临床放射物理学 课件

临床放射物理学讲课人：柳青目录⏹第一章放射源和治疗机⏹第二章电离辐射的剂量测量⏹第三章X(γ)⏹第四章治疗计划的设计与执行⏹附录第一章放射源和治疗机⏹放射源种类⏹照射方式⏹几种放射性同位素源⏹深部X线治疗机⏹钴60治疗机⏹医用加速器⏹高LET射线第一节放射源种类⏹⏹⏹第二节照射方式⏹⏹第三节几种放射性同位素源⏹天然放射性元素镭-226⏹铯-137⏹钴-601、天然放射性元素镭-226⏹镭的放射可分为带有正电荷的α射线，带有负电荷的β射线不带电荷的γ射线。

⏹镭疗主要是用其中的γ射线。

镭的γ线能谱复杂，平均能量为0.83MeV，半衰期为1590年。

⏹镭的产量有限，来源困难，防护处理复杂，易污染。

2、铯-137⏹铯-137是人工放射性同位素⏹其γ线能量是单能的为0662MeV，半衰期为33年。

⏹铯-137在组织内同镭具有相同的穿透力，是取代镭且优于镭的娇好同位素之一。

3、钴-60⏹钴60是用天然的没有放射性的59钴在核反应堆的作用下，受热中子轰击后成为带有放射性质的60钴。

⏹59Co＋n→60Co＋γ⏹钴60蜕变时放射出γ射线，其平均能量为1.25MeV。

钴60治疗机结构简单操作方便，容易维修，发展很快。

第四节深部X线治疗机⏹概述⏹类型1、概述深部X线治疗机通常是指管电压在180～400千伏特之间的X线机，这种机器在结构和X射线产生的原理上与接触治疗机相同。

但由于该机管电压比接触治疗机高，其产生的X线强度及穿透能力均较大，故多用于良性疾病和位于较表浅的恶性肿瘤的治疗。

2、深部X线治疗机的几种类型⏹⏹⏹⏹第五节钴60治疗机⏹概述⏹组成⏹优点⏹缺点1、概述⏹钴60治疗机俗称"钴炮“⏹钴60是一种人工生产的放射性核素。

⏹"钴炮"是以60钴做放射源，用γ射线杀伤癌细胞，对肿瘤实施治疗的装置。

2、钴60治疗机组成⏹一个密封的放射源；⏹一个源容器及防护机头；⏹具有开关的遮线器装置；⏹具有定向限束的限光筒，⏹支持机头的机械系统及其附属的设备⏹一个操纵台构成⏹射线穿透力强即可治疗相当深度的肿瘤。

⏹保护皮肤钴60射线在表皮剂量相对较小。

⏹骨和软组织有同等的吸收剂量⏹旁向散射小保护周边外的正常组织。

⏹经济、可靠，结构简单、维修方便。

⏹钴60能量单一，钴60深度剂量偏低，⏹钴60半衰期短，需定期换源。

⏹钴60属放射线核素，不断有射线释放，防护复杂，工作人员受量大。

⏹钴60存在半影问题，使野外的正常组织受一定的剂量影响。

第六节医用加速器⏹概述⏹电子感应加速器⏹电子直线加速器⏹电子回旋加速器1、概述⏹五十年代初期开始应用于临床。

⏹加速器是人工利用电场和磁场的作用力，把带电粒子加速到高能的一种装置或设备。

⏹加速器既可产生高能电子束，又可产生高能X线和快中子，其能量范围在4～50MeV之内。

2、电子感应加速器⏹优点⏹技术上比较简单，制造成本低，⏹容易做到25兆电子伏特这样的高能量⏹产生的电子线输出量足够大，能量可调范围较宽。

⏹缺点⏹X线输出量比较低，照射野小，体积大。

3、电子直线加速器⏹优点⏹优点是克服了电子感应加速器的缺点。

⏹对电子线和X线均有足够高的输出量，从而有潜力扩大照射野，并可采用偏转系统做等中心治疗。

⏹缺点⏹结构复杂、成本较贵、维修要求高。

4、电子回旋加速器⏹既有电子感应加速器的经济性，⏹又具有直线加速器的高输出量特点，⏹其电子线和X线的能量在医疗上使用皆很理想。

⏹总之它结构简单，体积小，成本低，是直线加速器的发展方向。

第七节高LET射线⏹⏹⏹⏹⏹高LET射线在物体内射程末端形成布雷格（Bragg）峰高剂量区，在这个峰区后面剂量急剧下降。

⏹如选择不同能量的粒子束综合使用，则可将峰区宽度按肿瘤大小调整。

这样可使肿瘤区得到充分的剂量，而正常组织所受的剂量可大为减少。

⏹高LET射线对生物的效应不依赖于组织的氧含量。

⏹对于分裂周期处于静止状态的肿瘤细胞，同样起到破坏作用。

3、高LET射线的缺点⏹高LET射线设备庞大，结构复杂。

⏹能量控制困难。

⏹造价昂贵。

4、高LET射线⏹⏹⏹第二章电离辐射的剂量测量⏹辐射量和单位⏹光子与物质的相互作用⏹带电粒子与物质的相互作用⏹中子与物质的相互作用⏹吸收剂量的测量⏹射线质的测定第一节辐射量和单位⏹⏹⏹⏹⏹1、照射量（Exposure Dose）⏹照射量Ｘ是dQ/dm，其中ｄＱ的值是在质量为ｄｍ的空气中，由光子释放的全部电子（负电子和正电子）在空气中完全被阻止时，在空气中产生一种符号的离子总电荷的绝对值。

