放射物理学课件7
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原子核与放射性ppt课件
Zmp Nmn c2 mNc2 E 结合能
结合能：E Zmp Nmn mN c2 mc 2
质量亏损： m Zmp Nmn mN
质量亏损是单独的核子结合成核后其总的静质量的 减少。
11
质量亏损： m Zmp Nmn mN ZmH Nmn ma
﹡核力与电荷无关。质子和质子，质子和中子，中子 和中子间的作用力是一样的。
﹡在核的线度内，核力比库仑力大得多。
10
⑵原子核的结合能
由于核力将核子聚集在一起，所以要把一个核 分解成单个的中子和质子时必须克服核力做功，为 此所需的能量叫做核的结合能。它也是单个核子结 合成一个核时所能释放的能量。
核子结合成一个核时，根据能量守恒：
如果将核看成球形，则核的半径R和 A1/3 成正比，即
R R0 A1/3 R0 1.2fm 1.21015m
56Fe 核的半径为4.6fm，238U核的半径为7.4fm。
原子核的密度：
M V
M
4 R3
3
Au 3u
4 3
R03
A
4R03
各种核的密度都是一样的。
同位素在元素周期表中处于同一位置。
如：氢原子的三种同位素：
1 1
H
2 1
H
氘
3 1H氚Fra bibliotek碳的同位素有：68C,69C,, 162C,163C,, 260C 等
7
天然存在的各元素中各同位素的多少是不一样的，各 种同位素所占比例叫作各该同位素的天然丰度。
如：在碳的同位素中，12C 的天然丰度为98.9﹪，13C的 为1.1﹪，而14C 的只有 1.31010% .
结合能：E Zmp Nmn mN c2 mc 2
质量亏损： m Zmp Nmn mN
质量亏损是单独的核子结合成核后其总的静质量的 减少。
11
质量亏损： m Zmp Nmn mN ZmH Nmn ma
﹡核力与电荷无关。质子和质子，质子和中子，中子 和中子间的作用力是一样的。
﹡在核的线度内，核力比库仑力大得多。
10
⑵原子核的结合能
由于核力将核子聚集在一起，所以要把一个核 分解成单个的中子和质子时必须克服核力做功，为 此所需的能量叫做核的结合能。它也是单个核子结 合成一个核时所能释放的能量。
核子结合成一个核时，根据能量守恒：
如果将核看成球形，则核的半径R和 A1/3 成正比，即
R R0 A1/3 R0 1.2fm 1.21015m
56Fe 核的半径为4.6fm，238U核的半径为7.4fm。
原子核的密度：
M V
M
4 R3
3
Au 3u
4 3
R03
A
4R03
各种核的密度都是一样的。
同位素在元素周期表中处于同一位置。
如：氢原子的三种同位素：
1 1
H
2 1
H
氘
3 1H氚Fra bibliotek碳的同位素有：68C,69C,, 162C,163C,, 260C 等
7
天然存在的各元素中各同位素的多少是不一样的，各 种同位素所占比例叫作各该同位素的天然丰度。
如：在碳的同位素中，12C 的天然丰度为98.9﹪，13C的 为1.1﹪，而14C 的只有 1.31010% .
放射物理与防护全套ppt课件
56
57
3）管电压的影响： 在相同mAs同种靶物质的条件下， X线的量与管电压的n次 方成正比。
58
3、X线的质 X线的质又称线质，它表示X线的硬度，即穿透物质本领的 大小。X线质完全由光子能量决定，而与光子个数无关。 在实际应用中是以管电压和滤过情况来反映 X 线的质。这 是因为管电压高、激发的X线光子能量大，即线质硬；滤过 板厚，连续谱中低能成分被吸收的多，透过滤过板的高能成 分增加，使 X线束的线质变硬。在滤过情况一定时，常用管 电压的千伏值来粗略描述X线的质。 在工作中描述X线质除千伏值外，还用半价层、半值深度等 物理量来表示X线质。
34
2、激发 高速电子通过物质时，作用于轨道电子，轨道电子获得 能量从低能态轨道跃迁到高能态轨道，这种现象称为激发。 此时原子处于受激态，不稳定。当该电子退激时（跃迁）， 获得的能量将以光能或热能的形式释出。外层轨道电子受激 退激时产生热能，内层轨道电子受激退激时产生射线。
35
3、散射 电子受到物质原子核库仑电场的作用而发生方向偏折，称 散射。散射对测量及防护都有一定程度的影响。
38
下图是使用钨靶 X 线管，管电流保持不变，将管电压从 20KV 逐步增加到 50KV ，同时测量各波段的相对强度而绘制成的 X 线谱。
39
2、连续X线的最短波长、最强波长、平均波长及最大光子 能量。
40
最短波长：
41
42
最强波长：
λ
最强
= 1.5 λ
min
平均波长 λ 平均 = 2.5λ
放射物理与防护
Radiological Physics and Radiation Protection
1
第一章 物质结构 一、原子的基本状况
第一章放射物理基础
③每一种放射性核素都有各自的λ值。
④若一种核素同时发生n 种类型的核衰变，则 多种衰变同时进行，互不影响：
1 2 n
半衰期:放射性核的数量因发生自发核衰 变而减少到原来核数一半所需的时间
N0 2
N0eT
可得：T ln 2 0.693
用半衰期表示衰变方程:
对递次衰变系列(T1»Ti, i=2,3,···)，有：
1N1 2 N 2 n N n
暂时平衡(transient equilibrium)
条件：
T1
T2 1
2
t 7 T1T2 T1 T2
结果： N 2 1 N1 2 1
A2 2 A1 2 1
1、卢瑟福的原子模型
α 粒子的散射实验
目的：检验汤姆逊模型的正确性 原理：带电粒子射向原子,探测出射粒子的角 分布。
