肿瘤放射治疗学的物理基础

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60Co治疗机产生的γ射线能量更高:


穿透力强:适于深部肿瘤的治疗(头颈部肿瘤)
皮肤剂量小 骨和软组织有同等的吸收剂量 侧向散射线少:射野边缘以外正常组织受量较少
60Co治疗机的临床应用特点

经济、可靠:
结构相对简单,维修比较方便,设备造价较低, 运行可靠,为肿瘤放射治疗的普及型设备。


1、深部治疗X射线机的构成不包括:?
①X射线管 ②高压发生器 ③控制台
④辅助控制装置和设备
⑤施源器
2、深部治疗X射线机之X射线管的工作条件不包括:? ①灯丝电流 ②直流高压 ③阳极靶 ④放射性同位素 ⑤制冷装置
二、远距离60C0治疗机
远距离60C0治疗机

自从20世纪50年代由加拿大首先生产60Co放射治疗机到现 在,其结构、性能、标准有了很大的改进。 可以完成如下治疗技术: 源皮距照射 等中心照射 弧形照射 适形放射治疗
升压,达到200~400千伏,再经高压整流后变为直流高 压
加到X射线管两端,作为加速电压。
X射线管的工作条件
⒊ X射线管的阳极靶: 为提高X射线产生效率,防止阳极靶面因温度升的过高 而熔化、龟裂,通常阳极靶面采用金属钨(w)。
⒋ 高真空环境(玻璃密封管):
有利于电子加速及保护阴极灯丝和阳极靶。 ⒌ X射线管的制冷装置:(与一般诊断X射线机不同) 治疗X射线机的管电流和管电压都较高,且治疗时间长, 为保护X射线管不至于过热,在其外部加设了水循环或油 循环冷却系统,以对其强制冷却。
肿瘤放射治疗学的物理基础
齐齐哈尔医学院附属三院
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一、放射治疗的概念:

是利用各种放射线对肿瘤及其侵润的组织进行一定剂量照 射,从而控制肿瘤细胞生长、增殖的一种物理治疗技术。 是肿瘤治疗的三大手段之一。(手术、放疗、化疗) 二、放射治疗原理: 放射线与生物组织作用可产生生物损伤。 不同组织吸收射线剂量不同,所表现出的生物效应有很大
阴极(灯丝) 阳极靶面 玻璃密封管(真空)

X射线管结构示意图
X射线管的工作条件
⒈ X射线管的灯丝电流: 由灯丝变压器提供,灯丝变压器为降压变压器,通过调 整灯丝电压大小就可以控制灯丝加热强度,从而控制灯
丝电子发射数量,达到调整X射线管管电流的目的。
⒉ X射线管的直流高压:
由X射线机高压发生器提供。常压交流电经过高压变压器


均整器的调整机构:
在选择电子束治疗模式时,由于散射箔设置在X射线均整 器位置处,所以均整器会自动移开。
医用电子直线加速器两种治疗模式


电子束的展宽:
根据电子束易于散射的特性,采用散射箔技术将射线束展 宽。其厚度要达到能够使电子束形成完全散射,同时轫致 辐射少量发生。

电子束经散射箔扩展后,“经次级准直器,电子束限光筒
四、近距离后装治疗机

(三)医用电子直线加速器临床应用特点
与60Co治疗机相比:
优点:

可提供X射线和电子线两种射线束:
低能档X射线用于治疗头颈及四肢部位肿瘤



高能档X射线用于治疗胸腹部较深部位肿瘤
多能档电子线用于治疗表浅及偏心部位肿瘤
医用电子直线加速器临床应用特点

综上所述医用电子直线加速器适用于全身各部位肿瘤的放 射治疗。 无需永久放射源: 医用电子直线加速器不需要永久放射源,设备在不加高压 时无射线产生。
60Co治疗机的基本构造特点


旋转式特点:
治疗机与治疗床一体,机架可做360°旋转,机头也可朝 一定的方向旋转。适合等中心照射,病人摆位方便,精度 较高。


旋转式治疗机的构成:
源室(治疗机头)、 旋转机架、 治疗床

控制系统组成。
旋转式Co-60治疗机结构示意图
60Co治疗机头


能X射线或电子线的放射治疗装置。
(二)医用电子直线加速器的基本结构


根据加速电子的微波电场形式可分为:
医用行波电子直线加速器
医用驻波电子直线加速器


二者的结构与组成基本相同:
主要由加速管、微波功率源、微波传输系统、电子枪、 束流系统、真空系统、恒温冷却系统、控制系统、 辅助 治疗系统等组成。
作用产生低能散射γ射线。钴的半衰期为5.27年,γ的平均能量是 1.25MeV(1.17~1.33MeV)

