第二章放射物理学5.6.7.8

射线与物质相互作用三种主要方式
1、光电效应：光子高速 前进，在物质中与电 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。(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)
2、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。
七、其他重粒子
1、和质子、高LET射线、中子一样具有很高的RBE （生物效应），低的OER（氧增强比） 2、很难获得和控制 3、防护要求很高，不适合临床需要 两个慨念 氧增强比（OER）：是指在缺氧条件下引起一定放射生 物学效应所需辐射的剂量与有氧条件下引起同样生物 学效应的所需辐射剂量的比值。 相对生物效应（RBE）：是指要达到相同生物效应时的 标准射线（250kv X射线）所用剂量和某种射线所用 剂量的比值。
加速器产生多档能量的高能电子线，一般为 4 MeV 、6 MeV 、9 MeV 、12 MeV 、 16 MeV 、20 MeV 或 5 MeV 、7 MeV、 10 MeV、 14 MeV、 16 MeV、 19 MeV、 22 MeV
1、高能电子线容易散射皮肤剂量相对较高， 皮肤剂量随着能量增加而增加。
射线作用于物质的效应
• 特征辐射：入射电子将原子内层轨道上的 电子撞击出去，任一外层轨道上的电子， 可立即填补这个空穴，其多余能量以光子 的形式释放出来而产生特征辐射。 • 韧致辐射：入射电子穿过原子核附近，使 原子核受激。当它退激发返回稳定状态时， 其多余能量以X(γ)射线的形式放射出来， 这种辐射称为韧致辐射。
3、高能电子束具有有限的射程，可 以有效保护病变后的正常组织；
4、随着电子束限光筒到患者皮肤距 离的增加，射野的剂量均匀性迅速 变劣、半影增宽； 5、百分深度剂量随射野大小特别在 射野较小时变化明显；
6、不均匀组织对百分深度剂量影响 显著；
7、基于高能电子束的上述特点，单 野并适当采用组织等效物，可满意 地治疗表浅及偏位肿瘤和浸润的淋 巴结
比释动能（K）：不带电的电离粒子在质量为dm的介质 中释放的全部带电粒子的初、始动能之和。K=dE/dm 单位和吸收剂量一样单位j. kg-1 ,专用名为戈瑞，符 号Gy表示
电子线治疗时使用的限光筒
五、质子线的物理特性
放射治疗的最理想效果是给予肿瘤细胞根 治剂量，而不损伤正常组织。然而，传统 放射治疗技术所使用的X射线或γ射线在 治疗肿瘤的同时，正常组织不可避免地损 伤到，肿瘤无法得到根治性治疗。质子以 其优越的物理特性，使肿瘤放射治疗效果 基本达到了放射治疗的理想目标。
能量剂量学名词 粒子注量： 能量注量： X/γ线照射量：光子在单位质量dm空气中释放的所有次级电子 Ｘ＝dQ／ｄm，单位c.kg-1,用伦琴表示（R） X/γ线照射量率：照射量除于时间 吸收剂量(D)：电离辐射向无限体积内授予的平均能量与该体积内 物质的质量比 Ｄ＝de ／ dm,单位j. kg-1 ,专用名为戈瑞，符 号Gy表示，即1 Gy=1 j. kg-1 ，1 Gy=100cGy, 1 Gy=100拉德，1cGy=1拉德，拉德是90年代以前的表示方法， 现在部分医生还在使用 吸收剂量率：吸收剂量除于时间
6、旁散射少,半影小。由于质子的质量 大，在物质内散射少，在照射区周围 只有很小的半影，因此减少了周边正 常组织的照射剂量。
物理特点明显：较好的物理特性， Bragg峰作用 高RBE，低OER
六、中子线的物理特性 1、能量很大很难获得、设备太大，成本太高 2、寿命时间短，自由中子是不稳定的粒子， 可通过弱作用衰变为质子，放出一个电子 和一个反中微子，平均寿命为896秒 3、中子的电中性让它不仅很难侦测，也很难 被控制 4、主要用于核反应堆、核武器（中子弹）， 杀伤力强，贯穿作用很强 5、检测、探测用：中子探测器
