方法可以測量得到照射野中某一位置原射線劑量，這一照射野定義為零野。則某一照射野的散射空氣比可以用該照射野的組織空氣比與零野的組織空氣比計算得出。,.,58,散射最大劑量比定義為水模體中某一深度的散射線劑量，與空間同一點剛好位于最大劑量點的有效原散射線劑量的比值。,.,59,(六)準直器散射因子(collimatorscatterfactor，Sc)和模體散射因子(phantomscatterfactor，Sp)模體中某一點的吸收劑量是由接受兩部分射線造成的，一是經(jīng)由治療機準直器準直入射的射線束，另一部分是由其在模體中產(chǎn)生的散射線。前一部分射線束中包括從放射源輻射的原射線，和經(jīng)準直器后產(chǎn)生的散射線。為與模體中的散射線相區(qū)別，并在劑量計算中分別考慮，定義原射線和經(jīng)準直器產(chǎn)生的散射線之和為有效原射線。,.,60,準直器散射因子也稱為輸出因子(outputfactor)，定義為空氣中某一大小照射野的輸出劑量與一參考照射野(通常為10cmXl0cm)的輸出劑量之比。準直器散射因子反映的是有效原射線隨照射野變化的特點。,.,61,模體散射因子定義為保持準直器開口不變，模體中最大劑量點處某一照射野的吸收劑量與參考照射野(通常為10cmX10cm)吸收劑量之比。根據(jù)定義，模體散射因子反映的是固定準直器開口條件下，隨模體受照射體積的改變，散射線變化的特點。Sc，p稱為總散射因子(totalscatterfactor)，定義為模體中參考深度處某一照射里吸收劑量與參考照射野吸收劑量的比值。,.,62,.,63,二、X()射線射野劑量分布的特點,X()射線百分深度劑量的特點等劑量曲線的特點楔形濾過板人體曲面和不均勻組織對劑量分布的影響,.,64,1、X()射線百分深度劑量的特點,能量和深度的影響照射野的影響源皮距離的影響,.,65,能量和深度的影響,.,66,照射野的影響,.,67,源皮距離的影響,.,68,2、等劑量曲線的特點,.,69,照射野離軸比,.,70,離軸比曲線的意義,利用離軸比曲線，可以描述和評價照射野的平坦度和對稱性。照射野平坦度定義為標準源皮距條件或等中心條件下，模體中10cm深度處，照射野80寬度內(nèi)，最大或最小劑量與中心軸劑量的偏差值，應(yīng)好于3。照射野對稱性定義為與平坦度同樣條件下，中心軸對稱任一兩點的劑量差與中心軸劑量的比值，應(yīng)好于3。,.,71,半影,照射野內(nèi)均勻的劑量相比，照射野邊緣劑量變化劇烈，迅速跌落，形成所謂的半影區(qū)。即80與20等劑量曲線之間的寬度，表示物理半影的大小。半影分為幾何半影、穿射半影和散射半影。幾何半影主要指鈷60治療機，是由放射源的大小、源到準直器的距離和源皮距離形成的。穿射半影受準直器漏射線影響。散射半影是準直器和模體內(nèi)的散射線形成。,.,72,等劑量曲線,不同能量射線束的深度，隨能量的增加而增加。低能射線束的等劑量曲線較為彎曲，而能量增加時，等劑量曲線逐漸變得平直。低能射線束的等劑量曲線在邊緣中斷，形成斷續(xù)的分布，而對于高能射線束，其穿透力比較強，準直器不能完全吸收，等劑量曲線基本是連續(xù)分布。在照射野邊緣，低能射線束的旁向散射份額較大，使低值等劑量曲線向外膨脹。鈷60射線，具有較大的半影區(qū),.,73,