肿瘤放射物理学5
肿瘤学-肿瘤的肿瘤放射物理学
全部
能量
射程
没有射程这一概念，强度随穿透物质厚度 有确定的射程，在射程
近似呈指数衰减
之外观察不到带电粒子
X(γ)射线与物质的相互作用
Ø 光电效应：光子与原子内层电子作用 Ø 光电效应作用过程：光子把全部的能量传递给轨道电子，
获得能量电子挣脱原子核束缚成为自由电子（光电子）， 光子消失；放出光电子的原子变成正离子并处于激发态； 外层电子向内层填充产生特征X线或外层(俄歇)电子 Ø 次级粒子：光电子、正离子、特征X光子、俄歇电子
带电粒子与原子核发生弹性碰撞
Ø 当带电粒子能量较低时，才有明显的弹性碰撞 Ø 重带电粒子由于质量比较大，与原子核发生弹性碰撞时
运动方向改变小，散射现象不明显，因此它在物质中的 径迹比较直 Ø 电子质量很小，与原子核发生弹性碰撞时，运动方向改 变可以很大，而且还会与轨道电子发生弹性碰撞，因此 它在物质中的径迹很曲折
带电粒子与原子核外电子发生非弹性碰撞
电离：原子的核外电子因与外界相互作用获得足够 的能量，挣脱原子核对它的束缚，造成原子的电离
Ø 直接电离：由带电粒子通过碰撞直接引起的物质的原 子或分子的电离称为直接电离
Ø 间接电离：不带电粒子通过与物质的相互作用产生带 电粒子引起的原子的电离，称为间接电离
Ø 电离辐射：由带电粒子、不带电粒子、或两者混合组 成的辐射称为电离辐射
Ø 其产生的γ线平均能量1.25MV 相当于4MV左右加速器产 生的X线
普通X线与高能X线、γ射线的比较
1.穿透性 2.皮肤反应 3.组织吸收 4.旁向散射
普通X线
弱，深部剂量低，只适用于 浅部肿瘤治疗
最大剂量吸收在皮肤表面， 皮肤反应重
以光电效应为主，不同组织 之间吸收剂量差别很大，骨 组织损伤大 旁向散射大，射野边缘以外 正常组织受量高，全身反应 较大
《肿瘤放射物理学》课程思政教学案例(一等奖)
《肿瘤放射物理学》课程思政教学案例（一等奖）一、课程简介《肿瘤放射物理学》以培养放疗物理相关人才为目标，是应用物理专业本科二年级开设的专业核心课程。
作为连接基础物理与临床应用的桥梁课程，它详细论述了与肿瘤放射治疗有关的物理问题，充分体现了物理技术的改进和发展在放射治疗和提高疗效中的地位和作用。
课程采取“问题引入+模块教学+思政元素”的教学设计模式，以时间为轴，以整个放疗过程为主线，以成为一名合格物理师应该掌握的内容为血肉，从一开始的物理基础知识储备，到剂量计算，再到放疗计划设计等工作，将课堂内容四维化，融入隐性思政元素，将教学目标立体化，在教授理论知识的同时，训练学生科学思维和综合应用能力，培养科学精神和精益求精的匠心精神，增强创新意识和创新精神。
树立良好的职业道德和高度的社会责任感，在责任感和使命感中最大程度的激发学生的学习热情。
二、教学目标（一）本讲的课程思政教学目标1.通过对Y射线立体定向放射手术设备及治疗精度要求的介绍（教学），培养学生求真务实，精益求精的优秀品质，增强其社会责任感。
（思政）。
2.通过立体定向手术中有创定位的介绍（教学），从哲学的角度引领学生思维，提高其全面看问题的能力。
（思政）3•依据Y射线立体定向放射手术设备及治疗原理，让大家讨论X射线可不可以用作立体定向放射治疗源，增强创新意识和创新精神（思政），引导学生认识X射线立体定向放射治疗设备及治疗原理（教学）。
4•通过对立体定向放射手术局限性的分析（教学），引导学生的创新思维（思政），引出立体定向放射治疗（教学）。
（二）案例如何体现课程思政教学目标1•通过展示Y刀的结构图片，对Y射线立体定向放射手术设备及治疗精度的要求进行讲解，强调治疗精度对治疗效果的决定作用，决定了病人治疗后的放疗反应和生活质量，使学生认识到求真务实，精益求精在放疗工作中的重要作用，激励同学们养成求真务实，精益求精，一丝不苟的科学精神，同时树立爱国敬业，对每一位患者负责的人生观。
肿瘤放射物理学
3、放射治疗的种类
3.1 按放射源与病变的距离分：
• 远距离照射：外照射
治疗时放射源位于人体外一定距离，集中照射人 体某一部位。其工具是深部X线机、60Co机、加速 器（X线治疗、电子线治疗、质子、中子、重粒子 治疗等）
• 近距离照射：内照射
立体定向适形放射治疗
• 立体定向适形放射治疗是一种精确的放射治疗 技术，在肿瘤靶体积受到高剂量照射的同时， 其肿瘤靶体积以外的正常组织则受到较低剂量 的照射。
CT扫描机激光 定位系统
模拟工作站
• 调强放射治疗
• 将加速器、钴-60机均匀输出剂量率的射野按预定 的靶区剂量分布的要求变成不均匀的输出的射野的 过程，实现这个过程的装置成为调强器或调强方式。
50年代：发明60Co放疗机(平均能量1.25 MV)，开始 应用于临床治疗，疗效显著提高。
60～70年代：医用加速器产生，用高能X线和电子线 治疗肿瘤。并逐步取代X线治疗机和60Co放疗机。近距离 放疗逐步被减少使用。
60年代末：γ刀、X刀，开创了立体定向放疗技术。放 射物理、计算机和CT技术的高度发展，适形放射治疗、 调强放射治疗。
4、肿瘤放疗的历史
肿瘤放疗至今有100多年的历史。从1895年伦琴发现 X线，1896年居里夫妇发现镭后开始。
