教學(xué)備課 核物理

1、教學(xué)備課第一章：核物理的基本知識(shí)第二章：電離輻射與物質(zhì)的相互作用第三章：X（r）線射野劑量學(xué)第四章：近距離治療第一章：核物理的基本知識(shí)一：原子物理的基本概念：1、 原子的基本結(jié)構(gòu)：原子是構(gòu)成物體的微小單位 質(zhì)子（正電荷）原子：原子核 中 子 核子核外電子（負(fù)電荷）原子序數(shù)：任何原子的核外電子數(shù)稱為該原子的原子序數(shù)核外電子數(shù) = 核內(nèi)質(zhì)子數(shù) = 原子序數(shù) （原子是電中性）同位素：原子序數(shù)相同而質(zhì)量數(shù)不同的核素，在元素周期表內(nèi)處于同一位置，互稱為同 位素一個(gè)原子的表示：ZAXX：元素符號(hào)；Z：原子序數(shù)，A原子質(zhì)量數(shù)，即原子核內(nèi)的核子數(shù)2、 原子、原子核能級(jí)原子的核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：主量子數(shù) n 軌道

2、量子數(shù)L軌道方向量子數(shù)ML軌道自旋量子數(shù)Ms核外電子的分布由泡利不相容原理決定電子在原子核庫(kù)侖場(chǎng)中所具有的勢(shì)能主要由主量子數(shù)n和軌道量子數(shù)L所決定，n和L的變化構(gòu)成了分立的原子能級(jí)。1） 基態(tài)：電子填充殼層時(shí)按照從低能到高能級(jí)的順序以保證原子處于能量最低狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為基態(tài)2） 激發(fā)態(tài)：當(dāng)電子獲得能量，從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)而使低能級(jí)出現(xiàn)空位時(shí)，稱原子處于激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的原子很不穩(wěn)定，高能級(jí)電子回自發(fā)躍遷到低能級(jí)空位上而使原子回到基態(tài)。兩能級(jí)能量的差值一種可能以電磁輻射的形式發(fā)出，這種電磁輻射稱為特征輻射，當(dāng)特征輻射的能量足夠高，進(jìn)入X射線能量范圍時(shí)，又稱為特征X射線；另一種可能是產(chǎn)生俄歇

3、電子。鎢原子的能級(jí)示意圖：3、 原子量：由于原子的質(zhì)量很小，通常原子的質(zhì)量采用相對(duì)原子質(zhì)量即原子量來表示原子量定義：阿佛加德羅定律：1摩爾（mol）任何元素的物質(zhì)包含有6。022045*1023個(gè)原子，此數(shù)稱之為阿佛加德羅常數(shù)。1摩爾物質(zhì)的質(zhì)量就是摩爾質(zhì)量，數(shù)值上等于原子量4、 基本粒子電子、質(zhì)子、中子、光子、介子和其他一些粒子認(rèn)為是物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本單元。其中，光子、電子廣泛應(yīng)用與放射治療中，質(zhì)子、中子也可用于放射治療二、放射性1、原子核衰變：核素有2000多種，其中，只有近300種是穩(wěn)定的，不穩(wěn)定的核素都會(huì)自發(fā)地放出射線，最終變?yōu)榉€(wěn)定核素。不穩(wěn)定的核素自發(fā)地放出射線，轉(zhuǎn)變成另一種核素，這種現(xiàn)象

4、稱為放射性。這個(gè)過程稱為放射性衰變。衰變類型主要有：1） 衰變：原子核自發(fā)地放射出粒子（氦的原子核）的轉(zhuǎn)變過程稱為衰變。反應(yīng)式：2） 衰變：原子核自發(fā)地放射出電子-或+正電子或俘獲一個(gè)軌道電子的轉(zhuǎn)變過程稱為衰變。反應(yīng)式：3） 躍遷：和衰變后的子核很可能處于激發(fā)態(tài)，會(huì)以射線的形式釋放能量躍遷到低能態(tài)或基態(tài)，這種過程稱為躍遷。鈷-60、銫-137、銥-192具有衰變同時(shí)具有射線2、放射形度量實(shí)驗(yàn)表明，在時(shí)間間隔tt+dt 內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)目-dN和t時(shí)刻的原子核數(shù)目以及時(shí)間間隔成正比，再通過初始條件，得到放射性衰變公式：為衰變常數(shù)，表示單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)原子核衰變的概率 放射性活度：一定量的放射性

5、核素在一個(gè)很短時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù)除以該時(shí)間間隔之商，公式為：?jiǎn)挝唬贺惪死諣枺˙q），A和A0分別是t時(shí)刻和初始時(shí)刻的放射性活度放射性核素的半衰期：放射性核素其原子衰變到初始數(shù)目一半是所需的時(shí)間稱為放射性核素的半衰期（T1/2），半衰期與衰變常數(shù)的關(guān)系為：平均壽命：放射性原子核平均生存的時(shí)間?？杀硎緸椋悍派湫员然疃龋?jiǎn)挝毁|(zhì)量的放射源的放射性活度。單位（Bq /g）放射性平衡：如果子母體的放射性活度保持固定的比例，稱為放射性平衡梯次衰變：放射性核素轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的核素時(shí)往往需要多次衰變才能完成。這種衰變成為梯次衰變?nèi)斯し派湫院怂氐漠a(chǎn)生：（1）利用反應(yīng)堆中的強(qiáng)中子束照射靶核，靶核俘獲中子而生成放射

