腫瘤放射物理學(xué)練習(xí)

腫瘤放射物理學(xué)練習(xí)放射物理學(xué)第2頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第3頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)核物理基礎(chǔ)第4頁,共101頁，2024年2月25日，星期天一、基本概念1、原子結(jié)構(gòu)中心是帶正電的原子核核的周圍是帶負(fù)電的電子在繞核運動原子核:質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子帶正電荷，中子不帶電，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。第5頁,共101頁，2024年2月25日，星期天2、原子序數(shù)、元素、核素、同位素和同質(zhì)異能素原子序數(shù)

：

任何原子的核外電子數(shù)，統(tǒng)稱為原子的原子序數(shù)。由于原子是電中性，核內(nèi)質(zhì)子數(shù)必然等于核外電子數(shù)，因此原子序數(shù)同時表示了核外電子數(shù)、核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和核電荷數(shù)。

第6頁,共101頁，2024年2月25日，星期天元素：質(zhì)子數(shù)相同的原子稱為一種元素，它們的原子序數(shù)相同，因此具有相同的化學(xué)特性。但其原子核中的中子數(shù)可以不同，因而物理特性可有某些差異。到目前為止，天然和人工合成的元素有109種，組成元素周期表第7頁,共101頁，2024年2月25日，星期天

核素：質(zhì)子和中子數(shù)相同，質(zhì)量數(shù)相同，并處于同能量狀態(tài)的原子，稱為一種核素，例如:

為5種不同的核素。目前已知的核素有2300多種，分別屬于100多種元素。、

第8頁,共101頁，2024年2月25日，星期天同位素：質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同，稱為元素的同位素，例如:同質(zhì)異能素：核內(nèi)中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)都相同，但核所處能態(tài)不同的核素互為同質(zhì)異能素。例如：正常的鈷元素和鏷元素表示為60Co和234Pa，它們的同質(zhì)異能素則表示為60Com和234Pam等。

和互為氫的同位素。第9頁,共101頁，2024年2月25日，星期天3、原子、原子核能級基態(tài)：電子填充殼層時按照從低能到高能的順序進(jìn)行，以保證原子處于最低能量狀態(tài),這種狀態(tài)稱為基態(tài)。由于內(nèi)層電子對外層電子具有屏蔽效應(yīng)，所以實際電子填充殼層時，會出現(xiàn)能級交錯，而不是按殼層順序逐個填充。激發(fā)態(tài)：當(dāng)電子獲得能量，從低能級躍遷到高能級而使低能級出現(xiàn)空位時，稱原子處于激發(fā)態(tài)。第10頁,共101頁，2024年2月25日，星期天

特征輻射：處于激發(fā)態(tài)的原子很不穩(wěn)定，高能級的電子會自發(fā)躍遷到低能級空位上，從而使原子回到基態(tài)。兩能級能量的差值一種可能是以電磁輻射的形式發(fā)出，這種輻射稱為特征輻射，當(dāng)特征輻射的能量足夠高，進(jìn)入X射線能量范圍時，又稱為特征X射線。第11頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第12頁,共101頁，2024年2月25日，星期天二、放射性1、衰變類型不穩(wěn)定核素自發(fā)的放出射線，而變成為另一種核素，這種現(xiàn)象稱為放射性，這個過程稱為放射性衰變，這些核素稱為放射性核素。衰變前的核稱為母核，衰變后的核稱為子核。衰變過程中釋放的能量稱為衰變能。衰變能等于衰變前后諸粒子靜止質(zhì)量之差所對應(yīng)的能量。原子核的衰變，主要有三種類型，即α、β衰變和γ躍遷。第13頁,共101頁，2024年2月25日，星期天（1）α衰變

α粒子是氦的原子核，它由2個質(zhì)子和2個中子組成。α衰變的反應(yīng)式如下MeV第14頁,共101頁，2024年2月25日，星期天（2）β衰變

β衰變包括3種類型：β-衰變、β＋衰變、軌道電子俘獲。1、β-衰變：核內(nèi)中子多，n→變P，放出一個負(fù)電子。反中微子第15頁,共101頁，2024年2月25日，星期天2、β＋衰變:

核內(nèi)質(zhì)子多，P→變n，放出一個正電子。

第16頁,共101頁，2024年2月25日，星期天（3）γ躍遷和內(nèi)轉(zhuǎn)換

伴隨α或β衰變后發(fā)生。

例：

（Eγ=0.141MeV）是的同質(zhì)異能素。注：第17頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共101頁，2024年2月25日，星期天3、放射性度量放射性指數(shù)衰變規(guī)律：

放射性活度：是指一定量的放射性核素在一個很短的時間間隔內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù)除以該時間間隔之商。公式表達(dá)如下：活度的國際單位是貝可[勒爾]（Bq）。舊單位是居里（Ci）。1Ci＝3.7×1010Bq＝3.7×1010核衰變/秒λ為衰變常數(shù)第19頁,共101頁，2024年2月25日，星期天半衰期：放射性核素其原子核數(shù)目衰減到原來數(shù)目一半所需的時間（T1/2）。半衰期與衰變常數(shù)的關(guān)系為：T1/2的單位是秒，對半衰期長的核素可以用分（min）、天（d）、年（a）。第20頁,共101頁，2024年2月25日，星期天平均壽命（τ

）：是指放射性原子核平均生存的時間。第21頁,共101頁，2024年2月25日，星期天例：一臺60Co治療機源初裝時的活度為111TBq（3000Ci），使用5年、10年后源的活度還剩多少？（已知T1/2＝5.27a）解：將A0＝111TBq，T1/2＝5.27a，代入當(dāng)t＝5a，t＝10a時，得，。第22頁,共101頁，2024年2月25日，星期天4、遞次衰變和放射平衡

遞次衰變：放射性核素轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定核素時往往要經(jīng)過多次衰變才能完成，這種衰變稱為遞次衰變。衰變過程中形成的核素系列稱衰變系列。例如，轉(zhuǎn)變?yōu)樾杞?jīng)4次β－衰變

第23頁,共101頁，2024年2月25日，星期天小結(jié)：1．基本概念元素，核素，同位素，原子量，基態(tài)，激發(fā)態(tài)，特征X射線，原子結(jié)構(gòu)和能級，原子核結(jié)構(gòu)和能級。2．放射性原子核的穩(wěn)定性，衰變類型，放射性指數(shù)衰變規(guī)律，放射性活度，半衰期，衰變常數(shù)，平均壽命τ，遞次衰變。第24頁,共101頁，2024年2月25日，星期天作業(yè)1：名詞解釋：特征輻射、放射性活度填空題：1、某放射性元素經(jīng)過11.4天有7/8的原子核發(fā)生了衰變，該元素的半衰期有——天？第25頁,共101頁，2024年2月25日，星期天選擇題：1、原子核23892U經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍?3490Th，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍?3491Pa，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍?3492U。放射性衰變①、②和③依次為（）A．α衰變、β-衰變和β-衰變B．β衰變、β-衰變和α衰變C．β-衰變、α衰變和β-衰變D．α衰變、β-衰變和α衰變第26頁,共101頁，2024年2月25日，星期天4.元素X是Y的同位素，分別進(jìn)行下列衰變過程:則下列說法正確的是()

A.Q與S是同位素

B.X與R原子序數(shù)相同C.R比S的中子數(shù)多2

D.R的質(zhì)子數(shù)少于

上述任何元素第27頁,共101頁，2024年2月25日，星期天問答題：1.23892U核經(jīng)一系列的衰變后變?yōu)?06

82Pb核,問:(1)一共經(jīng)過幾次α衰變和幾次β-衰變?(2)20682Pb和238

92U相比,質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)各少了多少?(3)綜合寫出這一衰變過程的方程.第28頁,共101頁，2024年2月25日，星期天2.約里奧·居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性元素而獲得了1935年的諾貝爾化學(xué)獎，他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素3015P衰變成3014Si的同時放出另一種粒子，這種粒子是什么?3215P是3015P的同位素，被廣泛應(yīng)用于生物示蹤技術(shù)。1mg3215P隨時間衰變的關(guān)系如圖所示，請估計4mg的3215P經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25mg？第29頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)

