放射物理学
第二章临床放射物理学基础
第二章临床放射物理学基础第一节临床常用放射源、放射治疗机及照射方式一、放射源的种类及照射方式 1.种类①放射性核素衰变α衰变：α粒子是高速运动的氦原子核α衰变的一般反应式：Q代表过程中释放的总能量，又称衰变能，等于母核与生成核的质量差，表现为α粒子的动能和生成核的动能和。
β衰变：β粒子是正（负）电子β-衰变的一般反应式：β+衰变的一般反应式：和υ分别表示反中微子和中微子；Q表示初始核与生成核、发射粒子的质量差。
γ线的产生：处于激发态的原子核跃迁到基态或者较低能态时所发射的射线就是γ射线，它是一种短波长的电磁波。
②X线（后述）③LET射线（后述）2．照射方式①外照射（常规治疗）②腔内或组织间照射（后装治疗）③内照射（口服、静脉注射）二、几种常用的放射性同位素源1.镭-226 半衰期1590年，禁用2.铯-137 半衰期33年，淘汰3.钴-60 半衰期5.24年，应用广泛——远距离照射4.铱-192 半衰期74.5天，是近距离治疗的最佳材料三、X线治疗机 1.X线的产生（原理）2.X线机的分类★四、钴治疗机1.优点：①透射力强，剂量分布比较均匀；②保护皮肤，最大吸收剂量点在皮下0.5cm处；③骨与软组织有同等的吸收剂量；④旁向散射小⑤经济可靠2.缺点：①几何半影大；②半衰期短；③防护要求高；五、医用加速器(一)分类：电子感应加速器、电子回旋加速器和电子直线加速器(二）电子直线加速器1.原理（了解）:微波电场加速电子使之提高能量2.基本结构：电子枪、加速器[磁控管（速调管）]、初级准直器、偏转线圈、次级准直器、钨靶（散射箔）和监测电离室等等。
（了解）*微波源的任务是产生并输出具有一定频率、一定脉冲包络宽度、一定重复频率、功率为一定大小的超高频振荡，加速器磁空管（速调管）决定它的振荡频率，脉冲调制器决定它的脉冲宽度和脉冲功率。
*脉冲调制器的任务是输出一系列振荡器所需要的、具有不定期功率、一定重复频率和一定宽度、波形合适的脉冲电压，它的开关器件是闸流管。
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。
放射治疗技术 物理学基础
• 3、60钴γ射线的百分深度剂量及影响因 素
• 4、高能电子线的临床剂量学
• 5、等剂量曲线的分布及影响因素 • 6、人体曲面和不均匀组织的修正 • 7、临床处方剂量的计算方法
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物理半影
80%和20%等剂量曲线间的侧向距离
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• 5、等剂量曲线的分布及影响因素 • 6、人体曲面和不均匀组织的修正 • 7、临床处方剂量的计算方法
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高能X射线相关概念
• 放射源 • 照射野中心轴 • 照射野 • 参考点 • 源皮距（SSD） • 源轴距（SAD）
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百分深度剂量
• 定义：照射野中心轴上，体模内深度d处的吸收剂 量率Dd与参考深度do处的吸收剂量率Ddo之比。
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一、高能X射线的物理特性 （一）穿透作用 （二）电离作用 （三）荧光作用 （四）热作用 （五）干涉、衍射、反射、折射作用
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（一）穿透作用
X射线透视和摄影的物理基础
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（二）电离作用
X射线损伤和治疗的物理基础
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（三）荧光作用
X射线透视的物理基础
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一、常用放射线的物理特性 二、放射线射野剂量学