6、性核；（2）利用中子引起重核裂變，從裂變碎片中提取放射性核素。第二章：電離輻射與物質(zhì)的相互作用基本概念：直接電離：由帶電粒子通過碰撞直接引起的物質(zhì)的原子或分子的電離稱為直接電離。間接電離：不帶電粒子通過與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的帶電粒子引起的原子的電離，稱為間接電離電離輻射：由直接電離粒子或間接電離粒子、或者兩者混合組成的輻射稱為電離輻射一：帶電粒子與物質(zhì)的相互作用作用方式：1）與核外電子發(fā)生非彈性碰撞 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)生核放應(yīng)1、與核外電子發(fā)生非彈性碰撞當(dāng)帶電粒子從靶物質(zhì)原子近旁經(jīng)過，入射粒子和軌道電子之間的庫(kù)侖力使電子受到吸引或排斥，從而獲得一

7、部分能量。如果軌道電子獲得足夠的能量，就會(huì)引起原子電離，則原子成為正離子，軌道電子成為自由電子。如果軌道電子獲得的能量不足以電離，則可引起原子激發(fā)，使電子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)。處于激發(fā)態(tài)的原子很不穩(wěn)定，躍遷到高能級(jí)的電子會(huì)自發(fā)躍遷到低能級(jí)而使原子回到基態(tài)，同時(shí)釋放出特征X射線或俄歇電子。帶電粒子因與核外電子發(fā)生非彈性碰撞，導(dǎo)致物質(zhì)原子電離和激發(fā)而損失的能量稱為碰撞損失或電離損失。描述的兩個(gè)物理量：1） 線性碰撞阻止本領(lǐng)（linear collision stopping power）(用符號(hào)Scol或（dE / dl）col 表示)：入射帶電粒子在靶物質(zhì)中穿行單位長(zhǎng)度路程時(shí)電離損失的平均能量2

8、） 質(zhì)量碰撞阻止本領(lǐng)（mass collision stopping power）：線性碰撞阻止本領(lǐng)除以靶物質(zhì)的密度。2、與原子核的非彈性碰撞當(dāng)帶電粒子從靶物質(zhì)原子近旁掠過時(shí)，在原子核庫(kù)侖場(chǎng)的作用下，運(yùn)動(dòng)方向和速度發(fā)生變化，此時(shí)帶電粒子的一部分動(dòng)能就變成具有連續(xù)能譜的X射線輻射出來，這種輻射稱為軔致輻射。描述的兩個(gè)物理量：1） 線性輻射阻止本領(lǐng)（linear radiative stopping power）:2） 質(zhì)量輻射阻止本領(lǐng)（mass radiative stopping power）3、 與原子核發(fā)生彈性碰撞當(dāng)帶電粒子與靶物質(zhì)原子核庫(kù)侖場(chǎng)發(fā)生相互作用時(shí)，盡管帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向和書牘發(fā)

9、生了變化，但不輻射光子，也不激發(fā)原子核，則此種相互作用滿足動(dòng)能和動(dòng)量守恒定律，稱彈性碰撞。當(dāng)帶電粒子能量較低時(shí)，才有明顯的彈性碰撞。幾個(gè)概念：1）總質(zhì)量阻止本領(lǐng)（total mass stopping power）：帶電粒子在密度為的介質(zhì)中穿過路程dl時(shí)，一切形式的能量損失dE除以dl而得到的商，用符號(hào)表示：2）質(zhì)量角散射本領(lǐng)、3）射程2） 傳能線密度：可衡量物質(zhì)的生物學(xué)效應(yīng)二：X（）射線與物質(zhì)的相互作用1、X（）射線與物質(zhì)相互作用的特點(diǎn)： （1）X（）光子不能直接引起物質(zhì)原子電離或激發(fā)，而是首先把能量傳遞給帶電粒子； （2）X（）光子與物質(zhì)的一次相互作用可以損失起能量的全部或很大一部分，而帶

10、電粒子則是通過許多次相互作用逐漸損失其能量； （3）X（）光子束入射到物體時(shí)，其強(qiáng)度歲穿透物質(zhì)厚度近似呈指數(shù)衰減，而帶電粒子有確定的射程，射程之外觀察不到帶電粒子。2、X（）射線與物質(zhì)相互作用的主要過程：光電效應(yīng)，康普頓散射，電子對(duì)效應(yīng)1）幾個(gè)概念：（1）截面（2）線性衰減系數(shù)（u），質(zhì)量衰減系數(shù)（3）線性能量轉(zhuǎn)移系數(shù)，質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù)半價(jià)層：X（）射線束流衰減到其初始值一半時(shí)所需的某種物質(zhì)的衰減塊厚度。2）相互作用方式：光電效應(yīng)：作用過程：X（）光子與物質(zhì)原子的軌道電子發(fā)生相互作用，把全部能量傳遞給對(duì)方，X（）光子消失，獲得能量的電子掙脫原子的束縛成為自由電子（光電子）；原子的電子軌道出現(xiàn)一個(gè)空

11、位而處于激發(fā)狀態(tài)，它將通過發(fā)射特征X射線或俄歇電子的形式回到基態(tài)，這個(gè)過程稱為光電效應(yīng)?？灯疹D散射：作用過程：當(dāng)入射光子和原子內(nèi)一個(gè)軌道電子發(fā)生相互作用時(shí)，光子損失一部分能量，并改變運(yùn)動(dòng)方向，電子獲得能量而脫離原子，此過程稱為康普頓效應(yīng)，獲得能量的電子稱為反沖電子。損失能量的光子稱為散射光子。電子對(duì)效應(yīng)：作用過程：當(dāng)光子從原子核旁經(jīng)過時(shí)，在原子核庫(kù)侖場(chǎng)的作用下形成一對(duì)正負(fù)電子，此過程稱為電子對(duì)效應(yīng)。3） 幾種相互作用的相對(duì)重要性：X（）光子與物質(zhì)相互作用的三種主要形式與X（）光子能量、吸收物質(zhì)原子序數(shù)的關(guān)系各不相同，表現(xiàn)為對(duì)不同原子序數(shù)在不同能量范圍，它們的確作用截面占總截面的份額不同。這就造

