臨床放射物理學(xué)基礎(chǔ)

臨床放射物理學(xué)根底1整理課件原子結(jié)構(gòu)2整理課件核能級原子核通常保持在穩(wěn)定的基態(tài)受到外界能量，原子核將處于激發(fā)態(tài)，原子核由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)是會釋放光子的形式輻射能量，光子能量為這兩個能級之差3整理課件放射性核衰變4整理課件5整理課件6整理課件放射治療劑量單位7整理課件8整理課件射線的測量和校正9整理課件電離輻射與物質(zhì)的相互作用帶點粒子與物質(zhì)的相互作用〔1〕與原子核外電子發(fā)生非彈性碰撞；〔電離與激發(fā)〕〔2〕與原子核發(fā)生非彈性碰撞；〔3〕與原子核發(fā)生彈性碰撞；〔4〕與原子核發(fā)生核反響。10整理課件光子與物質(zhì)相互作用與帶電粒子相比，X〔γ〕射線與物質(zhì)的相互作用表現(xiàn)出不同的特點：〔1〕X〔γ〕光子不能直接引起物質(zhì)原子電離或激發(fā)，而是先把能量傳遞給帶電粒子；〔2〕X〔γ〕光子與物質(zhì)的一次相互作用可以損失其能量的大局部或全部，而帶電粒子那么是通過許屢次相互作用逐漸損失其能量；〔3〕X〔γ〕光子入射到物體時，其強度隨穿透物質(zhì)厚度近似呈指數(shù)衰減，而帶電粒子有確定的射程，在射程之外觀察不到帶電粒子。光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對效應(yīng)11整理課件Ⅰ.光電效應(yīng)Ⅱ.康普頓效應(yīng)++eehνhνhν’Ⅲ.電子對效應(yīng)+hνZee-e+相互作用方式12整理課件〔一〕高能X〔γ〕射線的物理特性13整理課件〔一〕高能X〔γ〕射線的物理特性14整理課件〔四〕其他重粒子的物理特性用于放射治療的其他重粒子物理劑量分布和質(zhì)子大致相同，同時它的高LET值造成高的RBE和低OER，對高能X〔γ〕射線抗拒，修復(fù)能力強的腫瘤，采用重粒子照射時會提高它的放射敏感性。常用的重粒子包括：氦，碳，氧，氖等的原子核離子。15整理課件放射源的種類及照射方式放射源的種類：〔1〕放出α、β、γ射線的放射性同位素?！?〕產(chǎn)生不同能量的X射線的X射線治療機和各類加速器?！?〕產(chǎn)生電子束、質(zhì)子束、中子束、負π介子束及其它重粒子束的各類加速器。16整理課件放射源的種類及照射方式根本的照射方式：放射源位于體外一定距離，集中照射人體某一部位，叫做體外遠距離照射將放射源密封后直接植入被治療的組織內(nèi)或放入人體的天然腔隙內(nèi)，如口腔，鼻咽，食管，宮頸等部位進行照射，叫做組織間照射和腔內(nèi)照射，簡稱近距離照射。還有一種情形是利用人體某種器官對某種放射性同位素的選擇性吸收，將該種放射性同位素通過口服或者靜脈注入人體內(nèi)進行治療，稱為內(nèi)用同位素治療17整理課件常規(guī)遠距離照射固定源皮距(SSD)技術(shù)醫(yī)生在皮膚外表勾畫出照射野的形狀，直接對準(zhǔn)進行照射的方式。等中心(SAD)技術(shù)通過患者身體上或輔助固定器材上確定標(biāo)記點，借助資料室激光燈系統(tǒng)，建立與治療機坐標(biāo)系的統(tǒng)一〔腫瘤中心與治療機等中心〕，應(yīng)用多個照射野，多角度進行照射的方式。

