放射物理学
第二章临床放射物理学基础
第二章临床放射物理学基础第一节临床常用放射源、放射治疗机及照射方式一、放射源的种类及照射方式 1.种类①放射性核素衰变α衰变：α粒子是高速运动的氦原子核α衰变的一般反应式：Q代表过程中释放的总能量，又称衰变能，等于母核与生成核的质量差，表现为α粒子的动能和生成核的动能和。
β衰变：β粒子是正（负）电子β-衰变的一般反应式：β+衰变的一般反应式：和υ分别表示反中微子和中微子；Q表示初始核与生成核、发射粒子的质量差。
γ线的产生：处于激发态的原子核跃迁到基态或者较低能态时所发射的射线就是γ射线，它是一种短波长的电磁波。
②X线（后述）③LET射线（后述）2．照射方式①外照射（常规治疗）②腔内或组织间照射（后装治疗）③内照射（口服、静脉注射）二、几种常用的放射性同位素源1.镭-226 半衰期1590年，禁用2.铯-137 半衰期33年，淘汰3.钴-60 半衰期5.24年，应用广泛——远距离照射4.铱-192 半衰期74.5天，是近距离治疗的最佳材料三、X线治疗机 1.X线的产生（原理）2.X线机的分类★四、钴治疗机1.优点：①透射力强，剂量分布比较均匀；②保护皮肤，最大吸收剂量点在皮下0.5cm处；③骨与软组织有同等的吸收剂量；④旁向散射小⑤经济可靠2.缺点：①几何半影大；②半衰期短；③防护要求高；五、医用加速器(一)分类：电子感应加速器、电子回旋加速器和电子直线加速器(二）电子直线加速器1.原理（了解）:微波电场加速电子使之提高能量2.基本结构：电子枪、加速器[磁控管（速调管）]、初级准直器、偏转线圈、次级准直器、钨靶（散射箔）和监测电离室等等。
（了解）*微波源的任务是产生并输出具有一定频率、一定脉冲包络宽度、一定重复频率、功率为一定大小的超高频振荡，加速器磁空管（速调管）决定它的振荡频率，脉冲调制器决定它的脉冲宽度和脉冲功率。
*脉冲调制器的任务是输出一系列振荡器所需要的、具有不定期功率、一定重复频率和一定宽度、波形合适的脉冲电压，它的开关器件是闸流管。
放射物理学PPT课件
立体定向适形放射治疗 立体定向适形放射治疗是一种精确的放射治疗技术，
在肿瘤靶体积受到高剂量照射的同时，其肿瘤靶体 积以外的正常组织则受到较低剂量的照射。
CT扫描机激光 定位系统
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适形治疗(Conformal Therapy)是一种提高治疗增益的较为有效的物理措施。适形放射治 疗为一种治疗技术，使得：高剂量区的形状在三维方向上与靶区（病变）的形状一致。 从这个意义上讲，学术界将它称为三维适形放射治疗(3DCRT)
A第射32野页形/共状47适页 形
B射野内强度调节
适形放射治疗的分类 经典适形放射治疗 （Classical Conformal Radiation Therapy） 只满足第一个必要条件 调强适形放射治疗 （Intensity--Modulated Radiation Therapy, IMRT） 同时满足两个必要条件
第1页/共47页
➢ 约60-70%的恶性肿瘤病人在病程中的某一阶段要使用放疗。 ➢ 放疗疗效肯定,据1998年WHO统计, 目前有45%的恶性肿瘤可以治愈(手术
治愈22%,放疗治愈18%,化疗治愈5%)。
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✓ 口咽、舌根、扁桃体癌的放疗治愈： 37%～53%，
✓ 上颌窦、鼻腔筛窦癌：
• 晚期癌症病人有明显的恶病质，如消瘦、脱水、营养状 况极差，无法进行放疗者可作为绝对禁忌证。
• 食管癌已穿孔，腔内合并大量积液，肺癌合并大量癌性 胸水，肝癌合并大量腹水等均应作为禁忌证。
• 对放射线不敏感的肿瘤，如软组织肉瘤：纤维肉瘤、平 滑肌肉瘤、横纹肌肉瘤、脂肪肉瘤、滑膜肉瘤、成骨肉 瘤、神经纤维肉瘤及黑色素瘤等应视为相对的禁忌证。 一般不做放疗。
放射的名词解释
放射的名词解释放射，是一个科学术语，广泛应用于不同领域，如物理学、医学、地球科学以及工程学等。
放射可指物质或能量向外传播的过程，其背后的原理和应用十分多样。
本文将以放射的不同含义为线索，探讨其在不同领域中的意义和应用。
一、物理学领域中的放射现象在物理学领域，放射是指物质或能量由一个点向其周围空间传播的过程。
这种传播过程可以是波动性的，如光波的传播，也可以是粒子性的，如α粒子、β粒子的放射。
放射现象是由原子核或原子中的粒子释放出来，并以高速度经空间传播的过程。
放射现象是研究原子核结构、放射性衰变和核反应的重要科学基础。
二、医学领域中的放射技术在医学领域，放射技术是一种常见的诊断和治疗手段。
医学放射技术主要利用了不同类型的辐射源，如X射线、γ射线和β射线等，通过对人体组织的透视和成像，对疾病的诊断和治疗进行有效的观察和干预。