12、成了臨床上相同質(zhì)量厚度的三種組織對(duì)X（）射線不同的能量吸收差別。（1） 對(duì)于60-150 kev低能X射線，骨的吸收比肌肉和脂肪的高得多。（2） 對(duì)于150-250 kev低能X射線，骨的吸收比肌肉和脂肪的高。（3） 對(duì)于鈷-60射線和222 Mv高能X射線，單位厚度的骨的吸收仍然比肌肉和脂肪的高（4） 對(duì)于22-25 MV的高能X射線，骨的吸收比肌肉和脂肪的哨高。第三章：X（r）線射野劑量學(xué)一：人體模型：1、 組織的替代材料（tissue substitutes）：模擬人體組織與射線相互作用的替代材料，使用人體組織的替代材料構(gòu)成的模型代替人體，簡(jiǎn)稱模體(phantom)人體組織特別是軟組織中

13、含有大量的水分，水是最易得到的、最廉價(jià)的組織替代材料。商售的組織材料最常用的主要是有機(jī)玻璃和聚苯乙烯2、 組織填充模體（bolus）：用組織替代材料制成的組織補(bǔ)償模體，直接放在射野入射側(cè)患者皮膚上，用于改變患者皮膚不規(guī)則輪廓對(duì)體內(nèi)靶區(qū)或重要器官劑量分布的影響，提供附加的對(duì)線束的散射、建成或衰減。二：百分深度劑量分布：1、 相關(guān)概念：1） 照射野：臨床劑量學(xué)中規(guī)定模體內(nèi)50%同等劑量曲線的延長(zhǎng)線交于模體表面的區(qū)域定義為照射野的大小。2） 源皮距 （SSD）：放射源到模體表面照射野中心的距離3） 源軸距 （SAD）：放射源到機(jī)架旋轉(zhuǎn)軸或機(jī)器等中心的距離4） 源瘤距 （

14、STD）：放射源沿射野中心到腫瘤內(nèi)所考慮的點(diǎn)的距離2、百分深度劑量（PDD）：射野中心軸上某一深度d處的吸收劑量率Dd與參考點(diǎn)深度 d0處劑量率Dd0的百分比對(duì)于能量400 KV X射線，參考點(diǎn)定義在模體表面（d0=0）對(duì)于高能X（）射線，參考深度取在射野中心軸上最大劑量點(diǎn)深度3、 建成效應(yīng)：從表面到最大劑量深度區(qū)域稱為劑量建成區(qū)域，此區(qū)域內(nèi)，劑量隨深度的增加而增加，高能射線一般都有建成區(qū)域存在。以下物理原因造成劑量建成區(qū)：（1）當(dāng)高能X（）射線入射到人體或摸體時(shí)，在體表或皮下組織中產(chǎn)生高能次級(jí)電子，（2）這些高能次級(jí)電子要穿過一定的組織深度直至其能量耗盡才停止，（3）由于以上原因，在最大電子

15、射程范圍內(nèi)，由高能次級(jí)電子產(chǎn)生的吸收劑量隨組織深度增加而增加，并約在電子最大射程附近達(dá)到最大，（4）高能X（）射線的強(qiáng)度隨組織深度增加而按指數(shù)和平方反比定律減少，造成產(chǎn)生的高能次級(jí)電子數(shù)隨深度增加而減少?？偟男Ч?，在一定深度（建成區(qū)深度）以內(nèi)，總吸收劑量隨深度而增加。4、 百分深度劑量的變化：隨射線能量變化：百分深度劑量發(fā)生變化；（圖1）射野面積和形狀對(duì)百分深度劑量影響：射野面積很小時(shí)，由于達(dá)到某一點(diǎn)的劑量Dd基本上是原射線造成的；當(dāng)照射野面積增大時(shí)；散射線增多，Dd隨之增加開始，隨面積增加快，以后變慢。百分深度劑量隨射野面積改變的程度決定于射線的能量。低能時(shí)（如220kV X射線），由于向各

16、方向的散射線幾乎相等，所以百分深度劑量隨射野面積改變較大。高能時(shí)，由于散射線主要向前，所以百分深度劑量隨射野面積改變較小。對(duì)22MV，32MV的高能射線，百分深度劑量幾乎不隨射野面積的變化而改變。放療中使用列表的方法，表示各種大小方形野的百分深度劑量隨組織深度的變化。但因臨床經(jīng)常用矩形野和不規(guī)則野，需要對(duì)方形野進(jìn)行等效變換。射野等效的物理意義是：如果使用的矩形或不規(guī)則形射野在其射野中心軸上百分深度劑量與某一方形野的相同時(shí)，該方形野叫做所使用的矩形或不規(guī)則形射野的等效射野。臨床上常使用簡(jiǎn)便的面積/周長(zhǎng)比法。如果使用的矩形野和某一方形野的面積/周長(zhǎng)比值相同，則認(rèn)為這兩種射野等效。即射野中心軸上百分

17、深度劑量相同。設(shè)矩形野的長(zhǎng)、寬分別為a,b；方形野的邊長(zhǎng)為s，根據(jù)面積/周長(zhǎng)比相同的方法有：源皮距對(duì)百分深度劑量的影響：對(duì)于不同源皮距下的百分深度劑量的比值為： 兩百分深度劑量比，稱為F因子。F為源皮距，dm為最大百分深度劑量處的源距。D為某點(diǎn)的源距。對(duì)于低能X射線，一般用 (F+1)/2代替F因子。近似將一種源皮距的百分深度劑量換算為另一種源皮距的百分深度劑量。第三節(jié) 組織空氣比1、 組織空氣比及影響因素：1） 組織空氣比定義： TAR=Dt/Dta式中Dt為腫瘤中心（旋轉(zhuǎn)中心）處小體積軟組織中的吸收劑量率；Dta為同一空間位置空氣中一小體積軟組織內(nèi)的吸收劑量率。源皮距對(duì)組織空氣比的影響：組