18整理課件19整理課件20整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素名稱定義：21整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素放射源〔S〕一般規(guī)定為放射源前外表的中心，或產(chǎn)生輻射的靶面中心。射野中心軸射線束的中心對稱軸線。臨床上一般用放射源S穿過照射野中心的連線作為射野中心軸。照射野射線束經(jīng)過準(zhǔn)直器后垂直通過模體的范圍，用模體外表的截面大小表示照射野的面積。臨床劑量學(xué)中規(guī)定模體內(nèi)50％同等劑量曲線的延長線交于模體外表的區(qū)域定義為照射野的大小。22整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素參考點規(guī)定模體外表下射野中心軸上某一點作為劑量計算或測量參考的點。校準(zhǔn)點在射野中心軸上指定的用于校準(zhǔn)的測量點。模體外表到校準(zhǔn)點深度記為dc。源皮距〔SSD〕放射源到模體外表照射野中心的距離。源瘤距〔STD〕放射源沿射野中心軸到腫瘤考慮點的距離。源軸距〔SAD〕放射源到機架旋轉(zhuǎn)軸和機器等中心的距離。23整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素等中心放射源中心軸照射野〔大小為投影在等中心平面大小〕SSDSAD24整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素25整理課件26整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素百分深度劑量定義：射野中心軸上某一深度d處的吸收劑量率與參考點深度d0處劑量率的百分比。對能量低于400kVX射線，對高能X〔γ〕射線，27整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素28整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素

射線質(zhì)對百分深度劑量的影響29整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素射線質(zhì)對百分深度劑量的影響：〔1〕隨能量的增加，最大劑量點下移〔2〕體模外表百分深度劑量隨能量的增大而變小，高能射線可以更好的保護皮膚〔3〕在最大劑量點之后，百分深度劑量隨能量的增大而增大。提示：根據(jù)具體的腫瘤深度選擇適宜的射線能量防止在正常組織沉積過高劑量30整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素照射野大小對百分深度劑量的影響原射線奉獻劑量計算點散射線奉獻31整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素

照射野大小對百分深度劑量的影響〔1〕射野面積很小時，由于從其它地方散射到某一點的體積較小，所以散射對百分深度劑量的影響比較小，其外表下某一點的劑量根本上是由原射線造成的?！?〕當(dāng)射野面積較大時，由于散射射線增多，隨之增加。開始時，隨面積的增加而加快，以后變慢?！?〕高能時，由于散射射線主要向前，所以百分深度劑量隨射野面積改變較小。32整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素照射野大小對百分深度劑量的影響臨床上通常給出方形野的百分深度劑量，對于長方形野，圓形野，以及不規(guī)那么野那么需要通過等效面積的轉(zhuǎn)換。

臨床治療一般為不規(guī)那么野33整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素臨床上的等效方法：采用面積/周長比法。如果兩個野面積/周長比相同，那么認為等效。設(shè)矩形野長a、寬b，方形野邊長為s面積/周長比法雖然沒有很好的物理根底，只不過是個經(jīng)驗公式，但在臨床上得到廣泛的應(yīng)用。對圓形野，只要面積與某一方形野近似相同，就可認為等效，即s＝1.8r。34整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素源皮距對百分深度劑量的影響非標(biāo)稱源皮距下的百分深度劑量通過測量或者校正因子F使其和標(biāo)稱源皮距的百分深度劑量相關(guān)聯(lián).校正因子的得出遵循以下原理：〔1〕原射線遵從距離平方反比定律〔2〕原射線在介質(zhì)中的吸收遵從指數(shù)衰減規(guī)律〔3〕散射線奉獻的份額與最大劑量深度出的照射野面積有關(guān)35整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素

源皮距對百分深度劑量的影響距離平方反比圖示散射面積圖示36整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素

