X射线剂量学

Section1 Basic concepts in physics of radiation therapy
照射野(field size)：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 (几何射野）。临床剂量学中规定 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
二、X（r）线射野剂量学
3、对百分深度剂量的影响：
1）百分深度剂量随射线能量变化； 2） 射野面积和形状对百分深度剂量影响 3） 源皮距对百分深度剂量的影响：
二、X（r）线射野剂量学
1）百分深度剂量随射线能量变化
二、X（r）线射野剂量学
2）面积/周长比法：
设矩形野的长、宽分别为a,b；方形野的边长为s， 根据面积/周长比相同的方法有：
一、核物理的基本知识


带电粒子与物质的相互作用方式包括：
1） 与核外电子发生非弹性碰撞(释放释放出特征X射 线或俄歇电子 ）； 2）与原子核发生非弹性碰撞（轫致辐射）； 3）与原子核发生弹性碰撞； 4）与原子核发生核放应。
二、X（r）线射野剂量学
1、几个基本概念：
1）源皮距（SSD）：放射源到模体表面照射野中心的距离 2）源轴距（SAD）：放射源到机架旋转轴或机器等中 心的距离 3）源瘤距 （STD）：放射源沿射野中心到肿瘤内所考 虑的点的距离 4)参考点：一般以射野中心轴上某一深度点为剂量计算 和测量的参考点

1）照射量： X ＝ dQ / dm 2）吸收剂量： 3）比释动能
D d dm

d Etr k dm

4）电子平衡条件
二、X（r）线射野剂量学
2、百分深度剂量（PDD）：
1）定义： 射野中心轴上某一深度 d 处的吸收剂量率 D d 与参考 点深度d0处剂量率Dd0的百分比
Dd PDD 100 % Dd 0
h 2m c
正、负电子的动能并不一定相等，其能量是从0 到最大值为E=hv－2m0c2 的连续能谱。
Pair production
2.Interactions of ionizing radiation
2.2.3 Pair Production

光子能量大于1.02 MeV 电磁场发生强烈的作用。并产生一 对正负电子。
能量确定。
源皮距（source-surface distance, SSD）：放射源到模体表面照射野中
心的距离。
放射治疗物理学有关的名词
放射治疗物理学有关的名词
临床放射治疗所指的照射野的概念分为两种，即 物理学或剂量学意义的照射野，几何学意义的照 射野。 前者是指在体模表面或特定体模深度平面上，在 辐射照射范围内，50％等剂量线所包络的区域。 后者是指射线束准直器相对辐射源，在垂直于射 线轴方向上，距离源特定距离处的平面上的投影。 通常几何射野与物理射野需要保持重合。
一：核物理的基本知识 二：X（r）线射野剂量学 三：近距离治疗 四：三维物理和治疗计划
一、核物理的基本知识
1、原子的基本结构：
一、核物理的基本知识
2、放射性 1）原子核衰变：
a) α衰变： b） β衰变： c） γ跃迁：
2）放射性衰变公式：
N N0 e
t
一、核物理的基本知识
3、电离辐射与物质的相互作用


hv >> Ei 康普敦效应
hv ≥ 2mec2 电子对效应
hv 很高 光核反应
总减弱系数

三种主要效应的优势空间
一、核物理的基本知识


X（γ ）射线与物质相互作用的特点：
1） X（γ ）光子不能直接引起物质原子电离或激发，而是首先把 能量传递给带电粒子；

2） X（γ ）光子与物质的一次相互作用可以损失起能量的全部或 很大一部分，而带电粒子则是通过许多次相互作用逐渐损失其能 量； 3） X（γ ）光子束入射到物体时，其强度岁穿透物质厚度近似呈 指数衰减，而带电粒子有确定的射程，射程之外观察不到带电粒 子。

放射治疗物理学有关的名词
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。400KV以下 X射线，参考点取在模体表面（ d0 =0），对高能X射线或射 线，参考点取在模体表面下最大剂量点位置（ d0 = dm）， 该位置随能量变化并由能量确定。 源皮距（source-surface distance, SSD）：放射源到模体表面 照射野中心的距离。 源瘤距（ source-tumor distance, STD）：放射源沿射野中心 轴到肿瘤内所考虑点的距离。 源轴距（ source-axis distance, SAD ）：放射源到机架旋转轴 或机器等中心点的距离。
Section1 Basic concepts in physics of radiation therapy
放射源(source,S)：没有特别说明的情况
下一般规定为放射源前表面的中心，或 产生辐射的靶面中心。
射野中心轴(central axe)：射线束的中心
对称轴线。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。
二、X（r）线射野剂量学
百分深度量图例：
二、X（r）线射野剂量学
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，剂量随深度的增加而增加，高能射线一般 都有建成区域存在 。 影响建成区剂量因素： 1、David EM. Dose behind various immobilization and beam-modifying devices. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 1995, 32(3):1193-1197 2、Doracy PF, John J, Napoli BSEE, et al. Effects of beam modifiers and immobilization devices on the dose in the build-up region. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 1994, 30(1):211-219
二、X（r）线射野剂量学
3、组织体模比和组织最大剂量比：
定义：模体中射野中心轴上任意一点的剂量率与空间 同一点模体中射野中心轴上参考深度(t0) 处同一射野的 剂量率之比
TMR(d , FSZd ) TPR(d , FSZd ) Dd D dm