18、織空氣比的一個(gè)重要物理性質(zhì)是其值的大小與源皮距無(wú)關(guān)。射線能量、組織深度和射野大小對(duì)組織空氣比的影響：組織空氣比隨射線能量、組織深度和射野大小的變化非常類似于百分深度劑量。2、 反散因子：定義為射野中心軸上最大劑量深度處的組織空氣比：BSF=TAR(dm, FSZdm) 或 BSF=Dm/Dma式中FSZdm為深度dm處的射野大?。籇m，Dma 分別為射野中心軸上最大劑量深度處模體內(nèi)和空氣中的吸收劑量率。反向散射決定于患者身體的厚度、射線能量及射野面積和形狀。但與源皮距無(wú)關(guān)。反向散射與患者身體厚度的關(guān)系：反向散射隨患者身體厚度而增加，但在10cm左右接近最大值。射線能量的影響：反向散射與射野大小

19、和形狀的關(guān)系：3、 組織空氣比與百分深度劑量的關(guān)系；、4、 不同源皮距百分深度劑量的計(jì)算組織空氣比法5、 旋轉(zhuǎn)治療劑量計(jì)算6、 散射空氣比（SAR）：模體內(nèi)某一點(diǎn)的散射劑量率與該點(diǎn)空氣中吸收劑量率之比。 散射空氣比與源皮距無(wú)關(guān)只受2射線能量、組織深度和射野大小的影響。第四節(jié) 組織最大劑量比1、 原射線和散射線模體中任一點(diǎn)的劑量為原射線和散射線劑量貢獻(xiàn)之和。原射線指從放射源（或X射線靶）射出的原始X（）光子，它在空間或模體中任意一點(diǎn)的注量遵從平方反比定律和指數(shù)吸收定律。散射線包括：（1）上述原射線與準(zhǔn)直器系統(tǒng)相互作用后產(chǎn)生的散射線光子，準(zhǔn)直器系統(tǒng)包括一級(jí)準(zhǔn)直器、均整器、治療準(zhǔn)直器、射野擋塊等，（

20、2）上述原射線以及穿過治療準(zhǔn)直器和射野擋塊后的漏射線廣州與模體相互作用后產(chǎn)生的散射線。源于一級(jí)準(zhǔn)直器、均整器、治療準(zhǔn)直器（包括射野擋塊）的散射線的射線質(zhì)比較硬，穿透力比較強(qiáng)，對(duì)輸出劑量的影響類似于原射線的影響，故一般將這種射線歸屬于始發(fā)于放射源（或X射線靶）的原射線范圍，稱為有效原射線。2、 射野輸出因子和模體散射因子由于有效原射線中的原射線和準(zhǔn)直器系統(tǒng)的散射線的影響，射野輸出劑量（照射量率或吸收劑量率）隨射野增大而增加，描述這種變化關(guān)系的叫做射野輸出因子（OUT）。射野輸出因子定義為射野在空氣中的輸出劑量率與參考射野（一般為10cm*10cm）在空氣中的輸出劑量率之比。此處定義的射野輸出因子

21、就是準(zhǔn)直器散射因子ScSc因子的測(cè)量模體散射因子（Sp）定義為：射野在模體內(nèi)參考點(diǎn)（一般在最大劑量點(diǎn)）深度處的劑量率與準(zhǔn)直器開口不變時(shí)參考射野（10cm*10cm）在同一深度處劑量率之比。總散射校正因子（C,P）：準(zhǔn)直器和模體的散射線造成的總散射校正因子。Sp（FSZ）C,P /OUF=C,P / Sc因上述Sc 和Sp的測(cè)量只對(duì)方形野，矩行野通過轉(zhuǎn)換為方型野，對(duì)于鈷機(jī)，這種轉(zhuǎn)換是完全正確的，對(duì)于直線加速器，則需考慮其他影響后，有：s=(1+K)ab / (Ka+b) ，其中，K=Kx / KY = (L1x / L2x) / (L2Y / L1Y)，s為方形射野的邊長(zhǎng)。對(duì)于不規(guī)則射野，可用投

22、影原理和Clarkson積分方法求得。、組織模體比和組織最大劑量比組織模體比(TPR)定義為模體中射野中心軸上任意一點(diǎn)的劑量率與空間同一點(diǎn)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式中Dd為模體中射野中心軸上深度d處的劑量率; Dt0 為空間中同一位置參考深度處的劑量率率;參考深度t0通常取5cm或10cm.相應(yīng)的散射線部分定義為散射模體劑量比(SPR).。由于TPR，SPR的定義形式與前述的TAR,SAR的類似，所以性質(zhì)相同。組織最大劑量比：4、散射最大劑量比（SMR）：定義：模體中射野中心軸上任意一點(diǎn)的散射線劑量率與空間同一點(diǎn)模體中射野中心軸上最大劑量點(diǎn)處 有效原射線劑量率

23、之比，第五節(jié) 等劑量分布與射野離軸比1、 等劑量分布：將模體中百分深度劑量相同的點(diǎn)連接起來，即成等劑量曲線。（圖）從圖可以看出：（1）同一深度處，射野中心軸上的劑量最高，向 射野邊緣劑量逐漸減少，但在加速器中，為了使較大深度處劑量分布較平坦，均整器設(shè)計(jì)有意使其分布在靠近體模表面處，中心軸兩側(cè)的劑量分布偏高一些。（2）射野邊緣附近（半影區(qū)），計(jì)量隨離軸距離增加而逐漸減少。這種減少，一方面由于幾何半影、準(zhǔn)直器漏射引起，另一方面由于側(cè)向散射的減弱引起。由幾何半影、準(zhǔn)直器漏射和側(cè)向散射引起的射野邊緣的劑量漸變區(qū)稱為物理半影，通常用80%和20%等劑量線間的側(cè)向距離表示物理半影的大小。（3）射野幾何邊緣