放射源的種類及照射方式

第30頁,共101頁，2024年2月25日，星期天一、放射源的種類：

1、γ、β射線———放射性同位素。

2、普通X射線（KV級）——X線治療機。高能X射線（MV級）——加速器。3、根據(jù)性質(zhì)分類

X線與γ線——電磁輻射(光子射線）

電子束、質(zhì)子束、中子束、負(fù)π介子束

重粒子束等——粒子輻射（粒子射線）。：第31頁,共101頁，2024年2月25日，星期天二、放療的基本照射方式：

1、體外照射(外照射)：又稱體外遠(yuǎn)距離照射：指放射源位于體外一定距離(80-100厘米)，集中照射人體某一部位。是最常用的。如X線機、60Co機、X刀等。

2、體內(nèi)照射(包括組織間放療和腔內(nèi)放療)：又稱近距離治療(，指將放射源密封直接放入被治療的組織內(nèi)(組織間放療)或放入人體的天然體腔內(nèi)(腔內(nèi)放療)進(jìn)行照射。放射源與被治療的部位距離在5cm以內(nèi)，故稱近距離。限用于腫瘤體積較小，邊界較清晰的腫瘤。如腔內(nèi)、管內(nèi)后裝，組織間插植等。第32頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第33頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第35頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第36頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)

射線的產(chǎn)生及放射治療機第37頁,共101頁，2024年2月25日，星期天（一）電子線與物質(zhì)相互作用1.彈性散射：電子穿過原子時改變了入射電子的遠(yuǎn)動方向，電子本身狀態(tài)無變化。第38頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第39頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第40頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第41頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第42頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第43頁,共101頁，2024年2月25日，星期天光子與物質(zhì)的相互作用：光電效應(yīng)：光子與原子的內(nèi)層電子的相互作用康普頓效應(yīng)：光子與外層電子的相互作用電子對效應(yīng)：光子與原子核的相互作用第44頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第45頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第46頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第47頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第48頁,共101頁，2024年2月25日，星期天

第49頁,共101頁，2024年2月25日，星期天低能X線有很強的光電吸收；高能X線（＞2MeV）幾乎全部為康普頓吸收；能量＞50MeV時，電子對吸收為主要形式。第50頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第51頁,共101頁，2024年2月25日，星期天（二）放射治療設(shè)備

置。

第52頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第53頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第54頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第55頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第56頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第57頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第58頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第59頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第60頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第61頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第62頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第63頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)常用放射線的物理特性第64頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第65頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第66頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第67頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第68頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第69頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第70頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第71頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第72頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第73頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第74頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第75頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第76頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第77頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第78頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第79頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第80頁,共101頁，2024年2月25日，星期天

（2）、幾種常見γ線同位素源及其特性

同位素γ能量MeV半衰期應(yīng)用缺點鐳-226平均0.831590年70年代以前作近距離治療能譜復(fù)雜半衰期長環(huán)境污染鈷-601.17~1.33平均1.255.24年遠(yuǎn)距離治療及高劑量率后裝近距離治療半影問題換源問題銫-1370.66233年中、低劑量率后裝近距離治療化學(xué)提純難，放射比度不高銥-1920.3674天高劑量率后裝近距離治療換源問題第81頁,共101頁，2024年2月25日，星期天

2、鈷-60遠(yuǎn)距離治療機：

是利用放射性同位素鈷-60發(fā)射出的γ射線治療腫瘤的裝置。其產(chǎn)生的γ線平均能量1.25MV

相當(dāng)于4MV左右加速器產(chǎn)生的X線。第82頁,共101頁，2024年2月25日，星期天（四）、醫(yī)用電子直線加速器

除打靶產(chǎn)生高能X線（MV)外，還能直接引出高能電子束，其能量范圍4~50MeV之間。單能X線加速器單能X線+電子線加速器雙能X線+電子線加速器三能X線+電子線加速器第83頁,共101頁，2024年2月25日，星期天二、γ線的產(chǎn)生及鈷60治療機

