放射物理学基础
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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7
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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8
(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
第一章放射物理基础
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。
理解放射性衰变与核反应的基本原理大学物理基础知识
理解放射性衰变与核反应的基本原理大学物理基础知识理解放射性衰变与核反应的基本原理放射性衰变和核反应是物理学领域中非常重要的概念,对于理解原子核的结构和性质有着深远的影响。
本文将介绍放射性衰变和核反应的基本原理,以及相关的物理学常识。
一、放射性衰变的基本原理放射性衰变是指某些不稳定核素通过自发的变化,转变为具有更稳定的核素的过程。
放射性衰变可以分为α衰变、β衰变和γ衰变三种类型。
1. α衰变α衰变是指原子核放出一个α粒子,即两个质子和两个中子组成的氦核,从而转变为一个不同的核素。
α衰变通常发生在重核中,因为重核的质子数和中子数都比较多,核内部的相互作用较强,因此有较高的能量。
2. β衰变β衰变包括正β衰变和负β衰变两种形式。
在正β衰变中,原子核释放出一个正电子和一个中微子,质子数减一,中子数不变,从而转变成一个不同的核素。
而在负β衰变中,原子核释放出一个负电子和一个反中微子,质子数增加一,中子数不变。
β衰变通常发生在中、轻核中。
3. γ衰变γ衰变是指原子核由一个能级跃迁到另一个能级时,释放出γ射线的过程。
γ射线是电磁辐射的一种,能量最高,穿透力最强,但不带电、不带质量。
二、核反应的基本原理核反应是指原子核之间的相互作用,包括裂变反应和聚变反应两种类型。
1. 裂变反应裂变反应是指重核(如铀-235)被慢中子撞击后变得不稳定,分裂成两个或更多的碎片核并释放出大量的能量。
裂变反应是核电站中核能利用的基础,也是核武器的原理之一。
2. 聚变反应聚变反应是指两个轻核(如氘和氚)发生碰撞并相互融合,形成一个更重的核和一个或多个中子。
聚变反应是太阳等恒星能量来源的主要机制,也是研究可控核聚变的重要方向。
三、核能的应用与影响核能的应用包括核电站的发电、医学上的放射性同位素应用、核武器等。
核能的利用对能源问题、环境问题以及国家安全等方面都有着重要影响。
1. 核电站核电站利用核裂变反应的能量产生蒸汽驱动涡轮机发电。
核电站具有能源密度大、燃料资源丰富等优点,但同时也存在核废料处理、辐射安全等问题。
放射物理学基础一(ppt)
优点
可获得准确照射. 工作人员隔室操作,比较安全. 放射源微型化. 高活度放射源形成高剂量率治疗. Hale Waihona Puke 微机控制.放射治疗物理学基础
➢ 近距离后装治疗机
组成:①放射源 ②施源器 ③源室及放射源驱动元 ④治疗计划系统
放射治疗物理学基础
➢ 体内照射与体外照射的区别
放射源强度
放射治疗物理学基础
➢钴 - 60 治 疗 机
结构:①放射源
②源客器及防护机头
③遮线照装置
④准直器
⑤支持系统及其附属电子设备
钴-60γ线的特点:
与深部x线机(200~400kv)相比的优点: ①穿透力强 ②保护皮肤 ③骨和软组织有同等的吸收剂量 ④旁向散射小 ⑤经济可靠
钴 - 60 半 影 问 题
放射治疗物理学基础
三种常见体外照射设备的特点比较
能量 穿透力 皮肤剂量 骨吸收剂量 旁向散射 经济、维修
照射野 防护
X线机
低 弱 高 高 大 价格低 维护方便 小 容易
6 0CO远距离治疗机
高,单能 较强
低 和软组织相同
较小 价格较低 维护方便
中等 定期换源 防护难
直线加速器
高,可调 强 低
和软组织基本相同 小
几何半影 穿射半影 散射半影
放射治疗物理学基础
➢ 加速器
X线和电子束的产生
电源
脉冲调制器
电子枪 磁控管
加速管
偏转磁铁 电子束 打靶 高能X线
放射治疗物理学基础
➢ 加速器
分类 电子感应加速器 电子直线加速器 电子回旋加速器
放射治疗物理学基础
➢ 电子直线加速器的特点
能量高,可调控,剂量率高. 穿透力强. 皮肤剂量低:6MvX最大剂量点在皮下1.5cm. 骨和软组织吸收基本相等. 旁向散射小. 价格昂贵. 维护难,对水、电、湿度要求高. 射野可以较大,可达40×40cm.