放射技术在医学影像学中广泛应用，如X射线透视、计算机断层扫描、磁共振成像等，为医生提供了重要的诊断依据。
此外，放射技术在肿瘤治疗中也发挥着重要作用，如放疗和核医学治疗等。
三、地球科学领域中的放射现象在地球科学领域，放射现象表现为自然界中的地球放射和宇宙射线。
地球放射是指地球内部放射性物质的辐射，如地壳中的铀、钍、钾等元素的衰变释放出的辐射。
这种放射现象不仅为地质勘探和矿产资源调查提供了重要手段，还对环境和人类健康产生着影响。
宇宙射线则是指来自宇宙空间的高能粒子辐射，这种放射现象能够穿透地球大气层，对大气层研究和宇航员健康监测有着重要意义。
四、工程学领域中的放射技术在工程学领域，放射技术广泛应用于物质检测、材料分析、工业无损检测等领域。
工程放射技术通过利用辐射源，对材料或产品进行检测和分析，以达到质量控制和安全评估的目的。
例如，射线检测技术可以用于工业产品的内部缺陷检查，如焊接接头的质量、钢铁材料的厚度等。
这些应用展示了放射技术在工程领域中的广泛用途和重要性。
综上所述，放射在不同领域中都有不同的含义和应用。
放射物理学
光子能量在图（a）点释放出次级电子的 损失，即光子的能量转移，以比释动能来 度量；沿径迹（b）的损失，即光子的能 量被介质所吸收，以吸收剂量来度量 从上述论述中可以看出，比释动能和吸收 剂量显然在概念上是两个完全不同的物理 量，前者是 入射光于在作用点（a）处释 放给次级电子的 总动能，后者为次级电 子沿其径迹（b）释放给介质的能量。
半导体剂量仪
半导体剂量仪使用的探测器实际上是一种特殊的 PN型二级管。界面两边很小的PN结区域里形成 静电场和电位差。类似于空气电离室灵敏体积中 的情况，两个导电电极之间存在有绝缘层（PN 型中的阻挡层）。当探测器受到电离辐射照射时， 会产生新的载流子（电子和空穴对），在电场作 用下，它们很快分离并分别被“拉”到正极和负 极，形成脉冲信号。因此有的学者将半导体探测 器 称为“固体电离室
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
放射物理学有关的名词
射线质（Radiation quality）：电离辐射穿 透物质的本领 放射源（Source）：放射源前表面的中心， X射线靶面中心，电子束出射窗或散射箔 的位置 射野中心轴（Beam axis）：射线束的中 心对称轴，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
模体（Phantom）：用于模拟射线在人体 组织或器官中因散射和吸收所引起的变化， 即模拟射线与人体组织相互作用的物理过 程。分为标准模体（Standard phantom）， 均匀模体（Homogeneous phantom）， 人体模体（Human phantom）和组织填充 模体（Bolus）
肿瘤放射物理学基础
基本措施
1.时间防护 尽量缩短受照时间 2.距离防护 增大与辐射源的距离 3.屏蔽防护 人与源之间设置防护屏障
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
康普顿效应：
当光子与原子内
一个轨道电子发生相互 作用时，光子损失一部 分能量，并改变运动方 向，电子获得能量而脱 离原子，这种现象叫做 康普顿效应。在 0.03~25MeV的范围占 优势，骨和软组织的吸 收剂量相近
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。在25~100MeV 的范围占优势。
任何物质。
名词解释
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
60Co治疗机
原理：利用放射性同位素60Co发射出的γ 射线治疗肿瘤，平均能量1.25MeV，与一 般深部X射线机相比有一下特点
特点：①能量较高，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。
《放射治疗物理学》讲义教案放射治疗物理学目录.doc
放射治疗物理学目录第一章放射治疗物理基础第一节原子和原子核性质一、一些基本概念二、原子核的大小和质量三、原子核结合能四、原子核的自旋与磁矩五、原子核和核外电子的能级第二节射线与物质的相互作用一、基木粒子的种类和物理特性二、核的稳定性和衰变类型三、放射性度量和放射性核素衰减规律四、常见类型射线与物质的相互作用及定量表达第二章临床放射生物学概论第一节电离辐射对生物体的作用一、辐射生物效应的时间标尺二、电离辐射的直接作用和间接作用第二节电离辐射的细胞效应一、辐射诱导的DNA损伤及修复二、细胞死亡的概念三、细胞存活曲线四、细胞周期时相与放射敏感性五、氧效应及乏氧细胞的再氧合六、再群体化笫三节电离辐射对肿瘤组织的作用一、肿瘤的增殖动力学二、在体实验肿瘤的放