⏹曝射量的剂量单位是伦（R）。

2、吸收量（Asorbed dose）⏹电离辐射给予单位质量的平均能量。

⏹吸收剂量单位是拉德（rad）.1dar为1g 受照射物质吸收100尔格的辐射能量。

即1rad＝100尔格／g＝0.01kg。

⏹现在吸收剂量单位改为Gy，是ICRU规定的，1Gy＝100rad。

3、放射强度（Radioactivity）⏹放射强度又称为放射活度。

⏹是指单位时间内放射物质锐变（衰变）的多少，不表示具体剂量。

⏹放射活度单位为贝克勒尔（Becquerel）符号Bq，表示每秒钟有一个原子蜕变。

4、剂量率（Doserate）⏹距放射源某一距离处，单位时间的剂量⏹以Gy/min为单位。

5、放射性能量⏹指电离辐射贯穿物质的能力.⏹能量单位为MeV。

⏹2MeV以下X线勉强用管电压表示贯穿物质的能力，但这类射线的能谱是连续的，通常是用半价层（HVL）来表示平均能量。

第二节光子与物质的作用⏹光电效应（photoelectric effect）⏹康普顿效应（Compton effect）⏹电子对产生（electron pair production）1、光电效应γ光子与介质的原子相互作用时，整个光子被原子吸收，其所有能量交给原子中的一个电子。

该电子获得能量后就离开原子而被发射出来，称为光电子。

光电子能继续与介质作用。

2、康普顿效应γ光子只将部分能量传递给原子中最外层电子，使该电子脱离核的束缚从原子中逸出。

光子本身改变运动方向。

被发射出的电子称康普顿电子，能继续与介质发生相互作用。

3、电子对产生能量大于1.02M eV的γ光子在物质中通过时，可与原子核碰撞，转变成一个电子和一个正电子，从原子中发射出来。

被发射出的电子和正电子还能继续与介质发生相互作用。

第三节带电粒子与物质的作用⏹电离（ionization）⏹激发（excitation）⏹散射（scattering）⏹轫致辐射（bremsstrahlung）⏹吸收（absorption）1、电离（ionization）带电粒子在从吸收物质原子旁掠过时，由于它们与壳层电子之间发生静电库仑作用，壳层电子便获得能量。

如果壳层电子获得的能量足够大，它便能够克服原子核的束缚而脱离出来成为自由电子。

2、激发（excitation）⏹带电粒子给予壳层电子的能量较小，还不足以使它脱离原子的束缚而成为自由电子，但是却由能量较低的轨道跃迁到较高的轨道上去，这个现象称为原子的激发。

⏹处于激发态的原子是不稳定的，它要自发地跳回到原来的基态。

3、散射（scattering）⏹散射是带电粒子与被通过的介质的原子核发生相互作用的结果。

⏹在这种作用下，带电粒子只改变运动方向，不改变能量。

⏹方向改变的大小与带电粒子的质量有关。

4、轫致辐射（bremsstrahlung）⏹带电粒子与被通过的介质原子核相互作用，带电粒子突然减速，一部分动能转变为电磁辐射释放出来。

⏹这种作用随粒子的能量增加而增大。

⏹与粒子的质量平方成反比。

⏹与介质的原子序数Z的平方成正比。

5、吸收（absorption）带电粒子在介质中通过，由于与介质相互作用耗尽了能量而最终停止下来，这种现象称为被介质吸收。

第四节中子与物质的相互作用⏹弹性散射（elastic scattering）⏹非弹性散射（inelastic scattering）⏹中子俘获（neutron capture）1、弹性散射（elastic scattering）⏹弹性散射是中子通过物质时损失能量的重要方式。

⏹原子核从中子动能中得到一部分能量而形成反冲核，中子则失去部分动能且偏离原方向。

反冲核越轻、反冲角越大、反冲核得到的能量越多。

⏹反冲核动能和入射中子能量成正比。

2、非弹性散射（inelastic scattering）⏹入射中子与原子核作用形成复合核，复合核放出中子后如处在激发态，则会立即会放出γ射线而回到基态。

⏹入射中子的能量必须大于原子核的最低激发能，非弹性散射才可能发生。

3、中子俘获（neutron capture）⏹慢中子或热中子与物质作用时，很容易被原子核俘获而产生核反应。

⏹核反应的产物可能是稳定核素，也可能是放射性核素，同时还释放出γ光子和其它粒子。

⏹感生放射性核素和感生放射性。

第五节吸收剂量的测量⏹概述⏹水模体中吸收剂量的测定⏹空气中测量照射量并转换为水模体中吸收剂量的方法⏹吸收剂量的定期测量1、概述⏹用带有空腔电离室照射量仪表测定光子束、电子束的吸收剂量分两个步骤进行⏹将空腔电离室在Ｘ射线或Co60γ射线下校准，目的是校对照射量仪表的刻度；⏹将校准过的照射量仪表的电离室放到介质中测定吸收剂量，这时仪表的测量值是以伦琴。

然后通过仪表读数校准因子和吸收剂量转换因子，计算吸收剂量。