放射物理学.ppt

2、吸收剂量 (absorbed dose, D) 吸收剂量 D等于dE除以dm的商。即电离 辐射给予质量为dm介质的平均能量dE。
D = dE / dm 单位：焦耳/千克 (J/kg)。 专用名 Gray(Gy)，1 Gy = 1 J/kg； 原用单位rad，1rad = 1cGy
3、百分深度剂量
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）碰撞损失与辐射损失
碰撞损失：由电离激发而引起，用单位长 度的能量损失来量度(dE/dx),在低能时发 生，主要产生热。
辐射损失：由特征辐射和韧致辐射引起的， 在高能范围发生，主要产生X射线，γ射 线
损失比＝碰撞损失/辐射损失＝816mev/T.Z
T-电子动能，Z—原子序数
2、光子射线与物质的相互作用
光电效应：光子高速前 进，在物质中与原子 的内层电子相撞，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。 与原子序数有关。 (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)
康普顿效应：随着入
射光子能量的增加 ( 200kV-7 MV)，光子与 轨道上外层电子相撞 ，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。与原子序数无关
半衰期 1590年 5.24年
33年 74天
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
高剂量率后 装近距离治 疗
缺点 能谱复杂 半衰期长 环境污染 半影问题 换源问题
化学提纯难， 放射比度不 高
换源问题
2、普通X射线（KV级）——X线治疗机。 高能X射线（MV级）——加速器。
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 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。
激发：使外层电子从低能态跃迁到 高能态未脱离原子 电离：将外层电子击离原子，形成自由电子，原子本
身成为带正电的离子
②作用于内层电子： 产生特征辐射：将内 层电子击离轨道，其 外层电子立即填补其 空隙，从而释放光子。
③作用于原子核：产 生韧致辐射：原子经 过原子核附近时使原 子核受激，原子核返 回稳态时放出光子
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：
1、可产生不同能量的X线 (4~25MV) 2、可产生不同能量的电子线 (3~25MV) 3、照射野均匀性好，剂量率稳定 4、可作为X刀使用 5、安全性好
高能X（r）线的剂量建成区明显比中低 能X线宽，在临床应用中可以起到保护皮 肤的作用，即在使深部肿瘤得到较高剂 量的同时，使皮肤免于高剂量的损伤。
2、影响PDD的因素：能量、射野、源皮距等
（1）、照射野对PDD的影响： 低能射线：射距面积↑，剂量↑ ；高能射线，随 射野面积增加深度剂量变化较小。深度剂量随 面积改变和程度仍取决于射线能量，这是因为 组织中某一点的距离是由原射线和散射线共同 作用的结果，低能量射线（如200kvX线）由于 向各方向的散射线几乎相同，所以深度剂量随 射野面积改变较大；高能时由于射线主要向前， 所以深部剂量随射野面积改变较小，对于22mv， 32mv高能X线，深度剂量几乎不随射野面积变 化。
X线的能谱:X线的光子强度与光子能量的关系。
X线有两种成分： ① 特征辐射X线（单能谱） ② 韧致辐射X线（连续谱，
X线的主要成分）。
从最大能量(最高管电压值)以下，在
任一能量处光子均有一定的强度，并在 一定的能量处强度最大。
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。
X线治疗机
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
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
x线与γ线，本质上都是属光子射线、而β 线、电子束、质子束等属于粒子射线(辐 射)。
二、常用放疗设备
X线治疗机 60Co治疗机 医用直线加速器 模拟定位机 CT 模拟定位机 其他
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。
◆ 射线的基本特性
一、穿透性：射线穿透物质的本领，一般 与射线能量有关，能量越大，穿透性越强。
等效方野 （1）用等效方野转换表计算 （2）经验公式
等效方野边长=2ab/a+b=4面积/周长
（1）定义：射线中心 轴上某一深度d处的吸 收剂量Dd与某一固定 参考点d0处吸收剂量 Dd0之比的百分率。 PDD = Dd/Dd0×100%
≤400kv X线， d0在体表；＞400kvX线，C060 –r 线， 高能X线， d0 深度取在射野中心轴上最大剂量 深度dm处。