射生物学研究中得到的一些结论第四节正常组织及器官的放射效应一、正常组织的结构组分二、早期和晚期放射反应的发生机制三、正常组织的体积效应第五节肿瘤放射治疗的基本原则一、照射范围应包括肿瘤二、要达到基本消灭肿瘤的目的三、保护邻近正常组织和器官四、保护全身情况及精神状态良好第六节提高肿瘤放射敏感性的措施一、放射源的选择二、利用时间-剂量-分割关系三、使肿瘤细胞再分布四、利用氧效应第七节肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型一、“生物剂量”的概念二、放射治疗屮生物剂量等效换算的数学模型三、外推反应剂量（ERD）概念第三章常用放射治疗设备第一节X线治疗机一、X线的发生二、X线机的一般结构三、X线质的改进四、X射线治疗机的改进第二节医用加速器一、概述二、医用电子直线加速器的加速原理三、医用电子直线加速器的结构四、质子放疗系统第三节远距离^Co治疗机一、叫20源的产生与衰变二、远距离治疗机的一般结构三、60Co治疗机种类四、60Co治疗机的半影种类五、垂直照射相邻照射野的设计六、60c°v射线的优缺点七、6°C0源更换八、Y刀第四节远距离控制的近距离治疗机一、H DR后装治疗设备的组成二、现代后装机具有的优点第五节理想放射源条件一、理想的剂量分布二、能杀灭乏氧细胞三、能杀灭非增殖期细胞（Go期）第六节模拟定位设备一、模拟定位机二、C T模拟定位机三、磁共振模拟机四、P ET-CT模拟机第七节体位固定装置一、一般的头颈部支持系统二、乳腺体位辅助托架三、热塑面网（罩）和体罩四、真空成形固定袋（真空袋）第八节放射治疗局域网络一、局域网络的配置二、放射治疗科网络的信息交换三、L ANTIS系统四、科室网络的安全维护第四章辐射剂量学的基本概念第一节辐射剂量学基本定义一、照射量二、比释动能三、吸收剂量四、有关辐射场的几个基本定义第二节各辐射量Z间的关系一、高能光子在介质中的能量转移和吸收二、电子平衡三、照射量和比释动能的关系四、比释动能和吸收剂量的关系五、吸收剂量和照射量的关系第三节空腔理论一、阻止本领二、阻止本领和吸收剂量的关系三、Bragg-Gray空腔理论四、Spencer-Attix 理论五、空腔理论住电离室剂量测量中的应用第五章射线的测量第一节电离室一、电离室基本原理二、指形电离室三、电离室的工作特性以、特殊电离室五、电离室测量吸收剂量的原理第二节热释光剂量计一、原理二、热释光剂量讣的种类三、热释光剂量计使用四、热释光剂量计的刻度第三节胶片剂量计一、原理二、应用第四节半导体剂量计一、原理二、Mapcheck半导体剂量仪第五节场效应管一、原理二、M OSFET探测器的特性第六节剂量的标定一、射线质的测定二、射线吸收剂量的标定第六章光子照射剂量学第一节原射线与散射线一、原射线二、散射线第二节平方反比定律第三节百分深度剂量一、照射野及有关名词定义二、百分深度剂量第四节射野输出因子和模体散射因子一、射野输出因子二、模体散射校正因子第五节组织空气比一、组织空气比定义二、源皮距对组织空气比的影响三、射线能量、组织深度和射野大小对组织空气比的彫响四、反向散射因子五、组织空气比与百分深度剂量的关系六、不同源皮距百分深度剂量的计算一一组织空气比法七、旋转治疗屮的剂量计算八、散射空气比第六节组织最大比一、组织模体比和组织最大剂量比二、散射最大剂量比第七节等剂量线一、等剂量线二、射野离轴比第八节组织等效材料一、组织替代材料二、组织替代材料间的转换三、模体四、剂量准确性要求第九节人体曲而和组织不均匀性的修正一、均匀模体和人体之间的差别二、人体曲面的校正第十节不均匀组织（骨、肺）校正一、射线衰减和散射的修正二、不均匀组织屮的吸收剂量三、组织补偿第十一节楔形野剂量学一、楔形野等剂量分布与楔形角二、楔形因子三、一楔合成四、楔形板临床应用方式及其计算公式五、动态楔形野第十二节不规则射野剂量学第十三节临床剂量计算一、处方剂量二、加速器剂量计算三、钻-60剂量计算四、离轴点剂量计算一一Day氏法第七章电子线照射剂量学第一节电子线中心轴深度剂量分布一、中心轴深度剂量曲线的基木特点二、有效源皮距及平方反比定律三、彫响电子线百分深度剂量的因素四、电子线的输出因子第二节电子线剂量学参数一、电子线的射程二、电子线能量参数三、电子线的离轴比四、电子线的均整度、对称性及半影五、电子线的等剂量线分布特点第三节电子线的一般照射技术一、电子线处方剂量ICRU参考点二、能量和照射野的选择三、射野形状及铅挡技术四、电子线的补偿技术五、电子线的斜入射修正六、电子线的组织不均匀修正和边缘效应七、电子线的射野衔接技术第四节电子线的特殊照射技术一、电子线旋转照射技术二、电子线全身皮肤照射三、电子线术中照射第八章近距离放射治疗剂量学第一节近距离放疗概述一、近距离放射治疗的设备和相关技术二、近距离放疗的常用核素第二节近距离放疗的剂量计算一、单个粒子源的剂量计算方法二、临床多