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常用射线的物理剂量特性
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• 1、放射线的临床剂量学原则
• 2、高能X射线的百分深度剂量及影响因 素
• 3、60钴γ射线的百分深度剂量及影响因 素
• 4、高能电子线的临床剂量学
放射物理学
光子能量在图（a）点释放出次级电子的 损失，即光子的能量转移，以比释动能来 度量；沿径迹（b）的损失，即光子的能 量被介质所吸收，以吸收剂量来度量 从上述论述中可以看出，比释动能和吸收 剂量显然在概念上是两个完全不同的物理 量，前者是 入射光于在作用点（a）处释 放给次级电子的 总动能，后者为次级电 子沿其径迹（b）释放给介质的能量。
半导体剂量仪
半导体剂量仪使用的探测器实际上是一种特殊的 PN型二级管。界面两边很小的PN结区域里形成 静电场和电位差。类似于空气电离室灵敏体积中 的情况，两个导电电极之间存在有绝缘层（PN 型中的阻挡层）。当探测器受到电离辐射照射时， 会产生新的载流子（电子和空穴对），在电场作 用下，它们很快分离并分别被“拉”到正极和负 极，形成脉冲信号。因此有的学者将半导体探测 器 称为“固体电离室
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
放射物理学有关的名词
射线质（Radiation quality）：电离辐射穿 透物质的本领 放射源（Source）：放射源前表面的中心， X射线靶面中心，电子束出射窗或散射箔 的位置 射野中心轴（Beam axis）：射线束的中 心对称轴，临床上一般用放射源穿过照射 野中心的连线作为射野中心轴
模体（Phantom）：用于模拟射线在人体 组织或器官中因散射和吸收所引起的变化， 即模拟射线与人体组织相互作用的物理过 程。分为标准模体（Standard phantom）， 均匀模体（Homogeneous phantom）， 人体模体（Human phantom）和组织填充 模体（Bolus）
放射物理学基本知识2019.8.7
X（γ）射线的临床剂量学
百分深度剂量（PDD）的概念 是指模体内照射野中心轴上任一深度d处的吸收剂量（Dd） 与参考点深度吸收剂量（D0）之比的百分数，即：
百分深度剂量的定义示意图
影深度剂量的因素
3．照射面积 当照射野面积增大时，同一深度的百分深度剂量随之加大。
但当照射野面积很大时，照射野边缘的散射线对中心轴上的 剂量贡献减少，此时百分深度剂量随面积增加变缓，并逐渐 达到饱和。 4．源皮距
在同一深度下，射线能量、照射面积不变的情况下，源皮 距离越小，百分深度剂量越小；源皮距越大，百分深度剂量 也越高。
影响百分深度剂量的因素
2、照射野 照射野较小时，因相当数量的电子被散射出照射野，中心轴百
分深度剂量随深度增加而迅速减小。 当照射野增大时，较浅部位中心轴上电子的散射损失被照射野
边缘的散射电子补偿逐渐达到平衡，百分深度剂量不在随射野 的增加而变化。
影响百分深度剂量的因素
3、源皮距 对于较低能量的电子東，可以忽略SSD的影响。但对能量高于
正电 粒子
电子
质子
重粒子
间接致电离辐射
直接致电离辐射
粒子射线
电子线(线) 粒子 中子
负π介子 质子
光子射线
X 射线 射线
线性能量传递(LET)
单位轨迹上能量传递的水平
低LET射线: X射线 (<10kev/μm) 射线
电子线 高LET射线: 中子 (≥10kev/μm) 粒子
负π介子
目录
1898年居里夫人发现放射性元素镭并用于肿瘤的治疗
治疗前
治疗后
放射治疗的物理学基础
（一）射线的分类及照射方式
射线的分类
（一）根据性质分为：
电磁辐射 ： X线、 γ线
粒子辐射：电子线、中子线、质子线、负兀介子束
以及其它重粒子束。
X线和γ线的区别
X线和γ线两者无本质上的区别，都是电磁波
X线：由高压设备（如加速器、X线治疗机）产生 γ线：放射性同位素衰变产生（如60Co、137Se、192Ir）
剂量建成区：
从模体表面到最大 剂量点深度区域， 建成区内：剂量随深度 增加而增加。 建成区外：PDD随深度 增加而减小
影响PDD的因素
射线能量：
PDD随射线能量 的 而
影响PDD的因素
射野面积：