24、以外的半影區(qū)的劑量主要由模體的側(cè)向散射、準(zhǔn)直器漏射線和散射線造成的。（4）準(zhǔn)直范圍以外較遠(yuǎn)處的劑量由機(jī)頭漏射線引起。 （圖）等劑量分布曲線特點(diǎn)：能量對(duì)等劑量分布的影響：射線能量不僅影響百分深度劑量的大小，而且影響等劑量分布的形狀和物理半影的寬度。源皮距和放射源大小對(duì)鈷60射線劑量分布的影響：（圖）射野平坦度和對(duì)稱性：是描述射野劑量分布特性的一個(gè)重要指標(biāo)射野平坦度：在等中心處（位于10cm 模體深度下）或標(biāo)稱源皮距下10cm的模體深度出，最大射野L的80%寬度內(nèi)最大、最小劑量偏離中心軸劑量的百分?jǐn)?shù)m。射野平坦度應(yīng)好于3%。射野對(duì)稱性：取偏離中心軸對(duì)稱兩點(diǎn)的劑量率的差值與中心軸上劑量率的比值的百分

25、數(shù)稱為射野的對(duì)稱性。其大小應(yīng)不超過3%，2、 加速器X射線束射線質(zhì)變化規(guī)律；射線質(zhì)在準(zhǔn)直器軸線上最硬,隨離軸距離增大逐漸變軟。3、 射野離軸比（OAR）：D（x，y，d）為中心軸上任意一點(diǎn)的劑量率。D(0,0,d)為射野中心軸上的劑量率。射野離軸劑量比是反映射野截面內(nèi)的劑量分布情況第六節(jié)：處方劑量計(jì)算1、 處方劑量：對(duì)已確認(rèn)的射野安排，欲達(dá)到一定的靶區(qū)（或腫瘤）劑量DT ，換算到標(biāo)準(zhǔn)體模內(nèi)每個(gè)使用射野的射野中心軸上最大劑量點(diǎn)處的劑量Dm ，單位為cGy.當(dāng)使用射野的最大劑量點(diǎn)處的劑量Dm(如使用直線加速器)或劑量率（如鈷-60治療機(jī)）是以參考射野 10*10cm的劑量Dm或劑量率標(biāo)定時(shí)，則使用

26、射野的處方劑量Dm通過相應(yīng)的射野輸出因子（Sc 和Sp）表示成參考射野10*10cm的處方劑量Dm ，單位為cGy。對(duì)加速器，一般在SSD或SAD處，標(biāo)定1cGy=1MU ，MU為加速器劑量?jī)x上的監(jiān)測(cè)跳數(shù)。對(duì)鈷-60治療機(jī)，認(rèn)為劑量率穩(wěn)定，處方劑量通過SSD或SAD處的劑量率表示表示成時(shí)間，單位為s。2、 加速器劑量計(jì)算：SSD照射（通常SSD=100cm）：當(dāng)標(biāo)定的刻度為1MU=1cGy時(shí)，有靶區(qū)劑量DT計(jì)算處方劑量Dm，單位為MU，式中FSZ為表面射野大小，F(xiàn)SZ 0為等中心處的射野大小，二者的關(guān)系為FSZ =FSZ 0（SAD/SSD），如果射野輸出因子OUF在SAD測(cè)量，同時(shí)，SSD=

27、SAD時(shí)，則式中的FSZ =FSZ 0。SSD因子則表示為式中SCD為校準(zhǔn)測(cè)量時(shí)源到電離室中心的距離，如果測(cè)量是在標(biāo)稱源皮距處進(jìn)行，則SSD因子=1等中心給角照射；等中心照射，一般用TMR值，如果加速器測(cè)量仍按上述方法校準(zhǔn)，則SAD技術(shù)的處方劑量Dm由下式計(jì)算：式中SAD因子定義為：（其中，SCD為源到電離室中心的距離）3、 鈷-60劑量計(jì)算：上述方法適用于任何類型的治療機(jī)。4、 離軸點(diǎn)劑量計(jì)算Day氏法：Day氏法可用于散射線分量的計(jì)算，對(duì)矩形平野來說，它可提供較好的計(jì)算精度，數(shù)學(xué)上幾乎與矩形野 的Clarkson扇形積分法等同，但對(duì)不規(guī)則野、楔形照射野以及射野邊緣的劑量計(jì)算不僅困難，且誤差

28、大。第七節(jié)：不規(guī)則射野除方形射野、矩形野和圓形野以外的其他任何形狀的射野，稱之為不規(guī)則射野。不規(guī)則射野是根據(jù)病變部位的形狀或保護(hù)重要器官等治療的需要，在規(guī)則射野中加射野擋塊形成的。擋塊對(duì)射野劑量影響有：（1）擋塊的漏射和散射（散射貢獻(xiàn)很?。└淖兞艘?guī)則射野原射線和有效原射線的劑量分布；（2）改變了模體內(nèi)散射線的范圍和散射條件。對(duì)于擋塊的第一項(xiàng)影響，可用它的穿射因子對(duì)原射線和有效原射線的離軸比因子進(jìn)行修正，對(duì)于第二項(xiàng)影響，則可用第四節(jié)中的方法計(jì)算。第八節(jié)：楔形照射野為適應(yīng)臨床治療的需要，通常在射線束的途徑上加特殊濾過器或吸收擋塊，對(duì)線束進(jìn)行修整，獲得特定形狀的劑量分布。楔形濾過板（簡(jiǎn)稱楔形板）是最

