放射物理臨床劑量學(xué)

放射物理臨床劑量學(xué)第1頁(yè)/共57頁(yè)放射物理臨床劑量學(xué)第2頁(yè)/共57頁(yè)一吸收劑量定義及單位1吸收劑量(D)(ABSORBEDDOSE)1）吸收劑量定義吸收劑量是指任何電離輻射，授予質(zhì)量為dm的物質(zhì)的平均能量d除以dm所得的商，即：第3頁(yè)/共57頁(yè)dD=————

(1)dm

-式中：--平均授與能。授與能為進(jìn)入某一體積的全部帶電電離粒子和不帶電電離粒子能量的總和與離開該體積的全部帶電離粒子和不帶電電離粒子能量的總和之差，再減去在該體積內(nèi)發(fā)生的任何核反應(yīng)或基本粒子反應(yīng)所增加的靜止質(zhì)量的等效能量。第4頁(yè)/共57頁(yè)2）吸收劑量的單位

國(guó)際單位制單位：焦耳每千克，焦耳.千克-1（J.Kg-1）

專名：戈瑞，戈（Gy),毫戈瑞（mGy），

微戈瑞(Gy）

專用單位：拉德（rad）

1戈瑞（Gy）=1焦耳.千克-1（J.Kg-1）

1

Gy=103mGy=106Gy

1rad=10-2Gy=1cGy第5頁(yè)/共57頁(yè)2吸收劑量率（D）

(ABSORBEDDOSERATE)1）吸收劑量率定義

.吸收劑量率（D）是單位時(shí)間內(nèi)吸收劑量的增量。嚴(yán)格定義為：某一時(shí)間間隔dt內(nèi)吸收劑量的增量dD除以該時(shí)間間隔dt所得的商。即：第6頁(yè)/共57頁(yè)

。

dDD=————

（2）dt

.式中，D--吸收劑量率。第7頁(yè)/共57頁(yè)2）吸收劑量率的單位

國(guó)際單位制單位：焦耳每千克秒，焦耳.千克-1.秒-1

（J.Kg-1.S-1）

專名：戈每秒，戈.秒-1（Gy.S-1），毫戈.時(shí)-1（mGy.H-1），戈.分-1（Gy.min-1）

專用單位：拉德每秒，，拉德.秒-1（R.S-1），

毫拉德.時(shí)-1（mrad.h-1）

第8頁(yè)/共57頁(yè)3照射量（X）

(EXPOSURE)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(lái)的所有次級(jí)電子，當(dāng)它們完全被空氣阻止時(shí)，在空氣中所形成的任何一種符號(hào)離子的總電荷量的絕對(duì)值。其定義為dQ除以dm所得的商，即：第9頁(yè)/共57頁(yè)

dQX=——————

（3）dm式中：dQ--在質(zhì)量為dm的一個(gè)體積元的空氣中，當(dāng)光子產(chǎn)生的全部電子均被阻止于空氣中所形成的任一符號(hào)的離子總電量的絕對(duì)值。第10頁(yè)/共57頁(yè)2）照射量的單位

國(guó)際單位制單位：庫(kù)侖每千克，庫(kù)侖。千克-1（C.Kg-1）

專名：無(wú)專用單位：倫琴，倫（R），毫倫（mR），微倫（R）

1倫琴=2.58x10-4庫(kù)侖.千克-1

1R=103mR=106R

第11頁(yè)/共57頁(yè)4照射量率（X）

(EXPOSURERATE)1）照射量率定義

.照射量率（X）是單位時(shí)間內(nèi)照射量的增量，定義為dX除以dt所得的商。即：第12頁(yè)/共57頁(yè)

.dXX=——————

（4）dt式中：dX--時(shí)間間隔dt內(nèi)照射量的增量。第13頁(yè)/共57頁(yè)2）照射量率的單位

國(guó)際單位制單位：庫(kù)侖每千克秒，庫(kù)侖.千克-1.秒-1

（C.Kg-1.S-1）

專名：無(wú)專用單位：倫琴每秒，倫.秒-1（R.S-1），

倫.分-1（R.Min-1），

毫倫.時(shí)-1（mr.h-1）第14頁(yè)/共57頁(yè)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(gè)概念完全不同的輻射量，但這兩個(gè)物理量間，在相同的條件下又存在著一定的關(guān)系。關(guān)系如下：