在放疗初期： 镭管、镭针近距离放疗。适用于位于浅 表的肿瘤,或自然腔道能进入部位的肿瘤,而且对体积较大 肿瘤的放射剂量分布不佳,最重要的缺点是对医护人员的 辐射量较大。
上世纪30年代：发明千伏X线治疗机，放射物理学和 放射生物学的研究有了重要发展。
1）X刀
• 以CT或MRI影像技术 为基础，采用三维立体 在人体内定位，X射线 能够准确的按照肿瘤的 生长形状照射，对治疗 靶区实施准确定位和聚 焦照射，靶点高剂量照 射同时，靶区周围且剂 量很低。适用范围广， 可以扩大照射到任何部 位，包括体部
肿瘤放射物理学-物理师资料-5.4 组织最大剂量比
TMR(d, FSZd )
PDD(d, FSZ,
f
)
f d f dm
2
S p (FSZm ) S p (FSZd )
其中：
2
f
SSD
，FSZd
FSZ
f
d f
，FSZm
FSZ
f
dm f
2
*P
Q
Qm
Q为考虑点；P为当前条件下，射野中心轴上最大剂量点；Qm 为Q点成为最大剂量点的情况。
Dd Ddm
Dd Dm
对相同X（γ）射线的能量，因为dm随射野增大而减小， 随源皮距的增大而增大，故dm应取最小射野和最长源皮距时的 值。
零野 的 TMR（ d， 0）代表了 有效原射线剂量 。构成 TMR的散射线剂量虽然随射野增大而增加，但这种增加是由 于模体的散射，而与准直器的散射无关。
TMR与百分深度剂量的关系：
总散射校正因子 （Sc,p）
Sp (FSZ )
Sc, p OUF
Sc, p Sc
总散射校正因子 （Sc,p）：射野在模体 中参考点深度处的输出 剂量率与参考野在模体 中同一深度处的输出剂 量率之比。它是为由准 直器和模体的散射线共 同造成的。
特别说明：
（a）上述OUF（Sc）和Sp（通过Sc,p）的测量只对方 形野，矩形野则必须转换成方形野。
射野输出因子（OUF） ：射野在空气中的输出剂量率 与参考野（10cm×10cm）在空气中的输出剂量率之比。
射野输出因子也就是准直器的散射因子Sc。
准直器系统各组成部分对OUF或Sc的影响情况：
肿瘤放射物理学5
（1）标准模体（standard phantom） 长宽高均为30cm的立方体水模，用于X（γ）
射线、电子束、中子束吸收剂量的测定和比对。对 低能电子束，水模体的高度可以薄些，但其最低高 度不能低于5cm。
（2）均匀模体（homogeneous phantom） 用固态或干水组织替代材料制成的片形方块，构成
1
式中
Z有效
i
(ni
/
n0
)
Zi3
3
，ni
为组成模体材
料的第i种元素的电子数；n0为模体材料总的电
子数。
例如： 水的有效原子序数
Z有效=[（2/10)*(1)3+(8/10)* (8)3]1/3 =7.42
1cm厚的有机玻璃相当于 1.18×（6.48/7.42）3 = 0.79cm水。
（3）对高能X射线，电子对效应占主要，两种 模体通过下式等效：
各种大小方形野的百分深度剂量随组织深度的 变化用列表的方法给出。
其它不规则野和矩形野，需要对方形野作等效 变换。
射野等效的物理意义：如果使用的矩形或不规 则野在其射野中心轴上的百分深度剂量与某一方形 野的相同时，该方形野叫做所使用的矩形野或不规 则野的等效射野。
射野等效的物理条件与精确计算：采用原射 线和散射线剂量分别计算，由于原射线贡献的剂量 不随射野面积和形状变化的，射野的面积和形状只 影响散射射线的贡献，所以射野等效的物理条件是 对射野中心轴上诸点的散射贡献之和相等。
4、水模 （最容易得到、最廉价） 对X（γ）射线、电子束的吸收和散射几乎与软组织 和肌肉近似。（用电离室作探头时，必须加防水措 施）
5、其它组织替代材料 有机玻璃、聚苯乙烯最为常见
肿瘤放射治疗策略——放射物理学基础篇
湖南省邵阳市中医医院/syszyyy/
放射肿瘤治疗学发展历程
仁
和
精
诚
• 1951年，第一台60Co远距离治疗机在加拿大问世。 • 1959年，日本提出了原体照射概念，开创了用多叶准直 器实现适型放射治疗（3D-CRT）的技术，实现了照射野 的形状与病变一致。 • 1960年后开始对中子、质子、重离子等的应用进行研究 （粒子加速器）。 • 1967年，瑞典研发出立体定向放射外科系统（γ 刀）。 • 1968年，美国利用直线加速器实现了非共面多弧度等中 心旋转治疗，即用多个小野从多个方向照射病变，现在即 称为χ 刀。
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2
f 1 d f 1 dm
2
F
常用放射物理学临床应用 （χ/γ 射线的剂量分布）
仁
和
精
诚
湖南省邵阳市中医医院/syszyyy/
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常用放射物理学临床应用 （χ /γ 射线的剂量分布）
仁
和
精
诚
• 4.影响PDD的因素： • ①.射线能量对PDD的影响：射线能量越高，其穿透能力 越强，同一深度的PDD值就越大。 • ②.照射野大小及形状对PDD的影响：照射野面积的变化 会引起散射线对射线中心轴处剂量贡献的不同。 ▲照射野面积↑→照射野内对射线中心轴上散射线量↑→同 一深度的PDD值↑（当到达一定面积后，射线边缘的散射 线对中心轴上的剂量贡献↓，并逐渐达到饱和） 临床上经验性的使用等效方野（查表） ▲公式：C=2×ab/（a+b） （C为等效方形野的边长，a和b分别为矩形野的长和宽）
