肿瘤放射物理学基础

肿瘤放射物理学基础,主要内容,一、放射源的种类二、常用放疗设备及照射方式三、射线与物质的相互作用四、放射物理学有关名词及概念五、常用射线剂量学特点六、治疗计划评价七、放射防护常识,放射源的种类,1、放射性同位素 放疗中主要用产生、射线的放射性同位素， 用射线居多，如钴-60、铱-192等。2、X射线直线加速器 直线加速器是通过高能电子线打靶产生X射线，主要用到的能量有6MV、8MV和10MV。3、电子、质子及其他重粒子加速器 一般用到的电子线能量为425Mev，重粒子一般在回旋加速器中产生。,电离,电离：原子的核外电子与外界相互作用获得足够的能量，挣脱原子核对它的束缚，造成原子的电离。直接电离：由带点粒子通过碰撞直接引起的物质的原子或分子的电离称为直接电离。间接电离：不带电粒子通过它们与物质相互作用产生 的次级带电粒子引起的原子电离称为间接电离。,射线特点,1.带点粒子可直接致电离辐射2.不带电粒子只能间接致电离辐射3.带电粒子均有有效射程,射线质的表示,射线质：即射线能量，表示射线穿射物质的本领。中低能X射线：通常用半价层表示。 半价层 （HVL)：为使X（r）射线光子的强度减低一半时所需要的某种材料吸收体的厚度。高能X射线：通常用电子的标称加速电位表示， 单位为百万伏,兆伏 (MV) 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。,常用放疗设备,60Co治疗机医用直线加速器模拟定位机CT 模拟定位机近距离后装治疗机其他,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，平均能量1.25MeV，与一般深部X射线机相比有一下特点特点：能量较高，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,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。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、安全性好,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,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在病人皮肤上标记等中心点,基本照射方式,外照射 位于体外一定距离集中照射人体的某一部位，叫体外远距离照射，简称外照射。内照射 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进行照射，叫近距离照射，简称内照射。,外照射技术分类,1、固定源皮距（SSD）照射2、等中心定角（SAD）照射3、旋转（ROT）照射,内照射的分类 1、腔内照射 2、组织间插植照射 3、管内照射 4、表面施源器照射,射线与物质的相互作用,光电效应： 能量为hv光子与物质原子的轨道电子发生相互作用，把全部能量传递给对方，光子消失，获得能量的电子挣脱原子束缚成为自由电子，这种现象叫做光电效应。(光电效应在1030keV的 范围占优势，骨吸收高于肌肉和脂肪),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0.0325MeV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25100MeV的范围占优势。,放射物理学有关名词及概念,照射量(X),照射量 （X）是X(r)辐射在质量为dm的空气中释放的全部次级电子完全被空气阻止时，空气中形成的同一符号离子总电荷的绝对值dQ与dm的比值，即： 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 照射量是用以衡量光子辐射致空气电离程度的一个量，不能用于其他类型辐射和其他物质。,吸收剂量（D）,吸收剂量是单位质量物质吸收电离辐射的平均能量。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=100cGy；原用单位rad，1rad = 1cGy 吸收剂量使用与任何类型和任何能量的电离辐射，以及适用于任何受照物质。,比释动能（K),比释动能是不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。 K=dEtr/dm单位：焦耳/千克 (J/kg)。专用名 Gray(Gy)，1 Gy = 1 J/kg； 比释动能只适用于间接致电离辐射，适用于任何物质。