放射物理學基礎

放射物理學基礎第一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六常用放療設備X線治療機60Co治療機醫(yī)用直線加速器模擬定位機近距離后裝治療機第二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六X線治療機一般指400kV以下X線治療腫瘤的裝置原理：高速運動的電子作用于鎢等重金屬靶，發(fā)生特征輻射、韌致輻射，產生X線。用途：主要用于體表腫瘤和淺表淋巴結轉移的治療或預防性照射。缺點：深度劑量低，皮膚劑量高；骨吸收劑量高；易于散射，劑量分布差。第三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六60Co治療機原理：利用放射性同位素60Co發(fā)射出的γ射線治療腫瘤特點：①能量高，射線穿透力強；②皮膚反應輕；③康普頓效應為主，骨吸收類似于軟組織吸收；④旁向散射少，放射反應輕；⑤經濟可靠，維修方便。缺點：需定時換源；環(huán)境污染第四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六*60Co的半影問題半影的概念：照射野邊緣的劑量隨離開中心軸距離的增加而發(fā)生急劇的變化，這種變化的范圍即為半影。幾何半影：由于60Co放射源具有一定的尺寸，射線被準直器限束后，照射野邊緣諸點受到劑量不均等的照射，造成劑量漸變分布。(改進方法：縮小尺寸、延長距離)第五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六穿射半影：放射線束穿過準直器端面厚度不等而造成的劑量漸變分布。(改進方法：采用球面限光筒)散射半影：組織中散射線造成照射野邊緣劑量漸變分布，這種散射線隨能量增高而減少，但始終存在。第六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六60Co的半影第七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六醫(yī)用直線加速器利用微波電場沿直線加速電子然后發(fā)射，或打靶產生X線發(fā)射，治療腫瘤的裝置。特點：可產生不同能量的X線(4~25MV)可產生不同能量的電子線(3~25MV)照射野均勻性好可作為X刀使用安全性好第八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六模擬定位機X線模擬定位機：是用來模擬加速器或60Co治療機機械性能的專用X線診斷機。作用：模擬各類治療機實施治療時的照射部位及范圍，進行治療前定位。CT模擬機：是利用CT獲取患者圖像并進行三維重建，同時將圖像傳給放射治療計劃系統(tǒng)，進而對腫瘤實現(xiàn)精確定位的專用CT機。第九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六近距離后裝治療機現(xiàn)代后裝治療機主要包括：治療計劃系統(tǒng)和治療系統(tǒng)?，F(xiàn)代近距離治療的特點：放射源微型化，程控步進電機驅動；高活度放射源形成高劑量率治療；微機計劃設計。第十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六*輻射源種類和照射方式輻射源種類第十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六遠距離照射：放射源離開人體一定距離集中照射某一病變部位。簡稱外照射。近距離照射：將放射源密封直接放入被治療的組織內或放入人體的天然腔內，如舌、鼻咽、食管、宮頸等部位進行照射。又稱組織間放療和腔內放療（后裝治療）。照射方式第十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六射線作用于物質的效應特征輻射：入射電子將原子內層軌道上的電子撞擊出去，任一外層軌道上的電子，可立即填補這個空穴，其多余能量以光子的形式釋放出來而產生特征輻射。韌致輻射：入射電子穿過原子核附近，使原子核受激。當它退激發(fā)返回穩(wěn)定狀態(tài)時，其多余能量以X(γ)射線的形式放射出來，這種輻射稱為韌致輻射。第十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六第十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六光子高速前進，在物質中與電子相撞，光子將全部能量用于擊出電子，并賦予電子高速前進的動能，這種現(xiàn)象叫做光電效應。(光電效應主要發(fā)生在低kV級的X線，骨吸收高于肌肉和脂肪)光電效應：第十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六康普頓效應：隨著入射光子能量的增加(200kV-2MV)，光子與軌道上電子相撞，光子將部分能量轉移給電子，使電子快速前進(反沖電子)，而光子本身則以減低之能量，改變方向，繼續(xù)前進(散射光子)，這種現(xiàn)象叫做康普頓效應。第十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六電子對效應：入射光子能量大于1.02MV時，光子可以與原子核相互作用，使入射光子的全部能量轉化成為具有一定能量的正電子和負電子，這就是電子對效應。第十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六*放射物理學有關名詞及概念*吸收劑量(absorbeddose,D)吸收劑量D等于dE除以dm的商。即電離輻射給予質量為dm介質的平均能量dE。D=dE/dm單位：焦耳/千克(J/kg)。專用名Gray(Gy)，1Gy=1J/kg；原用單位rad，1rad=1cGy第十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六照射量