粒子源植入的扰动影响三、组织异质情况下的剂量修正第三节近距离放疗的临床应用和剂量体系一、粒子源植入治疗的临床应用二、粒子源植入的临床剂量体系第九章中子近距离照射剂量学第一节钿中子与制中子相对生物学效应一、钢屮子二、^cf的相对生物效应(RBE)三、屮子近距离治疗的优势第二节钏中子治疗技术一、'叱彳中子后装治疗机(中子刀)简介二、中子刀适应症及禁忌症第三节钿中子治疗的剂量分布一、模体二、确定漩Cf中子束、Y射线吸收剂量分布的探测器三、确定^Cf中子、Y吸收剂量分布的理论方法第四节中子的防护一、中子后装机的辐射防护性能二、患者的辐射防护三、医护人员的辐射防护四、公众的辐射防护五、安全管理第十章临床常用技术和应用第一节挡块一、挡块的厚度二、低熔点铅技术三、挡块制作第二节组织补偿一、组织填充物二、组织补偿器三、电子束的补偿技术第三节多叶准直器一、多叶准直器的基本结构二、多叶准直器的安装位置第四节楔形野一、楔形板二、楔形角与楔形因子三、一楔合成四、动态楔形野第五节独立准直器第十一章临床常用放疗方案第一节放疗临床对剂量学的要求一、提高治疗比二、实现临床剂量学四原则第二节照射技术和射野设计原理一、体外照射技术的分类及其优缺点二、射线及其能量的合理选择三、高能X射线的射野设计原则四、相邻野设计五、不对称射野笫三节临床常见肿瘤放射治疗方案一、鼻咽癌常规照射野设计二、肺癌常规照射野设计三、食管癌常规照射野设计第十二章三维适形放射治疗及调强放射治疗第一节三维适形放疗的发展过程第二节3DCRT工作流程、计划工具一、体模制作二、计划CT扫描与数据传输三、轮廓勾画四、计划设计和评价五、计划验证六、三维适形放疗的临床应用第三节立体定向放射外科和立体定向放射治疗一、立体定向放射外科二、立体定向放射治疗笫以节调强放射治疗一、IMRT的工作流程和基本概念二、IMRT实施方法三、IMRT的优点四、IMRT的可能潜在问题五、IMRT的剂量验证第五节 调强放射治疗的临床应用举例一、 鼻咽癌的调强放射治疗二、 前列腺癌的调强放射治疗三、 肺癌的调强放射治疗第十三章治疗计划系统和治疗计划评估 第一节治疗计划系统概念和历史简介一、 治疗计划系统概念二、 治疗计划系统的发展历史三、 两维和三维治疗计划系统的比较 第二节治疗计划的剂量学原则及靶区剂量规定一、 肿瘤致死剂量与正常组织耐受剂量二、 临床剂量学四项原则 第三节外照射靶区剂量学规定治疗目的 参考点和坐标系 体积的定义 対剂量报告的一般性建议 剂量归一点 吸收剂量二、四、五、八、第六节近距离放射治疗剂量算法近距离治疗特点近距离治疗类型和放射源空间重建近距离主耍剂量计算方法192Ir 放射源的数学模型 近距离照射的剂量优化第七节外照射剂量计算算法一、 剂量计算算法的临床实现进程二、 剂量计算算法第八节 治疗计划系统的设计和体系结构一、 基本组成二、 单个治疗计划工作站系统三、 多工作站系统四、 辅助部件五、 第三方软件六、 治疗计划系统的发展七、 系统说明书二、 四、五、八 第四节TPS 中的图像和图像处理技术一、 放射治疗计划中使用的图像技术二、 图像处理第五节治疗计划设计过程体位固定治疗计划设计放射治疗计划评估治疗计划的验证治计划的执行调强放射治疗的TPS 剂量验证 二、 四、 五、 六、第九节治疗计划系统的验收一、验收内容二、与剂量无关的项目三、外照射野光子剂量计算四、电子线剂量计算五、后装治疗六、数据传输第十节治疗计划系统的质量保证一、系统文件和人员培训二、系统定期QA项目三、患者治疗计划检查第十四章放射治疗的质量保证QA和质量控制QC 第一节QA和QC的目的及重要性第二节放射治疗对剂量准确度的要求一、靶区剂量的确定二、对剂量准确度的要求三、影响剂量准确性的因素第三节外照射治疗物理质量保证内容一、外照射治疗机、模拟机和辅助设备二、等中心及指示装置三、照射野特性的检查四、剂量测量和控制系统五、治疗计划系统六、治疗安全第四节近距离治疗QA内容一、放射源二、污染检查三、遥控后装机QA四、治疗的质量控制第五节QA、QC的管理要求一、部门QA的主要内容二、国家QA的主要内容第十五章发展中的图像引导放射治疗第一节三维适形放射治疗第二节调强放射治疗第三节图像引导放射治疗一、放射治疗实施前影像二、治疗室内图像引导和投照三、图像引导放射治疗四、4维放射治疗第四节剂量引导放疗和循变放疗一、剂量引导放射治疗二、循变放射治疗第十六章放射防护第一节电离辐射的生物效应一、放射损伤机理二、放射生物效应的类型三、影响放射生物效应的主要因素四、辐射对组织、器官的损伤效应第二节放射防护目的与标准一、放射防护的目的二、放射防护应遵守的三项基本原则三、人工照射类型四、放射防护标准第三节外照射防护基本措施一、工作场所区域划分二、减少外照射剂量的三项措施第四节医用电离辐射防护一、医院的防护职责二、医疗照射的正当性判断三、医疗照射的防护最优化四、医疗照射的指导水平与剂量约束章名为小三宋体加粗节名为小四宋体加粗正文为五号宋体加粗一、加粗(一)加粗有必要时1.加粗有必要时(1)a.(a)数字为timenewman公式为(1-1)。