源皮距對百分深度劑量的影響原射線在介質(zhì)中的吸收遵從指數(shù)衰減規(guī)律圖示37整理課件〔二〕高能X〔γ〕射線百分深度劑量及影響因素38整理課件組織空氣比與組織最大劑量比組織空氣比(TAR)39整理課件組織空氣比與組織最大劑量比組織空氣比(TAR)定義腫瘤中心〔旋轉(zhuǎn)中心〕處小體積軟組織中的吸收劑量率同一空間位置空氣中一小體積軟組織內(nèi)的吸收劑量率40整理課件組織空氣比與組織最大劑量比在等中心照射時，利用百分深度劑量進行劑量的計算遇到困難，組織空氣比可以克服這一點，但是TAR的缺點是它必須測出空氣中計算點處的吸收劑量率。因射線能量增加時，電子平衡不能建立，測量變得困難，誤差也變大了。Holt提出組織最大劑量比的概念。41整理課件組織模體比〔TPR〕：為模體中射野中心軸上任意一點的劑量率與空間同一點模體中射野中心軸上參考深度〔t0〕處同一射野的劑量率之比。組織模體比和組織最大劑量比參考深度5cm或10cm。不要與PDD的定義混淆42整理課件QQm*PQ為考慮點；P為當(dāng)前條件下，射野中心軸上最大劑量點；Qm為Q點成為最大劑量點的情況。43整理課件當(dāng)t0＝dm時，TPR變?yōu)門MR。組織最大劑量比:對相同X〔γ〕射線的能量，因為dm隨射野增大而減小，隨源皮距的增大而增大，故dm應(yīng)取最小射野和最長源皮距時的值。44整理課件在準(zhǔn)直器系統(tǒng)產(chǎn)生的散射線中，對劑量奉獻主要來自于一級準(zhǔn)直器和均整器所產(chǎn)生的散射線，治療〔二級〕準(zhǔn)直器所產(chǎn)生的散射線對劑量的奉獻不到1％，因此治療準(zhǔn)直器〔包括射野擋塊〕只作為有效原射線的開口影響Sc大小，它本身產(chǎn)生的散射線對Sc的影響可以忽略。準(zhǔn)直器系統(tǒng)各組成局部對OUF或Sc的影響情況：45整理課件射野輸出因子的測量：一般用帶有劑量建成套的電離室在空氣中直接測量小射野的劑量率，與參考野〔10cm×10cm〕的劑量率相除后得到射野輸出因子〔OUF或Sc〕。測量射野輸出因子時應(yīng)注意：射野范圍的大小必須大于建成套的直徑。46整理課件47整理課件模體散射校正因子〔Sp〕：射野在模體內(nèi)參考點〔一般在最大劑量點〕深度處的劑量率與準(zhǔn)直器開口不變時參考射野〔10cm×10cm〕在同一深度處劑量率之比。總散射校正因子〔Sc,p〕：射野在模體中參考點深度處的輸出劑量率與參考野在模體中同一深度處的輸出劑量率之比。它是為由準(zhǔn)直器和模體的散射線共同造成的。48整理課件49整理課件〔六〕人體曲面和不均勻組織修正50整理課件51整理課件52整理課件人體曲面的校正方法53整理課件不均勻組織修正三維方案系統(tǒng)中通過算法來進行不均勻組織的校正54整理課件55整理課件組織補償56整理課件

組織補償57整理課件

組織補償58整理課件電子線組織不均勻性校正三維方案系統(tǒng)中通過基于多級散射理論的算法來進行不均勻修正59整理課件電子線補償技術(shù)補償人體不規(guī)那么的外輪廓減弱電子線束的穿透能力提高皮膚劑量經(jīng)常使用的補償材料有石蠟，聚苯乙烯和有機玻璃60整理課件臨床處方劑量的計算方法固定源皮距(SSD)照射技術(shù)式中為SSD因子，為楔形因子，為擋塊托盤因子，為準(zhǔn)直器散射因子，為模體散射因子，為治療腫瘤劑量。61整理課件臨床處方劑量的計算方法式中為SAD因子，SAD因子用于校正TMR的歸一參考點與射線束劑量校正位置不同對輸出量的影響。等中SAD照射技術(shù)62整理課件臨床處方劑量的計算方法處方劑量MUTPS內(nèi)核算法63整理課件臨床處方劑量的計算方法64整理課件〔五〕高能電子線臨床劑量學(xué)百分深度劑量曲線劑量建成區(qū)高劑量坪區(qū)劑量跌落區(qū)X線污染區(qū)65整理課件〔五〕高能電子線臨床劑量學(xué)Ds：入射或外表劑量，以外表下0.5mm處的劑量表示；Dm：最大劑量點劑量；R100：最大劑量點深度；Dx：電子束中x射線劑量；Rt〔R85〕：有效治療深度，即治療劑量規(guī)定值R50：50％Dm或半峰值處的深度〔HVD〕；Rp：電子束的射程；Rq：百分深度劑量曲線上，過劑量跌落最陡點的切線與Dm水平線交點的深度。66整理課件〔五〕高能電子線臨床劑量學(xué)影響電子線百分深度劑量的因素〔1〕能量的影響由于電子束易于散射，所以隨著射線能量的增加，外表劑量增加，高劑量坪區(qū)變寬，劑量梯度減小，X射線污染增加，電子束的臨床劑量學(xué)優(yōu)點逐漸消失。提示：根據(jù)腫瘤深度選擇適宜能量電子線使其在有效治療深度之前67整理課件〔五〕高能電子線臨床劑量學(xué)〔2〕照射野的影響低能時，因射程較短，射野對百分深度劑量的影響較小；對較高能量的電子束，因射程較長，使用較小的照射野時，相當(dāng)數(shù)量的電子被散射出照射野，百分深度劑量隨射野的變化較大。當(dāng)照射野增大時，較淺部位中心軸上電子的散射損失被照射野邊緣的散射電子補償逐漸到達平衡，百分深度劑量不再隨射野的增加而變化。一般條件下，當(dāng)照射野的直徑大于電子束射程的二分之一時，百分深度劑量隨照射野增大而變化極微。68整理課件〔五〕高能電子線臨床劑量學(xué)〔3〕源皮距的影響當(dāng)源皮距不同時，一些主要參數(shù)的變化規(guī)律，主要表現(xiàn)為：當(dāng)限光筒至皮膚外表的距離增加時，外表劑量降低，最大劑量深度變深，劑量梯度變陡，X射線污染略有增加，而且高能電子束較低能電子束變化顯著。造成這一現(xiàn)象的主要原因，是由于電子束有效源皮距的影響和電子束的散射特性。由于電子束百分深度劑量隨源皮距變化的這一特點，要求臨床應(yīng)用中，除非特殊需要，應(yīng)保持源皮距不變，否那么要根據(jù)實際的臨床使用條件，具體測量百分深度劑量有關(guān)參數(shù)的變化。69整理課件〔五〕高能電子線臨床劑量學(xué)電子線等劑量曲線的分布特點隨深度的增加，低值等劑量線向外側(cè)擴張，高值等劑量線向內(nèi)側(cè)收縮，并隨電子束能量而變化。70整理課件〔五〕高能電子線臨床劑量學(xué)電子線照射野內(nèi)劑量的均勻性和半影71整理課件電子線特殊照射技術(shù)旋轉(zhuǎn)照射技術(shù)