实验装置和模拟实验
R:放射源； F:散射箔； S:闪烁屏； M：显微镜
B:圆形金属匣
（a)侧视图
(b)俯视图
α 粒子：放射性元素发射出的高速带电粒 子，其速度约为光速的十分之一，带+2e的 电荷，质量约为4MH。
吸收能量
核外电子从一个电子 层跃迁到另一个电子 层时，吸收或释放一 定的能量，就会吸收 或释放一定波长的光，
释放能量
所以得到线状光谱。
电子在原子中如何分布？
密集的、带正电荷的原子核包含了原子的大部分质量，它被 带负电荷的电子包围
电子在原子中如何分布？
原子核外的电子是分层排布的，每一层都 可以叫做能层，可以分为K.L.M.N.O.P.Q这 7个能层，每个能层最多能排2n2个电子，每 个能层又可以为多个能级。
④若一种核素同时发生n 种类型的核衰变，则 多种衰变同时进行，互不影响：
1 2 n
半衰期:放射性核的数量因发生自发核衰 变而减少到原来核数一半所需的时间
N0 2
N0eT
可得：T ln 2 0.693
用半衰期表示衰变方程:
对递次衰变系列(T1»Ti, i=2,3,···)，有：
1N1 2 N 2 n N n
暂时平衡(transient equilibrium)
条件：
T1
T2 1
2
t 7 T1T2 T1 T2
结果： N 2 1 N1 2 1
A2 2 A1 2 1
1、卢瑟福的原子模型
α 粒子的散射实验
目的：检验汤姆逊模型的正确性 原理：带电粒子射向原子,探测出射粒子的角 分布。
实验装置和模拟实验
R:放射源； F:散射箔； S:闪烁屏； M：显微镜
B:圆形金属匣
（a)侧视图
(b)俯视图
α 粒子：放射性元素发射出的高速带电粒 子，其速度约为光速的十分之一，带+2e的 电荷，质量约为4MH。
吸收能量
核外电子从一个电子 层跃迁到另一个电子 层时，吸收或释放一 定的能量，就会吸收 或释放一定波长的光，
释放能量
所以得到线状光谱。
电子在原子中如何分布？
密集的、带正电荷的原子核包含了原子的大部分质量，它被 带负电荷的电子包围
电子在原子中如何分布？
原子核外的电子是分层排布的，每一层都 可以叫做能层，可以分为K.L.M.N.O.P.Q这 7个能层，每个能层最多能排2n2个电子，每 个能层又可以为多个能级。
放射性基础知识ppt课件
放射性基础知识
完整编辑ppt
1
电离辐射标志
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2
电离辐射警告标志
电离辐射警告标志
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3
放射性（电离辐射）
性质 。具有衰变的性质
。特点 （1）能自发放出射线，与此同时衰变成别 的核素。 （2）有一定的半衰期。 （3）原子核数目服从指数年规律减少。
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4
放射性分类
放射性射线主要有α射线（带正电）、β 射线（带负电）、γ射线（不带电）。
三种射线的穿透能力比较： γ射线（混凝土或铅板）>β射线（铝板）> α射线（纸）
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6
放射性半衰期
原子核数目减少到原来数目一半所需的时 间称为该核素的半衰期。用T1/2表示。不同 的核素半衰期不一样，如：
。氚-3（12.3年）、钴-60 （ 5.27年）、铯-137 （30.2年）、镭-226（1600年）、铀-238（45亿 年）、铱-192（74.2天）、氡-222（3.8天）、碘源自31（8天）完整编辑ppt
17
现场工作注意防护
利用仪器
。利用辐射仪器可判断放射源是否存在。同时， 也能判断辐射剂量的大小。
。注意标志
。放射源的三叶标志，工作场所有警示标志（当 心电离辐射），放射源的包装体或铭牌上有放射 源的标志。
。依靠经验
a.主要根据不同行业使用的放射源的核素种类、活 度大小的不同，采取不同的防护措施。
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12
放射源分类
根据对人的危害程度，分为5类。
Ⅰ类放射源属极危险源。没有防护情况下，接触几分钟到1 小时就可致人死亡。
Ⅱ类放射源属高危险源。没有防护情况下，接触几小时到几 天可致人死亡。
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1
电离辐射标志
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2
电离辐射警告标志
电离辐射警告标志
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3
放射性（电离辐射）
性质 。具有衰变的性质
。特点 （1）能自发放出射线，与此同时衰变成别 的核素。 （2）有一定的半衰期。 （3）原子核数目服从指数年规律减少。
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4
放射性分类
放射性射线主要有α射线（带正电）、β 射线（带负电）、γ射线（不带电）。
三种射线的穿透能力比较： γ射线（混凝土或铅板）>β射线（铝板）> α射线（纸）
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6
放射性半衰期
原子核数目减少到原来数目一半所需的时 间称为该核素的半衰期。用T1/2表示。不同 的核素半衰期不一样，如：