放射物理学基本知识2019.8.7
X（γ）射线的临床剂量学
百分深度剂量（PDD）的概念 是指模体内照射野中心轴上任一深度d处的吸收剂量（Dd） 与参考点深度吸收剂量（D0）之比的百分数，即：
百分深度剂量的定义示意图
影深度剂量的因素
3．照射面积 当照射野面积增大时，同一深度的百分深度剂量随之加大。
但当照射野面积很大时，照射野边缘的散射线对中心轴上的 剂量贡献减少，此时百分深度剂量随面积增加变缓，并逐渐 达到饱和。 4．源皮距
在同一深度下，射线能量、照射面积不变的情况下，源皮 距离越小，百分深度剂量越小；源皮距越大，百分深度剂量 也越高。
影响百分深度剂量的因素
2、照射野 照射野较小时，因相当数量的电子被散射出照射野，中心轴百
分深度剂量随深度增加而迅速减小。 当照射野增大时，较浅部位中心轴上电子的散射损失被照射野
边缘的散射电子补偿逐渐达到平衡，百分深度剂量不在随射野 的增加而变化。
影响百分深度剂量的因素
3、源皮距 对于较低能量的电子東，可以忽略SSD的影响。但对能量高于
正电 粒子
电子
质子
重粒子
间接致电离辐射
直接致电离辐射
粒子射线
电子线(线) 粒子 中子
负π介子 质子
光子射线
X 射线 射线
线性能量传递(LET)
单位轨迹上能量传递的水平
低LET射线: X射线 (<10kev/μm) 射线
电子线 高LET射线: 中子 (≥10kev/μm) 粒子
负π介子
目录
1898年居里夫人发现放射性元素镭并用于肿瘤的治疗
治疗前
治疗后
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。
8
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。
9
*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。
21
• *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。
放射物理学.ppt
近距离后装治疗机
代现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：
1、放射源微型化，程控步进电机驱动； 2、高活度放射源形成高剂量率治疗； 3、微机计划设计。
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。
放射物理学
——放射治疗常用放射源及其 物理特性
ludows
临床放射物理学: ① 放疗设备的结构、性能; ② 各种射线的物理特性、在人体内的分布规律; ③ 探讨提高肿瘤剂量，降低正常组织受量的物
理方法。
一、放射源的种类
① γ、 β射线———放射性同位素
② 普通X射线（KV级）——X线治疗机。 高能X射线（MV级）——加速器。
光子的穿透本领有三种情况：
1、放射性同位素：通常用核素名+辐射类
型表示, 如60Coγ射线。 2、中低能X射线，通常用半价层表示。 半价层HVL:射线强度通过某物质减弱为入
射强度的一Байду номын сангаас所需的厚度。如
1mmAL,0.5mmCu
3、高能X射线，通常用兆伏 (MV)表示， 如 6MV-X 线。
二、电离生物效应
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。
60Co治疗机
原理：利用放射性同位素60Co发射出的γ 射线治疗肿瘤
肿瘤放射物理学-物理师资料-5
推导上式：
TMR(d, FSZd )
DQ DQm
, PDD(d, FSZ,
f
)
Байду номын сангаас
DQ DP
，FSZ是表面射野
BSF (FSZm )
DP DP(air )
, DP(air) DQ(air )
f d f dm
2
,
FSZ
m是P点处射野
BSF (FSZd )
DQm DQm (air )
, DQ(air)
FSZ0 参考野
是
DP / Dm0
DP / DP(air )
DP(air ) Dm0(air ) Dm0 Dm0(air )
DQm / Dm0
D / D Qm
Qm (air )
D D Qm (air )
m0(air )
D D m0
m0(air )
Sc, p (FSZm ) / Sc (FSZm ) S p (FSZm ) Sc, p (FSZd ) / Sc (FSZd ) S p (FSZd )
（b）具体转换时，Sc、Sc,p要考虑到钴-60与加速器其 输出剂量的不同监测方式，受到射野边长比的影响，而Sp不 受射野边长比的影响。
三、组织模体比和组织最大剂量比