60Co所释放的β粒子被不锈钢封套吸收,
同时产生轫致辐射—X射线,
其能量约0.1MeV。

低能射线“污染”: 轫致X射线与低能散射γ射线一起构成了所谓有用线束中的低能射线 “污染”。其所占比例应小于10%。
差异。


三、放射治疗在肿瘤治疗中的重要性
恶性肿瘤的发病率和死亡率:呈逐年上升趋势
恶性肿瘤的死亡率:在城市居民已上升到第一位 恶性肿瘤病人中接受放射治疗的比例:约有70% 世界卫生组织(WHO)于1998年的统计结果: 45%的恶性肿瘤可以治愈。其中: 外科治疗占22%, 放射治疗占18%,
化学治疗占5% 。
医用电子直线加速器两种治疗模式

⑵射野指示系统: 为了显示实际照射野大小,加速器机头内部设有灯光野指 示系统。该系统由光源和反射镜片组成,光源产生的可见 光通过反射镜反射经次级准直器出射后照射到病人体表, 用以指示射野大小。


在加速器机头外部设有一光距尺,用以指示放射源到关心 点(一般为皮肤)的距离。
第二节
常用的放射治疗设备
一、深部治疗X射线机
20世纪30年代肿瘤外照射治疗的主要设备。

目前深部治疗X射线机的作用: 治疗表浅肿瘤 如淋巴结转移灶或皮肤癌等。

改善剂量分布
与高能X(γ)射线合并使用,可产生符合临床治疗要求的 剂量分布。
一、深部治疗X射线机


深部治疗X射线机的构成:
主要由X射线管、高压发生器、控制台及辅助控制装置 和设备构成。其核心部件是X射线管。 X射线管主要组成部分:
目前广泛用于永久性种植及插植放射治疗。 其与金源及氡源相比半衰期长(60.2天),易存 储且γ射线能量更低,更易于屏蔽。 因此目前碘源 已经替代金源和氡源成为肿瘤种植及插植的首选核 素。
252Cf源
是目前较好的用于腔内治疗的中子放射源; 半衰期为2.65年中子平均能量为2.35MeV, 同时也发射γ射线。
临床常用放射源物理特性表
名 称 符 号
226Ra 60Co 137Cs 192Ir 198Au 125I
射线种类 平均能量 (MeV)
半衰期
镭-226 钴-60 銫-137 铱-192 金-198 碘-125
γ γ γ γ γ γ
0.83 1.25 0.662 0.38 0.412 0.28
1590a 5.3a 33a 74.5d 2.7d 60.2d
形成治疗用照射野。
医用电子直线加速器两种治疗模式
次级准直器跟随系统:


即当选择不同型号电子束限光筒时,次级准直器的
张口会自动跟随,以改善电子束照射野边缘剂量分 布,减轻电子束限光筒重量。
医用电子直线加速器产生电子线示意图
医用电子直线加速器的优势

