放射物理学基础

3.2 深度剂量分布
3.2.1 照射野有关名词定义
(1) 射线质 指的是射线能量，主 要表示射线贯穿物体的能力。
(2) 射野中心轴 射线束的中心对
d0
称轴线，临床上一般用放射源
S穿过对称照射野中心的连线
作为射野中轴。
d
(3) 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 量学中规定50％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。
原理：利用放射性同位素60Co发射出的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：需定时换源；防护相对困难。
2.3 医用直线加速器
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。
射线质 Dmax (mm)
钴60 5
6MV X线 15
8MV X线 20
15MV X线 28
(2) 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
区域内剂量随深度增加而增大。对于高能X射线，一般都有建成 区域存在，如果原射线中电子含量少，表面剂量可以很低，但不 能为0，因为各种散射，原射线中总有少量电子存在。对于25MV X线，表面剂量可以少于15％。
(4) 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 。 (5) 源皮距(SSD) 放射源到模体表面照射野中心的距离。
(6) 源轴距(SAD) 放射源到机架等中心的距离。
(7) 源片距(SFD) 放射源到胶片的距离，也叫靶片距。
(8) SCD
放射源Etr是非带电电离粒子在质量为dm的物质中所释放的所有 带电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；
1.5.9 剂量当量：单位 J/kg，专用名 Sv
1.5.10 吸收剂量和比释动能的关系 电子平衡
❖ 电子平衡（Electronic Equilibrium）
一、核物理的基本知识
1.1 原子的基本结构：
1.2 放射性衰变类型
a) α衰变：放出α粒子
b） β衰变：放出正电子或负电子或俘获一个轨道电子
c） γ跃迁和内转换： γ跃迁会以γ射线形式释放能量；内转 换发射内转换电子。
1.3 带电粒子与物质的相互作用
➢ 与核外电子非弹性碰撞——电离损失/碰撞损失 (释放出特征X射线或俄歇电子）
为减少散射电子，降低皮肤剂量，应将准直器端面离开人体 表面15－20cm，挡铅时也应注意。
(3) 影响PDD的几个因素
（深度d，射野大小FSZ，源皮距f，能量E） 在X(γ)线入射人体后，深度剂量的变化受三个因素支配：
a) 与该点到源的空间距离有关的反平方定律； b) 深度为d的介质引起的指数吸收衰减； c) 准直器限束系统和体模产生的散射线影响。
深度增大
d-dm增大
PDD变小
Ⅳ 源皮距对PDD 的影响
源皮距增大
A0/A1增大
PDD变大
Q1: Q2:
PDD(d,f1,A0)= PDD(d,f2,A0)=
100%×[(f1+dm)/(f1+d)] 100%×[(f2+dm)/(f2+d)]
22××ee--uu((dd--ddmm))××KKss12
➢ 与原子核非弹性碰撞 ——辐射损失 （轫致辐射）
➢ 与原子核弹性碰撞 ➢ 与原子核发生核反应
1.4 X (γ) 与物质的相互作用
X(γ)光子与物质相互作用的主要过程有光电效 应、康普顿效应、电子对效应；其它次要的作 用过程有相干散射、光核反应等。
1.5 几个重要的概念
1.5.1 放射性活度：放射性活度是指一定量的放射
2.1 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。
2.2 Co-60治疗机
Varian
Accuray
BrainLab
Elekta Tomotherapy
2.10 辐射源种类
放射性同位素放出的α、β、γ 射线 X线治疗机和各类加速器产生的不同能
的X线 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
2.10 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。
两式相比则得到源皮距从f1增加到f2时两种源皮距下PDD的比值
[PDD(d,f2,A0)/PDD(d,f1,A0)]=F×(Ks2/Ks1)