同一深度的PDD随射野面积的 PDD随射野面积增加不明显 而 ，当射野面积很大时，
SSD：
同一深度下，射线能量、射野面积不变时，SSD 越小， PDD越小，且随深度变化越快，反之亦然。
剂量学参数
组织最大剂量比（tissue maximum ratio, TMR):
模体内照射野中心轴上 任意一点的吸收剂量Dd与 空间同一点体模中照射野 中心轴上最大剂量点处的 吸收剂量Dm之比。
TMR= Dd/Dm x 100%
影响PDD的因素
组织深度：
剂量建成效应：
吸收剂量在模体内具有 最大剂量的现象。
射线的种类
（二）根据来源分为：
天然放射性同位素发射的射线：α、β、γ线 既可用于外照射，亦可用于近距离照射 人工产生的射线： 加速器或治疗机产生的X线、电子束、质子束、中子束、 重粒子束 只能用于外照射
临床常用放射性同位素的物理特性
射线的种类
放射物理学考试内容
我这正好有一份考试要点，可供参考，想考好，还是认真背背书吧：1，放射治疗（Radiotherapy）是利用各种放射线对肿瘤细胞的破坏和抑制作用来达到治疗肿瘤目的的一种治疗方式精确定位、精确计划、精确放疗2，放射线的分类1.利用放射性核素发出的α、β、γ射线。
常用的放射性核素有:钴、碘、铯、铱等。
2.常压X线机和直线加速器产生的X射线和高能电子束3.能够产生重粒子束的粒子加速器如质子加速器等3，临床常用放射源1.226镭半衰期为1590年,发出的伽玛射线能量为3.3MeV,因半衰期长所以现在很少使用.2.60钴半衰期为5.3年,发出的射线能量1.25MeV,当前应用远距离治疗的主要核素.3.192铱半衰期为74.5天,射线能量为0.38MeV,是当今近距离治疗使用最多的放射性核素.4.125碘半衰期60.2天,发出射线的能量低33.5KeV,是用来进行放射性粒子种植的首选核素.4，放射源和放射治疗设备X线治疗机60CO治疗机直线加速器伽玛刀近距离治疗后装机模拟定位机和CT模拟定位机放疗辅助用品• X线机的组成X线管高压发生器控制电路保护电路冷却系统5，.半价层使射线强度衰减至一半所需吸收体的厚度．（HVT或HVL）6，远距离60钴治疗机一、60钴治疗机的基本结构1.60钴放射源是其稳定同位素59钴受中子轰击而生成。
辐射能量为1.17和1.33MeV咖玛线，半衰期为5.27年。
2. 60钴治疗机的结构包括机座、旋转机架、治疗头、治疗床及控制系统。
治疗头是钴源所在的地方，由净化铀和铅铸造而成，中空、轴向有一放射源运动的通道，来往于储位和照位之间。
其前方是用钨制成的数组弧形的限束器。
可以关闭和展开3. 60钴治疗机的半影问题半影就是在照射野的边缘，随着距射线中心轴距离的增大，剂量迅速变化的区域．（剂量为中心轴剂量的20％－80％的之间的宽度)．半影分1.散射半影由于初级和次级准直器引发2.穿射半影由于次级准直器的内平面不能在任何位置都与射线束保持平行所致。
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
放射物理学基础
高能电子束剂量学特点
高能电子线的百分深度剂量分布大致为四 部分：剂量建成区，高剂量坪区，剂量跌落区 和X射线污染区。
中心轴百分深度剂量曲线
特点：
1、表面剂量高，并随能量增加而增加。 2、剂量建成效应不明显。 3、具有有限的射程，一般等于E/2值, 可以有效的保护靶区后深部的正常组织。
用途：
主要用于治疗表浅或偏心的肿瘤和 浸润的淋巴结
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
三、放射物理学有关名词及概念
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。
照射野 射线束经准直后垂直通过模体的 范围。
临床剂量学中规定模体内50%等剂量线 的延长线交于模体表面的区域定义为照射野 的大小
参考点 规定模体表面下射野中心轴 上某一点作为剂量计算或测量参考的点。 400kV以下X射线参考点取在模体表面，对 高能X（γ）射线参考点取在模体表面下射 野中心轴上最大剂量点位置
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
近距离治疗的主要特点
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