29、常用的一種濾過器。圖：1、 楔形野等劑量分布與楔形角按照ICRU50號(hào)報(bào)告，楔形板對(duì)平野劑量的修正作用，用楔形角a表示。并且楔形角應(yīng)定義在某一參考深度處。楔形角a隨深度增加愈來愈小，入射線能量愈低，a隨深度變化愈大，反之，a隨深度變化愈小。圖：定義的楔形角在臨床上應(yīng)該有一定的意義，即應(yīng)選定適當(dāng)?shù)纳疃茸鳛閰⒖忌疃?，但這個(gè)深度沒有統(tǒng)一意見。ICRU 24 號(hào)報(bào)告建議用10 cm作為楔形角的定義深度。傳統(tǒng)用的楔形角為150， 300 ，450， 6002、 楔形因子：楔形板不僅改變了平野的劑量分布，也使射野的輸出劑量率減少，楔形因子（Fw）定義為加和不加楔形板時(shí)射野中心軸上某一點(diǎn)劑量率之比：楔形因子

30、一般用測(cè)量方法求得加入楔形板后，楔形野的百分深度劑量等于相同大小射野的不加楔形板時(shí)平野的百分深度劑量PDD平與楔形因子Fw 之比。3、一楔合成：由于楔形板的用途的擴(kuò)展，傳統(tǒng)的四種楔形板不夠用，現(xiàn)代新型直線加速器上均裝有一楔合成楔形板。所謂一楔合成，就是將一個(gè)楔形角較大如取楔形角等于600的楔形板作為主楔形板，按一定的劑量比例與平野輪流照射。合成00-600間任意楔形角的楔形板。設(shè)主楔形板的楔形角為an合成后的楔形角為a，則二者的關(guān)系為：其中 由此可得合成后的楔形因子：平野和主楔形野在處方劑量中所占的劑量分額配比為：4、楔形板臨床應(yīng)用方式和計(jì)算公式：楔形板在臨床上適用主要有三個(gè)方面：（1）楔形板

31、達(dá)到引進(jìn)，起初是主要是為了解決諸如上頜竇等偏體位一側(cè)腫瘤用兩野交叉照射時(shí)劑量分布不均勻問題，選定合適的楔形板，可得到較理想的適合靶區(qū)的劑量分布 。（2）利用適當(dāng)角度的楔形板，對(duì)人體曲面和缺損組織進(jìn)行組織補(bǔ)償，亦能取得較好的劑量分布，（3）利用楔形板改善劑量分布，以適應(yīng)治療如胰腺、腎等靶體積較大、部位較深的腫瘤。圖：相應(yīng)的計(jì)算公式：（a）（b）(c)5、動(dòng)態(tài)楔形板：動(dòng)態(tài)楔形板是利用獨(dú)立準(zhǔn)直器的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。它可克服物理楔形板的一些缺點(diǎn)。第九節(jié)：不對(duì)稱射野和多葉準(zhǔn)直器射野處方劑量計(jì)算1、 不對(duì)稱射野：獨(dú)立準(zhǔn)直器已成為醫(yī)用直線加速器的標(biāo)準(zhǔn)配置，準(zhǔn)直器的葉片由四個(gè)獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可形成射野中心軸線偏離線

32、束中心軸（即準(zhǔn)直器旋轉(zhuǎn)軸線）的射野，此類射野稱為不對(duì)稱射野或偏軸射野。獨(dú)立準(zhǔn)直器的優(yōu)點(diǎn)2、 不對(duì)稱射野處方劑量計(jì)算目前主要有邊界因子和原、散射線分別計(jì)算兩種方法。3、 多葉準(zhǔn)直器射野處方劑量計(jì)算（1）面積周長(zhǎng)比法；（2）Day氏法第十節(jié)：人體曲面和組織不均勻性的修正1、 均勻模體和人體之間的差別（1） 形狀和大小與實(shí)際病體有差別（2） 模體的組織替代材料的成份、密度與實(shí)際病體存在差別2、 人體曲面的校正（1） 組織空氣比或組織最大劑量比方法（2） 有效源皮距方法（3） 同等劑量曲線移動(dòng)法3、 不均勻組織對(duì)劑量分布影響的校正方法：組織不均勻性對(duì)劑量分布的影響：（1）改變了原射線的吸收和散射線的分

33、布；（2）改變了次級(jí)電子的主量分布。它們對(duì)劑量影響的相對(duì)重要性取決于吸收劑量點(diǎn)所在位置的情況。1） 射線衰減和散射的修正2） 不均勻組織中的吸收劑量4、 組織補(bǔ)償1） 組織填充物2） 組織補(bǔ)償器第十一節(jié)：乳腺切線照射劑量計(jì)算第十二節(jié)：X（r）射線全身照射劑量計(jì)算第四章：近距離治療近距離照射是將封裝好的放射源，通過施源器或源導(dǎo)管直接植入患者的腫瘤部位進(jìn)行照射。近距離照射一般作為外照射的輔助治療手段。近距離照射分為： （1）腔內(nèi)照射（intracavitary irradiation） （2）組織間插植照射（interstitial irradiation） （3）管內(nèi)照射（intralumina

34、l irradiation ） （4）表面施源器照射（surface application）一：近距離照射劑量學(xué)的基本特點(diǎn)：1、 平方反比定律：近距離照射劑量學(xué)的特點(diǎn)是平方反比定律，即放射源周圍的劑量分布，是按照與放射源之間的距離的平方而下降。劑量分布基本不受輻射能量的影響。在近距離照射時(shí)，劑量不可能均勻，無(wú)論怎樣布源，都不可能達(dá)到外照射那樣均勻的劑量分布。2、 廣泛采用的劑量學(xué)系統(tǒng)有：曼徹斯特系統(tǒng)（Manchester System），巴黎系統(tǒng)（Paris System）。系統(tǒng)是指：欲在治療體積內(nèi)獲得一適宜的劑量分布，要求必須遵循一系列放射源分布的規(guī)則，如使用放射源的類型、強(qiáng)度、應(yīng)用的方法

