肿瘤放射物理学 超简略学习笔记

将单质看成单个原子，将化合物作质量加权处理后，每克电子数A Ae N M ZN =，电子数密度（单位体积电子数）A e N n ρ= 衰变常数NdtdN =λ，放射性活度te A N A λλ-==0 Bq Ci 10107.31⨯=λ693.021=T()γX 光子和非单质的相互作用可以等效为与一单质的相互作用，这种单质用有效原子序数来表示，mnm ii Z Z ∑=1α，其中m 取3到3.8，()∑=ni ii jj j j M Zw M Z w 1//α光电效应为光子将轨道电子电离留下空位，外层电子退激发出X 射线或将能量传递给更外层电子将其电离（俄歇电子），光电效应的ρμτ与8.3~3Z 成正比，与()3νh 成反比 康普顿效应为光子将一部分能量用于电离轨道电子，自己损失能量后改变运动方向，康普顿效应的ρμc与原子序数无关，随能量增大而减小 电子对效应为光子从原子核旁经过，在库仑场的作用下生成一对正负电子，其ρμp随原子序数增大而迅速增大，随能量增大而增大能量从小（keV 200）到大（MeV 5）为光康电 线性衰减系数IdtdI-=μ，质量衰减系数ρμ在空气中，()γX 辐射产生的次级电子所电离出的同一种符号的离子总电荷量dQ 与dm 的比值为照射量X ，单位是库伦每千克，伦琴和它的关系是141058.21--⋅⨯=Kg C R ，照射量不考虑轫致辐射产生的电离吸收剂量为不仅仅考虑空气时，照射量所转化成的能量，物质对辐射的吸收就是辐射产生的次级电子对物质原子的电离和次级电子产生的轫致辐射对物质原子的电离，这过程中有次级电子的动能被物质吸收，吸收剂量不考虑轫致辐射的部分，D 的单位111-⋅=Kg J Gy ，和拉德的关系是Rad Gy 1001=比释动能是吸收剂量加上轫致辐射后总的次级电子的动能被物质吸收的部分，单位也是戈瑞，符号为K在电子平衡的情况下（考察点的体积尺度远大于次级电子的射程，()γX 辐射能量较低，物质成分均匀），比释动能等于吸收剂量，在空气中，且电子平衡，则有eWX D K a a ⋅==，e 为每一离子的电荷，C J eW/97.33= MLC 多叶准直器三种安排叶片的位置为内交-保护靶周围器官和组织 外交-保证足够剂量 中点交OAR 危及器官，LET 传能线密度，RBE 相对生物效应，OER 氧增加比，m keV μ/10用来区分高低LET 射线，RBE 越高，OER 越小越好，高LET 射线下能达到 SAD 源等中心距SSD 源皮距STD 源瘤距PDD 百分深度剂量（小于kV 400射线参考点取体表） 矩形野或其它野需要转化成方野 TAR 组织空气比反射因子BSF 为最大剂量深度处的TAR FSZ 表示射野面积 SAR 散射空气比 TPR 组织模体比 OUF 射野输出因子 S 准直器散射因子 SPR 散射模体剂量比 TMR 组织最大剂量比 SMR 散射最大剂量比 能量从低到高的等剂量分布为楔形板的楔角σ和使用楔形板后等剂量曲线与水平方向的夹角楔形角α不同 OAR 射野离轴比 POAR 原射线离轴比 BF 边界因子切线野照射时治疗乳腺癌体外照射最常用的方法TBI 为()γX 射线全身照射BMT 骨髓移植PB-SCT 外周血干细胞移植STBI 单次全身照射FTBI 分次全身照射 IP 间质性肺炎高能电子束由于有射程可以有效避免靶区后深度组织的照射，但皮肤剂量相对较高 散射箔或者电磁偏转将电子束展宽，电子限光筒形成射野并且利用散射电子增加电子以弥补射野边缘剂量的不足高能电子束的百分深度剂量分布分为剂量建成区，高剂量坪区，剂量跌落区，X 射线污染区 电子束治疗的计划设计： 能量与射野的选择 电子束的斜入射修正 组织不均匀性修正 电子束补偿 