放射防护常识
基本原则
1.放射实践的正当化
任何伴有电离辐射的实践所获得的利益必须大于所付出 的代价。 2.放射防护的最优化 任何电离辐射的实践，应当避免不必要的照射。在谋求 最优化时，应以最小的防护代价，获取最佳的防护效果， 不能追求无限地降低剂量。 3.个人剂量限值 所有实践带来的个人受照剂量必须低于当量剂量限值标准。
放射物理与防护学教学设计
放射物理与防护学教学设计一、教学目标本课程旨在使学生掌握以下知识和技能：1.理解放射物理学的基本概念和原理，包括放射线、放射性核素等；2.了解放射源的产生、转化和衰变规律；3.掌握放射线的物理量和单位，如剂量、剂量率、比活度等；4.了解辐射生物效应和辐射防护的基本原理；5.掌握辐射监测和控制技术的基本方法；6.掌握防护措施的选择、使用和评价的方法。
二、教学内容1.放射物理学的基本概念和原理；2.放射源的产生、转化和衰变规律；3.放射线的物理量和单位；4.辐射生物效应和辐射防护的基本原理；5.辐射监测和控制技术的基本方法；6.防护措施的选择、使用和评价的方法。
三、教学方法以讲授为主，结合案例分析、课堂讨论、实验演示、防护设备展示等形式，加强理论和实践的联系，提高学生的学习兴趣和参与度。
四、教学时间安排本课程为选修课，总学时为32学时，按照如下安排开展：时间教学内容第1-2周放射物理学基本概念第3-4周放射源的产生、转化和衰变规律第5-6周放射线的物理量和单位第7-8周辐射生物效应和辐射防护第9-12周实验演示和防护设备展示第13-16周辐射监测和控制技术五、教学资源1.教材：《放射物理与辐射防护》（第二版），作者：李克鹏等，中国原子能出版社；2.实验设备：γ射线源、测量仪器、防护设备等；3.网络资源：辐射监测和控制技术的相关论文和报告、防护措施评价方法等。
六、教学评估采用考试和平时成绩相结合的方式进行评估，其中：1.考试占总成绩的70%；2.实验和防护设备展示成绩占总成绩的20%；3.课堂表现和出勤情况占总成绩的10%。
七、教学效果预期通过本课程的学习，学生将能够全面、系统地掌握放射物理学和辐射防护的基本知识和技能，学会选择和使用防护设备，掌握辐射监测和控制的基本方法，能够在工作中做好辐射防护和安全管理的工作。
放射的名词解释
放射的名词解释放射，是一个科学术语，广泛应用于不同领域，如物理学、医学、地球科学以及工程学等。
放射可指物质或能量向外传播的过程，其背后的原理和应用十分多样。
本文将以放射的不同含义为线索，探讨其在不同领域中的意义和应用。
一、物理学领域中的放射现象在物理学领域，放射是指物质或能量由一个点向其周围空间传播的过程。
这种传播过程可以是波动性的，如光波的传播，也可以是粒子性的，如α粒子、β粒子的放射。
放射现象是由原子核或原子中的粒子释放出来，并以高速度经空间传播的过程。
放射现象是研究原子核结构、放射性衰变和核反应的重要科学基础。
二、医学领域中的放射技术在医学领域，放射技术是一种常见的诊断和治疗手段。
医学放射技术主要利用了不同类型的辐射源，如X射线、γ射线和β射线等，通过对人体组织的透视和成像，对疾病的诊断和治疗进行有效的观察和干预。
放射技术在医学影像学中广泛应用，如X射线透视、计算机断层扫描、磁共振成像等，为医生提供了重要的诊断依据。
此外，放射技术在肿瘤治疗中也发挥着重要作用，如放疗和核医学治疗等。
三、地球科学领域中的放射现象在地球科学领域，放射现象表现为自然界中的地球放射和宇宙射线。
地球放射是指地球内部放射性物质的辐射，如地壳中的铀、钍、钾等元素的衰变释放出的辐射。
这种放射现象不仅为地质勘探和矿产资源调查提供了重要手段，还对环境和人类健康产生着影响。
宇宙射线则是指来自宇宙空间的高能粒子辐射，这种放射现象能够穿透地球大气层，对大气层研究和宇航员健康监测有着重要意义。
四、工程学领域中的放射技术在工程学领域，放射技术广泛应用于物质检测、材料分析、工业无损检测等领域。
工程放射技术通过利用辐射源，对材料或产品进行检测和分析，以达到质量控制和安全评估的目的。
例如，射线检测技术可以用于工业产品的内部缺陷检查，如焊接接头的质量、钢铁材料的厚度等。
这些应用展示了放射技术在工程领域中的广泛用途和重要性。
综上所述，放射在不同领域中都有不同的含义和应用。
放射治疗物理学基础