D=f.X（5）式中：f--照射量-吸收劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)。第15頁(yè)/共57頁(yè)6比釋動(dòng)能（K）

(Kineticenergyreleasedinmaterial)1）比釋動(dòng)能定義比釋動(dòng)能K等于dEtr除以dm所得的商。即不帶電電離粒子在質(zhì)量為dm的介質(zhì)中釋放的全部帶電粒子的初始動(dòng)能之和，即：第16頁(yè)/共57頁(yè)

dEtrK=————

(6)dm

式中：dEtr

–應(yīng)包括帶電離粒子在韌致輻射中輻射的能量和發(fā)生在dm介質(zhì)中二次效應(yīng)產(chǎn)生的所有帶電粒子如俄歇電子的能量。第17頁(yè)/共57頁(yè)2）比釋動(dòng)能的單位

國(guó)際單位制單位：焦耳每千克，焦耳.千克-1（J.Kg-1）

專名：戈瑞，戈（Gy),毫戈瑞（mGy），

微戈瑞(Gy）

專用單位：拉德（rad）1戈瑞（Gy）=1焦耳.千克-1（J.Kg-1）

1

Gy=103mGy=106Gy

1rad=10-2Gy=1cGy第18頁(yè)/共57頁(yè)比釋動(dòng)能用以衡量不帶電電離粒子與物質(zhì)相互作用時(shí)，在單位質(zhì)量物質(zhì)中轉(zhuǎn)移給次級(jí)帶電粒子初始動(dòng)能總和的多少的一個(gè)量，因此，與吸收劑量不同，比釋動(dòng)能只適用于間接致電離輻射，但適用于任何介質(zhì)。第19頁(yè)/共57頁(yè)7比釋動(dòng)能與吸收劑量的關(guān)系在帶電粒子平衡條件下，數(shù)值上比釋動(dòng)能可表示為：

K=D/(1-g)(7)g為次級(jí)電子以韌致輻射損失能量的份額。第20頁(yè)/共57頁(yè)二射線劑量學(xué)原理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”。放射性射線的電離性在放射治療臨床上的應(yīng)用：放射性射線治癌治療劑量的測(cè)量第21頁(yè)/共57頁(yè)放射性射線能使受照物質(zhì)電離而產(chǎn)生正負(fù)離子對(duì)，這是放射性射線與物質(zhì)作用時(shí)共有的物理特性。對(duì)一般物質(zhì)而言產(chǎn)生的離子對(duì)很容易復(fù)合而不容易收集。但若是空氣時(shí)不一樣了，產(chǎn)生的離子對(duì)不易復(fù)合，故很易收集而形成電離電流。第22頁(yè)/共57頁(yè)通過(guò)電離室收集到一種符號(hào)的電離電流為：

I=e.N0./（8）e—電子電荷，1.6x10-19庫(kù)倫

N0—單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)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

--該氣體的平均電離能第23頁(yè)/共57頁(yè)在放射治療臨床應(yīng)用范圍內(nèi)電離電流是比較小。一般在10-9-10-15安培范圍內(nèi)，故需要采用弱電流測(cè)量系統(tǒng)。測(cè)出電離電流就可知照射量，然后轉(zhuǎn)換成吸收劑量。這不僅使放射治療進(jìn)入了定量階段，而且也使劑量防護(hù)有了定量的評(píng)價(jià)。第24頁(yè)/共57頁(yè)主要?jiǎng)┝績(jī)x類型:電離室劑量?jī)x半導(dǎo)體劑量?jī)x

膠片劑量?jī)x（黑度計(jì)）熱釋光劑量?jī)x(TLD)熱劑量?jī)x（量熱計(jì)）

第25頁(yè)/共57頁(yè)熱劑量?jī)x（量熱計(jì)）是真正的吸收劑量劑量?jī)x。而臨床劑量校準(zhǔn)一般用的是電離室劑量?jī)x。第26頁(yè)/共57頁(yè)三劑量校準(zhǔn)公式劑量校準(zhǔn)是日常工作中最重要的工作之一。它是用標(biāo)準(zhǔn)劑量?jī)x來(lái)校準(zhǔn)治療機(jī)的監(jiān)督劑量?jī)x使之達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。