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肿瘤放射物理学基础
肺剂量 双 双肺 肺VV2300≤≤2280%%
心脏 V40≤40~50% 肝脏 （60%体积）≤30Gy 骨髓 ≤45Gy 脑干 ≤54Gy
治疗计划的评价
DVH图 在DVH图上认定靶区剂量涵盖度、剂量均匀性
等剂量曲线图
1、腔内照射 2、组织间插植照射 3、管内照射 4、表面施源器照射
射线与物质的相互作用
光电效应：
能量为hv光子与物 质原子的轨道电子发生 相互作用，把全部能量 传递给对方，光子消失， 获得能量的电子挣脱原 子束缚成为自由电子， 这种现象叫做光电效应。 (光电效应在10~30keV的 范围占优势，骨吸收高 于肌肉和脂肪)
用途：
主要用于治疗表浅或偏心的肿瘤和 浸润的淋巴结
能量和照射野的选择
常用能量 4~25Mev
能量与治疗深度的关系 E = 3d+2~3Mev
照射野 电子束射野≥靶区横径的1.18倍
近距离照射剂量学
剂量学特点 放射源周围的剂量分布按照与放射
源之间的距离的平方而下降，即平方反 比定律。 基本特征 肿瘤剂量 高而不均匀，而邻 近正常组织受量低
原用单位rad，1rad = 1cGy
吸收剂量使用与任何类型和任何能量的电 离辐射，以及适用于任何受照物质。
比释动能（K)
比释动能是不带电电离粒子在质量为dm的物质 中所释放的所有带电粒子的初始功能之和。 K=dEtr/dm
单位：焦耳/千克 (J/kg)。 专用名 Gray(Gy)，1 Gy = 1 J/kg； 比释动能只适用于间接致电离辐射，适用于
现代近距离治疗的特点： 1、放射源微型化，程控步进电机驱动； 2、高活度放射源形成高剂量率治疗； 3、微机计划设计。
肿瘤放射物理学复习(复习版)
肿瘤放射物理学1.第5页，两个例题。
例一计算氢气和氧气的每克电子数和电子密度。
解：例二计算水的电子密度和每克电子数。
解：2.第12页，放射平衡定义，条件。
答：放射性核素衰变，子母体间的放射性活度将保持固定的比例，这样一种状态称为放射性平衡。
3.第13页，制备人工放射性核素的途径。
1)利用反应堆中的强中子束照射靶核，靶核俘获中子而生成放射性核；2)利用中子引起重核裂变，从裂变碎片中提取放射性核素。
4.第16页，带电粒子与核外电子的非弹性碰撞三点结论；1)电离损失近似与重带电粒子的能量成反比；2)电离损失与物质的每克电子数成正比；3)电离损失与重带电粒子的电荷数平方成正比。
5.第17页带电粒子与原子核的非弹性碰撞三点结论。
1)辐射损失与入射带电粒子的成反比；2)辐射损失与成正比；3)辐射损失与粒子能量成正比。
6.第20页，比电离：带电粒子穿过靶物质时使物质原子电离产生电子—离子对，单位路程上产生的电子—离子对数目称为比电离。
布拉格峰：重带电粒子束的比电离曲线和百分深度剂量曲线尾部均可以观察到明显的峰值，此峰值称为布拉格峰。
利用重带电粒子束（主要是质子和负π介子）实施放疗，可以通过调整布拉格峰的位置和宽度使其正好包括靶区，从而达到提高靶区剂量和减少正常组织受照剂量的目的，这正是重带电粒子束相对光子、电子和中子束等所具有的计量学优点。
7. 第21页，简答题：X （γ）射线与物质的相互作用表现出不同的特点。
答：1）X （γ）光子不能直接引起物质原子电离或激发，而是首先把能量传递给带电粒子；2）X （γ）光子与物质的一次相互作用可以损失其能量的全部或很大一部分，而带电粒子则是通过许多次相互作用逐渐损失其能量；3）X （γ）光子束入射到物体时，其强度随穿透物质厚度近似呈指数衰减，而带电粒子有确定的射程，在射程之外观察不到带电粒子。
8. 第25页，半价层关系式：HVL=ln2/μ=0.693/μ。
9. 光电效应：光子被原子吸收后发射轨道电子的现象。
放射物理学
放射物理学放射肿瘤学：又称放射治疗学，是主要研究放射线单独或结合其他方法治疗肿瘤的临床学科。
放射治疗是恶性肿瘤最重要的治疗手段之一，其根本目的是治病救人。
最大限度地消灭肿瘤，同时最大限度地保存正常的组织的结构与功能，提高患者的长期生存率和生活质量。
放射治疗学的主要内容有：一，肿瘤放射物理学(研究放射设备的结构，性能以及各种射线在人体的分布规律，探索提高肿瘤剂量，降低正常组织受量的物理方法)二，肿瘤放射生物学（研究射线对肿瘤和正常组织的作用的生物学机制，讨论预测和提高肿瘤放射敏感性，减少正常组织损伤的生物学途径）三，放射肿瘤学临床知识放射物理学：研究放疗设备的结构，性能以及各种射线在人体内的分布规律，探讨提高肿瘤剂量降低正常组织受量的物理方法。
内容：1，治疗机特点2，外照射计剂量学3，电子剂量学4，治疗计划设计原理第一章常用放疗设备第一节X线治疗机1，X线治疗机主要是指利用400KV以下X线治疗肿瘤的装置。
2，400KV以下X线机主用于：体表肿瘤或者浅层淋巴结转移性肿瘤的治疗或预防性照射第二节钴60治疗机1，能量1.25MeV半衰期5.242，钴半影问题（照射野边缘的剂量随着离开中心轴距离增加而发生急剧的变化，这种变化的范围称之为半影）（1）几何半影：由于钴60放射源具有一定尺寸，射线被准直器限束后，照射野边缘诸点受到剂量不均等的照射，造成剂量渐变分布。