。氚-3（12.3年）、钴-60 （ 5.27年）、铯-137 （30.2年）、镭-226（1600年）、铀-238（45亿 年）、铱-192（74.2天）、氡-222（3.8天）、碘源自31（8天）完整编辑ppt
17
现场工作注意防护
利用仪器
。利用辐射仪器可判断放射源是否存在。同时， 也能判断辐射剂量的大小。
。注意标志
。放射源的三叶标志，工作场所有警示标志（当 心电离辐射），放射源的包装体或铭牌上有放射 源的标志。
。依靠经验
a.主要根据不同行业使用的放射源的核素种类、活 度大小的不同，采取不同的防护措施。
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12
放射源分类
根据对人的危害程度，分为5类。
Ⅰ类放射源属极危险源。没有防护情况下，接触几分钟到1 小时就可致人死亡。
Ⅱ类放射源属高危险源。没有防护情况下，接触几小时到几 天可致人死亡。
放射物理与防护全套PPT课件
例如氢元素H， H在元素周期表中处于同一位置， 因质量数不同．它有三种核素，分别为氕、氘、氚。 其中，氕是一个不含中子的氢原子，氘含有一个中子， 是重氢，氚则含有两个中子，是超重氢，但它们的原 子序数相同，可互称同位素。重氢和超重氢是制造氢 弹的原材料。
已知107种元素有2000余种同位素。
19
同位素又有稳定性同位素和不稳定性同位素之分，已 知稳定性同位素有270余种，而不稳定性同位素有1700余 种。不稳定性同位素又称为放射性同位素。放射性同位 素又分为天然放射性和人工放射性同位素(简称人造放射 性同位素)。人造放射性同位素主要由反应堆和加速器制 备。原子序数很高的那些重元素，如铀(u)、钍(Tu)、镭 (Ra)等，它们的核很不稳定，自发地放出射线，变为另一 种元素的原子核。
21
半衰期： 放射性核素的数目减少到原来的一半所需要的时间称之。
放射性活度 ： 单位时间内原子核衰变的数目称为放射性活度 (radioactivity)，简称活度。
22
第二章 X线的产生
一、X线的发现 X线是德国著名物理学家伦琴于1895年11月8日发现的。 X线的发现在科学史上是个极其重大的事件，它给人类历 史和科技发展带来巨大的影响，并由此开创了物理学和 影像医学的崭新时代。
3
4
原子核比原子还要小，核半径仅为原子半径的万分 之一到十万分之一，原子核的几何截面积仅为原子的 几千亿分之一。假设原子有一座10层楼那么大，原子 核只有樱挑那么小。由此可见，原子内有一个相对来 说很大的空间，核外电子就像几粒尘埃一样在这个庞 大的空间里绕核旋转。由于原子的这种“空虚”性， 一个高速电子或X线光子可以很容易地穿过许多原子后， 才会与某个原子发生碰撞。
10
原子核对核外电子有很强的吸引力， 离核最近的K层电子所受引力最大。 显然，要从原子中移走K电子所需能 量也最多，外层电子受核的引力较小， 移走外层电子所需能量也较少。通常 把移走原子中某壳层轨道电子所需要 的最小能量，称为该壳层电子在原子 中的结合能。
已知107种元素有2000余种同位素。
19
同位素又有稳定性同位素和不稳定性同位素之分，已 知稳定性同位素有270余种，而不稳定性同位素有1700余 种。不稳定性同位素又称为放射性同位素。放射性同位 素又分为天然放射性和人工放射性同位素(简称人造放射 性同位素)。人造放射性同位素主要由反应堆和加速器制 备。原子序数很高的那些重元素，如铀(u)、钍(Tu)、镭 (Ra)等，它们的核很不稳定，自发地放出射线，变为另一 种元素的原子核。
21
半衰期： 放射性核素的数目减少到原来的一半所需要的时间称之。
放射性活度 ： 单位时间内原子核衰变的数目称为放射性活度 (radioactivity)，简称活度。
22
第二章 X线的产生
一、X线的发现 X线是德国著名物理学家伦琴于1895年11月8日发现的。 X线的发现在科学史上是个极其重大的事件，它给人类历 史和科技发展带来巨大的影响，并由此开创了物理学和 影像医学的崭新时代。
3
4
原子核比原子还要小，核半径仅为原子半径的万分 之一到十万分之一，原子核的几何截面积仅为原子的 几千亿分之一。假设原子有一座10层楼那么大，原子 核只有樱挑那么小。由此可见，原子内有一个相对来 说很大的空间，核外电子就像几粒尘埃一样在这个庞 大的空间里绕核旋转。由于原子的这种“空虚”性， 一个高速电子或X线光子可以很容易地穿过许多原子后， 才会与某个原子发生碰撞。
10
原子核对核外电子有很强的吸引力， 离核最近的K层电子所受引力最大。 显然，要从原子中移走K电子所需能 量也最多，外层电子受核的引力较小， 移走外层电子所需能量也较少。通常 把移走原子中某壳层轨道电子所需要 的最小能量，称为该壳层电子在原子 中的结合能。
放射物理学ppt课件
间接致电离辐射在放射治疗中主要指X（γ）辐 射，X（γ）光子进入介质ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ经与介质相互作用 损失能量，分为两步。 如图（a）入射光子将其部分或全部能量转移给 介质而释放出次级电子； 其次如图（b）获得光子转移能量的大部分次级 电子再与介质原子中的电子作用，以使原子电离 或激发的形式损失其能量，即被介质所吸收；而 少数次级电子与介质原子的原子核作用，发生轫 致辐射产生X射线。