目標(biāo)：在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下使治療機(jī)的監(jiān)督劑量?jī)x的讀數(shù)與在參考點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)劑量?jī)x的讀數(shù)相一致（<±2%）。第27頁(yè)/共57頁(yè)1）第一版本（常用型）

D=RCCTPCi（9）式中：D---測(cè)量值（吸收劑量單位），

R---劑量?jī)x讀數(shù)，

C--照射量-吸收劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)，

CTP-溫度氣壓校正系數(shù)，

Ci---劑量?jī)x校正因子。第28頁(yè)/共57頁(yè)

P0T1013（273+t）CTP=————=——————

——

（10）PT0P（273+20）式中：t----測(cè)量體模溫度（C0）P----治療室氣壓（mbar）第29頁(yè)/共57頁(yè)2）

第二版本（JJG589-2001）

Dw（Peff）=M*ND*Swari*Pu*Pcel

（11）式中：Dw（Peff）--水中有效測(cè)量測(cè)量點(diǎn)的吸收劑量，

M

---------劑量?jī)x讀數(shù)（經(jīng)溫度，氣壓，復(fù)合等修正），

ND-------------由鑒定部門給出的空腔氣體校正因子，

Swair-----------水對(duì)空氣的平均阻止本領(lǐng)比，

Pu-------------擾動(dòng)因子，

Pcel

--------中央電極修正.第30頁(yè)/共57頁(yè)

ND=Nx*w/e*Katt*Km

（12）ND=NK*(1-g)*Katt*Km式中：Nx-----電離室的照射量校準(zhǔn)因子，

Nk-----電離室的空氣比釋動(dòng)能校準(zhǔn)因子，

w/e---在空氣中生成每對(duì)離子產(chǎn)生基本電荷平均消耗的能量，w/e=33.97J/C，g--------次級(jí)電子的能量以軔致輻射損失的分?jǐn)?shù)，

Katt------校準(zhǔn)時(shí)室壁的吸收和散射減弱，

Km------室壁和平衡帽非空氣等效引入的修正。

第31頁(yè)/共57頁(yè)3）第三版本（JJG664-90）

Dw=MxNC

（13）式中：Dw----X線在水中校準(zhǔn)點(diǎn)的吸收劑量，

Mx-----經(jīng)過(guò)空氣密度，濕度，離子復(fù)合修正后的計(jì)量?jī)x示值

N------在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室由60Co線刻度的照射量校準(zhǔn)因子，（C/Kg/dir，R/dir），

C------由測(cè)量的照射量值轉(zhuǎn)換成水中吸收劑量的轉(zhuǎn)換因子。（GyKg/C，rad/R）。第32頁(yè)/共57頁(yè)4）三個(gè)版本的分析比較）三個(gè)版本的劑量校準(zhǔn)公式在本質(zhì)上是一致的，但（11）（13）

式更科學(xué)些，進(jìn)一步揭示了C的

本質(zhì)。即：C(rad/R)=KattKmw/e*SwairPuPcel*2.58x10-4c/R*100rad/Gy

(14)

w/e=33.97J/c

2）三個(gè)版本之間也有不同點(diǎn)，（11）式明確提出了濕度修正問(wèn)題。公式為：

(273.2+20)(P-0.3783P1)Kh=-----------------------------------(15)

(273.2+Tr)(101325)第33頁(yè)/共57頁(yè)不同版本CE值比較表(rad/R)電子線能量

E6

E10

E20深度d(cm)123CE(查表法)0.900.890.84JJG5920.8800.8700.846JJG10260.8830.8750.831JJG589(2001)0.8900.8880.854第34頁(yè)/共57頁(yè)四劑量校準(zhǔn)測(cè)量1劑量校準(zhǔn)測(cè)量基本條件

標(biāo)準(zhǔn)水箱（30x30x22cm3）

標(biāo)準(zhǔn)劑量?jī)x（電離室劑量?jī)x）標(biāo)準(zhǔn)源皮距標(biāo)準(zhǔn)照射野（10x10cm2）

校準(zhǔn)點(diǎn)深度（dc）

等溫半小時(shí)第35頁(yè)/共57頁(yè)2劑量校準(zhǔn)公式

R

Dm=---------------CCtpCiC0（16）

PDD（dc）式中：Dm------------加速器監(jiān)督劑量?jī)x示值，

PDD（dc）-在校準(zhǔn)深度dc點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的百分深度劑量。第36頁(yè)/共57頁(yè)五臨床劑量計(jì)算