组织模体比（TPR）：为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。
Dd Ddm
Dd Dm
对相同X（γ）射线的能量，因为dm随射野增大而减小，随 源皮距的增大而增大，故dm应取最小射野和最长源皮距时的值。
零 野 的 TMR （ d ， 0 ） 代 表 了 有 效 原 射 线 剂 量 。 构 成 TMR的散射线剂量虽然随射野增大而增加，但这种增加是由 于模体的散射，而与准直器的散射无关。
放射物理学试题
《放射物理学》教学大纲总学时：40 学分：2.5 教学对象：生物医学工程专业一、教学目的和要求肿瘤放射物理学是医学物理学的一个重要分支，是放射肿瘤学的重要基础，它将放射物理的基本概念和原理应用于肿瘤的放射治疗。
主要介绍与临床放射治疗密切相关的放射物理基础知识和基本理论、常用放疗设备、临床剂量学、放射治疗新技术（CRT、IMRT、立体定向等）的物理学原理及技术，探讨提高肿瘤剂量、降低正常组织所受剂量的物理方法和技术手段。
学习这部分内容主要以常用治疗机的特点、外照射剂量学、电子线剂量学、治疗计划设计原理为重点，以临床应用为目的，全面理解、融会贯通、牢固掌握。
二、先修课程核物理导论、核辐射探测三、教学内容和学时分配（一）绪论（1学时）1、教学内容肿瘤放射物理学在肿瘤放疗中的地位和作用；肿瘤放射物理学的研究内容和进展；医学物理工作者可能从事的工作性质；医学物理师需要的知识背景和技能。
2、教学要求熟练掌握：肿瘤放射物理学的研究内容和进展。
掌握：肿瘤放射物理学在肿瘤放疗中的地位和作用。
了解：医学物理工作者可能从事的工作性质；医学物理师需要的知识背景和技能。
（二） 电离辐射与物质的相互作用（2学时）1、教学内容带电粒子与物质的相互作用；X(γ)射线与物质的相互作用。
2、教学要求熟练掌握：电离辐射，碰撞阻止本领，辐射阻止本领；光子与物质相互作用的各种系数，各种相互作用的相对重要性；比较人体骨组织和软组织对临床常用X(γ)射线能量吸收的差别。
掌握：带电粒子与物质相互作用的主要方式；X(γ)射线与物质的相互作用的主要形式，各种相互作用的相对重要性；了解：质量碰撞阻止本领与重带电粒子的能量、电荷数、靶物质的电子密度之间的关系，与电子的能量、物质的电子密度之间的关系；质量辐射阻止本领与带电粒子质量、能量、单位质量物质中的原子数、物质原子的原子序数之间的关系。
原子的光电效应截面、康普顿效应截面、电子对效应截面与光子能量，原子序数之间的关系。
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。
放射物理学
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：半影大，需定时换源；环境污染
医用直线速加器
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。 特点：
放 射 物 理 学
——放射治疗常用放射源及其 物理特性
ludows
临床放射物理学:
① 放疗设备的结构、性能; ② 各种射线的物理特性、在人体内的分布规律; ③ 探讨提高肿瘤剂量，降低正常组织受量的物
理方法。
一、放射源的种类
① γ、 β射线———放射性同位素
② 普通X射线（KV级）——X线治疗机。
高能X射线（MV级）——加速器。 ③ 电子束 ④ 高LET射线:质子束、中子束、负π介子 束， 重粒子(碳、氮、氧、氖等）束 等——加速器
1、γ、 β射线———放射性同位素。
：
几种常见γ线同位素源及其特性
同位素
镭-226 γ能量 MeV 平均0.83
半衰期
1590年
应用
70年代以前 作近距离治 疗 远距离治疗 及高剂量率 后装近距离 治疗 中、低剂量 率后装近距 离治疗
◆放疗的基本照射方式
1、体外照射(外照射)：又称体外远距离照射 (teletherapy)：指放射源位于体外一定距离(80-100厘 米)，集中照射人体某一部位。
2、体内照射(包括组织间放疗和腔内放疗)：又称近距 离治疗(Brachytherapy)，指将放射源密封直接放入被 治疗的组织内(组织间放疗)或放入人体的天然体腔内 (腔内放疗)进行照射。放射源与被治疗的部位距离在 5cm以内，故称近距离。
医学放射物理学专业
医学放射物理学专业
医学放射物理学专业是一个应用物理学的分支，是研究医疗应用中的辐射与物质相互作用及其影响的学科。
其研究内容包括医用放射源的物理特性、辐射剂量学、辐射防护、医用成像技术、放射治疗技术等方面。
医学放射物理学是医学领域不可或缺的一部分，它为医疗保健提供了很多重要的技术手段。
医用成像技术如X射线、CT、MRI等已经成为现代医学的常规检查手段，而放射治疗则是治疗癌症等疾病的重要手段。
而这些技术的实现离不开医学放射物理学的研究和应用。