射野邻接挡铅技术将不规则野改成适合靶区近距离照射分为腔内照射，组织间插植照射，管内照射，表面施源器照射 近距离照射满足平方反比定律系统指治疗体积内获得一适宜的剂量分布，要求必须遵循的一系列放射源分布的规则，如使用放射源的类型，强度，应用的方法和几何设置低剂量率照射（LDR ）h Gy /2~4.0，高剂量率照射（PDR ）h Gy /12腔内照射的斯德哥尔摩系统使用较高强度的放射源分次照射，巴黎系统用低强度放射源连续照射，曼彻斯特系统基于巴黎系统ICRU 法为中国医学科学院肿瘤医院从斯德哥尔摩系统发展来的 MTD 为最小靶剂量 MCD 为平均中心剂量150%的MCD 为高剂量区，90%的MCD 为低剂量区分次照射间隔小于1天，大于等于4小时，为超分割照射；间隔小于4小时，以多次高剂量率照射模拟连续低剂量率照射的方式为脉冲式照射 靶区TV 体表SK立体定向插植实现步骤：患者治疗部位影像资料和立体定位参数的获取 三维图像重建 确定插植方向 确定靶剂量 剂量优化立体定向插植的实施剂量优化算法LLS 和QPCI 靶区覆盖指数为接受的剂量等于或大于处方剂量范围的体积和总靶区体积的分数 EI 靶外体积指数为接受的剂量等于或大于处方剂量范围的靶外体积与总靶区体积的分数 HI 靶区剂量均匀性指数指1到1.5倍的剂量的靶区体积占总靶区体积的分数OI 超剂量体积指数指2倍治疗增益比为肿瘤控制率和正常组织损伤率之比，治疗比大于1才可能治愈 治疗比为正常组织耐受剂量和肿瘤致死剂量之比并行组织并发症概率受照射体积和平均剂量的影响，串行组织的放射并发症主要取决于最大剂量临床剂量学四原则： 肿瘤剂量准确治疗的肿瘤区域内，剂量变化不超过5%照射野的设计要提高治疗区域内的剂量，降低照射区正常组织的受量 保护肿瘤周围重要器官肿瘤区GTV 临床靶区CTV 内靶区ITV 计划靶区PTV 治疗区TV 照射区IV 冷热剂量区CTV 的下上5%考虑靶区最大剂量时要求面积至少为2平方厘米 靶区平均剂量MTD靶区模剂量为出现频率最多的剂量靶区热点为ITV 外大于规定的靶剂量的热剂量区的范围 靶剂量（名义剂量）为有效控制肿瘤的致死剂量 危及体积是RV体外照射有固定源皮距SSD 技术，等中心定角SAD 技术，旋转ROT 技术 正交野中心轴相互垂直但不相交肿瘤内泛氧细胞的氧化原理类似于消除铁锈晚反应正常组织的修复能力比肿瘤组织的强晚反应组织在整个治疗过程中细胞基本不增殖，肿瘤组织相反 分次照射有利于泛氧细胞治疗肿瘤控制概率TCP 表示95%杀灭概率，用95TCD 表示 肿瘤控制率和正常组织无并发症概率的乘积UTC P每个功能单元的损伤是随机的，彼此独立发生的有脊髓，神经，小肠只有足够多的功能单元同时受损，整个组织或器官才可能受损的有肺，肝和肾 常规每周5次，每次200cGy ，共25此，改为每周3次，共21次 TDF 模型下3169.0538.110--⋅=x nd TDF 要保持相等，其中x 为每次治疗的时间间隔，d 为每次剂量，n 为总次数L-Q 模型下若总治疗时间不同()01T T K d Nd BED --⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=βα要保持相等，T 为以天为单位的总治疗时间，N 为总的次数，对于晚反应组织，肿瘤组织和早反应组织，βα，K 和0T 可分别查表，若总的治疗时间相同（周计），则无需考虑细胞增殖，舍去后面减去的式子多程治疗下，如第一周和第二周都是5次，每次250cGy ，第三周休息，第四周又是，第五周休息，第六周5次要求剂量满足和常规每周5次，总共30次，每次200cGy 的治疗一样的效果TDF 