4、穿透性能强。 质子束以高能高 速进入人体，穿透力强，能量可以 自由控制调节使射束达到人体组织 任意深度。
5、剂量分布好 高辐射剂量集中于肿瘤部位，肿瘤后面与侧面 的正常组织区域几乎 无剂量分布，肿瘤前面的正常组织也仅有极小 剂量。 利于保护周边正常组织不受损伤。部剂量高。 Bragg峰的优越物理学特性使质子束在组织内 局灶高能释放， 对肿瘤及病变组织实施精确范围最大杀伤。
2、由于容易散射，利用治疗时必须使用限光 筒加以收集，加之射线打在限光筒出来的 射线杂乱无章，有半影必须再配散射箔改 变射线宽度，使之均匀方可利用，打到散 射箔的电子线会产生无法使用的X线，叫X 线污染，为了避免这些现象发生，现在生 产的直线加速器工艺水平，功能都克服了， 加多叶光（MLC），动态旋转、多级准直器 等技术，这些东西都不是手工完成，是直 线加速器设备里自带有的。现在时下用的 3DCRT（三维适形）、IMRT（调强）、IGRT （图像引导）、TOMO（断层放射治疗）
5、对骨、软组织具有相等吸收剂量，主要是 康普顿效应作用，照射时骨和软组织比低 能X线吸收较少，起到保护避免损伤。 原因：低能X线主要为光电效应为主，骨每单 位剂量的吸收要比软组织大很多。 CO-60主要为康普顿效应为主，使之在照射骨 头组织时不会引起损伤；另个方面骨组织 和软组织对γ线的吸收剂量相同。
第二节、放射线射野剂量学
一、放射线的临床运用原则(剂量4原则) 要求：靶区剂量高、分布均匀、尽可能减少 正常组织受照范围和剂量，保护正常组织 在照射范围之内。 好的放射治疗计划要达到以下几点： 1、肿瘤治疗范围、处方剂量、设备精度要求 准确
2、治疗剂量分布要均匀，剂量梯度不超正负 5%，也就是肿瘤靶区要求有90%的剂量打在 上面。 3、尽量提高靶区内照射剂量 4、保护肿瘤周围重要器官免受照射，至少不 能超过允许的耐受照射剂量。
5、光子（Ｘ、γ线）物质的相互作用 主要有三种：光电效应、康普顿效应（放射 治疗主要用这个效应治疗）、电子对效应 ６、射线的质、量、吸收剂量（戈瑞Ｇｙ）、 剂量当量，单位及表示，教材没有提，但 学习放射治疗一定要知道这些，不然后面 可能听不懂，有兴趣的同学可以自己去学 习，这里就不花时间讲了。
射线与物质有哪些作用
三、Ｃo－60γ线的特点 1、Ｃo－60（不稳定）是一种人工放射源， 用中子打在Ｃo－59（稳定）产生的。
2、能量：衰变产生1.17Mev,和1.33Mev两个 能量的γ线，平均能量为1.25Mev。 3、穿透力强，凡是射线都有穿透力
4、保护皮肤，它的最大吸收剂量在皮下 0.5cm处，意思就是皮下0.5cm能量开 始释放，皮肤表面剂量很小。 给同样的治疗剂量时CO-60引起的皮肤反 应比普通X线低的很多。如果治疗室在 皮肤表面放臵一层吸收体或填充物， 它的这个优势就失去。因此在使用CO60作为放射源治疗时必须保证铅块或 准直器底端离开皮肤一定的距离（一 般为15CM以上）。 目的：使得最大剂量点不发生在皮肤上。
第二章：放射物理学 （放疗学重点影像学只需了解）
昆明医科大学第二附属医院放射治疗科 物理师：罗富源
第一节、放射线物理特性
放疗中常用的射线有：医用直线加速器产生 的高能X线（放疗主要使用）、高能电子线， 伽玛刀用的CO-60放射源的γ线，质子刀的 质子线，中子加速器或放射源产生的中子 线，其他重粒子线
二、X线物理特性
X线特点：不管高能、中能、低能X线都具有穿透、电 离、荧光、热和干涉、衍射，反射，折射等作用 1、穿透作用：就是说穿透物质时不被吸收的能力，穿 透能力强弱和能量大小、物质厚度、密度都有关。 ２、电离作用：物质受到Ｘ线照射时，核外电子被打 出脱离原子轨道，主要有三种表现方式光电、康普 顿、电子对效应 ３、荧光作用：也就是感光作用，射线打到物质上会 有光，如打到胶片上会有不同的变化，很多放疗设 备验证都用射线的这个特点，对剂量或准度校准。 ４、热及干涉、衍射，反射，折射等作用，初、高中 物理学过这里就不讲了。