医学放射物理学专业的学生需要具备扎实的物理学和数学基础，同时还需要具备严谨的科学研究精神和敏锐的实验观察能力。
毕业后可以在医疗机构、科研机构、医疗器械企业等行业从事相关工作，为医学事业的发展做出贡献。
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放射物理学戴晓波第一节学习放射物理学的重要性1、放射治疗的基本原理（1）、利用放射线治疗肿瘤，基于放射线的穿透性及电离生物效应等物理特性。
（2）、基于肿瘤组织与正常组织之间的放射敏感性的微小差异。
（3）、基于不同的放射源，放射范围、放射剂量的可控制性。
2、放射治疗的目的要求：尽可能地杀灭肿瘤组织，尽可能地保护正常组织3、放射治疗医生的基本要求（1）、具备射线的物理知识，熟悉各种放疗设备的基本结构、性能。
（2）、熟悉各种射线的特点、特性及其应用，在做放射治疗时正确选择放射源和治疗方式（3）熟悉临床剂量学，了解剂量计算，使肿瘤得到最大最均匀的照射，正常组织受到最低的照射。
第二节放射源的种类及照射方式一、放射源的种类：1、γ、β射线———放射性同位素。
2、普通X射线（KV级）——X线治疗机。
高能X射线（MV级）——加速器。
3、电子束、质子束、中子束、负π介子束重粒子束等——加速器。
X线与γ线，本质上都是属电磁辐射、而β线、电子束、质子束等属于粒子辐射。
二、放疗的基本照射方式1、体外照射(外照射)：又称体外远距离照射(teletherapy)：指放射源位于体外一定距离(80-100厘米)，集中照射人体某一部位。
2、体内照射(包括组织间放疗和腔内放疗)：又称近距离治疗(Brachytherapy)，指将放射源密封直接放入被治疗的组织内(组织间放疗)或放入人体的天然体腔内(腔内放疗)进行照射。
放射源与被治疗的部位距离在5cm以内，故称近距离。
第三节射线的产生及放射治疗机一、 X射线的产生及治疗机（一）、X线的产生X线是具有很高能量的光子束，它是由高速运动的电子突然受到靶物质的阻滞而产生。
KV级(千伏级) X线-------普通X线机MV级(兆伏级) X线------医用加速器（二）、X线的特性1、X线的平均能量（光子强度最大处）约等于最高能量的1/4～1/3， X线机及加速器上所标称的能量是其产生X线的最高能量。
2、 X线适宜放射治疗的能量范围为0.2～7MeV（平均能量），相当于最高能量1～22MV范围三）、普通X线与高能X线的比较普通X线高能X线1、穿透性弱，深部剂量低，只适用于浅部肿瘤治疗强，深部剂量高，适用于深部肿瘤治疗2、皮肤反应最大剂量吸收在皮肤表面，皮肤反应重最大剂量吸收在皮下一定深度（随能量增加深度增加），皮肤反应轻四）、X主要指利用400KV以下X线治疗肿瘤的装置。
由于其产生的X线能量低，易于散射，剂量分布差等缺点，已很少用。
五）、医用电子直线加速器除打靶产生高能X线（MV)外，还能直接引出高能电子束，其能量范围4~50MeV之间。
单能X线加速器单能X线+电子线加速器双能X线+电子线加速器三能X线+电子线加速器二、γ线的产生及钴60治疗机1、γ线的产生及其特性（1）产生：γ线是由放射性同位素产生的，具有不同的能量和半衰期。
临床上常见的γ线同位素源有镭-226( Ra226)、钴-60（Co60)、铯-137（Cs137)、铱-192(Ir192)等。
最常用的是Co60γ线，其次为Ir192 γ线。
是利用放射性同位素钴-60发射出的γ射线治疗肿瘤的装置。
其产生的γ线平均能量1.25MV 相当于4MV左右加速器产生的X线。
3、钴-60治疗机的半影问题半影的定义：射野边缘剂量随离开中心轴距离增加而急剧变化的范围，用P90-10%或P80-20%表示。
有下列三种原因造成钴-60治疗机有半影(图2-1-9)医用加速器 Co60治疗机1、产生的射线 X 线、电子线，多档 γ射线（1.25MV)，单能2、源的特点 不需换源，不加高压无射线产生防护好。
需定期换源，随时有射线产生，防护困难。
3、半影 半影小，射野剂量分布均匀，对称性好 半影大，均匀性和对称性差。
4、剂量率剂量率高，束流稳定，剂量计算准确，治疗时间短 不断衰减，剂量率不稳定剂量计算准确性低，治疗时间延长5、结构与费用 结构复杂，维修复杂费用昂贵 结构简单，维修方便，费用低，经济适用电子束是带电粒子，由加速器产生。
具有以下临床剂量学特点： ① 在组织中具有一定的射程，射程深度与电子能量呈正比，从加速器中引出的电子能量可以调节，可以根据病变的不同深度选择合适的电子能量作治疗。
电子线的能量： E=3×d(肿瘤深度)+2~3MeV 。
② 剂量曲线：从表面到一定深度，剂量分布均匀，达到一定深度后，剂量迅速下降，可保护病变后面的正常组织。
③ 不同组织如骨、肌肉、脂肪对电子束的吸收差别不显著，但对组织中气腔应进行剂量效正。
④ 单野照射治疗表浅及偏心部位的肿瘤。