(exposure,X)照射量X是dQ除以dm所得的商；指射線在單位質量的空氣中所產生的電離的電荷數(shù)。

X=dQ/dm單位：庫侖/千克(C/kg)。原用單位是倫琴(R)1R=2.58×10-4C/kg第十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六比釋動能(Kerma,K)：K等于dEtr除以dm的商；即K=dEtr/dm。dEtr是非帶電致電離粒子在質量為dm的物質中所釋放的所有帶電致電離粒子的初始功能之和。單位：焦耳/千克(J/kg)。專用名Gray(Gy)，1Gy=1J/kg；第二十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六放射性活度(activity,A)：指單位時間內放射性物質本身蛻變的多少，并不表示具體的劑量。單位：貝柯勒爾(Bq)，原用單位是居里(Ci)1Ci=3.7×1010Bq相同的放射性元素它的Bq數(shù)越大，其放射性越強。不同放射性元素，雖然Bq數(shù)相同，但其在組織中釋放的劑量并不相同。這與放射源各自的半衰期、能量、射線種類有關。第二十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六*射線質：指射線能量，表示射線貫穿物體的能力。中低能X射線，通常用半價層表示。高能X射線，通常用兆伏(MV)表示，如6MV-X線。放射線同位素，通常用核素名+輻射類型表示,如60Coγ射線。第二十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六*半價層(HalfValuelayer，HVL)：是指置于X射線束通過的路徑上，使其照射量減少一半所需某種物質的厚度。*照射野：射線束經準直器后垂直通過模體的范圍，用模體表面的截面大小表示照射野的面積。臨床劑量學規(guī)定，模體內50%同等劑量曲線的延長線交于模體表面的區(qū)域定義為照射野的大小。第二十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六射線源：射線中心軸：參考點：——最大劑量點*源皮距

(sourceskindistance,SSD)：*源瘤距

(sourcetumordistance,STD)：*源軸距

(sourceaxialdistance,SAD)：第二十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六*建成效應：當高能光子入射到體模表面后，產生次級電子，通過電離和激發(fā)將能量沉積在稍遠于它產生位置的徑跡上，使電子的通量和吸收劑量由表面到深層呈遞增累積過程，直至達到最大值。從表面到最大劑量深度區(qū)域稱為劑量建成區(qū)。第二十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六建成效應：第二十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六百分深度劑量(PDD)：模體內照射野中心軸上任意深度d處的吸收劑量Dd與參考點深度Dd0之比的百分數(shù)

PDD=Dd/Dd0×100%第二十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六*影響百分深度劑量的因素組織深度的影響：在同一照射條件下，百分深度劑量在最大劑量點前，隨深度的增加而增加；在最大劑量點后，隨深度的增加，百分深度劑量逐漸減少。射線能量的影響：同一深度，百分深度劑量隨射線能量的增加而增大。照射面積的影響：照射面積增大，同一深度的百分深度劑量隨之加大。(但受射線能量的影響)第二十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六的線即為等劑量曲線。等劑量曲線：將模體內劑量相同的點連接起來第二十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六楔形板照射技術楔形板是用來修飾高能X(γ)線平野劑量分布的裝置。楔形板對平野劑量分布的修正作用，用楔形角α表示，定義為在某一參考深度處等劑量曲線與照射野中心軸垂直線的夾角。ICRU第24號報告推薦用10cm作為楔形角的定義深度。傳統(tǒng)的楔形角為15°30°45°60°四種。楔形角與楔板角第三十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六楔形板是用來修飾高能X(γ)線平野劑量分布的裝置第三十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六楔板角與楔形角第三十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六楔形因素：楔形板的選擇：α