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
放射卫生学-第一章核物理基础汇总
3. 1986年4月26日切尔诺贝利核泄漏事故
切尔诺贝利核泄漏事故被称之为历史上最严重的核电站灾难。1986年4月 26日早上,切尔诺贝利核电站第4号反应堆发生爆炸,更多爆炸随即发生并引 发大火,致使放射性尘降物进入空气中。据悉,此次事故产生的放射性尘降 物数量是在广岛投掷的原子弹所释放的400倍。
第一章
放射物理学基础知识
第一节 原子和原子核结构
原子和原子核结构
一、原子结构
自然界中的任何一种物质都是由很多同样 的分子组成的。分子是由相同的或不同的原子结 合而成的,而原子是任何一种化学方法都不能分 解的最小粒子。分子是保持该物质基本化学性质 的最小个体。它的种类虽然是无穷无尽的,但它 们都是由不外乎100多种基本成分组成的。这些 基本成分叫元素,元素的最小单位是原子。
Tc
六、 放射性核素(radionuclide)
是一类不稳定的核素,原子核能自发地不 受外界影响(如温度、压力、电磁场),也不 受元素所处状态的影响,只和时间有关。而转 变为其他原子核或自发地发生核能态变化的核 素,同时释放一种或一种以上的射线,这一变 化的过程称为放射性核衰变 (radioactive nuclear decay),或蜕变(简 称核衰变)。核衰变是由原子核内部的矛盾运 动决定的。每种元素的原子核,其质子数和中 子数必须在一定的比例范围内才是稳定的,比 例过大过小放射性核素都要发生核衰变。
原子结构 原子核外电子运动区域与电子能量的关系 电子能量高在离核远的区域内运动,电子能 量低在离核近的区域内运动 ,把原子核外分成七 个运动区域,又叫电子层,分别用n=1、2、3、4、 5、6、7…表示,分别称为K、L、M、N、O、P、 Q…,n值越大,说明电子离核越远,能量也就越 高。当内层轨道电子获得一定能量即会跃迁到外 层轨道,称激发;电子脱离原子称电离。内层电 子空缺时,外层电子又会跃迁(激退)到内层补 缺,而多余的能量以标志(特征)X射线或俄歇 电子形式放出。
放射物理学基础第六章高能电子束射野剂量学
高能电子束射野剂量学
高能电子束应用于肿瘤的放射治疗 始于上世纪50年代初期。
据估计约15%的患者在治疗过程中 要应用高能电子束。
计划设计要求在给予靶区足够剂量 的同时,必须注意保护正常器官。
加速器 偏转磁铁
钨靶
散射片
均整器
扩大和均匀射野
电子束治疗
X射线治疗
加速器治疗机产生的射线
(7)不规则射野输出剂量的计算,仍存在问 题。
基于高能电子束的上述特点,它主要用 于治疗表浅或偏心的肿瘤和浸润的淋巴结。
一、中心轴百分深度剂量曲线
1、百分深度剂量曲线的特点 图6-5示出了模体内电子束中心轴百分深
度剂量的基本特性及有关参数。
有关参数:
Ds:入射或表面剂量,以表面下0.5mm处的 剂量表示;
对采用散射箔系统的医用直线加速器, x射线污染水平随电子束能量的增加而增加。
2、百分深度剂量的 影响因素
(1)能量的影响
电子束百分深 度剂量分布随电子 束能量的改变有很 大变化。
基本特点是:由于电子束易于散射,所以 随着射线能量的增加,表面剂量增加,高剂量 坪区变宽,剂量梯度减小,X射线污染增加, 电子束的临床剂量学优点逐渐消失。
(3)源皮距 的影响
当源皮距不同时,一些主要参数的变化规律, 主要表现为:当限光筒至皮肤表面的距离增 加时,表面剂量降低,最大剂量深度变深, 剂量梯度变陡,X射线污染略有增加,而且 高能电子束较低能电子束变化显著。造成这 一现象的主要原因,是由于电子束有效源皮 距的影响和电子束的散射特性。由于电子束 百分深度剂量随源皮距变化的这一特点,要 求临床应用中,除非特殊需要,应保持源皮 距不变,否则要根据实际的临床使用条件, 具体测量百分深度剂量有关参数的变化。
临床放射物理学基础PPT课件
❖ 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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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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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。