,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（）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 源皮距（SSD）放射源到模体表面的射野中心处距离 源瘤距（STD）放射源到肿瘤内所考虑点的距离 源轴距（SAD）放射源到机器等中心的距离,X（）射线射野剂量学百分深度剂量（PDD） 射野中心轴上某一深度d处的吸收剂量率Dd与参考点深度d0处得剂量率Dd0的百分比,百分深度剂量表,特点： 1、表面剂量较低，并且随能量增加而减小，可以有效保护皮肤。 2、最大剂量深度随能量增加而增加。 3、百分深度剂量在剂量建成区内，随深度增加而增加，在剂量建成区后随深度增加按指数规律衰减。 建成区 从表面到最大剂量深度区域称为剂量建成区。钴-60、6MV、8MV和10MV建成深度一般为0.5cm、1.5cm、2cm和2.5cm。,百分深度剂量曲线,等剂量曲线 将体模内百分深度剂量相同的点用线连接起来，即成等剂量曲线,高能电子束射野剂量学,高能电子线的百分深度剂量分布大致为四部分：剂量建成区，高剂量坪区，剂量跌落区和X射线污染区。中心轴百分深度剂量曲线,特点： 1、表面剂量高，并随能量增加而增加。 2、剂量建成效应不明显。 3、具有有限的射程，一般等于E/2值,可以有效的保护靶区后深部的正常组织。 用途： 主要用于治疗表浅或偏心的肿瘤和浸润的淋巴结,能量和照射野的选择,常用能量 425Mev能量与治疗深度的关系 E = 3d+23Mev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,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。,内照射和外照射的区别,1、内照射的放射源活度较小，治疗距离短2、外照射射线的利用率低3、外照射肿瘤剂量受正常组织耐受量的限 制，一般采用多野照射4、内照射靶区剂量均匀性较外照射差,质子束的剂量学特点,质子束百分深度剂量曲线,特点： 1、能量反比与质子运动速度的平方，在射程末端形成典型的布喇格峰。 2、有效的保护了峰值前后的正常组织。 3、具有较高的传能线密度和相对生物效应与较低的氧增强效应。,等效方野 物理意义 如果使用的不规则野在射野中心轴处的百分深度剂量与某一方形野中心轴处剂量相等，则该方野为该不规则射野的等效方野。计算方法面积/周长比法 长方形：,得 S=2ab/（a+b）,组织补偿,为了改善人体弯曲表面对剂量分布均匀性的影响，需外加组织补偿使剂量分布均匀。 1、组织填充物 材料：用组织替代材料制成，如薄膜塑料、水袋、石蜡等。 位置：填充物一般放在皮肤表面 2、组织补偿器 材料：铜、铝、铅等来代替（如楔形板） 位置：必须远离皮肤，一般为15cm以上,临床剂量学原则,放疗 临床四原则: （1）最大:靶区剂量在一定范围内最大 （2）最小:靶区周围正常组织受量最小 （3）最准:靶区的定位和照射最准确 （4）最匀:靶区内的剂量分布最均匀 靶区内剂量变化不超过+ 5%,最佳靶区剂量,定义：使肿瘤得到最大的控制而不产生正常组织并发症的剂量。,外照射靶区剂量规定,定义 肿瘤区（GTV） 为一般的诊断手段（CT，MRI）能够确诊出的可见的具有一定形状和大小的恶性病变的范围。 临床靶区（CTV） 指按一定时间剂量模式给予一定剂量的肿瘤的临床灶亚临床灶以及肿瘤可能侵犯的范围。 内靶区（ITV）由于呼吸和器官运动引起的CTV外边界运动的范围。,计划靶区（PTV）考虑到照射中由于呼吸 、器官运动及疗程中肿瘤缩小等并且考虑到每次摆位误差等因素而扩大照射范围。 治疗区(TV) 通常用90%的等剂量线的范围作为治疗区。 照射区（IV）50%等剂量曲线所包括的范围。 危机器官（OAR）指可能卷入射野内的重要组织或器官。,ICRU 规定的区域定义图,治疗区（TV）,照射区（IV）,临床靶区(CTV),肿瘤区(GTV),内靶区(ITV),计划靶区(PTV),肿瘤致死剂量,肿瘤致死剂量TCD95：是达到95%的肿瘤控制率所需要的剂量。,正常组织的耐受剂量,串行组织：串行组织的放射性并发症概率主要决定于最大剂量，如脊髓、神经、小肠等。 并行组织：并行组织的放射性并发症概率主要受照射体积和平均剂量的影响，如肺、肝、肾等。 肺剂量 双肺V2028% 双肺V3020% 心脏 V404050% 肝脏 （60%体积）30Gy 骨髓45Gy 脑干 54Gy,治疗计划的评价DVH图在DVH图上认定靶区剂量涵盖度、剂量均匀性,等剂量曲线图可以清楚地显示高、低剂量区的空间位置,39%,