臨床劑量計(jì)算是日常工作中最重要的工作之一。它是在醫(yī)生給定腫瘤劑量（Dt），照射野面積（A），腫瘤深度（dt），射線能量和照射方式等臨床治療參數(shù)后直接算出開機(jī)預(yù)置量（DM）的一種計(jì)算。在臨床上主要有四種照射方式，即標(biāo)準(zhǔn)源皮距照射（SSD），源瘤距照射（SAD），非標(biāo)準(zhǔn)源皮距照射（DSSD）和旋轉(zhuǎn)照射（ARC）。故有四種臨床劑量計(jì)算方法。第37頁(yè)/共57頁(yè)1標(biāo)準(zhǔn)源皮距照射臨床劑量計(jì)算

（SSD）

1）加速器

DtfiDM=-----------------------------（17）NPDDfafwfDf第38頁(yè)/共57頁(yè)式中：DM---單次開機(jī)預(yù)置劑量，（MU）Dt----腫瘤治療總量，（cGy）N-----分割次數(shù)，（次）

PDD--百分深度劑量，

fa------照射野轉(zhuǎn)換系數(shù)，

fw-----楔形因子，

fD-----監(jiān)督劑量?jī)x劑量非線性校正因子，

fi------監(jiān)督劑量?jī)x劑量比對(duì)因子，

f------托架因子。第39頁(yè)/共57頁(yè)2）60Co治療機(jī)

DtfitM=-----------------------------（18）

NDPDDfafwftf.…式中：D---標(biāo)準(zhǔn)源皮距條件下60Co劑量率，（cGy/min）ft----監(jiān)督記時(shí)器時(shí)間非線性校正因子。第40頁(yè)/共57頁(yè)2源瘤距照射臨床劑量計(jì)算

（SAD）1）加速器

DtfiDM=-----------------------------（19）NTMRfsadfas

fwfDf式中：TMR---組織最大劑量比，

fsad-----源瘤距因子，

as-------有效方野邊長(zhǎng)。（cm）第41頁(yè)/共57頁(yè)等中心照射時(shí)：

f+d

f-d0TMR(f-d,ac,d)=PDD(f,as,d)*(———)2*(———)b

(20) f+d0f-df+d0ffSAD=(———)2*(———)b(21)ff-d0b=0.068

f

其中：

as=———*ac

(22)

f+d第42頁(yè)/共57頁(yè)

fas=----------ac

（23）（f+d）式中：f-----標(biāo)準(zhǔn)源皮距，（cm）d-----腫瘤深度，（cm）ac----等中心處等效方野邊長(zhǎng)。（cm）第43頁(yè)/共57頁(yè)

TMR(d,d0)=TPR(d,dt)*PDD(dt,d0)第44頁(yè)/共57頁(yè)2）60Co治療機(jī)

DtfitM=------.-------------------------（24）NDTMRfsadfas

fwftf式中：TMR---組織最大劑量比，

fsad-----源瘤距因子，

as------有效方野邊長(zhǎng)。（cm）第45頁(yè)/共57頁(yè)3非標(biāo)準(zhǔn)源皮距照射臨床劑量計(jì)算

（DSSD）1）加速器

DtfiDM=-----------------------------------（25）NPDDDSSDfasff

fwfDf式中：PDDDSSD---非標(biāo)準(zhǔn)源皮距照射百分深度劑量，

as---------------有效方野邊長(zhǎng)，（cm）ff---------------非標(biāo)準(zhǔn)源皮距衰減因子。第46頁(yè)/共57頁(yè)非標(biāo)準(zhǔn)源皮距照射：

f+dfD+d0PDDDSSD(fD,a,d)=PDD(f,as,d)*(———*

———)2（26）fD+d

f+d0

f+d0fff=(———)2*(——)b(27)

fD+d0fDb=0.068

fD+d

fas=————*——*a(28)f+dfD第47頁(yè)/共57頁(yè)

（fD+d）fas=-----------------------a（29）（f+d）fD式中：f-----標(biāo)準(zhǔn)源皮距，（cm）fD---非標(biāo)準(zhǔn)源皮距，（cm）