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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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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)
放射治疗技术放射物理学基础教案
《放射治疗技术》第一章课程教案教学环节教学内容教学活动设计及时间教师主导活动学生主体活动教学方法及意图课前预习1.通过超星平台,将相应的放射性衰变的学习视频放入资源库,并进行分组,与话题讨论。
超星平台发布学习任务,进入网络平台学习:1.观看《福岛核电站泄漏资料》2.提出自己的看法并讨论。
1.加入超星平台。
2.学习福岛核电站泄漏情况资料,归纳出和核衰变要点。
联系总结法(3min)观看《福岛核电站泄漏资料视频》,加强学生对放射性核素泄漏的后果认识,以及放射性核素管理的重要性。
温故知新在上学期学习成像原理基础下,引导学生对放射性核素对人体影响设想。
通过回顾相应放射治疗的知识点。
引导学生猜想不同器官受到辐射的影响有什么不同?设问:引导学生依据自身经历,猜想对放射治疗导致对放射治疗不同的原因?1.分组进行课堂讨论不同的原因?2.学生回答:肿瘤患者与其本身的器官、年龄、性别都有一定影响因素回顾联系(3min)1.引导学生对放疗相关知识进行回顾,能加深对本知识点认识。
2.能学生明白对放射性核素对人体影响,更要严谨、细致、认真,有责任。
导入案例在上学期学习成像原理基础下,举例福岛核电站的切诺贝尔核电站相应的核泄漏事故,与放射性衰变的联系。
1.引导学生依据自身知识,猜想对放射知识的了解及生活为危害?2.进行小组设计,组织讨论。
(每小组10人进行分组讨论)1.通过上学期学习医学影像成像原理,讨论猜想放射治疗设备的基本影响。
问题讨论法5min设问:研究放射治疗师如何运用放疗设备及辅助装置,与放射肿瘤医生、物理师一起对肿瘤患者设计合理的放射治疗方案并实施精确的放射治疗?新知新学α衰变:释放出α射线的衰变方式1.将相应的放射治疗知识归纳为思维导图。
2.分析比较α衰变、β衰变、γ衰变的概念。
表格的方式进行分析。
1.认真倾听教师讲解。
2.提出相关问题,倾听教师讲解,明确本次课任务。
讲解授课法8min1.以微观粒子为导向,对放射线的发展有充分的了解。
临床放射物理学基础
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23
(二)高能X(γ)射线百分深度剂量及影响因素
放射源
SS AS DD
等中心
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中心轴
照射野
(大小为投影
在等中心平面
大小)
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(二)高能X(γ)射线百分深度剂量及影响因素
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(二)高能X(γ)射线百分深度剂量及影响因素
百分深度剂量定义:
射野中心轴上某一深度d处的吸收剂量率 度d0处剂量率 的百D d分比。
与D d参0 考点深
P D D (D d/D d0) 100%
对能量低于400kV X射线,Dd0 Dds
对高能X(γ)射线, Dd0 Ddm
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(二)高能X(γ)射线百分深度剂量及影响因素
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相互作用方式
Ⅰ. 光电效应
hν
e
h Ee Bi
+
Ⅱ. 康普顿效应
Ehh'
Ⅲ. 电子对效应
hEE2m ec2
1 .0M 2E e vE
精选ppt
+
hν
Ze
+
hν
e
h ν’ ee+
12
(一)高能X(γ)射线的物理特性
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(一)高能X(γ)射线的物理特性
200keV
7MeV
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14
照射野大小对百分深度剂量的影响