模型下作衰减修正()()()()3169.0538.111.0538.111.0538.13169.0538.1105753528250521142501010304220030----⨯⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⨯⨯=⨯⨯⨯d外照射的TDF 如上计算，近距离照射的TDF 用335.11076.4-⨯⨯=TrTDF ，其中T 为小时计的插植时间，r 为每小时的剂量用L-Q 模型时，考虑总的照射时间是否相等，外照射的BED 如上计算，近距离照射的BED用⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-T e R RT BED Tμβαμμ1121，其中R 为每小时的剂量，T 为小时计的照射时间，其它可查表 REV 医生方向观BEV 射野方向观DVH 剂量体积直方图 电子射野影像系统EPID 低熔点铅LML笔形束为通过无限小面积的窄电子束治疗方案的优化应该贯穿整个放射治疗的计划设计和执行的过程，包括靶区和重要器官范围的确定，治疗目标的选择和物理方案的设计和实施生物目标函数就是使经过照射后肿瘤的复发概率最低而正常组织或器官的损伤最小，即使UTC P 最大最少抗拒线为从入射的皮肤表面到肿瘤中心的射线路径最小 SA 模拟退火算法FSA 快速模拟退火算法VSGSA 步长可变的通用退火算法 VFSR 超快速模拟退火算法理想的放射治疗技术应该按照肿瘤形状给靶区很高的致死剂量，而靶区周围的正常组织不受到照射，要使治疗区的形状和靶区形状一致，需要从三维方向上进行剂量分布的控制 适形放射治疗使高剂量区剂量分布的形状在三维方向上与病变靶区的形状一致 对于不同类型和期别的肿瘤，应该由一个最佳的靶区剂量治疗计划的设计又分为治疗方针的制定和照射野的设计与剂量分布的计算 物理技术方面的QA 包括治疗机和模拟机的机械和几何参数的检测和调整，加速器剂量监测系统和钴-60计时系统的检测和校对 要特别定期留意床面的下垂情况 治疗过程中剂量不准确的原因物理剂量的不准确处方剂量测定的不准确照射部位解剖结构的差异治疗机发生故障工作人员操作失误治疗计划系统厂家提供的系统文档和用户培训是QA程序的开始通过阅读文档和接受培训，物理师应该熟练地完成患者的治疗计划设计，指导如何正确输入参数和理解系统的输出，并对系统所采用的计算机硬件和操作系统有初步认识。

理解系统所采用的物理模型，指导如何正确输入治疗机的测量数据，能够完成系统的日常维护及处理简单的故障系统规格是系统购买合同中的一项技术文件计划系统安装之后验收分为系统硬件，系统软件和计划软件三步确认系统规格中所要求的功能均已安装之后的算法验证极其重要确定性效应即非随机性效应，指较大剂量照射全部组织或局部组织，杀死相当数量的细胞，使得组织或器官中产生临床课检查出的组织变化或严重功能性损伤。

确定性效应是一种有阀值的效应。

辐射距离防护的基本原理是平方反比定律，屏蔽是外照射防护的主要方法工作负荷W指规定工作时间内在特定位置处产生的辐射总剂量使用因子U指原射线或散、漏射线射向防护计算点方向的剂量负荷比或照射时间比居住因子T指各类人员停留相关区域的时间与治疗机总出射束时间的比例距离因子d以米为单位，防护计算点或防护区域代表点距放射源的直线距离主屏蔽墙用来防护原射线，次屏蔽墙用来防护散射线和漏射线10以上时，高能X光子会与治疗头中多种高原子序数当医用加速器的X射线能量高于MV的材料，如铅，钨等发生光核反应而产生中子辐射治疗门一般不用混凝土，用铁，铅类高原子序数的材料，此时必须用含硼的聚乙烯材料，首先将中子慢化，然后将其热中子和中能热中子俘获，再用铅，铁将俘获过程中产生的γ射线吸收防护检测包括治疗机头和治疗准直器的漏射，治疗室外的X射线剂量，治疗室外的中子剂量。