放射物理學基礎

1、放射物理學基礎放射物理學基礎常用放療設備常用放療設備qX線治療機q60Co治療機q醫(yī)用直線加速器q模擬定位機qCT simq近距離后裝治療機q其他qX線治療機線治療機 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(chǎn)生X線。 用途：主要用于體表腫瘤和淺表淋巴結(jié)轉(zhuǎn)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。q6060CoCo治療機治療機 原理：利用放射性同位素60Co發(fā)射出的射線治療腫瘤 特點：能量高，射線穿透力強；皮膚反應輕；康普頓效應為主，骨吸收類似于軟組織吸收；旁向散射少，放射反應輕；經(jīng)

2、濟可靠，維修方便。 缺點：需定時換源；環(huán)境污染原理：利用微波電場沿直線加速電子然后發(fā)射，或打靶產(chǎn)生X線發(fā)射，治療腫瘤的裝置。特點：1、可產(chǎn)生不同能量的X線 (425MV)2、可產(chǎn)生不同能量的電子線 (325MV)3、照射野均勻性好4、可作為X刀使用5、安全性好q醫(yī)用直線加速器醫(yī)用直線加速器q近距離后裝治療機近距離后裝治療機 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)。 現(xiàn)代近距離治療的特點：1、放射源微型化，程控步進電機驅(qū)動；2、高活度放射源形成高劑量率治療；3、微機計劃設計。q模擬定位機模擬定位機 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

3、療機實施治療時的照射部位及范圍，進行治療前定位。qCT 模擬定位機模擬定位機 CT掃描機+多幅圖像顯示器+治療計劃系統(tǒng)+激光射野投射器 腫瘤的正確定位 提供照射野的劑量分布 產(chǎn)生數(shù)字模擬影像 幫助設計合適的照射野 產(chǎn)生模板以供制作鉛擋 在病人皮膚上標記等中心點照射方式照射方式 遠距離照射：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：近距離照射：亦稱內(nèi)照射，組織間和腔內(nèi)照射（后裝治療） 。包括腔內(nèi)和管內(nèi)、組織間、敷貼、術(shù)中照射等。將放射源密封直接放入被治療的組織內(nèi)或放入人體的天然腔內(nèi)，如舌、鼻咽、食管、宮頸等部位進行照射。輻射源種類輻射源種類 放射性同位素放

4、出的、 射線 X線治療機和各類加速器產(chǎn)生的不同能 的線 各類加速器產(chǎn)生的電子束、質(zhì)子束、中子束、負 介子束以及其他重粒子束用于近距離治療的主要放射源及物理特性：放射性 核素 半衰期 射線 平均能量 照射量率 常數(shù)(Rcm2/mci*h) （uGy*m2/ MBq*h） 穿透力 HVL Pb 226-鐳 1590年 0.83MeV 8.25 0.195 1.3cm 137-銫 33年 0.66MeV 3.26 0.079 0.6cm 60-鈷 5.27年 1.25MeV 13.1 0.309 1.27cm 129-銥 74.5天 350KeV 4.9 0.1157 0.3cm 近距離治療的主要特

5、點：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(zhì)的強度與照射距離成平方反比關系。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。 可對正常組織進行保護，但亦造成靶區(qū)劑量分布的不均勻。 內(nèi)照射不能單獨應用于臨床，一般作為外照射的補充。射線作用于物質(zhì)的效應射線作用于物質(zhì)的效應 特征輻射：特征輻射：入射電子將原子內(nèi)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(chǎn)生特征輻射。 韌致輻射：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()射線的形式放射出來，這種輻射稱為韌致輻射。光

6、電效應：光電效應：光子高速前進，在物質(zhì)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)康普頓效應：康普頓效應：隨著入射光子能量的增加 ( 200kV-2 MV)，光子與軌道上電子相撞，光子將部分能量轉(zhuǎn)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。電子對效應：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(zhuǎn)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。線性能量傳遞線性能量

7、傳遞(linear energy transfer,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(zhì)上的能量。 常用單位：KeV/umLET分為兩類：低LET射線 (X 、射線)，LET值10KeV/um；高LET射線 (快中子、負介子、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。高高LET射線的特性射線的特性 高LET射線系指快中子、質(zhì)子、負介子以及氦、碳、氮、氧、氖等重粒子。 特性：特性： Bragg峰： 高LET射線對細胞中含氧狀態(tài)依賴性??； 細胞亞致死損傷修復率低 細胞周期依賴性小Bra

8、gg峰：峰：電子束的基本特點電子束的基本特點 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半影問題半影問題 半影的概念半影的概念：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：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。 (