临床上通常给出方形野的百分深度剂量,对于长方 形野,圆形野,以及不规则野则需要通过等效面积的 转换。
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放射物理学基础ppt课件
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。
• CT模拟机:是利用CT获取患者图像并进行三 维重建,同时将图像传给放射治疗计划系统, 进而对肿瘤实现精确定位的专用CT机。
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近距离后装治疗机
• 现代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: • 放射源微型化,程控步进电机驱动; • 高活度放射源形成高剂量率治疗; • 微机计划设计。
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*辐射源种类和照射方式 辐射源种类
1.放射性同位素放出的α、β、γ射线 2.X 线治疗机和各类加速器产生的不同 能量的 X 线 3.各类加速器产生的电子束、质子束、 中子束、负π介子束以及其他重粒子束。
14
康普顿效应:
• 随着入射光子能量
的增加 ( 200kV-2
MV),光子与轨道
上电子相撞,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。
15
电子对效应:
• 入射光子能量大 于1.02MV时, 光子可以与原子 核相互作用,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。
如60Coγ射线。
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• *半价层 (Half Value layer,HVL):是指置 于X射线束通过的路径上,使其照射量减少 一半所需某种物质的厚度。
• *照射野:射线束经准直器后垂直通过模体 的范围,用模体表面的截面大小表示照射野 的面积。临床剂量学规定,模体内50%同等 剂量曲线的延长线交于模体表面的区域定义 为照射野的大小。
放射治疗物理学基础
2020/1/21
国家医学考试中心
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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
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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。
2020/1/21
国家医学考试中心
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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。
2020/1/21
国家医学考试中心
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9、适形放射治疗
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国家医学考试中心
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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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国家医学考试中心
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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
N N 0
00
te t
d0t
1
t
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。
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3.2 深度剂量分布
3.2.1 照射野有关名词定义
(1) 射线质 指的是射线能量,主 要表示射线贯穿物体的能力。