可以减少源的尺寸，但当减少到一定程度其活性受影响，故临床上可以延长源到准直器的距离（2）穿射半影：由于放射源线束穿过准直器端面厚度不等而造成的剂量渐变分布，这种半影消除方法是采用球面限光筒。
（3）散射半影：即或是点状源和球面限光筒，是几何，穿射半影消失。
照射野边缘仍存在剂量渐变分布，这是由于组织中的散射线造成的。
这种散射线随能量增高而减少，这种半影无法消除，始终存在。
3，临床应用特点：1，穿透力强，提高了深部肿瘤的疗效。
2，钴60射线的建成深度位于皮下5cm皮肤剂量相对少3，物理效应以康普顿效应为主，骨吸收类似软组织吸收，可用于骨后病变治疗4，旁向散射少，放射反应轻5，经济可靠，结构简单，维护方便缺点：需换源，不治疗也有少量的放射线，半影，半衰期短。
肿瘤放射物理学-物理师资料-5
推导上式：
TMR(d, FSZd )
DQ DQm
, PDD(d, FSZ,
f
)
Байду номын сангаас
DQ DP
，FSZ是表面射野
BSF (FSZm )
DP DP(air )
, DP(air) DQ(air )
f d f dm
2
,
FSZ
m是P点处射野
BSF (FSZd )
DQm DQm (air )
, DQ(air)
FSZ0 参考野
是
DP / Dm0
DP / DP(air )
DP(air ) Dm0(air ) Dm0 Dm0(air )
DQm / Dm0
D / D Qm
Qm (air )
D D Qm (air )
m0(air )
D D m0
m0(air )
Sc, p (FSZm ) / Sc (FSZm ) S p (FSZm ) Sc, p (FSZd ) / Sc (FSZd ) S p (FSZd )
（b）具体转换时，Sc、Sc,p要考虑到钴-60与加速器其 输出剂量的不同监测方式，受到射野边长比的影响，而Sp不 受射野边长比的影响。
三、组织模体比和组织最大剂量比
组织模体比（TPR）：为模体中射野中心轴上任意一点 的剂量率与空间同一点模体中射野中心轴上参考深度（t0）处 同一射野的剂量率之比。
Dd Ddm
Dd Dm
对相同X（γ）射线的能量，因为dm随射野增大而减小，随 源皮距的增大而增大，故dm应取最小射野和最长源皮距时的值。
零 野 的 TMR （ d ， 0 ） 代 表 了 有 效 原 射 线 剂 量 。 构 成 TMR的散射线剂量虽然随射野增大而增加，但这种增加是由 于模体的散射，而与准直器的散射无关。
肿瘤放射物理学-肿瘤放射物理学重点整理
试题题型●选择题：共20小题，每题1.5分，共30分●名词解释：共6小题，每小题5分，共30分（DRR、PDD、PTV、CT模拟、放射性活度）●简答题：共4小题，每小题10分，共40分复习提纲1．原子的结构特点和描述原子结构的参数。
●核外电子运动状态由主量子数n，轨道角动量量子数l，轨道方向量子数m l，和自旋量子数m s决定。
●主量子数n：取值1，2，3….,对应的壳层分别为K，L，M，N，O，P，Q壳层，每个壳层最多可容纳的电子为2n2，例如K层和L层可以容纳的电子数分别为2和8.（主量子数n是用来描述原子中电子出现几率最大区域离核的远近，或者说它是决定电子层数的。
n相同的电子为一个电子层，电子近乎在同样的空间范围内运动，故称主量子数。
）●根据泡利不相容原理，在原子中不能有两个电子处于同一状态，也就是说，不能有两个电子具有完全相同的四个量子数。
●对每一个n，轨道角动量量子数l可取值：0，1，2，3，…，n-1, 在一个壳层内，具有相同l量子数的电子构成一个次壳层，l=0,1,2,3,4,5,6依次对应次s, p, d, f, g, h, I●次壳最多可容纳2(2l+1)个电子●在多电子原子中，轨道角动量量子数也是决定电子能量高低的因素。
所以，在多电子原子中，主量子数相同、轨道角动量量子数不同的电子，其能量是不相等的，即在同一电子层中的电子还可分为若干不同的能级(energy level)或称为亚层(subshell)，当主量子n相同时，轨道角动量量子数l愈大，能量愈高。
●轨道角动量量子数决定原子轨道的形状。
●轨道方向量子数m l：取值范围-l,-l+1,….l-1,l。
●磁量子数m是描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向。
m取值受角量子数取值限制，对于给定的l值，m=0,±1,± 2,…,±l，共2l+1个值。
这些取值意味着在角量子数为l的亚层有2l+1个取向，而每一个取向相当于一条“原子轨道”。
肿瘤放射图表版物理手册PDF版