35、和幾何設(shè)置；同時(shí)“系統(tǒng)”也明確了劑量表示和計(jì)算的方法。如果改變了放射源的分布規(guī)則，系統(tǒng)所預(yù)示的劑量分布也回有所改變。3、 劑量率效應(yīng)目前在國(guó)內(nèi)，隨著后裝機(jī)的廣泛使用，系統(tǒng)的低劑量率治療基本被高劑量率治療所代替劑量率為0.42 Gy：低劑量率照射劑量率為12 Gy：高劑量率照射介于兩者之間：中劑量率照射使用高劑量率注意：（1）利用所謂的幾何因素，充分拉開放射源與正常組織之間的距離，或附加屏蔽物以降低正常組織的受量，（2）如果治療中可能，應(yīng)增加分次數(shù)即降低分次劑量。第二節(jié)：放射源的校準(zhǔn)：近距離照射中使用的放射源都為密封源，其外殼多為鉑金和不銹鋼。對(duì)放射源的校準(zhǔn)和劑量分布的計(jì)算需多考慮一些問題。1、

36、 放射源強(qiáng)度的表示方法：最先使用的是毫克鐳當(dāng)量，現(xiàn)在使用的國(guó)際單位是空氣比釋動(dòng)能強(qiáng)度SkSk： 自由空間中源中垂軸上的距離d出的空氣比釋動(dòng)能強(qiáng)度K(d)與距離d的平方的乘積： 使用空氣比釋動(dòng)能強(qiáng)度表示近距離照射中的強(qiáng)度，優(yōu)點(diǎn)在于：（1）它和吸收劑量率的單位一致，（2）便于各種核素間強(qiáng)度大小的比較，而不考慮它們的幾何和物理結(jié)構(gòu)2、 放射源的校準(zhǔn)：放射源的校準(zhǔn)，是近距離照射劑量學(xué)的基礎(chǔ)?；痉椒ㄊ?，在空氣中用電離室方法對(duì)放射源進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)需要考慮：（1）確定現(xiàn)場(chǎng)用電離室及靜電計(jì)對(duì)放射源的空氣比釋動(dòng)能校準(zhǔn)因子Nk，（2）選擇較為適宜的測(cè)量距離；（3）所用電離室的能響及室壁厚度；（4）計(jì)算公式中相關(guān)

37、校正因子的選擇?？諝庵袦y(cè)定放射源的空氣比釋動(dòng)能強(qiáng)度Sk的數(shù)學(xué)表達(dá)式及相關(guān)因子為：M：經(jīng)溫度和氣壓校準(zhǔn)的靜電計(jì)讀數(shù)，NK為電離室對(duì)放射源的空氣比釋動(dòng)能校準(zhǔn)因子；RG為電離室的劑量梯度修正因子；RS為環(huán)境的散射修正因子，d為電離室的有效測(cè)量點(diǎn)到放射源距離；t為每次測(cè)量的時(shí)間因子（劑量計(jì)數(shù)時(shí)間的倒數(shù)）。第三節(jié)：放射源周圍的劑量分布：近距離照射所使用的放射源，多為點(diǎn)狀源和線狀源1） 放射源周圍劑量分布的特點(diǎn)：對(duì)于相同核素的點(diǎn)源和線源，其周圍的劑量變化有所不同。對(duì)點(diǎn)源，照射量率隨距離的變化遵循平方反比定律。對(duì)線源，在近源處，由于放射源軸向不同位置，特別是兩端點(diǎn)的光子輻射到計(jì)算點(diǎn)的路徑較長(zhǎng)，和斜濾過厚度的

38、增加，劑量衰減要大于平方反比定律的衰減。而當(dāng)距源距離增加且大于線源長(zhǎng)度的2倍以上時(shí)，線源與點(diǎn)源一樣，基本按平方反比定律衰減。當(dāng)放射源植入體內(nèi)后，；源周圍組織對(duì)輻射的吸收和散射，會(huì)直接影響到放射源周圍劑量分布，其程度取決于不同的核素?，F(xiàn)代近距離照射，基本采用后裝技術(shù)。2） 放射源周圍劑量分布計(jì)算的傳統(tǒng)方法及推薦算法。第四節(jié)：放射源的定位技術(shù)：在近距離照射中，腫瘤及正常組織的受量直接決定于放射源在組織中的幾何分布。準(zhǔn)確測(cè)定每個(gè)放射源的位置，是計(jì)算劑量分布的前提。放射源的定位，通常采用X射線照像技術(shù)，其步驟是根據(jù)臨床要求，按照特定的劑量學(xué)系統(tǒng)的布源規(guī)則，確定放射源的幾何排列，并按規(guī)則將施源器或源導(dǎo)管

39、插植入靶區(qū)，然后防入假源（dummy source），經(jīng)X射線照像后，得到模擬實(shí)際照射時(shí)源在靶區(qū)內(nèi)的幾何排列。根據(jù)源的幾何位置，計(jì)算劑量分布，選擇最佳方案后換以真源實(shí)施照射。1） 正交技術(shù)：2） 立體-平移技術(shù)3） 立體變角技術(shù)放射源定位技術(shù)中，利用膠片作放射源位置重建時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差，對(duì)于放射源定位，誤差主要來源于對(duì)影象片源投影位置數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確測(cè)量和拍攝膠片過程中患者的運(yùn)動(dòng)。第五節(jié)：腔內(nèi)照射劑量學(xué)：腔內(nèi)照射應(yīng)用最廣泛的是對(duì)婦科宮頸癌的治療，且療效顯著。根據(jù)婦科腫瘤放射治療學(xué)原則及婦科骨盆的解剖特點(diǎn)，腔內(nèi)照射宮頸、宮體及宮旁組織，而骨盆兩側(cè)用外照射。宮頸癌腔內(nèi)照射方法，通常采用兩組放射源施源器：一是