五、高线性能量传递射线(简称高LET射线)线性能量传递( LET)：是致电离粒子在组织中沿次级粒子径迹上单位长度的能量转换。
普通X射线，钴-60γ线，加速器的X射线，电子束，其特点是LET值较小(一般＜100KeV/μ)故称之为低LET射线，这类射线的生物效应大小对细胞的含O2情况及细胞的生长周期依赖较大，即：对乏O2细胞和G0期细胞作用小。
1、高LET射线包括快中子、质子、π负介子以及氦、碳、氮、氧、氖等重粒子。
2、这类射线的生物效应大小对细胞的含氧情况和细胞生长周期依赖较小。
3、物理特性好，除去快中子不带电外，所有其他粒子都带电，因此具有一定的射程，具有电离吸收峰(Bragg峰)型剂量曲线。
4、用单一照射野就可以得到较好的剂量分布。
第四节射线的基本计量单位及剂量学一、辐射量的定义及单位吸收剂量(absorbed dose,D)：反映射线在介质中能量被吸收的情况。
它是临床剂量学中最主要的剂量，不仅反应射线的性质，也反应了射线与物质的相互作用。
定义为：致电离辐射给与质量为dm的物质的平均能量dE除以dm所得的商。
即：D=dE/dm单位：焦耳/千克(J/kg),专用名为戈瑞(Gy)。
1Gy=1J/kg,二、X(γ)线百分深度剂量及等剂量曲线（一）、百分深度剂量（PDD）1、定义：射野中心轴上，介质中某一深度吸收剂量Dd与某一固定参考点do处吸收剂量Ddo 之比的百分率，为中心轴上该深度的百深度剂量。
PDD=Dd/Ddo×100%2、百分深度剂量的临床应用：肿瘤量 = 处方量×PDD (DT=Dm×PDD)(二)、等剂量曲线我们将射野内百分深度剂量相同的点连结起来，即成为等剂量曲线。
(图2-2-8)第五节治疗计划设计原理及照射技术一、治疗计划设计中的几个概念1、靶区(target volume)包括瘤体本身及周围潜在受侵犯组织以及临床估计可能转移的范围。
例：鼻咽癌的靶区有鼻咽部，咽旁间隙，颅底，颈部淋巴引流区。
2、治疗区(treatment volume)：一般选择80%的等剂量线所包括的范围为治疗区，显然治疗区大于靶区。
3、照射区(irradiated volume)：50%等剂量曲线所包括的区域。
照射区大于治疗区。
照射区的大小直接反应了治疗方案设计引起的体积积分剂量的大小。
4、剂量热点(hot spot)：是指靶区以外正常组织接受的剂量超过靶区100%剂量的区域。
热点的面积不能超过2cm2.5、危急器官(organ at rest)受量：危及器官是指靶区内或附近对射线敏感的器官(如脊髓、晶体、胃，肺、性腺等)，要保护其受照射剂量在各自的耐受剂量水平以下。
二、治疗计划设计原理(一) 临床剂量学原则：1、靶区剂量准确可靠，误差≤±5%。
2、靶区内剂量分布均匀，剂量梯度变化不能超过±5%。
3、照射野设计应尽量提高肿瘤受照射剂量，降低正常组织受照射剂量。
4、保护肿瘤周围重要器官免受或少受照射。
(二)、临床应用1、以上的四原则可用“理想剂量曲线”表示：图示、放射源及放射野的选择3、横断面的等剂量分布图三、治疗计划设计步骤体模阶段计划设计计划确认计划执行确定肿瘤位置和范围，重要器官，周围组织相互关系，人体轮廓图(治疗断面图) 靶区及正常组织范围及剂量，选择治疗设备，能量，射野(入射角，剂量比，楔形板，组织补偿)最佳方案确认计划，检查计划，以适应机器和病人要求，作出体表标记。
治疗机物理、几何参数设置，射野和处方量设定，治疗摆位，体位固定，挡野装置CT/MRI TPS 模拟机钴-60机直线加速器放疗医生放疗医生物理师放疗医生物理师技术员技术员物理师放疗医生第六节放疗新技术简介一、立体定向放射治疗(俗称Χ刀、γ刀)1、概念：立体定向放射治疗——是指采取立体定向、等中心技术，通过三维空间把放射线聚集、投照到病灶，实施多次小剂量照射，使其病灶区域受量很高，而周围正常组织受量很低。
如为单次大剂量照射，则又称为立体定向放射外科。
根据其使用的射线不同(γ线或Χ线)故称为γ刀或Χ刀。
犹如外科手术刀切除病灶一样。
2、剂量学特点：①剂量分布集中于靶区；②靶区周边剂量分布不均匀；③靶区周围正常组织受量少。
这种剂量分布就像一把尖刀插入病变内二、调强适形放射治疗(intensity modulated radiation therapy)1、概念：一种照射技术在照射方向上，照射野的形状与病变(靶区)的形状一致，并且每一个射野内诸点的输入剂量率能按要求的方式进行调整，使靶区内及表面的剂量处处相等，以达到高剂量区剂量分布的形状在三维(立体)方向上与靶区的实际形状一致。
2、原理：图示2-5-23、放射物理学优势：①三维方向上高剂量区与靶区形状一致，②一次照射过程中可以给不同靶区以不同的剂量，③与X刀相比，治疗精度更高范围更大。
4、临床价值①提高肿瘤区照射剂量，提高因局控失败为主要原因肿瘤患者的生存率，②减少正常组织受量，减少放疗并发症，提高生存质量。