：楔形角；θ：兩射野交角Fw=Ddw/Dd,Fw＜1α=90O-(θ/2)第三十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六組織空氣比與組織最大比組織空氣比(TAR)：TAR=Dt/Dta第三十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六組織最大比(TMR)：TMR=Dd/Ddm第三十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六TMR和TAR類似，是指空間同一位置，在兩種不同散射環(huán)境下的劑量比，它與到源的距離無關，而與放射源能量、深度及照射野面積有關；其變化類似于百分深度劑量變化。用途：用于等中心照射的劑量計算。第三十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六電子束的基本特點高能電子束與X射線不同，它在組織中有一定的穿透深度，達到這一深度后其全部能量幾乎喪失。穿透深度取決于電子束的能量，能量越高，穿透深度越大，治療病變的深度亦增加。劑量跌落是臨床上選用高能電子束最為重要的一個概念，電子束一般均在80%深度量之后迅速衰減，這對于保護腫瘤后正常組織及重要器官具有重要意義第三十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六第三十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六近距離治療亦稱內照射，腔內和組織間照射。包括腔內和管內、組織間、敷貼、術中照射等。用于近距離治療的主要放射源及物理特性：第三十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六近距離治療的主要特點：根據(jù)距離平方反比定律：射線到達介質的強度與照射距離的平方呈反比關系。即距放射源較近處受照劑量高，隨距放射源距離的增加，劑量迅速跌落?？蓪φ＝M織進行保護，但亦造成靶區(qū)劑量分布的不均勻。內照射不能單獨應用于臨床，一般作為外照射的補充。第四十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六*線性能量傳遞(linearenergytransfer,LET)是指次級粒子徑跡單位長度上的能量傳遞，即帶電粒子傳給其徑跡物質上的能量。常用單位：KeV/umLET分為兩類：低LET射線(X、γ、β射線)，LET值＜10KeV/um；高LET射線(快中子、負π介子、重粒子)，LET值＞100KeV/um輻射生物效應與LET值有重要關系。在相同吸收劑量下，射線LET值越大，其生物效應越大。第四十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六高LET射線的特性高LET射線系指快中子、質子、負π介子以及氦、碳、氮、氧、氖等重粒子。特性：Bragg峰：高LET射線對細胞中含氧狀態(tài)依賴性?。患毎麃喼滤罁p傷修復率低細胞周期依賴性小第四十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六Bragg峰：第四十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六*臨床劑量學原則腫瘤劑量要準確治療腫瘤區(qū)域內，劑量分布要均勻，劑量梯度變化≤±5%，90%的等劑量曲線要包括整個靶區(qū)盡量提高腫瘤治療區(qū)域內劑量，降低降低周圍正常組織受量保護腫瘤周圍重要器官第四十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六第四十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六*計劃設計的有關概念GTVCTVPTVTVIVOR第四十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六GTV/CTV/PTV/TV/IV

的定義GTV(Grosstumorvolume)腫瘤區(qū)：指通過臨床診察手段證實的腫瘤范圍CTV(Clinicaltargetvolume)臨床靶區(qū)：包括瘤體本身及周圍潛在的受侵犯組織及臨床估計可能侵犯的范圍PTV(Planningtargetvolume)計劃區(qū)：指包括靶區(qū)本身和考慮到日常擺位及照射中病人(及器官)運動所造成的靶位置和體積的變化而相應擴大照射的組織范圍第四十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期六TV(Treatmentvolume)治療區(qū)：根據(jù)治療目的(根治性或姑息性)確定的，某一等劑量曲線所包括的范圍IV(Irradiationvolume)照射區(qū)：指50%等劑量曲線所包括的范圍