肿瘤放射物理手册图标版bao 整理版权 仅供学习，请勿商用- 1 -表1 原子结构质子（正电荷）原子核（10-14m ；正电荷） 核子 同质异位素（A 同，Z 不同）中子（不带电荷） 同质异能素（AZ 同，能态不同） 放射性同位素原子（atom ） A Z X ：A （质量数）＝Z （原子序数）+ N （中子数） 同位素（Z 同，A 不同）直径数量级约10-10m N A （阿伏伽德罗常数） 同中子异核素（N 同） 稳定同位素 原子质量u ：（1261112u C =原子质量＝1.6605655×10-24g ＝1.6605655×10-27Kg ） 931.5016MeV/c 2 质子质量：1.007277u 938.2796 MeV/c 2中子质量：1.008665u 939.5731 MeV/c 2 电子质量：0.000548u 0.5110034 MeV/c 2 1.78×10-30Kg 质能关系：E ＝mc 2 c ＝2.997924580×108m/s玻尔的量子理论排布规律 K 、L 、M 、N 、O 、P 、Q 层（每壳层最多2n 2） 泡利不相容原理 核外电子（负电荷）电荷量e ＝1.60219×10-19C 1eV ＝1.0×10-3keV ＝1.0×10-6MeV ＝1.602192×10-19J 单位体积中的原子数＝N A M Aρ；单位体积中的电子数＝ZN AM A ρ单位体积中的电子数称为电子密度，用符号n e 表示，单位是cm -3或m -3。
单质每克原子数＝A NM A ；每克电子数＝Z N AMA每克电子数用符号N e 表示。
转换公式，即n e ＝ρN e单位体积（质量）物质中的原子数、电子数N e ＝ω1N e1+ω2N e2+……化合物或混合物n e ＝ρ（ω1N e1+ω2N e2+……）＝ρN e表2 原子结构模型的发展史英国自然科学家约翰·道尔顿提出了世界上第一个原子原子是一个坚硬的实心小球❶ 原子都是不能再分的粒子年） 理论 ❷ 同种元素的原子的各种性质和质量都相同❸ 原子是微小的实心球体意义 虽然后人证实是失败的理论模型，但其第一次将原子从哲学带入化学研究中，道尔顿也因此被后人誉为"近代化学之父"。
肿瘤放射物理学知识点
1、处于激发态的原子很不稳定，高能级的电子会自发跃迁到低能级空位上，从而使原子回到基态。
两能级能量的差值一种可能是以电磁辐射的形式发出，这种辐射称为特征辐射2、阿伏加德罗定律：1摩尔任何元素的物质包含有NA（6.022×1023）个原子。
3、原子核的稳定性影响核素稳定的因素如下：中子数与质子数之间的比例关系核子数的奇偶性重核的不稳定性4、原子核的衰变类型，即α衰变、β衰变、γ跃迁和内转换。
5、重带电粒子束的比电离曲线和百分深度剂量曲线尾部均可以看到明显的峰值，此峰值称为布喇格峰6、光电效应总截面3)/(hvZ n∝τσn是原子序数的函数，对低原子序数材料n近似取4，对高原子序数材料n近似取4.87、临床上相同质量厚度的三种组织对X(g)射线不同的能量吸收差别：①对于60--150 kev低能X射线，骨的吸收比肌肉和脂肪的高得多。
②对于150--250 kev低能X射线，骨的吸收比肌肉和脂肪的高。
③对于钴-60γ射线和2—22 Mv高能X射线，虽然单位质量骨的吸收比肌肉和脂肪的低，但由于骨的密度比肌肉和脂肪都要大，所以单位厚度的骨的吸收仍然比肌肉和脂肪的高。
④对于22--25 MV的高能X射线，骨的吸收比肌肉和脂肪的稍高。
8、在7-100MEV能量范围，由于电子对效应变得重要，使得骨的吸收增大。
X射线机和加速器产生的连续能谱X射线可以近似等效为加速电压三分之一的单能光子束。
9、电离室的工作特性电离室的方向性电离室的饱和性电离室的杆效应电离室的复合效应电离室的极化效应环境因素的影响10、用电离室测量吸收剂量分两步：（1）用电离室测量由电离辐射产生的电离电荷；（2）用空气的平均电离能计算并转换成电离辐射沉积的能量，即吸收剂量。
11、布喇格－格雷（Bragg－Gray）空腔理论假定气腔的直径远小于次级电子的最大射程，则以下三个假定成立：1、X射线光子在空腔中所产生的次级电子的电离可忽略；2、气腔的引入并不影响次级电子的注量和能谱分布；3、气腔周围的邻近介质中，X射线的辐射场是均匀的。
肿瘤放射物理
在设计超分割(一天多次照射)治疗方案时， 一定要考虑晚反应组织对亚致死损伤的修 复问题，因为次间隔6～8小时，不足以保 证晚反应组织对亚致死损伤的完全修复。 考虑到次问亚致死损伤的完全修复对保护 正常组织的重要性，对半修复期长的组织， 必须要选择恰当的总剂量及其分次方式。
剂量率也会影响肿瘤的控制率和正常组织的早、晚期反应。 单位剂量的生物效应，低剂量率的要比高剂量率的低。当 剂量率落人1～0．2 Gy／min范围时，剂量率效应开始与 临床有关；当剂量率低于0.05 Gy／min寸，剂量率效应 影响非常明显。
一个好的治疗计划，应该使其剂量分布的 形状与计划靶区的形状相一致。但由于目 前照射技术的限制，不能达到这一点，这 是定义治疗区的原因之一；另外治疗区的 形状和大小与计划靶区的符合程度，也可 提供医生一个很好的评价治疗计划的标准。
照射区(irradiation volume，IV) 对一定的 照射技术及射野安排，50％等剂量线面所 包括的范围。照射区的大小，直接反映了 治疗方案设计引起的体积积分剂量即正常 组织剂量的大小。
二、放射源的合理选择
三、外照射靶区剂量分布的规定
(一)定义 肿瘤区(gross target volume，GTV) 指肿瘤的临