1.5.5 半价层：半价层(HVL)定义为X(γ)射线束流强度衰减到其
初始值一半时所需的某种物质的厚度，它与线性衰减系数μ的关 系为:
HVL=ln2/ μ=0.693/ μ
1.5.6 吸收剂量：电离辐射给予质量为dm的介质的平均授予
能dε，也就是单位质量物质吸收电离辐射的平均能量 D＝ dε/ dm
三、X(γ)射线射野剂量学
临床射野剂量学是放射治疗 进行精确、定量和计算机计算的 数学、物理基础，是实验测量和 数学物理计算的结合。
3.1 组织替代材料和人体模型
3.1.1 组织替代材料：
定义：模拟人体组织与射线相 互作用的材料
显然这种替代材料必须具 有与被模拟组织与射线相互作 用相同的有关的物理特点，如 原子序数、电子密度、质量密 度、甚至化学成分等。
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。
核物理的基本知识 常用放疗设备和放射源 X(γ)射线射野剂量学 高能电子束射野剂量学 临床放射治疗剂量计算 临床剂量学四原则及靶区勾画必须熟悉的几个概念 放射治疗的质量保证与质量控制
2.6 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 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
2.7 多叶准直器（MLC）
2.8 治疗计划系统
2.9 近年进入临床应用的先进的放射治疗机
Siemens
Ⅰ射线质（能量）对PDD的影响
能量高 μ(线性衰减系数) 小
大 e-u(d-dm)
PDD大
PDD(d,f,A0)=100%×(A0/A1)×e-u(d-dm)×Ks = 100%×[(f+dm)/(f+d)] 2×e-u(d-dm)×Ks
Ⅱ 射野面积对PDD的影响 FSZ增大
Ks增大
PDD增大
等效方野＝4倍面积/周长 S＝(2ab)/(a+b)
肿瘤放射物理学基础
中南大学湘雅医院肿瘤科 雷明军 2020/6/14
内容纲要
核物理的基本知识 常用放疗设备和放射源 X(γ)射线射野剂量学 高能电子束射野剂量学 临床放射治疗剂量计算 临床剂量学四原则及靶区勾画必须熟悉的几个概念 放射治疗的质量保证与质量控制
核物理的基本知识 常用放疗设备和放射源 X(γ)射线射野剂量学 高能电子束射野剂量学 临床放射治疗剂量计算 临床剂量学四原则及靶区勾画必须熟悉的几个概念 放射治疗的质量保证与质量控制
在均匀介质中的测量体积元内，离开此体积元的电子，被 另一个进入该体积元具有相同能量的电子代替，则在该体积元内 存在着电子平衡。
理论的要点是： 1 不要求进入体积元的电子数目等于离开体积元的电子数目； 2 只要求电子带入体积元的能量等于电子带出体积元的能量。 3 当测量体积元的体积较小，但大于次级电子的最大射程时，电子
可用如下公式描述： PDD(d,f,A0)=100%×(A0/A1)×e-u(d-dm)×Ks = 100%×[(f+dm)/(f+d)]2×e-u(d-dm)×Ks
PDD(d,f,A0)=100%×(A0/A1)×e-u(d-dm) ×Ks = 100%×[(f+dm)/(f+d)] 2×e-u(d-dm)×Ks
性核素在一很短的时间间隔内发生的核衰变数除以 该时间间隔之商。
A＝－dN/dt=λN＝λN0e-λt=A0e-λt
其中，λ为衰变常数； A和A0分别是t时刻和初始时刻的放射性活度。 国际单位为贝可勒尔(Bq)
1.5.2 射程：带电粒子在与物质的相互作用中，不
断损失能量，最终损失所有动能而停止运动(不含 热运动)。粒子沿入射方向从入射位置至完全停止 位置所经过的直线距离称为射程。（射程与路径长 度的区别）
单位为J·kg-1,专用名为戈瑞(Gy)
1.5.7 照射量 (exposure, X): 照射量 X是dQ除以dm所得的
商；指X(γ)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 = 2.58×10-4 C/kg
1.5.8 比释动能(kinetic energy released in material, Kerma, K)： K等于dEtr除以dm的商；即
2.5 常规X线模拟定位机
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。
2.5 常规X线模拟定位机
功能：1.靶区及重要器官的定位
2.确定靶区（或危及器官）的 运动范围
3.治疗方案的确认（治疗前模拟） 4.勾画射野和定位、摆位参考标记 5.拍摄射野定位片或证实片 6.检查射野挡块的形状及位置