一般應(yīng)用在乳腺癌胸壁照射，可以使劑量更加均勻，肺受量降低。全身照射技術(shù)

主要治療淺表病變，皮膚癌等，一般通過延長治療距離、旋轉(zhuǎn)照射、掃描照射來實現(xiàn)。術(shù)中電子線照射技術(shù)

使用6-20Mev能量高能電子線，在直視下對病灶進行10-20Gy單次大劑量照射技術(shù)，照射范圍包括術(shù)后瘤床，殘存灶，或借助手術(shù)暴露但不能切除的腫瘤原發(fā)灶、淋巴引流區(qū)。術(shù)中照射可以提高腫瘤局控率，同時減少正常組織放射并發(fā)癥72整理課件〔五〕高能電子線臨床劑量學(xué)電子束射野均勻性表示：均勻性指數(shù)100cm2以上的照射野，此比值應(yīng)大于0.70，即沿射野邊和對角線方向90％，50％等劑量線的邊長之比L90／L50≥0.85，同時必須防止在該平面內(nèi)出現(xiàn)峰值劑量超過中心劑量的3％的劑量“熱點〞，它所包括的面積的直徑應(yīng)小于2cm?！裁娣e之比〕73整理課件定義：將封裝好的放射源，通過施源器或輸源導(dǎo)管直接植入患者的腫瘤部位進行照射。根本特征：放射源貼近腫瘤組織，使其可得到有效的殺傷劑量；而鄰近正常組織，受量較低?！埠苌賳为毷褂谩城粌?nèi)照射組織間插植照射管內(nèi)照射外表施源器照射70年代，隨著后裝技術(shù)的應(yīng)用，近距離照射得到長足開展。與外照射相比，有其獨特的劑量學(xué)特點，在臨床應(yīng)用中要給予特別的考慮。照射方式近距離照射74整理課件

一、平方反比定律

第一節(jié)近距離照射劑量學(xué)根本特點最根本最重要的特點放射源周圍的劑量分布是按照與放射源之間距離的平方而下降。是影響放射源周圍劑量分布的主要因素。75整理課件近放射源處的劑量隨距離變化要比遠源處大得多。1～2cm劑量變化為4倍3～4cm劑量變化為1.8倍靶區(qū)內(nèi)劑量相差很大。76整理課件①對不同體積的病變，只能按特定的劑量學(xué)規(guī)那么，選用不同的布源方式，以到達在不加重正常組織損傷的前提下，給予腫瘤組織較高劑量的照射?；谄椒椒幢榷商攸c，近距離照射劑量學(xué)與外照射劑量學(xué)有很大的不同：②近距離照射中，一般不使用劑量均勻性的概念。外照射時，方案靶區(qū)內(nèi)劑量變化一般不超過土5％。而在近距離照射時，在治療范圍內(nèi)，劑量不可能均勻，臨床應(yīng)用時應(yīng)該明確。77整理課件系統(tǒng)規(guī)定了放射源