放射物理学基础.ppt

1、放射物理学基础,马一川,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 sim近距离后装治疗机其他,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发射出的射线治疗肿瘤特点：能量高，射线穿透力强；皮肤反应轻；康普顿效应为主，骨吸收类似于软组织吸收；旁向散射少，放射反应轻；经济可靠，维修方便。缺点：需定时换源；环境污染,原理：利用微

2、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 (425MV)2、可产生不同能量的电子线 (325MV)3、照射野均匀性好4、可作为X刀使用5、安全性好,医用直线加速器,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：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。,CT 模拟定位机,CT扫描机+多幅图像显示器+治疗计

3、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,照射方式,远距离照射：放射源离开人体一定距离集中照射某一病变部位。简称外照射。近距离照射：亦称内照射，组织间和腔内照射（后装治疗） 。包括腔内和管内、组织间、敷贴、术中照射等。将放射源密封直接放入被治疗的组织内或放入人体的天然腔内，如舌、鼻咽、食管、宫颈等部位进行照射。,辐射源种类,放射性同位素放出的、 射线X线治疗机和各类加速器产生的不同能 的线各类加速器产生的电子束、质子束、中子束、负 介子束以及其他重粒子束,用于近距离治疗的主要放射源及物理特性：,近距

4、离治疗的主要特点：,根据距离平方反比定律：射线到达介质的强度与照射距离成平方反比关系。即距放射源较近处受照剂量高，随距放射源距离的增加，剂量迅速跌落。可对正常组织进行保护，但亦造成靶区剂量分布的不均匀。内照射不能单独应用于临床，一般作为外照射的补充。,射线作用于物质的效应,特征辐射：入射电子将原子内层轨道上的电子撞击出去，任一外层轨道上的电子，可立即填补这个空穴，其多余能量以光子的形式释放出来而产生特征辐射。韧致辐射：入射电子穿过原子核附近，使原子核受激。当它退激发返回稳定状态时，其多余能量以X()射线的形式放射出来，这种辐射称为韧致辐射。,光电效应：光子高速前进，在物质中与电子相撞，光子将全

5、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。(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-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。,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。,线性能量传递(linear energy transfer,LET),是指次级粒子径迹单位长度上的

6、能量传递，即带电粒子传给其径迹物质上的能量。 常用单位：KeV/umLET分为两类：低LET射线 (X 、射线)，LET值10KeV/um；高LET射线 (快中子、负介子、重粒子)，LET值100KeV/um辐射生物效应与LET值有重要关系。在相同吸收剂量下，射线LET值越大，其生物效应越大。,高LET射线的特性,高LET射线系指快中子、质子、负介子以及氦、碳、氮、氧、氖等重粒子。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：,电子束的基本特点,高能电子束与X射线不同，它在组织中有一定的穿透深度，达到这一深度后其全部能量几乎丧失

7、。穿透深度取决于电子束的能量，能量越高，穿透深度越大，治疗病变的深度亦增加。剂量跌落是临床上选用高能电子束最为重要的一个概念，电子束一般均在80%深度量之后迅速衰减，这对于保护肿瘤后正常组织及重要器官具有重要意义,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),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

8、量渐变分布，这种散射线随能量增高而减少，但始终存在。,放射物理学有关名词及概念,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,照射量 X是dQ除以dm所得的商；指射线在单位质量的空气中所产生的电离的电荷数。 X = dQ / dm单位：库仑/千克 (C/kg)。原用单位是伦琴(R)1R = 2.5810-4 C/kg,照射量 (exposure, X),比释动能(Ke

9、rma,K)：,K等于dEtr除以dm的商；即K=dEtr/dm。 dEtr是非带电致电离粒子在质量为dm的物质中所释放的所有带电致电离粒子的初始功能之和。单位：焦耳/千克 (J/kg)。专用名 Gray(Gy)，1 Gy = 1 J/kg；,放射性活度(activity,A)：,指单位时间内放射性物质本身蜕变的多少，并不表示具体的剂量。单位：贝柯勒尔 (Bq)，原用单位是居里(Ci)1 Ci = 3.71010 Bq相同的放射性元素它的Bq数越大，其放射性越强。不同放射性元素，虽然Bq数相同，但其在组织中释放的剂量并不相同。这与放射源各自的半衰期、能量、射线种类有关。,射线质：指射线能量，表