40、直接植入宮腔內(nèi)，稱為宮腔管；另一是植入陰道內(nèi)，緊貼在宮頸部，稱為陰道容器。一：腔內(nèi)照射的經(jīng)典方法：從治療方式和施源器的不同物理特點(diǎn)（源強(qiáng)、幾何方法和劑量計(jì)算方法等），腔內(nèi)照射的經(jīng)典方法基本分為三大劑量學(xué)系統(tǒng)，即斯德哥爾摩系統(tǒng)（Stockholm system），巴黎系統(tǒng)（Paris system）和曼徹斯特系統(tǒng)（Manchester system）曼徹斯特系統(tǒng)（Manchester system）：是在巴黎系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。根據(jù)宮腔的不同深度和陰道的大小，分為長(zhǎng)、中、短三種宮腔管和大、中、小三種尺寸的陰道卵形容器。典型的方式為：宮腔管的強(qiáng)度為20-35mgRa，每個(gè)陰道卵形容器的強(qiáng)度為1

41、5-25mgRa。該系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)：1）陰道源的分布要盡量寬；2）宮腔及陰道源強(qiáng)度為不同的比例；3）對(duì)某些特定點(diǎn)的劑量要準(zhǔn)確，特定點(diǎn)為A點(diǎn)和B點(diǎn)。按解剖位置確定，A點(diǎn)為宮頸口上2cm，宮腔軸線旁2cm的位置，B點(diǎn)為過A點(diǎn)橫截面并距宮腔軸線旁5cm的位置（A、B點(diǎn)也有按相對(duì)施源器位置來確定）。治療方式為分兩次照射，每次72h，間隔一星期，總的照射時(shí)間約為140h，A點(diǎn)“劑量”（照射量）為8000R。二：腔內(nèi)照射的ICRU方法長(zhǎng)期以來，腔內(nèi)照射的劑量學(xué)主要局限于“點(diǎn)”的劑量，對(duì)于具體患者，僅用個(gè)別點(diǎn)劑量數(shù)據(jù)來表示是不夠的。隨著后裝技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，快速而準(zhǔn)確地了解每個(gè)患者腔內(nèi)照射的劑量分布成為可

42、能。1） 腔內(nèi)照射的劑量學(xué)描述：（1） 治療技術(shù)的描述：放射源的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)（2） 總參考空氣比釋動(dòng)能：所以放射源（包括宮腔和陰道源）的參考空氣比釋動(dòng)能率與照射時(shí)間的乘積之和，正比于患者所受的積分劑量。（3） 參考區(qū)：參考等劑量線面所包括的房屋，參考等劑量線面即 處方劑量所在的等劑量線面。（4） 參考點(diǎn)劑量：參考點(diǎn)指相關(guān)的重要器官和盆腔淋巴引流區(qū)。相對(duì)重要器官的參考點(diǎn)劑量主要為膀胱和直腸的劑量。2） 腔內(nèi)照射的劑量模式：（圖）腔內(nèi)照射的吸收劑量模式不同于外照射。第六節(jié)：組織間照射劑量學(xué)組織間照射或稱插植照射，是近距離照射中應(yīng)用較為廣泛和靈活的一種治療方式，它的基本作法是根據(jù)靶區(qū)的形狀和范圍，將

43、一定規(guī)格的多個(gè)放射源直接插入人體組織，對(duì)腫瘤組織（或瘤床部位）進(jìn)行高劑量照射。為使治療部位獲得滿意的劑量，必須根據(jù)放射源周圍劑量分布特點(diǎn)，按一定規(guī)則排列這些放射源。一：組織間照射的術(shù)語(yǔ)和概念：（ICRU第58號(hào)報(bào)告）1） 技術(shù)治療區(qū)的描述：組織間照射可分為暫時(shí)性插植(temporary implants)和永久性插植(permanent implants),根據(jù)放射源的排列方式,又可將其分為單平面插植或雙平面多平面插植，以及直接用插植的幾何形狀如圓柱形插植等予以敘述。組織間照射使用的放射源長(zhǎng)度通常相等，且相互平行。定義中心平面是一個(gè)重要描述，在臨床實(shí)踐中，由于局部解剖位置的限制或操作難易程度的

44、影響，中心平面的定義較為復(fù)雜。組織間照射主要需要明確腫瘤區(qū)、臨床靶區(qū)和治療區(qū)，對(duì)于計(jì)劃靶區(qū)則少有重視，其次，在確定插植方式之前，需定義臨床靶區(qū)，具體方法是在三為方向上，以其最大徑描述臨床靶區(qū)的長(zhǎng)度、寬度和高度。）劑量模式近距離照射劑量學(xué)的特點(diǎn)是：劑量分布不均勻，劑量梯度大和每一放射源周圍存在高劑量區(qū)。但在組織間照射的插植平面內(nèi)，也有劑量梯度近似平緩的區(qū)域，即坪劑量區(qū)（plateau dose），坪劑量區(qū)一般與相鄰放射源的距離相等。描述組織間插植照射的相關(guān)劑量學(xué)參數(shù)：（） 最小靶劑量（minimum target dose, MTD）：臨床靶區(qū)內(nèi)所接受的組小劑量。在巴黎劑量學(xué)系統(tǒng)中，MTD即為參考劑量（Reference dose, RD），曼徹斯特劑量學(xué)系統(tǒng)中，MTD約等于90%的處方劑量。（） 平均中心劑量（mean central dose, MCD）：中心平面內(nèi)相鄰放射源之間最小劑量的算術(shù)平均值。（） 高劑量區(qū)（high dose volumes）中心平面內(nèi)或平行于中心平面內(nèi)或平行于中心平面的任何平面內(nèi)的150%平均中心劑量曲線所包括的最大體積（） 低劑量區(qū)（low dose volumes）在臨床靶區(qū)內(nèi)，由90%處方劑量曲線所包括的任一平面中的最大體積。應(yīng)用低劑量區(qū)的概念，需根據(jù)不同劑量學(xué)