Dd Dm


二、X（r）线射野剂量学

二、X（r）线射野剂量学

组织的替代材料（tissue substitutes）: 实际测量中常用的是水模体。此外还有有机玻璃和聚 苯乙烯。

二、X（r）线射野剂量学

1）对于中高能X射线来说，对水的等效厚度为：
T水＝T模体 模体

Z Z （ ) 模体 （ ） A A 水
此过程中，光子与与原子核周围的
一、核物理的基本知识

1
2.Interactions of ionizing radiation
2.3 除上述三种主要相互作用过程外，与辐射防护相关的其 它过程是相干散射和光核反应。
2.3.1相干散射
射线与物质相互作用而发生干涉的散射过程称为相干散射，也
称为瑞利散射。入射光子被原子的内壳层电子吸收并激发到外 层高能级上，遂即又跃迁回原能级，同时放出一个能量与入射 光子相同，但传播方向发生改变的散射光子。实际上就是x线的 折射。
如1cm有机玻璃相当于1.148cm的水。
二、X（r）线射野剂量学

2）对于低能X射线，光电效应占主要，两种材料的等效公式如下： 其中，Z为有效原子序数。如1cm有机玻璃相当于0.79cm的水
T水＝T模体 模体 (Z模体 ,有效 / Z水，有效）
3

3）对于高能X射线，电子对效应占主要，两种模体等效公式如下： 如1cm有机玻璃相当于1.05cm水
是光子与物质相互作用中唯一不产生电离的过程
2.Interactions of ionizing radiation

2.3.2光核作用
即光子与原子核作用而发生的核反应。这是一个光子从原子核
内击出数量不等的中子、质子和γ光子的作用过程。
对不同物质只有当光子能量大于该物质发生核反应的阈能时，
2 ab S a b
二、X（r）线射野剂量学
3）不同源皮距的修正：
PDD(d1 , f 2 , A0 ) f d m 2 PDD(d1 , f1 , A0 ) f 2 d f1 d f d m 1 F
2

两百分深度剂量比，称为F因子。F为源皮距，dm为最大百分深度 剂量处的源距。D为某点的源距。 对于低能X射线，一般用 (F+1)/2代替F因子。近似将一种源皮距 的百分深度剂量换算为另一种源皮距的百分深度剂量。
T水＝T模体 模体 (Z模体 ,有效 / Z水，有效）
二、X（r）线射野剂量学

4）对于电子束，模体材料通过以下公式等效：
T模体＝T水 ( 表 / 模体 ) (C模体 )

如AAPM TG25号报告中给出了在 18MeV电子束下1cm有机玻璃约相 当于1.115cm水。
二、X（r）线射野剂量学

一、核物理的基本知识
临床上相同质量厚度的三种组织对X（ γ）射线不同的 能量吸收差别。
1）对于60--150 kev低能X射线，骨的吸收比肌肉和脂肪的高得多。 2）对于150--250 kev低能X射线，骨的吸收比肌肉和脂肪的高。 3）对于钴-60γ射线和2—22 Mv高能X射线，单位厚度的骨的吸收仍 然比肌肉和脂肪的高 4）对于22--25 MV的高能X射线，骨的吸收比肌肉和脂肪的稍高。

在康普顿效应过程中,光子与外层电子相互作用（自由电 子）。
自由的含义是相对入射光子能量，电子结合能可忽略不 计。 此过程中，电子获得部分能量，并以角度 θ发射出 入射光子失去部分能量,后以角度φ散射。


2.Interactions of ionizing radiation 2.2.3 Pair Production 由于电子的静止能量等于0.51MeV,因此产生一 对正、负电子所需的最小能量是1.02MeV 。 设ε＋、ε－分别表示正、负电子的动能，由能量 守恒定律，得 2 0
1） 组织体模比和组织最大剂量比图例：
水面 水面
d
d0
二、X（r）线射野剂量学
的大小。
Section1 Basic concepts in physics of radiation therapy
参考点(reference point)：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。400KV以下X
射线，参考点取在模体表面（ d0 =0），对高能X射线或射线，参考点 取在模体表面下最大剂量点位置（ d0 = dm），该位置随能量变化并由

光电效应发生的能量条件是：入射光子的能量必须等于
或大于轨道电子的结合能。

光电效应的发生几率与物质的原子序数的4次方成正比， 与入射线波长的3次方成正比即与光子能量的3次方成反 比。
Z
3
E
3
康普顿效应
2.Interactions of ionizing radiation
2.2.2 Compton effect
X（γ）射线与物质相互作用的主要过程：： a）光电效应， b）康普顿散射， c）电子对效应
2.Interactions of ionizing radiation
光子与介质相互作用产生高速电子主要通过三个过程
光电效应
康普顿效应
电子对效应
Phot来自百度文库electric effect
2.Interactions of ionizing radiation
光核反应才会发生。其发生率不足主要作用过程的5%。
光核反应在诊断射线能量范围内不可能发生，在医用电子加速
器等高能射线的放疗中发生率也很低。
2.Interactions of ionizing radiation
总结（入射光子的能量hv、结合能Ei）

hv < Ei 相干散射 hv ≥ Ei 光电效应