第三章放射治疗物理学基础放射治疗物理是研究放射治疗设备、技术、剂量测量及剂量学、治疗计划设计、质量保证和质量控制、模室技术、特殊放射治疗方法学及学科前沿的新技术、新业务的分支学科,它必须直接为放射治疗临床服务。
放射物理学对推动放疗专业的发展都起着举足轻重的作用，一个医院的放疗科，如果没有一个强有力的放射物理人才和设备技术的合理配置，要走在本专业学科发展的前沿是不可能的。
放射治疗设备、质量保证和质量控制、模室技术等内容将有专门的章节进行介绍，本章就核物理基础知识、放射治疗剂量学和剂量测量等作一介绍。
第一节原子结构和核衰变自然界中的所有物质都由分子和原子构成。
分子保持着物质的基本属性和化学性质,分子由原子组成,目前己知的原子(也称元素)有109种,原子又有着它自己的结构。
了解原子的结构对于我们认识放射线的产生及其与物质的相互作用是十分必要的．因为这些过程都发生在原子的范围内。
一、原子结构原子由原子核和核外电子组成。
原子的中心是带正电荷的原子核，核外是带有等量负电荷的电子，这些电子沿着一定的轨道绕着原子核高速旋转。
早在1913年英国物理学家卢瑟福用散射实验证实原子的结构类似太阳系。
带负电的电子围绕带正电的原子核转动，正像行星绕着太阳旋转一样（图3-1－1）。
原子是很小的结构，其直径约为10－8cm。
图3-1－1 原子模型原子核由质子和中子组成，都是基本粒子，统称核子。
它们数目的总和就是原子量。
原子核小而紧密，其直径约为10－14cm，但集中了几乎整个原子的质量。
1961年后，国际上统一用12C原子量的1/12作为原子质量单位，其符号为amu。
原子质量和原子质量数是不同的概念，前者是指原子的实际质量，后者则是指原子核中核子的总数。
原子核内的电荷与周围电子的总电荷相等（核内质子数等于核外的电子数），故整个原子显中性。
电子或质子的数目，即门捷列夫元素周期表中所列的顺序数，称为原子序数。
标记方法：A Z X，X代表元素符号；A 为原子的质量数，即核内质子和中子总数；Z为原子序数，即核内质子数，显然，核内中子数应等于A—Z。
医学放射物理学专业
医学放射物理学专业
医学放射物理学专业是一个应用物理学的分支，是研究医疗应用中的辐射与物质相互作用及其影响的学科。
其研究内容包括医用放射源的物理特性、辐射剂量学、辐射防护、医用成像技术、放射治疗技术等方面。
医学放射物理学是医学领域不可或缺的一部分，它为医疗保健提供了很多重要的技术手段。
医用成像技术如X射线、CT、MRI等已经成为现代医学的常规检查手段，而放射治疗则是治疗癌症等疾病的重要手段。
而这些技术的实现离不开医学放射物理学的研究和应用。
医学放射物理学专业的学生需要具备扎实的物理学和数学基础，同时还需要具备严谨的科学研究精神和敏锐的实验观察能力。
毕业后可以在医疗机构、科研机构、医疗器械企业等行业从事相关工作，为医学事业的发展做出贡献。
- 1 -。
临床放射物理学基础
常用放射线的物理特性
❖ 高能电子线的物理生物学特性
❖ 穿透深度浅，表面剂量高。 单野→机体浅表部位的肿瘤，挡铅底面距皮肤表面应＞5cm。
❖ 射线能量↑or照射野↓，等剂量曲线由平坦逐渐趋于内收而成锥形压缩 ❖ 照射深度与能量成正比，D80点的位置大约位于其穿透深度的1/3处。 ❖ 皮肤表面-D80内，百分深度剂量分布较为均匀，D80后则急剧下降接近于
剂量变化梯度不能超过±5%。 即要达到90%的剂量分布。 ❖ 肿瘤靶区剂量要足够。 ❖ 保护肿瘤周围重要敏感器官免受照射。 至少不能使他们的照射剂量超过其耐受剂量。
准、均、高、保
放射线射野剂量学
常用名词
❖ 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)
❖ 穿透力强，深部剂量高。体内深部肿瘤。 ❖ 保护皮肤。射线能量高，皮肤剂量低，最大剂量
点在皮下处。 ❖ 骨和软组织具有同等吸收。骨损伤小，骨肿瘤、
骨旁病变。 ❖ 射野边缘存在半影区，应注意相邻野的衔接处的
冷热点问题。 ❖ 旁向散射小。 ❖ 挡铅时，挡铅底面距皮肤表面至少应＞5cm。 ❖ 经济可靠。
源轴距（SAD）：放射源到机架旋转轴或机器等中心的 ❖高能X射线百分深度剂量的影响因素
单野→机体浅表部位的肿瘤，挡铅底面距皮肤表面应＞5cm。
距离(也就是旋转半径)。 源皮距↑：表面剂量↓，最大剂量点深移，剂量梯度↓变窄，