最大剂量点深度dm随射线能量的增加而增加。 60Co –r线 dm=0.5cm 4mv-X线 dm=1cm 6mv-X线 dm=1.5cm 8mv-X线 dm=2cm 15mv-X线 dm=3cm
即入射线与被照射的组织的原子相互作用的结果
1、电子与物质的相互作用： （1）弹性散射：电子与物质发生作用后
没有能量损失（不改变原子本身状态）， 但其入射电子的方向发生改变
（2）非弹性散射：在入射电子的作用下，
靶原子本身的状态发生一定的变化，同时入射 电子的能量和方向也发生变化。
①作用于外层电子
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。
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。特点：
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
，受原子核电场影响
，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。与原子序数有 关
最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）、高能电子束 电子束是带电粒子，由加速器产生。具有以下
CT 模拟定位机
CT扫描机+多幅图像显示器+治疗计划系 统+激光射野投射器
肿瘤的正确定位 提供照射野的剂量分布 产生数字模拟影像 帮助设计合适的照射野 产生模板以供制作铅挡 在病人皮肤上标记等中心点
◆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。
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
射强度的一半所需的厚度。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
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 钴-60
铯-137 铱-192
γ能量 MeV 平均0.83
1.17 ~1.33 平均1.25
0.662
0.36
穿射半影：放射线束穿过准直器端面厚 度不等而造成的剂量渐变分布。 (改进方法：采用球面限光筒)
散射半影：组织中散射线造成照射野边 缘剂量渐变分布，这种散射线随能量增 高而减少，但始终存在。
射线的剂量学特性
一、剂量学参数 1、空气中的平方反比定律：对点源来
说，其在空气中某一点的剂量与它距离 放射源的距离的平方成反比，对近距离 治疗影响最大。
（2）临床应用 肿瘤量=处方量×PDD 即处方量=肿瘤量÷PDD
4、组织空气比（TAR） 定义：射线中心轴上，相同深度处在体膜 中吸收剂量与在空气中吸收剂量之比
TAR=Da水/Da空气
旋转治疗时，靶区为中心，源皮距不断 改变，不能用百分深度剂量来表示吸收 剂量，改用TAR表示在同一个位置，不 同散射条件，两种情况下的剂量比，不 受距离的影响。
③ 与深部X线不同，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 单野并适当采用组织等效物做成的吸收板， 可满意地治疗表浅及偏心部位的肿瘤。
四、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。
用途：用于等中心照射的剂量计算。
二、X（r）线剂量学特性
1、百分深度剂量曲线特点 （1） ≤400kv X线 d0在体表，没有剂量建 成区，射线进入组织以后，随深度增加， 百分深度刻量逐渐下降。

（2）＞400kvX线，r线或更高能量的X线， 最大剂量吸收在皮下一定深度，故存在 剂量建成区，射线进入组织后在建成区 内，剂量随深度增加而增加，达到一定 深度后剂量达到最大，随后随深度的增 加剂量逐渐下降，其下降速度依赖于射 线的能量。
6、无污染
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。
特性：
Bragg峰： 高LET射线对细胞中含氧状态依赖性小； 细胞亚致死损伤修复率低 细胞周期依赖性小
Bragg峰：
半影问题
半影的概念：照射野边缘的剂量随离开 中心轴距离的增加而发生急剧的变化， 这种变化的范围即为半影。
几何半影：由于60Co放射源具有一定的 尺寸，射线被准直器限束后，照射野边 缘诸点受到剂量不均等的照射，造成剂 量渐变分布。 (改进方法：缩小尺寸、延长距离)
TAR的应用一般限于60Co-r射线及中低能 量的光子射线
5、组织最大剂量比 TMR
定义：模体中，射线中 心轴上某一深度处的 吸收剂量与距放射源 相同距离的同一空间 位置上，标准深度 （最大剂量深度）处 的吸收剂量之比
TMR= Dd /Ddm
TMR和TAR类似，是指空间同一位置，在 两种不同散射环境下的剂量比，它与到 源的距离无关，而与放射源能量、深度 及照射野面积有关；其变化类似于百分 深度剂量变化。