床灶，为一般的诊断手段(包括CT和MRI)能够诊 断出的可见的具有一定形状和大小的恶性病变的 范围，包括转移的淋巴结和其他转移的病变。转 移的淋巴结或其他转移病变可认为是第二肿瘤区。 确定肿瘤区的方法应与TNM等肿瘤分期标准一致。 当肿瘤已作根治术后，则认为没有肿瘤区。 临床要确定肿瘤区： ①对根治性放疗，要给予肿瘤区以足够的剂量， 使肿瘤得到控制； ②便于观察肿瘤随治疗剂量的变化及其他因素的 影响。
内靶区(internal target volume，ITV) 肿瘤区(GTV)和临 床靶区(CTV)都是根据肿瘤的分布特点和形态在CT／MRI ／DSA／PET等的静态影像上确定的，没有考虑到器官的 运动。但在患者坐标系中，CTV(GTV)的位置是在不断变 化的。内靶区定义为在患者坐标系中，由于呼吸或器官运 动引起的CTV外边界运动的范围。
医学物理-肿瘤放射治疗
在线校准—超声引导摆位系统 (BAT)
自适应放疗
自适应放 疗是根据 治疗过程 中的反馈 信息，对 治疗方案 作相应调 整的治疗 技术或模 式。
治疗中的呼吸运动管理—ABC
Active Breathing Coordinator (ABC) 患者主动参与 并进行深吸深呼- 再次深 吸- 屏气这一 过程的呼吸训 练，在屏气时 靶区暂时停止 运动，给予放
治疗前 治疗后
放疗技术—镭
镭管、镭针、镭模等，用于治疗皮肤癌和比 较表浅的恶性肿瘤。
放疗技术—X线治疗机
20世纪30、40年代：KV级X线治疗机的出现成 就了外照射技术（远距离治疗）的发展。
放疗技术—钴治疗机
。 20世纪50年代，钴-60远距离治疗机的出现标志着兆伏级放疗时代的开始
放疗技术—加速器
PPRRIIMMUUSS oorr PPRRIIMMAARRTT
ZZXXTT TTaabbllee
Gantry Moves During Slice Acquisition
Stationary Carbon Fiber Tabletop Rails
SSOOMMAATTOOMM CCTT SSlliiddiinngg GGaannttrryy
实时跟踪技术
• 实时跟踪技术（Real-time Tumor Tracking） 随着成像技术，多叶光栅以及机械控制技术的 发展，实时跟踪肿瘤运动使射线束实时跟随目 标肿瘤,成为肿瘤运动补偿问题的发展方向。
• 最常用的直接跟踪方法是通过X 射线透视成像 对运动肿瘤实时成像。通常为了增加肿瘤与周 围软组织的图像对比度， 常在患者体内植入 金属标记物。
医学物理
——肿瘤放射治疗
医学物理简介
【优质】肿瘤放射物理学PPT文档(2024版)
ln2 0.693 为5种不同的核素。
4、递次衰变和放射平衡
T 单能X线+电子线加速器
1/2
元素，核素，同位素，原子量，基态，激发态，特征X射线，原子结构和能级，原子核结构和能级。
单能X线+电子线加速器
（2）、几种常见γ线同位素源及其特性
剂量率高，束流稳定，剂量计算准确，治疗时间短
衰变过程中释放的能量称为衰变能。
3、钴-60治疗机的半影问题
半影的定义：射野边缘剂量随离开中心 轴距离增加而急剧变化的范围，用P90-10%或 P80-20%表示。有下列三种原因造成钴-60治 疗机有半影(图2-1-9)
三、普通X线与高能X线、γ射线的比较
1、穿透性 2、皮肤反应 3、组织吸收 4、旁向散射
普通X线
弱，深部剂量低，只适 用于浅部肿瘤治疗 最大剂量吸收在皮肤表 面，皮肤反应重
1、体外照射(外照射)：又称体外远距离照射：指放射 源位于体外一定距离(80-100厘米)，集中照射人体某一 部位。是最常用的。如X线机、60Co机、X刀等。
2、体内照射(包括组织间放疗和腔内放疗)：又称近 距离治疗(，指将放射源密封直接放入被治疗的组织内( 组织间放疗)或放入人体的天然体腔内(腔内放疗)进行照 射。放射源与被治疗的部位距离在5cm以内，故称近距离 。限用于肿瘤体积较小，边界较清晰的肿瘤。如腔内、 管内后装，组织间插植等。
例： 9 4T 9 3m ct 1/2 6 .0 h 2 9 4T 9 3 c （Eγ=0.141MeV）
是 9493Tc m 9493Tc 的同质异能素。
3、放射性度量
放射性指数衰变规律：
N N0et λ为衰变常数
放射性活度：是指一定量的放射性核素在一个很短的时
理解放射治疗在肿瘤放射物理中的应用
理解放射治疗在肿瘤放射物理中的应用一、肿瘤放射物理的基本概念肿瘤放射物理是肿瘤学中一个重要的分支，主要通过放射治疗来抑制和杀死癌细胞。
它通过使用高能量电离辐射，如X光、质子或中子束，以及其他形式的辐射治疗来摧毁癌细胞，从而达到控制和治疗肿瘤的目的。
其中，放射治疗技术中的一种关键方法是放射源在体内或体外释放出放射性物质，这就是放射治疗中的“放射源”。
二、了解放射治疗中的放射源选择1. 选择合适的辐射种类：在肿瘤放射物理领域，医生会根据患者情况和癌细胞类型选择不同类型的辐射。
常见的辐射包括电子束（electron beam）、γ 射线（gamma radiation）以及质子束加速器等。
2. 放射源选址标准：选择放置放射源具有至关重要的意义。
最常见方法是将核素注入体内，在患者身上感到最大限度地集中对组织进行照射。
放射源的选择应该根据癌细胞的类型、大小和位置来确定，以最大限度地提高放射治疗的准确性和有效性。