运行安全可靠:
计算机技术以及智能化故障检索技术的成熟应用 治疗精确性高: 影像校验技术以及适形治疗技术的成熟应用
医用电子直线加速器两种治疗模式

⑶剂量监督系统:
线束均整器与次级准直器之间设有射线输出剂量

监督电离室,监测射线强度及射野内射线剂量的
对称性。
医用电子直线加速器产生X射线示意图
医用电子直线加速器两种治疗模式
⒉ 电子束治疗模式的实现

电子束的引出: 加速器高能电子束经偏转后不打靶(靶会自动移开),将 其从出射窗直接引出,用于临床电子束治疗。


我国目前用于临床治疗的60Co治疗机大约有500台。
60Co治疗机的基本构造特点
60Co治疗机有固定式和旋转式两种类型。


固定式特点:
固定式也称为立式治疗机,其治疗机头只能上下移动, 但机头可以朝一个方向转动一定角度,

机架不能旋转,不能做等中心治疗,病人治疗摆位麻烦,
精度不易保证。

目前固定式60Co治疗机已不在生产
临床放射治疗中使用的放射源大致有三类:
1、 放射性同位素发射出的α、β和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、各类加速器决生的电子束、质子束、中子 束、负兀介子及其他重粒子等
二、临床常用放射源及其作用
镭源是天然放射性核素,其它几种是人工放射性核素。 1.226镭(226 Ra) 目前已不再使用镭源。因镭源有放射比度低,近距离 治疗时间长,造价高,易污染等缺点。(半衰期长: 1590a和氡气溢出)
熟悉内Biblioteka Baidu:
临床常用放射源的物理特性、远距离
60Co治疗机的临床应用特点、放射治疗
模拟定位机、近距离后装治疗机
了解内容:
深部治疗X射线机、重粒子治疗
作业题
简述放射源的种类 医用直线加速器的定义 医用直线加速器的优缺点 现代近距离放射治疗的特点
CT模拟用于放射治疗计划设计具有哪些优点
第一节 放射源
一、放射源的种类
医用电子直线加速器结构示意图
医用电子直线加速器两种治疗模式
高能X射线和高能电子束治疗模式
1.X射线治疗模式的实现

⑴射野形成系统: 加速管中电子束引出后,击靶产生 X射线 经初级、次级准直器限束准直 由均整器对射线强度进行补偿吸收 经过以上三个过程就可在病人体内形成射线强度基本均匀一 致和一定照射面积的照射野。


半影较60Co治疗机小:
加速器X射线能量更高、靶点非常小,配合球面准直器在 照射野边缘形成的半影相对较小。
医用电子直线加速器临床应用特点
不足:

日常维护及质量保证费用较高:
由于医用电子直线加速器涉及高压、高真空、微
波传输、治疗床及机架的精密转动,因此设备结
构复杂、技术要求高。
医用直线加速器优缺点 优点:既可以产生高能电子束,又可以产生高能 X射线和快中子,其能量范围在4~50MeV之内 半影小、穿透力强、保护皮肤、旁向散射小 设野方便,照射野均匀性好 治疗精确性高,可行适形放疗 缺点:价格昂贵,维护不方便,对湿度及温度要 求高
2.60钴(60Co)
60Co是放射治疗常用放射性核素,既可以用于肿瘤
的远距离放射治疗,也可以用于近距离放射治疗。 钴的半衰期为5.27年,γ的平均能量是1.25MeV
临床常用放射源及其作用
3、137铯(137Cs)
目前主要用于替代镭源进行近距离放射治疗。 137Cs半衰期为33年, γ的平均能量是0.52MeV。
4、192铱(192 Ir)
Ir 源是高剂量率近距离放射治疗的常用放射 源 。 γ的平均能量是360keV,半衰期74.5天
192
临床常用放射源及其作用
5.198金(198Au)
用于体内肿瘤的种植放射治疗。
由于其射线能量低,易于屏蔽,金源曾作为氡源的 替代源广泛用于肿瘤的种植放射治疗。
6.125碘(125I)

①源室 ⑤X射线管 ②旋转机架 ⑥钴源

③治疗床 ④控制系统
1、旋转式60Co治疗机的构成不包括:?
2、旋转式60Co治疗机的“机头”构成不包括:?
①钴源
②源室
③阳极靶
④准直器系统
⑤防护外壳
三、医用电子直线加速器
(一)医用电子直线加速器的工作原理
医用电子直线加速器是利用微波电场,将
电子沿直线加速到较高能量,从而获得高


四、完成放射治疗需要学习的基本物理知识 1.放射源和放射治疗设备 2. X(γ)射线临床剂量学
3.高能电子线剂量学
4.治疗计划的设计 5. X(γ)射线立体定向放射治疗 6.三维适形和调强放射治疗 7.近距离放射治疗剂量学
8.放射治疗过程的质量保证
第一章 放射源和放射治疗设备
掌握内容:
放射源的种类、医用电子直线加速器X 线及电子线治疗模式、CT模拟
1.60Co治疗机头的构成:
是治疗机的关键部件,主要由钴源、源室、防护外壳和射 线准直器系统组成。

源的形状及封装形式: 外照射用60Co源通常制成圆柱状或盘状,密封于不锈钢容 器中,该不锈钢密封源外层再封装一层薄不锈钢套以防止
60Co源脱落。

60Co治疗机头

线束的组成成分:
60Co所释放的γ射线形成放射治疗的有用线束。其与治疗机其他部件相

60Co治疗机的半影


2.60Co治疗机的半影
射线束在模体形成的照射野边缘的吸收剂量随离开射线中 心轴距离的增大发生急剧的变化,这种变化的范围称为半 影。

有三种原因造成60Co治疗机半影:
①几何半影 ②穿射半影 ③散射半影
60C0治疗机半影形成示意图
60Co治疗机的临床应用特点
与深部治疗X射线机产生的X射线相比:
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