(2) 射野中心轴 射线束的中心对
d0
称轴线,临床上一般用放射源
S穿过对称照射野中心的连线
作为射野中轴。
d
(3) 照射野 射线束经 准直器后垂直通过模 体的范围,用模体表 面的截面大小表示照 射野的面积。临床剂 量学中规定50%等 剂量曲线的延长线交 于模体表面的区域定 义为照射野的大小。
原理:利用放射性同位素60Co发射出的γ射 线治疗肿瘤
特点:①能量高,射线穿透力强;②皮肤反 应轻;③康普顿效应为主,骨吸收类似于软 组织吸收;④旁向散射少,放射反应轻;⑤ 经济可靠,维修方便。
缺点:需定时换源;防护相对困难。
2.3 医用直线加速器
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。
射线质 Dmax (mm)
钴60 5
6MV X线 15
8MV X线 20
15MV X线 28
(2) 建成效应 从表面到最大剂量深度区域称为剂量建成区域,此
区域内剂量随深度增加而增大。对于高能X射线,一般都有建成 区域存在,如果原射线中电子含量少,表面剂量可以很低,但不 能为0,因为各种散射,原射线中总有少量电子存在。对于25MV X线,表面剂量可以少于15%。
(4) 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,表面到参考点的深度记为d0 。 (5) 源皮距(SSD) 放射源到模体表面照射野中心的距离。
(6) 源轴距(SAD) 放射源到机架等中心的距离。
(7) 源片距(SFD) 放射源到胶片的距离,也叫靶片距。
(8) SCD
放射源Etr是非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。 单位:焦耳/千克 (J/kg)。专用名 Gray(Gy),1 Gy = 1 J/kg;
1.5.9 剂量当量:单位 J/kg,专用名 Sv
1.5.10 吸收剂量和比释动能的关系 电子平衡
❖ 电子平衡(Electronic Equilibrium)
一、核物理的基本知识
1.1 原子的基本结构:
1.2 放射性衰变类型
a) α衰变:放出α粒子
b) β衰变:放出正电子或负电子或俘获一个轨道电子
c) γ跃迁和内转换: γ跃迁会以γ射线形式释放能量;内转 换发射内转换电子。
1.3 带电粒子与物质的相互作用
➢ 与核外电子非弹性碰撞——电离损失/碰撞损失 (释放出特征X射线或俄歇电子)
为减少散射电子,降低皮肤剂量,应将准直器端面离开人体 表面15-20cm,挡铅时也应注意。
(3) 影响PDD的几个因素
(深度d,射野大小FSZ,源皮距f,能量E) 在X(γ)线入射人体后,深度剂量的变化受三个因素支配:
a) 与该点到源的空间距离有关的反平方定律; b) 深度为d的介质引起的指数吸收衰减; c) 准直器限束系统和体模产生的散射线影响。
深度增大
d-dm增大
PDD变小
Ⅳ 源皮距对PDD 的影响
源皮距增大
A0/A1增大
PDD变大
Q1: Q2:
PDD(d,f1,A0)= PDD(d,f2,A0)=
100%×[(f1+dm)/(f1+d)] 100%×[(f2+dm)/(f2+d)]
22××ee--uu((dd--ddmm))××KKss12
➢ 与原子核非弹性碰撞 ——辐射损失 (轫致辐射)
➢ 与原子核弹性碰撞 ➢ 与原子核发生核反应
1.4 X (γ) 与物质的相互作用
X(γ)光子与物质相互作用的主要过程有光电效 应、康普顿效应、电子对效应;其它次要的作 用过程有相干散射、光核反应等。
1.5 几个重要的概念
1.5.1 放射性活度:放射性活度是指一定量的放射
2.1 X线治疗机
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。
2.2 Co-60治疗机
Varian
Accuray
BrainLab
Elekta Tomotherapy
2.10 辐射源种类
放射性同位素放出的α、β、γ 射线 X线治疗机和各类加速器产生的不同能
的X线 各类加速器产生的电子束、质子束、中
子束、负π 介子束以及其他重粒子束
2.10 照射方式
远距离照射:放射源离开人体一定距离 集中照射某一病变部位。简称外照射。
两式相比则得到源皮距从f1增加到f2时两种源皮距下PDD的比值
[PDD(d,f2,A0)/PDD(d,f1,A0)]=F×(Ks2/Ks1)
1.5.5 半价层:半价层(HVL)定义为X(γ)射线束流强度衰减到其