源瘤距（STD）：表示放射源中心沿照射野中心轴到体内肿瘤所考虑点的距离 (一般定肿瘤中心)。 高能射线的百分深度剂量随照射野的变化幅度小于低能射线。 高能X射线百分深度剂量的影响因素
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缺点：半影大，需定时换源；环境污染
医用直线速加器
原理：利用微波电场沿直线加速电子然后发射， 或打靶产生X线发射，治疗肿瘤的装置。
特点：
1、可产生不同能量的X线 (4~25MV) 2、可产生不同能量的电子线 (3~25MV) 3、照射野均匀性好，剂量率稳定 4、可作为X刀使用 5、安全性好
X线的能谱:X线的光子强度与光子能量的关系。
X线有两种成分： ① 特征辐射X线（单能谱） ② 韧致辐射X线（连续谱，
X线的主要成分）。
从最大能量(最高管电压值)以下，在
任一能量处光子均有一定的强度，并在 一定的能量处强度最大。
X线的平均能量（光子强度最大处）约等 于最高能量的1/4～1/3， X线机及加速器 上所标称的能量是其产生X线的最高能量。
（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
（2）临床应用 肿瘤量=处方量×PDD 即处方量=肿瘤量÷PDD
4、组织空气比（TAR） 定义：射线中心轴上，相同深度处在体膜 中吸收剂量与在空气中吸收剂量之比
TAR=Da水/Da空气
旋转治疗时，靶区为中心，源皮距不断 改变，不能用百分深度剂量来表示吸收 剂量，改用TAR表示在同一个位置，不 同散射条件，两种情况下的剂量比，不 受距离的影响。
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
等效方野 （1）用等效方野转换表计算 （2）经验公式
等效方野边长=2ab/a+b=4面积/周长
a
b
（2）源皮距（SSD）对百分深度剂量的影响:
百分深度剂量随源皮距的变化规律是由 于平方反比定律的影响，但近距离处的百 分深度剂量下降速率要比远距离快得多， 故百分深度剂量随源皮距的增加而增加。
3、电子束
4、高LET射线:质子束、中子束、负π介子 束， 重 粒子(碳、氮、氧、氖等）束 等——加速器
x线与γ线，本质上都是属光子射线、而β 线、电子束、质子束等属于粒子射线(辐 射)。
二、常用放疗设备
X线治疗机 60Co治疗机 医用直线加速器 模拟定位机 CT 模拟定位机 其他
X线治疗机
6、无污染
近距离后装治疗机
代现后装治疗机主要包括：治疗计划系 统和治疗系统。
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。
模拟定位机
X线模拟定位机是用来模拟加速器或60Co 治疗机机械性能的专用X线诊断机。
作用：模拟各类治疗机实施治疗时的照 射部位及范围，进行治疗前定位。
（1）定义：射线中心 轴上某一深度d处的吸 收剂量Dd与某一固定 参考点d0处吸收剂量 Dd0之比的百分率。 PDD = Dd/Dd0×100%
≤400kv X线， d0在体表；＞400kvX线，C060 –r 线， 高能X线， d0 深度取在射野中心轴上最大剂量 深度dm处。
最大剂量点深度dm随射线能量的增加而增加。 60Co –r线 dm=0.5cm 4mv-X线 dm=1cm 6mv-X线 dm=1.5cm 8mv-X线 dm=2cm 15mv-X线 dm=3cm
即入射线与被照射的组织的原子相互作用的结果
1、电子与物质的相互作用： （1）弹性散射：电子与物质发生作用后
没有能量损失（不改变原子本身状态）， 但其入射电子的方向发生改变
（2）非弹性散射：在入射电子的作用下，
靶原子本身的状态发生一定的变化，同时入射 电子的能量和方向也发生变化。
①作用于外层电子
TAR的应用一般限于60Co-r射线及中低能 量的光子射线
5、组织最大剂量比 TMR
定义：模体中，射线中 心轴上某一深度处的 吸收剂量与距放射源 相同距离的同一空间 位置上，标准深度 （最大剂量深度）处 的吸收剂量之比
TMR= Dd /Ddm
TMR和TAR类似，是指空间同一位置，在 两种不同散射环境下的剂量比，它与到 源的距离无关，而与放射源能量、深度 及照射野面积有关；其变化类似于百分 深度剂量变化。
2、体内照射(包括组织间放疗和腔内放疗)：又称近距 离治疗(Brachytherapy)，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。