9、改進方法：縮小尺寸、延長距離) 穿射半影：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：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。放射物理學有關名詞及概念放射物理學有關名詞及概念吸收劑量吸收劑量 (absorbed dose, D)吸收劑量 D等于dE除以dm的商。即電離輻射給予質(zhì)量為dm介質(zhì)的平均能量dE。 D = dE / dm單位：焦耳/千克 (J/kg)。專用名 Gray(Gy)，1 Gy = 1 J/kg；原用單位rad，1rad = 1cGy 照射量 X是dQ除以dm所得的商；

10、指射線在單位質(zhì)量的空氣中所產(chǎn)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 = 2.5810-4 C/kg照射量照射量 (exposure, X)比釋動能比釋動能(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(zhì)量為dm的物質(zhì)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)，1 Gy = 1 J/kg；放射性活度放射性活度(activity,A)： 指單位時間內(nèi)放射性物質(zhì)本身蛻變的多少，并不表示具體的劑量。 單位：貝柯勒爾 (Bq

11、)，原用單位是居里(Ci) 1 Ci = 3.71010 Bq 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。射線質(zhì)射線質(zhì)：指射線能量，表示射線貫穿物體的 能力。中低能X射線，通常用半價層半價層表示。高能X射線，通常用兆伏兆伏 (MV)表示， 如 6MV-X 線。放射線同位素，通常用核素名核素名+輻射類型輻射類型表示, 如60Co射線。 半價層半價層 (Half Value layer，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(zhì)的厚度。 *照射野：照射野：射線

12、束經(jīng)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(nèi)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。 射線源：射線源： 射線中心軸：射線中心軸： 參考點：參考點：最大劑量點 *源皮距源皮距 (source skin distance, SSD)： *源瘤距源瘤距 (source tumor distance, STD)： *源軸距源軸距 (source axial distance, SAD)： 建成效應：建成效應：當高能光子入射到體模表面后，產(chǎn)生次級電子，通過電離和激發(fā)將能量沉積在稍遠于它產(chǎn)生位置的徑跡上，使電子的通量和吸收劑量由表面到

13、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)。建成效應：建成效應：百分深度劑量百分深度劑量 (PDD)： 百分深度劑量百分深度劑量 (PDD)：模體內(nèi)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 / Dd0100%影響百分深度劑量的因素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。

14、(但受射線能量的影響)等劑量曲線：等劑量曲線：將模體內(nèi)劑量相同的點連接起來的線即為等劑量曲線。楔形板照射技術(shù)楔形板照射技術(shù) 楔形板是用來修飾高能X()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15304560四種。 楔形角與楔板角楔形板是用來修飾高能X()線平野劑量分布的裝置楔板角與楔形角楔板角與楔形角組織空氣比與組織最大比組織空氣比與組織最大比 組織空氣比(TAR)： TAR= Dt /Dta組織最大比組織最大比(TMR)：TMR=

15、 Dd /Ddm 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。臨床劑量學原則臨床劑量學原則 腫瘤劑量要準確 治療腫瘤區(qū)域內(nèi)，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(nèi)劑量，降低降低周圍正常組織受量 保護腫瘤周圍重要器官計劃設計的有關概念計劃設計的有關概念 GTV CTV PTV TV IV ORGTV/ CTV/ PTV/ TV/ IV 的定義 GTV (Gross tumor volume) 腫瘤區(qū)：

16、指通過臨床診察手段證實的腫瘤范圍 CTV (Clinical target volume) 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 (Planning target volume) 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 TV (Treatment volume) 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 (Irradiation volume) 照射區(qū)：指50%等劑量曲線所包括的范圍 OR (Organs at risk) 受威脅器官：指放射

17、敏感的正常組織，其放射敏感性可影響治療計劃和處方劑量。治療計劃設計步驟治療計劃設計步驟 體模階段：體模階段：確定腫瘤的范圍、位置以及與周圍組織、重要器官的關系 計劃設計：計劃設計：遵循臨床劑量學四原則，勾劃靶區(qū)和計劃區(qū)范圍 計劃確認計劃確認：模擬機定位 計劃執(zhí)行計劃執(zhí)行：治療擺位放射治療的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制放射治療的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制隨著腫瘤放療事業(yè)的發(fā)展，放射治療的質(zhì)量保證(quality assurance,QA)與質(zhì)量控制(quality control,QC)，日益受到腫瘤放射學家的重視。放射治療的QA：是指經(jīng)過周密計劃而采取的一系列必要的措施，保證放射治療的整個服務過程中的各個環(huán)節(jié)按照國際標準準確安全地執(zhí)行。(核心內(nèi)容