热释光材料的剂量响应与其受辐照和加热历史 有关，在使用前必须退火。如LiF在照射前要经 过1小时400℃高温和24小时80℃低温退火。它 的剂量响应，一般在10Gy以前呈线性变化，大 于10Gy则出现超线性现象。其灵敏度基本不依 赖于X(γ)射线光子的能量，但对于低于10MeV的 电子束，灵敏度下降5％～10％。热释光材料的 剂量响应依赖于许多条件，因此校准要在相同条 件，如同一读出器，近似相同的辐射质和剂量水 平下进行，经过严格校准和对热释光材料的精心 筛选，测量精度可达到95％～97％。
吸收剂量（Absorbed dose） 吸收剂量 Dd E dm 即电离辐射给予质量为dm的介质的平均授 予能。 单位为J/kg，专用名为戈瑞Gray（Gy）。 1 Gy=1 J/kg 1Gy=100cGy 拉德（rad）, 1Gy=100 rad
比释动能（kinetic energy released per unit mass,Kerma） 比释动能 K dE tr dm 即不带电粒子在质量为dm的介质中释放的 全部带电粒子的初始动能之和。 K的单位为J/kg，专用名戈瑞（Gy）。
同体积的半导体探测器，要比空气电离室 的灵敏度高18000倍左右。这样的半导体 探头可以做得 非常小(0.3—0.7mm3)，除 常规用于测量剂量梯 度比较大的区域， 如剂量建成区、半影区的剂量分布和用于 小野剂量分布的测量外，近十年来，半导 体探测器越来越被广泛用于患者治疗过程 中的剂量监测
临床放射物理学基础PPT课件
（肿瘤深度 ）
❖ 百分深度剂量 ❖ 建成效应 ❖ 等剂量曲线
❖ 半影 ❖ 几何半影 ❖ 穿射半影 ❖ 散射半影
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8
放射源(S)
射线源
在没有特别说明的情况下，一 般指放射源的前表面的中心，或 产生射线的靶面中心。
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9
射野中心轴/射线中心轴
射线束的中心对称轴线。
临床上一般用放射源S穿过照 射野中心的连线作照射野中心 轴。
❖ 射线能量高，皮肤剂量低，最大剂量点(Dm)深度 大约为该射线能量值的1/4。
❖ 随着射线能量增加，Dm点的位置下移，皮肤表面 剂量下降，深部剂量增加。
❖ 放射源与皮肤距离固定时，百分深度剂量随射线 能量、照射野面积的增大而增大。
❖ 固定野照射时，应将病灶前缘放在Dm点之后，限 束器距照射野皮肤表面应＞5cm。
17
等剂量曲线
等剂量曲线
❖射线束在一定组织深部中心轴处的剂量最高，远离中心轴则逐渐减弱， 把不同深度但相同剂量的各点连成一线称为等剂量曲线。 ❖模体中百分深度剂量相同的点连接起来即成等剂量曲线。 ❖射线能量越高，等剂量曲线越趋平坦，对治疗有利。 ❖用来描述吸收剂量的二维或三维分布。 ❖能够直观地给出整个照射野在二维方向上模体对放射线的吸收情况。
❖ 靶皮距（FSD）：靶面到皮肤的距离（肿瘤深度 ）。
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13
放射源
射 野 中 心 轴 照 射野
肿瘤中心点
源 皮 距
源 瘤 距
靶 皮 距
❖ 放射源(S) ❖ 射野中心轴(SA) ❖ 照射野(A) ❖ 参考点 ❖ 校准点 ❖ 肿瘤中心点(C) ❖ 源皮距 (SSD) ❖ 源瘤距 (STC) ❖ 源轴距 (SAD) ❖ 靶皮距 (Dc)
❖ 百分深度剂量 ❖ 建成效应 ❖ 等剂量曲线
❖ 半影 ❖ 几何半影 ❖ 穿射半影 ❖ 散射半影
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8
放射源(S)
射线源
在没有特别说明的情况下，一 般指放射源的前表面的中心，或 产生射线的靶面中心。
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9
射野中心轴/射线中心轴
射线束的中心对称轴线。
临床上一般用放射源S穿过照 射野中心的连线作照射野中心 轴。
❖ 射线能量高，皮肤剂量低，最大剂量点(Dm)深度 大约为该射线能量值的1/4。
❖ 随着射线能量增加，Dm点的位置下移，皮肤表面 剂量下降，深部剂量增加。
❖ 放射源与皮肤距离固定时，百分深度剂量随射线 能量、照射野面积的增大而增大。
❖ 固定野照射时，应将病灶前缘放在Dm点之后，限 束器距照射野皮肤表面应＞5cm。
17
等剂量曲线
等剂量曲线
❖射线束在一定组织深部中心轴处的剂量最高，远离中心轴则逐渐减弱， 把不同深度但相同剂量的各点连成一线称为等剂量曲线。 ❖模体中百分深度剂量相同的点连接起来即成等剂量曲线。 ❖射线能量越高，等剂量曲线越趋平坦，对治疗有利。 ❖用来描述吸收剂量的二维或三维分布。 ❖能够直观地给出整个照射野在二维方向上模体对放射线的吸收情况。
❖ 靶皮距（FSD）：靶面到皮肤的距离（肿瘤深度 ）。
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13
放射源
射 野 中 心 轴 照 射野
肿瘤中心点
源 皮 距
源 瘤 距
靶 皮 距
❖ 放射源(S) ❖ 射野中心轴(SA) ❖ 照射野(A) ❖ 参考点 ❖ 校准点 ❖ 肿瘤中心点(C) ❖ 源皮距 (SSD) ❖ 源瘤距 (STC) ❖ 源轴距 (SAD) ❖ 靶皮距 (Dc)
《医学物理学》课件--X射线
相 对 强 度
钨靶
管电流
波长
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钨靶的连续X射线谱
短波极限（min）的计算： 短波极限的产生: 高速电子的动能全部转化成 辐射能. 当一个电子的动能全部转化为一个光 子辐射出来时，光子具有最大能量（hmax)， 相应的波长为最短min.