◆ 射线的基本特性
一、穿透性：射线穿透物质的本领，一般 与射线能量有关，能量越大，穿透性越强。
半衰期 1590年 5.24年
33年 74天
应用
70年代以前 作近距离治 疗
远距离治疗 及高剂量率 后装近距离 治疗
中、低剂量 率后装近距 离治疗
高剂量率后 装近距离治 疗
缺点 能谱复杂 半衰期长 环境污染 半影问题 换源问题
化学提纯难， 放射比度不 高
换源问题
2、普通X射线（KV级）——X线治疗机。 高能X射线（MV级）——加速器。
普通X射线，钴-60γ线，加速器的X射线，电子 束，其特点是LET值较小(一般＜100KeV/μ)故称 之为低LET射线，这类射线的生物效应大小对细 胞的含O2情况及细胞的生长周期依赖较大，即： 对乏O2细胞和G0期细胞作用小。
高LET射线包括快中子、质子、π负介子以及 氦、碳、氮、氧、氖等重粒子。特点：
特性：
Bragg峰： 高LET射线对细胞中含氧状态依赖性小； 细胞亚致死损伤修复率低 细胞周期依赖性小
Bragg峰：
半影问题
半影的概念：照射野边缘的剂量随离开 中心轴距离的增加而发生急剧的变化， 这种变化的范围即为半影。
几何半影：由于60Co放射源具有一定的 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。 (改进方法：缩小尺寸、延长距离)
CT 模拟定位机
CT扫描机+多幅图像显示器+治疗计划系 统+激光射野投射器
肿瘤的正确定位 提供照射野的剂量分布 产生数字模拟影像 帮助设计合适的照射野 产生模板以供制作铅挡 在病人皮肤上标记等中心点
◆放疗的基本照射方式
1、体外照射(外照射)：又称体外远距离照射 (teletherapy) ： 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。
③ 电子束 ④ 高LET射线:质子束、中子束、负π介子
束， 重粒子(碳、氮、氧、氖等）束 等——加速器
1、γ、 β射线———放射性同位素。
：
几种常见γ线同位素源及其特性
同位素 镭-226 钴-60
铯-137 铱-192
γ能量 MeV 平均0.83
1.17 ~1.33 平均1.25
0.662
0.36
一般指400kV以下X线治疗肿瘤的装置
• 原理：高速运动的电子作用于钨等重 金属靶，发生特征辐射、韧致辐射， 产生X线。
• 用途：主要用于体表肿瘤和浅表淋巴 结转移的治疗或预防性照射。
• 缺点：深度剂量低，皮肤剂量高；骨 吸收剂量高；易于散射，剂量分布差。
60Co治疗机
原理：利用放射性同位素60Co发射出的γ 射线治疗肿瘤
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。
激发：使外层电子从低能态跃迁到 高能态未脱离原子 电离：将外层电子击离原子，形成自由电子，原子本
身成为带正电的离子
②作用于内层电子： 产生特征辐射：将内 层电子击离轨道，其 外层电子立即填补其 空隙，从而释放光子。
③作用于原子核：产 生韧致辐射：原子经 过原子核附近时使原 子核受激能量大于 1.02MV时，光子可 以与原子核相互作用
，受原子核电场影响
，使入射光子的全部
能量转化成为具有一
定能量的正电子和负
电子，这就是电子对
效应。与原子序数有 关
最适宜放射治疗的能量范围为 0.2～7MeV（平均能量），相当于最高能量 1～22MV范围
（三）、高能电子束 电子束是带电粒子，由加速器产生。具有以下
用途：用于等中心照射的剂量计算。
二、X（r）线剂量学特性
1、百分深度剂量曲线特点 （1） ≤400kv X线 d0在体表，没有剂量建 成区，射线进入组织以后，随深度增加， 百分深度刻量逐渐下降。
（2）＞400kvX线，r线或更高能量的X线， 最大剂量吸收在皮下一定深度，故存在 剂量建成区，射线进入组织后在建成区 内，剂量随深度增加而增加，达到一定 深度后剂量达到最大，随后随深度的增 加剂量逐渐下降，其下降速度依赖于射 线的能量。
高能X（r）线的剂量建成区明显比中低 能X线宽，在临床应用中可以起到保护皮 肤的作用，即在使深部肿瘤得到较高剂 量的同时，使皮肤免于高剂量的损伤。
2、影响PDD的因素：能量、射野、源皮距等