初始值一半时所需的某种物质的厚度,它与线性衰减系数μ的关 系为:
HVL=ln2/ μ=0.693/ μ
1.5.6 吸收剂量:电离辐射给予质量为dm的介质的平均授予
能dε,也就是单位质量物质吸收电离辐射的平均能量 D= dε/ dm
三、X(γ)射线射野剂量学
临床射野剂量学是放射治疗 进行精确、定量和计算机计算的 数学、物理基础,是实验测量和 数学物理计算的结合。
3.1 组织替代材料和人体模型
3.1.1 组织替代材料:
定义:模拟人体组织与射线相 互作用的材料
显然这种替代材料必须具 有与被模拟组织与射线相互作 用相同的有关的物理特点,如 原子序数、电子密度、质量密 度、甚至化学成分等。
可对正常组织进行保护,但亦造成靶区剂量分 布的不均匀。
内照射不能单独应用于临床,一般作为外照射 的补充。
核物理的基本知识 常用放疗设备和放射源 X(γ)射线射野剂量学 高能电子束射野剂量学 临床放射治疗剂量计算 临床剂量学四原则及靶区勾画必须熟悉的几个概念 放射治疗的质量保证与质量控制
2.6 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 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
2.7 多叶准直器(MLC)
2.8 治疗计划系统
2.9 近年进入临床应用的先进的放射治疗机
Siemens
Ⅰ射线质(能量)对PDD的影响
能量高 μ(线性衰减系数) 小
大 e-u(d-dm)
PDD大
PDD(d,f,A0)=100%×(A0/A1)×e-u(d-dm)×Ks = 100%×[(f+dm)/(f+d)] 2×e-u(d-dm)×Ks
Ⅱ 射野面积对PDD的影响 FSZ增大
Ks增大
PDD增大
等效方野=4倍面积/周长 S=(2ab)/(a+b)
肿瘤放射物理学基础
中南大学湘雅医院肿瘤科 雷明军 2020/6/14
内容纲要
核物理的基本知识 常用放疗设备和放射源 X(γ)射线射野剂量学 高能电子束射野剂量学 临床放射治疗剂量计算 临床剂量学四原则及靶区勾画必须熟悉的几个概念 放射治疗的质量保证与质量控制
核物理的基本知识 常用放疗设备和放射源 X(γ)射线射野剂量学 高能电子束射野剂量学 临床放射治疗剂量计算 临床剂量学四原则及靶区勾画必须熟悉的几个概念 放射治疗的质量保证与质量控制
在均匀介质中的测量体积元内,离开此体积元的电子,被 另一个进入该体积元具有相同能量的电子代替,则在该体积元内 存在着电子平衡。
理论的要点是: 1 不要求进入体积元的电子数目等于离开体积元的电子数目; 2 只要求电子带入体积元的能量等于电子带出体积元的能量。 3 当测量体积元的体积较小,但大于次级电子的最大射程时,电子
可用如下公式描述: PDD(d,f,A0)=100%×(A0/A1)×e-u(d-dm)×Ks = 100%×[(f+dm)/(f+d)]2×e-u(d-dm)×Ks
PDD(d,f,A0)=100%×(A0/A1)×e-u(d-dm) ×Ks = 100%×[(f+dm)/(f+d)] 2×e-u(d-dm)×Ks
性核素在一很短的时间间隔内发生的核衰变数除以 该时间间隔之商。
A=-dN/dt=λN=λN0e-λt=A0e-λt
其中,λ为衰变常数; A和A0分别是t时刻和初始时刻的放射性活度。 国际单位为贝可勒尔(Bq)
1.5.2 射程:带电粒子在与物质的相互作用中,不
断损失能量,最终损失所有动能而停止运动(不含 热运动)。粒子沿入射方向从入射位置至完全停止 位置所经过的直线距离称为射程。(射程与路径长 度的区别)
单位为J·kg-1,专用名为戈瑞(Gy)
1.5.7 照射量 (exposure, X): 照射量 X是dQ除以dm所得的
商;指X(γ)射线在单位质量的空气中所产生的电离的电荷数。 X = dQ / dm
单位:库仑/千克 (C/kg)。原用单位是伦琴(R) 1R = 2.58×10-4 C/kg
1.5.8 比释动能(kinetic energy released in material, Kerma, K): K等于dEtr除以dm的商;即
2.5 常规X线模拟定位机
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。
2.5 常规X线模拟定位机
功能:1.靶区及重要器官的定位
2.确定靶区(或危及器官)的 运动范围
3.治疗方案的确认(治疗前模拟) 4.勾画射野和定位、摆位参考标记 5.拍摄射野定位片或证实片 6.检查射野挡块的形状及位置