1 c 2 电子动能 m eU h max h 2 min
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后 页
一、本章要点
1.掌握X射线强度和硬度的概念、掌握X射线 谱及X射线产生的微观机制、掌握X射线的 衰减规律及应用. 2.理解X射线的基本性质、 X射线的衍射. 3.了解X射线机的基本组成及X射线在医学上 的应用.
二、授课重点：吸收规律
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1895年，德国物理学家伦琴在 研究阴极射线管的过程中，发现 了一种穿透力很强的射线.
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后 页
二、治疗
治疗癌症：X射线对人体组织的电离作用，直接破 坏细胞，尤其对分裂旺盛的癌细胞. Ｘ刀----21世纪治疗肿瘤新技术:
在ＣＴ图像引导下,利用三维 立体定向原理将直线加速器产生 的高能X射线从空间三维方向上聚 焦集中照射到病灶的一种新技术， 由于X射线能够准确的按照肿瘤的 生长形状照射，使肿瘤组织和正 常组织之间形成整齐的边缘，像 用手术刀切除的一样,故称为“X刀”. Ｘ刀（也称光子刀）是一种立体定向放射治疗技术.
例如： 照手的X曝光量:15毫安0.02秒,就是0.3毫安秒.
一次拍片的量： Q=20mA.s=2000.1mA.s=500.4mA.s
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2.X线的质--硬度（X线的贯穿本领） 实质： 能量大的光子被物质吸收少，其贯穿 本领强，相应的射线硬度大.
钨靶
管电流
波长
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钨靶的连续X射线谱
短波极限（min）的计算： 短波极限的产生: 高速电子的动能全部转化成 辐射能. 当一个电子的动能全部转化为一个光 子辐射出来时，光子具有最大能量（hmax)， 相应的波长为最短min.
1 c 2 电子动能 m eU h max h 2 min
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一、本章要点
1.掌握X射线强度和硬度的概念、掌握X射线 谱及X射线产生的微观机制、掌握X射线的 衰减规律及应用. 2.理解X射线的基本性质、 X射线的衍射. 3.了解X射线机的基本组成及X射线在医学上 的应用.
二、授课重点：吸收规律
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1895年，德国物理学家伦琴在 研究阴极射线管的过程中，发现 了一种穿透力很强的射线.
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二、治疗
治疗癌症：X射线对人体组织的电离作用，直接破 坏细胞，尤其对分裂旺盛的癌细胞. Ｘ刀----21世纪治疗肿瘤新技术:
在ＣＴ图像引导下,利用三维 立体定向原理将直线加速器产生 的高能X射线从空间三维方向上聚 焦集中照射到病灶的一种新技术， 由于X射线能够准确的按照肿瘤的 生长形状照射，使肿瘤组织和正 常组织之间形成整齐的边缘，像 用手术刀切除的一样,故称为“X刀”. Ｘ刀（也称光子刀）是一种立体定向放射治疗技术.
例如： 照手的X曝光量:15毫安0.02秒,就是0.3毫安秒.
一次拍片的量： Q=20mA.s=2000.1mA.s=500.4mA.s
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2.X线的质--硬度（X线的贯穿本领） 实质： 能量大的光子被物质吸收少，其贯穿 本领强，相应的射线硬度大.