三、放射治疗中的具体方法1. 放射治疗计划：放射治疗师将患者CT扫描图像导入到计算机软件上，通过对肿瘤区域的三维模拟，制定出个体化的治疗计划。
该计划需要考虑到肿瘤的位置、大小以及周围正常组织器官的分布。
这样可以减少对健康组织造成损伤，同时增加对肿瘤的轻松控制。
2. 放射源定位和稳定：在实施放射治疗之前，需要精确地确定和稳定放射源的位置。
这一步骤通常通过图像引导系统（image guidance system）来实现，例如X光或CT扫描设备。
这可以确保辐射能够准确引导至靶标区域，并最大程度地减少对周围正常组织的伤害。
3. 辐射剂量测量与调整：在实施放射治疗过程中，监测和调整辐射剂量是非常重要的。
医生需要确保辐射剂量可以完全覆盖肿瘤区域，同时最大限度地减少对周围正常组织的伤害。
这通常通过放疗设备上的监测器来实时监控辐射剂量，并根据患者的体位或病情等因素进行调整。
四、放射治疗安全与影响1. 放射治疗安全性：放射治疗是一项复杂而精确的任务，需要医生和技术人员具备专业知识和丰富经验。
肿瘤放射物理学
放射物理温习轨道电子结合能的概念和计算方式：把电子从所在的能级转移至不受原子核吸引并处于最低能态时所需的能量叫轨道电子结合能。
核子结合能的概念和计算方式：质子和中子等核子结合成原子核放出的能量叫核子结合能计算水和人体骨组质的有效原子序数计算水和人体骨组质的电子密度计算Co-60源比活度的极限值指型电离室测量照射量的原理:绝大部份次级电子来自于室壁材料，少部份来自中间的空气，周围介质产生的次级电子可忽略指型电离室作为空腔的测量原理:次级电子全数来自于周围介质材料，可忽略来自室壁材料和中间的空气次级电子何谓电子平稳离开某一区域的次级电子所带的能量等于进入这一区域的次级电子所带的能量，就以为这一区域实现了电子平稳如何描述辐射探测器的特性能量响应特性（越平坦越好）、剂量率线性（响应）、积分线性、空间分辨率高X射线与物质彼此作用中能量转递的方式光电效应、康普顿效应、电子对效应用拟合公式表达标称加速电压与PDD20/PDD10之间的关系二者相辅相成，不可偏废对应策略：外照射是多射野分野照射；近距离照射是合理布放射源比较深部X射线、高能X()射线、高能电子束、和重带电粒子的深度剂量特点。
深部X射线高能X射线高能电子束重带电子粒子Dmax点皮肤表面在建成区后皮下必然深度 Bragg Peak适形概念，调强概念适形：是一种医治技术，它能使高剂量区剂量散布形状在三维方向上与靶区形状一致；调强：是一种医治技术，依照必然要求调整射野内遍地的剂量注量率的进程；3DCRT与IMRT的异同点调强更要求靶区表面和靶区内部各点剂量相等多叶准直器叶片的描述方式高度（至少5个半价层）、等中心处宽度、端面形状多叶准直器整野(Cone Beam)调强的方式整野调强、扇形束调强加速器利用束流均整器的目的将符合高斯散布的射野变成符合必然平坦度要求的射野临床形成不规那么射野的方式及其优缺点MLC和铅挡块；MLC易成形，形状粗糙、铅挡块制作复杂，形状精细楔形板的用途及种类改变射野剂量散布形状；种类：利用准直器形成的动态楔形板、一楔合成板（60°）、物理楔形板楔形板楔形因子的测量方式Co60 ：必然源皮距，10cmX10cm, d=5cm，别离测量开野和楔形野加速器：必然源皮距，10cmX10cm,d=10cm，别离测量开野和楔形野独立准直器的用途形成偏轴射野（非对称）、动态楔形板医治机剂量处方的规定点（MU/cGy）射野中心轴，10cmX10cm，Dmax/D5/D10我国关于医治机输出剂量的标定条件偏轴射野的剂量处方(MU数、鈷-60时刻)概念在何处射野中心轴上，Dmax处，射野10cmX10cm，SSD加速器取100cm,Co60 SSD有不同阻碍X(γ)射线射野中心轴上PDD、TMP、TPR的因素PDD有SSD、能量、射野大小和形状、深度; TMP、TPR有能量、射野大小和形状、深度，因为距离不变故不受距离平方反比阻碍PDD(TMR)射野面积等效的原理散射线等效原理射野面积等效(2ab/(a+b))与Day氏面积等效的比较射野面积等效粗糙，计算简便，长条形野剂量阻碍大、Day氏面积等效精细计算复杂形成X(γ)射线剂量建区的缘故次级电子有必然射程（Dmax）、（次级电子随深度增加愈来愈少）射线衰减遵循距离平方反比阻碍人体曲面、组织不均匀性等效空气比法的原理与源到靶区距离无关、与散射条件有关高能电子束打算设计时电子束能量和射野大小的选定方式电子束能量=3Xd后缘+2~3MeV；射野约倍靶区最大直径后装放射源的源强度的表示方式① 照射量②吸收剂量。
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第五章
X（γ）射线射野 剂量学
第一节 人体模型
一、组织替代材料
1、射线与人体组织相互作用的研究很难直接在人 体内进行。 2 、 模 体 （ 材 料 （tissue substitutes）构成的模型代替人体。
组织等效材料： “对射线的散射和吸收的特性与 人体组织的相同的材料” 。（ICRU第30号） 组织替代材料： “模拟人体组织与射线的相互作 用的材料”。 （ICRU第44号）
一、有关名词定义
放射源（S） 一般规定为放射 源前表面的中心， 或产生辐射的靶 面中心。