1、γ線的產(chǎn)生及其特性（1）產(chǎn)生：γ線是由放射性同位素產(chǎn)生的，具有不同的能量和半衰期。第84頁,共101頁，2024年2月25日，星期天

3、鈷-60治療機的半影問題

半影的定義：射野邊緣劑量隨離開中心軸距離增加而急劇變化的范圍，用P90-10%或P80-20%表示。有下列三種原因造成鈷-60治療機有半影(圖2-1-9)第85頁,共101頁，2024年2月25日，星期天第86頁,共101頁，2024年2月25日，星期天三、普通X線與高能X線、γ射線的比較

普通X線高能X線γ射線1、穿透性弱，深部劑量低，只適用于淺部腫瘤治療強，深部劑量高，適用于深部腫瘤治療2、皮膚反應(yīng)最大劑量吸收在皮膚表面，皮膚反應(yīng)重最大劑量吸收在皮下一定深度（隨能量增加深度增加），皮膚反應(yīng)輕3、組織吸收以光電效應(yīng)為主，不同組織之間吸收劑量差別很大，骨組織損傷大以康普頓效應(yīng)為主，骨、軟組織有同等的吸收劑量，骨的損傷小4、旁向散射旁向散射大，射野邊緣以外正常組織受量高，全身反應(yīng)較大旁向散射小，次級射線主要向前，全身反應(yīng)小第87頁,共101頁，2024年2月25日，星期天五、高能電子束

電子束是帶電粒子，由加速器產(chǎn)生。具有以下臨床劑量學(xué)特點：①在組織中具有一定的射程，射程深度與電子能量呈正比，從加速器中引出的電子能量可以調(diào)節(jié)，可以根據(jù)病變的不同深度選擇合適的電子能量作治療。電子線的能量：

E=3×d(腫瘤深度)+2~3MeV

。第88頁,共101頁，2024年2月25日，星期天

②劑量曲線：從表面到一定深度，劑量分布均勻，達(dá)到一定深度后，劑量迅速下降，可保護(hù)病變后面的正常組織。③不同組織如骨、肌肉、脂肪對電子束的吸收差別不顯著，但對組織中氣腔應(yīng)進(jìn)行劑量效正。④單野照射治療表淺及偏心部位的腫瘤。第89頁,共101頁，2024年2月25日，星期天四、醫(yī)用加速器與Co60治療機的比較

醫(yī)用加速器Co60治療機1、產(chǎn)生的射線X線、電子線，多檔γ射線（1.25MV)，單能2、源的特點不需換源，不加高壓無射線產(chǎn)生防護(hù)好。需定期換源，隨時有射線產(chǎn)生，防護(hù)困難。3、半影半影小，射野劑量分布均勻，對稱性好半影大，均勻性和對稱性差。4、劑量率劑量率高，束流穩(wěn)定，劑量計算準(zhǔn)確，治療時間短不斷衰減，劑量率不穩(wěn)定劑量計算準(zhǔn)確性低，治療時間延長5、結(jié)構(gòu)與費用結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修復(fù)雜費用昂貴結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，費用低，經(jīng)濟適用第90頁,共101頁，2024年2月25日，星期天

第91頁,共101頁，2024年2月25日，星期天六、高線性能量傳遞射線(高LET射線)

線性能量傳遞(LET)：是致電離粒子在組織中沿次級粒子徑跡上單位長度的能量轉(zhuǎn)換。

LET值＜100KeV/μ稱之為低LET射線，這類射線的生物效應(yīng)大小對細(xì)胞的含O2情況及細(xì)胞的生長周期依賴較大，即：對乏O2細(xì)胞和G0期細(xì)胞作用小。第92頁,共101頁，2024年2月25日，星期天

1、高LET射線包