放射治疗物理学基础
2020/1/21
国家医学考试中心
4
电磁辐射
电磁辐射有那些： X射线，射线，光波，无线电波，紫外线，
红外线，雷达波，电视波，电场波 能量与频率的关系：正比
频率越高，能量越大； 波长越小，能量越大。
E=h•
2020/1/21
国家医学考试中心
5
质能关系
质量和能量可以互相转化，一定的质量反映 它具有一定的能量
3、射野设计应尽量提高治疗区域内的剂量，降低 照射区正常组织受量
4、保护肿瘤周围重要器官免受照射，至少不能使 它们接受超过其耐受量的范围。
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靶区 （gross target volume，GTV）
靶区：要治疗的肿瘤区，指肿瘤的临床灶，为一 般的诊断手段（CT/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。
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9、适形放射治疗
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10、 X（r）线立体定向治疗
SRS， SRT 小野集束照射 剂量分布特点
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SRT实现方式
瑞典Elekta r刀装置使用201个钴-60源（30Ci）， 分布于头顶部北半球的不同纬度和经度上，经准 直后聚焦以一点（焦点），源到焦点的距离为 39.5cm，焦点处射野大小为4，8，14，18 mm
t
0
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医学放射物理学
医学放射物理学医学放射物理学是医学物理学的一个重要分支，主要涉及医学影像和放射性物质的物理学特性及应用。
本文将依次介绍X射线和CT成像、核磁共振、放射性衰变、辐射剂量与风险、辐射防护、放射性同位素以及粒子束与光子束等主题。
1.X射线和CT成像X射线和CT成像是一种常用的医学影像技术，其原理基于X射线在人体组织中的衰减特性。
X射线束穿透人体组织，不同组织对X射线的吸收程度不同，从而在探测器上形成投影。
通过计算机重建技术，可以将这些投影重构为人体内部结构的二维或三维图像。
X射线成像具有较高的空间分辨率，可用于诊断骨折、肺炎等疾病。
然而，长期暴露于X射线可能导致皮肤损伤、白内障等不良后果。
2.核磁共振核磁共振（MRI）是一种基于原子核自旋磁矩的影像技术。
在强磁场中，氢原子核（或其他核）的自旋磁矩会发生进动，通过施加射频脉冲，可以改变它们的进动频率。
通过检测这些频率的变化，可以获得关于人体内部结构和化学物质分布的信息。
MRI具有很高的软组织分辨率，适用于脑部、关节等部位的疾病诊断。
然而，某些情况下，MRI可能受到磁铁、金属植入物等干扰。
3.放射性衰变放射性衰变是指放射性核素自发地释放出射线并转变为另一种核素的过程。
医学上常用的放射性衰变包括α衰变、β衰变和γ衰变等。
放射性衰变过程中释放出的射线可用于治疗肿瘤、杀死癌细胞等。
同时，不当的放射性衰变应用可能导致皮肤损伤、恶心、呕吐等不良反应。
4.辐射剂量与风险辐射剂量是指单位质量物质所吸收的能量，单位为戈瑞（Gy）或拉德（rad）。
长期暴露于高剂量辐射可能导致癌症、遗传变异等不良影响。
国际辐射防护委员会（ICRP）提出了辐射防护的基本原则，即确保辐射风险最小化，并尽量减少不必要的辐射照射。
在实际工作中，需根据具体情况权衡辐射剂量与患者健康的关系，以获取最大的治疗效益。
5.辐射防护辐射防护旨在降低或消除辐射对人类和环境的危害。
在医学放射领域，辐射防护措施包括：使用低剂量技术、提高设备性能、优化诊疗流程、加强个人防护等。
放射物理学.ppt
2、吸收剂量 (absorbed dose, D) 吸收剂量 D等于dE除以dm的商。即电离 辐射给予质量为dm介质的平均能量dE。
D = dE / dm 单位：焦耳/千克 (J/kg)。 专用名 Gray(Gy)，1 Gy = 1 J/kg； 原用单位rad，1rad = 1cGy
3、百分深度剂量
放射物理学
——放射治疗常用放射源及其 物理特性
ludows
临床放射物理学: ① 放疗设备的结构、性能; ② 各种射线的物理特性、在人体内的分布规律; ③ 探讨提高肿瘤剂量，降低正常组织受量的物
理方法。
一、放射源的种类
① γ、 β射线———放射性同位素
② 普通X射线（KV级）——X线治疗机。 高能X射线（MV级）——加速器。
（3）碰撞损失与辐射损失
碰撞损失：由电离激发而引起，用单位长 度的能量损失来量度(dE/dx),在低能时发 生，主要产生热。
辐射损失：由特征辐射和韧致辐射引起的， 在高能范围发生，主要产生X射线，γ射 线
损失比＝碰撞损失/辐射损失＝816mev/T.Z
T-电子动能，Z—原子序数
2、光子射线与物质的相互作用
光电效应：光子高速前 进，在物质中与原子 的内层电子相撞，光 子将全部能量用于击 出电子，并赋予电子 高速前进的动能，这 种现象叫做光电效应。 与原子序数有关。 (光电效应主要发生 在低kV级的 X线，骨 吸收高于肌肉和脂肪)
康普顿效应：随着入
射光子能量的增加 ( 200kV-7 MV)，光子与 轨道上外层电子相撞 ，光子将部分能量转 移给电子，使电子快 速前进(反冲电子)，而 光子本身则以减低之 能量，改变方向，继 续前进(散射光子)，这 种现象叫做康普顿效 应。与原子序数无关
第1章 放射物理和辐射剂量学
前言我们试图把这本书做为供大学毕业生或高年级大学生阅读的导论性的教程。