T水 T模体 模体 (Z模体，有效 / Z水，有效 )
式中
Z有效 3 (ni / n0 ) Zi i
1 3
3
， ni 为组成模体材
n0 为模体材料总的电 料的第i种元素的电子数；
子数。
例如：
水的有效原子序数 Z有效=[（2/10)*(1)3+(8/10)* (8)3]1/3
T水 T模体 模体 (Z / A)模体 /(Z / A)水
T水 为 T模体 的等效水厚度（cm）。
例如： 有机玻璃的分子式 (C5O2H8)n ，假设其密 度为1.18g/cm3。 1cm厚的有机玻璃相当于 1.18×(0.54/0.555)=1.148cm水。
（2）对低能X射线，光电效应占主要，两种 模体材料通过下式等效：
=7.42
1cm厚的有机玻璃相当于 1.18×（6.48/7.42）3 = 0.79cm水。
（ 3 ）对高能 X 射线，电子对效应占主要，两 种模体通过下式等效：
T水 T模体 模体 (Z模体，有效 / Z水，有效 )
(ni / n0 ) (Zi ) 式中 Z有效 i
对水
Z有效 6.6
为替代材料的射线的有效线性衰减系数。
（2）对电子束，两种模体射野中心轴上百分 深度剂量（PDD）相同时的深度比为：
Zm ( PDD) / Zw ( PDD) (r0 / )m /(r0 / ) w
式中Z为深度，r 为电子束的连续慢化 近似射程， 为组织替代材料的密度。
0
第二节 百分深度剂量分布
3、组织替代材料的选择，应考虑被替代组织的化 学组成和辐射场的特点。（考虑作用方式的特点） 对X（γ）射线，总线性衰减系数（或总质量衰减 系数）与被替代组织的相同。（注意 Z 和电子密度 的影响）
对电子束，总线性（或总质量）阻止本领和总线 性（或总质量）角散射本领。
一般情况下，适合X（γ）射线的组织替 代材料一定是电子束的组织替代材料。
二、组织替代材料间的转换
比如原来组织的替代材料是有机玻璃，现在 要换成水，该如何进行等效转换？这就涉及到组 织替代材料间的转换问题，它决定于被测射线与 模体材料的相互作用。
（1）对中高能X（γ）射线，康普顿效应为主要形 式，当两种模体材料的电子密度相等时，则认为 它们彼此等效。此时的转换关系式为
对有机玻璃 Z有效 5.85 则1cm有机玻璃相当于 1.18×（5.85/6.6）＝1.05cm水。
（4）对电子束，模体材料是通过模体中电子 注量进行等效的：
T水 T模体 模体 (R0 )模体 /(R0 )水
或 T水 T模体 Cpl 连续慢化 近似射程
模体材料转换到 水的比例系数 （IAEA，381号）
（3）人体模体 分均匀型和不均匀型两种。 均匀型是用均匀的固态组织替代材料加工成，类 似标准人体外形或组织器官外形的模体。 不均匀型是用人体各种组织（骨、肺、气腔等） 的组织替代材料加工而成的，类似标准人体外形 或组织器官的外形。 人体模体主要用于治疗过程的剂量学研究， 包括新技术的开发和验证、治疗方案的验证与测 量等，不主张用它作常规剂量的检查与校对。
（4）组织填充模体（bolus） 用组织替代材料制成 的组织补偿模体，直接放在患者的皮肤上，用于改 变患者皮肤不规则轮廓对体内靶区或重要器官剂量 分布的影响，提供附加的对射线束的散射、建成和 衰减。 它与组织补偿器的区别是：前者必须用组织替 代材料制作而且必须放在患者的皮肤上；后者不必 用组织替代材料制作而且必须离患者皮肤一定距离。 组织补偿器是一种用途特殊的剂量补偿装置。
对中子束，要求元素构成相同，及C、 H、 N、 O的质量相对份数要相等。 对重离子，线性碰撞本领是首选条件。 对负π介子，除了考虑线性碰撞本领外，还应该 考虑分子结构。
为了保证等体积的组织替代材料与被替代组织 的质量相等，要求两者的物理密度必须近似相等。
4、水模 （最容易得到、最廉价） 对X（γ）射线、电子束的吸收和散射几乎与软组织 和肌肉近似。（用电离室作探头时，必须加防水措 施） 5、其它组织替代材料 有机玻璃、聚苯乙烯最为常见 表5-1 人体组织和常用的组织替代材料的物理参数 （材料、化学成分、质量密度、电子密度、有效原 子序数）
四、剂量的准确性要求
用组织替代材料或水替代材料构成的模体进 行剂量的比对和测量时，测得的吸收剂量值与通 过标准水模体测量得的值相差不能超过1％，否则 应改用较好的材料，或用下述方法进行修正。
（1）对X（γ）射线，校正系数 CF e， d为替代材料的厚度，d 为等效水厚度，
'
( d d ' )
（IAEA，277号）
三、模体的分类
由组织替代材料组成的模体是用于模拟各种射 线与人体组织和器官相互作用的物理过程。 ICRU对各种模体作了如下的分类和定义：
（1）标准模体 （2）均匀模体 （3）人体模体 （4）组织填充模体
（1）标准模体（standard phantom） 长宽高均为 30cm的立方体水模，用于 X（ γ） 射线、电子束、中子束吸收剂量的测定和比对。对 低能电子束，水模体的高度可以薄些，但其最低高 度不能低于5cm。 （2）均匀模体（homogeneous phantom） 用固态或干水组织替代材料制成的片形方块，构 成边长为30cm或25cm的立方体，代替标准水模体作 吸收剂量和能量的常规检查。