10、示射线贯穿物体的 能力。中低能X射线，通常用半价层表示。高能X射线，通常用兆伏 (MV)表示， 如 6MV-X 线。放射线同位素，通常用核素名+辐射类型表示, 如60Co射线。,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。,射线源：射线中心轴：参考点：最大剂量点*源皮距 (source skin distance, SSD)：*源瘤距 (source

11、 tumor distance, STD)：*源轴距 (source axial distance, SAD)：,建成效应：当高能光子入射到体模表面后，产生次级电子，通过电离和激发将能量沉积在稍远于它产生位置的径迹上，使电子的通量和吸收剂量由表面到深层呈递增累积过程，直至达到最大值。从表面到最大剂量深度区域称为剂量建成区。,建成效应：,百分深度剂量 (PDD)：,百分深度剂量 (PDD)：模体内照射野中心轴上任意深度 d 处的吸收剂量Dd与参考点深度Dd0之比的百分数PDD = Dd / Dd0100%,影响百分深度剂量的因素,组织深度的影响：在同一照射条件下，百分深度剂量在最大剂量点前，随深

12、度的增加而增加；在最大剂量点后，随深度的增加，百分深度剂量逐渐减少。射线能量的影响：同一深度，百分深度剂量随射线能量的增加而增大。照射面积的影响：照射面积增大，同一深度的百分深度剂量随之加大。(但受射线能量的影响),等剂量曲线：将模体内剂量相同的点连接起来的线即为等剂量曲线。,楔形板照射技术,楔形板是用来修饰高能X()线平野剂量分布的装置。楔形板对平野剂量分布的修正作用，用楔形角表示，定义为在某一参考深度处等剂量曲线与照射野中心轴垂直线的夹角。ICRU第24号报告推荐用10cm作为楔形角的定义深度。传统的楔形角为15304560四种。楔形角与楔板角,楔形板是用来修饰高能X()线平野剂量分布的装

13、置,楔板角与楔形角,组织空气比与组织最大比,组织空气比(TAR)： TAR= Dt /Dta,组织最大比(TMR)：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。用途：用于等中心照射的剂量计算。,临床剂量学原则,肿瘤剂量要准确治疗肿瘤区域内，剂量分布要均匀，剂量梯度变化5%，90%的等剂量曲线要包括整个靶区尽量提高肿瘤治疗区域内剂量，降低降低周围正常组织受量保护肿瘤周围重要器官,计划设计的有关概念,GTVCTVPTVTVIVOR,GTV/ CTV/ PTV/

14、TV/ IV 的定义,GTV (Gross tumor volume) 肿瘤区：指通过临床诊察手段证实的肿瘤范围CTV (Clinical target volume) 临床靶区：包括瘤体本身及周围潜在的受侵犯组织及临床估计可能侵犯的范围PTV (Planning target volume) 计划区：指包括靶区本身和考虑到日常摆位及照射中病人(及器官)运动所造成的靶位置和体积的变化而相应扩大照射的组织范围,TV (Treatment volume) 治疗区：根据治疗目的(根治性或姑息性)确定的，某一等剂量曲线所包括的范围IV (Irradiation volume) 照射区：指50%等剂量曲

15、线所包括的范围OR (Organs at risk) 受威胁器官：指放射敏感的正常组织，其放射敏感性可影响治疗计划和处方剂量。,治疗计划设计步骤,体模阶段：确定肿瘤的范围、位置以及与周围组织、重要器官的关系计划设计：遵循临床剂量学四原则，勾划靶区和计划区范围计划确认：模拟机定位计划执行：治疗摆位,放射治疗的质量保证与质量控制,随着肿瘤放疗事业的发展，放射治疗的质量保证(quality assurance,QA)与质量控制(quality control,QC)，日益受到肿瘤放射学家的重视。放射治疗的QA：是指经过周密计划而采取的一系列必要的措施，保证放射治疗的整个服务过程中的各个环节按照国际标准准确安全地执行。(核心内容：标准，措施),执行QA的必要性,肿瘤治疗的根本目的：提高肿瘤局控率，减少正常组织并发症。治疗计划的精心设计和准确执行放疗医师、物理师、放疗技术员、患者肿瘤类型、期别相同的患者，不同治疗中心的5 年存活率不同医师个人的治疗方针和措施所决定循证医学的基础上，制定并遵循统一的治疗规范(标准) 并得以严格执行。,靶区剂量的确定和剂量准确性要求,最佳的靶区剂量应该是使肿瘤得到治愈而放射并发症最少的剂量。ICRU第24号报告指出：“原发灶的根治剂量的误差应低于5%”。正常组织对剂量精确性要求更高。,THANKS!,