在Wisconsin大学，这本书属三个学分的课程：医学物理学501—放射物理学和剂量学（它由大约45个学术讲座和15个课题讨论会组成，每次讨论会长50分钟）。
通过大家在一起轻快的活动和在另外的时间计划安排的考试，书中的技术资料足可以填满一学期的课时。
章节的内容作了精心设计，授课由第1章一直到第16章顺次进行。
写这本书基于了这样的假定，即：学生以前已学过积分学和原子物理或现代物理。
这样：凡是需要之处便可以应用积分而不用其他可勉强代用的东西，而且，本书也没加设旨在复习原子结构和基本粒子知识的导论性的章节。
如果需要，可以阅读例如John和Cunningham的书“The physics of Radiology”(第三版或第四版)的第一章以对相关知识做补救性的复习。
本课本在处理方法上即实用又经典，但不一定非要按基本原理建立方程式不可，Anderson(1984)在他的力著“Absorption of Ionizing Radiation”中常常是这样做的。
遗漏的细节及与相互作用过程相关的公式推导可以在那里找到，或在最近由Krieger出版的Robley Erans的无以伦比的经典之著“The Atomic Nucleus”中找到。
在写这本书时，一个有争议的问题是如何界定它的范围以使它既能与一个学期中所教授的系统连贯的课程适配，又不至于扩展到不切实际的乃至不能出版的长度。
作为一个课本，为了使用方便起见，它必须集成一单卷册，因为，它不企图成为一本像Attix、Roesch和Tochilin所出版的三卷套的“辐射剂量学”（Radiation Dosimetry 第二版）那样的广泛综合包罗万象的参考书。
尽管在某些教程中，论文是从教科书的目的要求而集，但它从不意味着与一篇参考文献有什么区别。
在界定本教科书的范围时，下面的课题领域大多略去，这些课题University of Wisconsin Department of Medical Physics（威斯康辛大学医学物理系）是做为单独的教程而讲授的，被略去的课题领域有：辐射治疗物理学、核医学、放射诊断物理学、保健物理（辐射防护）和放射生物学。
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分次照射方式中的剂量水平选择：
(分次剂量和总剂量)
采用线性二次（LQ）模型的计算方法。 注意：肿瘤组织和晚反应正常组织对分次剂量有不同的生物效 应。
60 Gy / 120 h
肿瘤控制效应
保持 正常 组织 晚期 效应 不变
由于上述相互矛盾的现象存在，临床实践中应用高剂量率方法， 应该特别注意两点： ①利用所谓几何因素，充分拉开放射源与正常组织之间的距离，
曼彻斯特系统: 基于巴黎系统发展起来的。 根据宫腔的不同深度和阴道的大小， 分为长、中、短三种宫腔管和大、中、
小三种尺寸的阴道卵形容器。
典型的应用方式为：宫腔管的强度为20-35mgRa， 阴道卵形容 器的强度为15-25mgRa。
剂量分布显示不同的特点
一、放射源周围剂量分布的特点
（1）放射源形状对剂量分布的影响 受到放射源形状的限制，对于相同核素的点源和线源， 其周围的剂量变化，在邻近放射源处的情况会有所不同。 下图给出相同强度1mgRa的镭—226核素，用1.0mmPt滤过， 点源和线源（1.5cm活性长度）沿径向不同距离时的照射量率 变化曲线。
高剂量率治疗的优点：治疗时间短，几分钟至十几分钟即可完 成一次治疗。
（1）可减轻患者行动上的不便，甚至不住院亦可接受治疗；
（2）施源器在短时间内固定方便，在治疗过程中易于防止其几 何位置的改变； （3）可有效地减少医护人员可能受到的照射； （4）相同的投入，可治疗更多的患者，特别适合于有些单位投
入不足，而又面对众多患者急需治疗的实际情况。
第七章 近距离照射剂量学
近距离照射
定义：将封装好的放射源，通过施源器或输源导管直接植入患者 的肿瘤部位进行照射。
基本特征：放射源贴近肿瘤组织，使其可得到有效的杀伤剂量； 而邻近正常组织，由于辐射剂量随距离增加而迅速跌落，受量较低。
照射方式
腔内照射 组织间插植照射 管内照射 表面施源器照射
与外照射相比，有其独特的剂量学特点，（很少单独使用）在 临床应用中要给予特别的考虑。
后换以真源实施照射。
一、正交技术
正交影像定位技术，即正位和侧位成像技术， 也称为等中心照像技术 在模拟机条件下，采用等中心方法，拍摄两张互相垂直的
影像片，其中心一般选择在放射源分布的几何中心。
患者仰卧时 左右 上下 前后 x y z
设等中心位置为坐标系的原点
P点为一点源或线源的一
端点（x，y，z） fa和fb分别为正、侧位拍片 时源（即靶焦点）到等中
得到：
按照相似三角形原理，可得到：
F z0 y1 y2 Sz0 zF F z0 y1 y2 SF
可求得所有源端点的坐标，从
而得到放射源相对治疗部位的 三维位置分布。
三、立体变角技术 利用等中心方式。 机架左右旋转 20o － 40o ，拍 摄两张影像片。 P 点相对于原点 O 的 y 坐标， 可以按过 P 点在两张胶片上的 平均位移计算：
x ', y ' 和
z'
在胶片上的位移远小于焦点到等中心和胶片到放射源的距离，
可直接用胶片的影像放大系数
M
，近似确定P点各坐标的值，即：
x
x' Ma
z' z Mb
y 'a y Ma
Fa fa
或
y 'b y Mb
式中 式相等。
Ma
和
Mb
Fb fb
，如果正侧位胶片的几何条件相同，则两
二、立体—平移技术
心的距离； Fa和Fb分别为源到两胶片
的距离
P点投影坐标
x ', y ', z '
fb x fa z z z' x x' Fb Fa
根据几何学原理:
两式相互代入，则