6、旁向散射小 射线几何线束以外的旁向散射比普通X线 小很多，剂量下降很快，因此保护了 射野边缘外的正常组织和降低了全身 的积分剂量。但由于CO-60治疗或现用 的伽玛刀在设备设计时，几何半影、 穿射半影很大的话，这种优势就失去。 准直器大小、形状，放射源的尺寸大小、 准直器到皮肤的距离、源皮距（SSD） 等等。
3、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。
线性能量传递(linear energy transfer, LET）也叫线性密度
• 是指次级粒子径迹单位长度上的能量传递，即带 电粒子传给其径迹物质上的能量。 常用单位：KeV/um • LET分为两类：低LET射线 (X 、γ、β射线)，LET 值＜10KeV/um；高LET射线 (快中子、负π介子、 重粒子)，LET值＞100KeV/um • 辐射生物效应与LET值有重要关系。在相同吸收 剂量下，射线LET值越大，其生物效应越大。
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二、运用高能X射线在放疗的剂量学知识
1、放疗中要用到的相关名词 放射源（S）：产生辐射的靶面中心（其实就是能 产生射线，或不稳定的同位素） 照射中心轴：放射源于穿过照射野中心的连线 照射野：经准直器照射后，照射的范围。定义为： 体模内50%等剂量线的延长线交于体模表面的区 域定义为照射野大小。
参考点：中心轴上任意一点作为剂量参考 校准点：中心轴上指定任意一点作为剂量校准 源皮距（SSD）：放射源到体模表面照射野中心 的距离 源轴距（SAD）：放射源到机架旋转轴或等中心 点的距离 源瘤距（STD）：放射源沿射野中心轴到肿瘤病 灶中心的距离
质子及高LET主要特性：Bragg峰：
3、精确度极高 由于质子的质量大，在物质内散射少， 在照射区周围只有很小的半影，减少 了对周围正常组织的照射剂量，从而 提供了肿瘤治疗的精确度。 传统放疗射线无法控制射程，而质子射 线可运用自动化技术认为控制其 能量释放的方向、部位和射程，可将 Bragg峰控制在肿瘤靶区的边界， 实现“定向爆破”。
1、治愈率极高 传统放射治疗中的射线随机体组织 的深入，能量逐渐衰减，而质子作为 带正电荷的离子，以极高的速度进入 人体，在体内与正常组织或细胞发生 作用的机会极低，当到达癌细胞的特 定部位时，速度突然降低并停止，释 放最大能量，产生Bragg峰，将癌细胞 杀死。
2、副作用极小 目前放射治疗技术虽在肿瘤治疗中已取得了 明显的疗效，但由于X射线或γ射线是以指 数形式衰减，其射程无法控制，所以对浅 层组织和肿瘤后的正常组织损伤较大;而质 子治疗时肿瘤前端的组织仅受到极小量的 照射，对肿瘤后面和侧面的正常组织照射 为零，几乎不会损伤正常组织。
7、经济、可靠。Ｃo－60半衰期为5.27年， 一般可以用5-6年，换一次大约100-200 万，而加速器的球管为100-150万一个， 大约1年更换一次，如果病人量多或经常 使用高压可能寿命更短。Ｃo－60治疗机、 伽玛刀、陀螺刀就是用Ｃo－60放射源， 结构简单，维护费比加速器便宜。
四、高能电子束物理特点
一、核物理知识（教材没有的）
１、原子的结构 物质由分子和原子组成，分子又由原子组成 原子由原子核和核外电子组成，原子核带+电 （在原子中心），核外电子带-电（在原子外 围）。 原子符号ZAX，要理解Ｚ（核外电子数）、Ａ （质量数）、Ｎ（中子）的关系 中子＝质量数－核外电子数
２、了解电子从内层到外层Ｋ Ｌ Ｍ ＮＯ规 律２、８、１８、３２．．．２ｎ２ ３、电磁辐射（电磁波）包含哪些：Ｘ、γ线、 光波、无线电波、紫外线、红外线等 ４、同位素是什么？ 活度单位（居里）？ 半衰期 １ci（居里）＝３.７x1010Bq（贝克）