f a Fb z ' fb x x' Fa Fb x ' z '
fb Fa x ' f a z z' Fa Fb x ' z '
为达到与LDR相同的生物效应，需具备： ①治疗总剂量相同； ②剂量率相同，0.5Gy/h（经典低剂量率方式）； ③脉冲宽度，10min或更长(治疗时剂量率<3Gy/h)。
分次照射方式（分次剂量多为5Gy左右） 较为成功的应用：妇科宫颈癌腔内照射 成功的因素： （1）宫颈癌低剂量率腔内照射，已积累了丰富的临床经验和资 料，便于比较； （2）解剖部位的独有特点，即宫颈部位的辐射耐受剂量高和正 常组织如直肠和膀胱距放射源相对较远。 对其他部位肿瘤的治疗，尤其是高剂量率照射可能引起的远期 损伤，仍有许多问题需进一步研究和探讨．
y1 y2 2 y y1 y2 SF F z0
同理也可计算x坐标。
四、放射源定位技术的误差分析
近距离照射剂量学最基本的特点之一是，放射源周围剂量 分布的高梯度变化。这意味着放射源位置计算的微小误差，都 会带来很大的剂量计算的误差。 例如，4cm长的两个线源，间隔1cm排列，2mm的位置误差， 会造成两线源之间的剂量计算值，约20％的偏差。
高剂量率治疗的不足之处： 按照放射生物学原理，肿瘤组织和晚反应正常组织的生物效应 对剂量率的响应不同。 对一给定的总剂量水平，剂量率增加，正常组织晚期效应的增 加幅度要大于肿瘤控制率的增加；剂量率降低，正常组织晚期 效应的减弱幅度也要大于肿瘤控制率的减少。 治疗增益比(肿瘤控制率与正常组织并发症发生率之比)随剂量
巴黎系统的特点: 低强度放射源连续照射。
宫腔管 内同样为串接的镭-226放射源
阴道源 为3个独立的容器，其
中两侧阴道源紧贴在两侧的穹
窿，中间的正对着宫颈口。 通常所用的镭源活性长度为 1.6cm, 强度为 6 ～ 10mgRa/cm 。所 有源的总强度约为 40 ～ 70mgRa，且宫腔与阴道源的强度之比 平均为1(变化范围0.66～1.5之间)。 治疗模式 总治疗时间延续 6～8d。经改进，治疗持续时间约 为3d。
或附加屏蔽物以降低正常组织的受量；
②如果可能，应增加分次数，降低分次剂量。
第三节 放射源周围的剂量分布
近距离照射所使用的放射源 点状源和线源 放射源形状的差异 ＋ 放射源强度的表示方法变化 放射源周围剂量分布的计算，必须从传统的方法向新的方法过 渡，以适应治疗的需要和提高计算精度。
籽粒(seed)源
率的增加而减少。
为防止高剂量率治疗可能引起的治疗增益比的下降，当前主要 有两种方式： 改变治疗模式。如利用脉冲式剂量率治疗(pulsed dose rate， PDR) 采用分次大剂量治疗。 其作用都是使其生物效应能等效于经典低剂量率连续照射的生物
效应。
脉冲式剂量率治疗方式 在与低剂量率连续照射总时间基本相同的时间里，以一小时为一 时段，每时段患者只持续照射很短时间，如几分钟，其余大部分 时间处于无照射状态。
放射源位置重建： 利用胶片（误差较大） 放射治疗模拟机（较为准确） (等中心几何精度高) 误差主要来源： 影像片源投影位置数据的准确测量； （自动重建，结果比对） 拍摄影像片时患者体位的运动。 （保持平静浅呼吸） 如支气管管内照射，乳腺癌插植照射
三种方法比较： 正交影像律特点，近距离照射剂量学与外照射剂量学有 很大的不同： ①对不同体积的病变，只能按特定的剂量学规则，选用不同的 布源方式，以达到在不加重正常组织损伤的前提下，给予肿瘤组 织较高剂量的照射。 ②近距离照射中，一般不使用剂量均匀性的概念。
外照射时，计划靶区内剂量变化一般不超过±5％。而在近距离
同理可分别求出相对正位或侧位片P点的坐标y：
f a Fb z ' fb y y 'a Fa Fb x ' z '
或：
f a Fb x ' f a y y 'a Fa Fb x ' z '
如果
fa fb , Fa Fb
以上各式可以得到简化。
如果P点非常接近于等中心，则
水中与空气中的照射量几乎相 等。 距离较大时，原射线的组织 衰减逐渐要大于散射线的贡献。
（3）后装技术所用源周围的剂量分布特点
一般为点源或微型线源 步进源 在不同驻留位置 停留一定时间， 以模拟治疗所需
按特定方式组合和排列
长度的线源。
第四节
放射源的定位技术
为什么要定位？ 在近距离照射中，肿瘤及正常组织的受量直接取决于放射 源在组织中的几何分布。因此准确地测定每个放射源的位 置，是计算剂量分布的前提。
如何定位？（采用x射线照像技术） 采用x射线照像技术的步骤： 1、根据临床要求，按照特定的剂量学系统的布源规则， 确定放射源的几何排列，并按规则将施源器或源导管插 植入靶区。 2、放入假源，经x射线照像后，得到模拟实际照射时源 在靶区内的几何排列。 3、根据源的几何位置，计算剂量分布，选择最佳方案
第一节
一、平方反比定律
近距离照射剂量学基本特点
最基本最重要的特点
放射源周围的剂量分布是按照与放射源之间距离的平方而
下降。 是影响放射源周围剂量分布的主要因素。基本不受辐射能
量的影响。
80% 20%
近放射源处的剂 量随距离变化要 比远源处大得多。 1～2cm 剂量变 化为4倍 3 ～ 4cm 剂 量 变 化为1.8倍 靶区内剂量相差 很大。
管；另一是植入阴道内，紧贴在宫颈部，称为阴道容器。
一、腔内照射的经典方法 从治疗方式和施源器的不同物理特点 (包括源的强度、几何 分布和剂量计算方法等 )，腔内照射的经典方法基本分为三大剂 量学系统: 斯德哥尔摩系统(Stockholm system) 巴黎系统(Paris system) 曼彻斯特系统(Manchester system)。
照射时，放射源直接插入或贴近肿瘤组织给予照射，剂量基本按 照平方反比规律变化，在治疗范围内，剂量不可能均匀，临床应