《放射源及其应用》PPT课件.ppt

肿瘤放射物理学,临床常用放射源及其应用 放疗科 郭飞,学习要求 了解放射源的分类及照射方式分类 掌握常用放射性同位素的物理特性 了解近距离治疗的临床特点,第一节 放射源的种类及照射方式,1. 放射治疗使用放射源分类，主要有三类： 放出.射线的放射性同位素 产生不同能量的X射线的X线治疗机和各类加速器 产生电子束，质子束，中子束，负介子束以及其他重粒子束的各类加速器,放射源的种类及照射方式,放射源的种类及照射方式,2.放射源的两种基本照射方式 外照射位于体外一定距离，集中照射人体某一部分 内照射将放射源密封直接放入被治疗的组织间或人体天然空腔内进行治疗，如舌，鼻，食管，宫颈等部位进行照射。又叫近距离治疗。,放射源的种类及照射方式,内用同位素治疗利用人体某种器官对某种放射性同位素的选择性吸收，将该种放射性同位素通过口服或静脉注入人体内进行治疗，如用碘-131治疗甲状腺癌，磷-32治疗癌性胸水等治疗。它属于核医学治疗范畴，必须与放射治疗中的近距离治疗区分开来。,放射源的种类及照射方式,3.放射源的应用 第一类放射源可以作近距离治疗，也可作体外远距离治疗。如放射源钴-60可做腔内后装治疗使用，也可做钴机放射源进行外照射治疗。 第二三类放射源只能做体外照射。,放射源的种类及照射方式,4.近距离照射与远距离照射的区别： 近距离照射，其放射源活度较小，由几十个MBq到大约400GBq,而且治疗距离较短，约在5mm到5cm之间。 体外照射的能量其大部分被准直器，限速器等屏蔽，只有少部分能到达组织。近距离照射则相反，大部分被组织吸收。,放射源的种类及照射方式,体外照射，其放射线必须经过皮肤和正常组织才能到达肿瘤，肿瘤剂量受到皮肤和正常组织耐受量的限制，为得到高的均匀的肿瘤剂量，需要选择不同能量的射线和采用多野照射技术。 由于距离平方反比定律的影响，在腔内组织间近距离照射中离放射源近的组织剂量相当高，距放射源远的组织剂量较低，靶区剂量分布的均匀性远比外照射差。,第二节 近距离治疗常用放射性同位素,这里主要讲第一类放射源，也就是放射性同位素 它主要产生，三种射线，主要使用，两种射线 而且射线使用的最多。,近距离治疗用放射源同位素源,1.镭-226源 (226Ra) 来源：是一种天然性放射同位素，它不断衰变成放射性气体氡，后者继续衰变，经一系列衰变最后变成铅的稳定同位素。 状态：临床应用的是镭的硫酸盐，装在各种形状的铂铱合金封套内，滤过，射线。,近距离治疗用放射源同位素源,临床常用射线类型：226Ra在衰变过程中能放出，三种射线，但是临床一般只使用射线治疗，很少情况用到它的线。 半衰期：1590a 射线平均能量：镭射线能谱复杂，平均能量0.83MeV。由于镭的获得困难，实际使用量小，放射性活度低，只能作近距离治疗照射。,近距离治疗用放射源同位素源,镭作为放射源，在防护方面的四大缺点： 镭的能谱复杂，最高能达到3.8MeV,需要厚的防护层 半衰期长，遇到战争或则意外，会造成严重的区域性核污染，影响时间长，达到数百年之久。 衰变过程中会产生氡气，如有意外，镭管破裂，氡气逸出，会造成环境污染 镭的生物半衰期长，体内停留时间长，短时间不能消除，特别是使骨髓损伤严重。 由于以上原因，原则上镭在医学上应该禁用。,近距离治疗用放射源同位素源,2.铯-137 源 (137Cs) 来源：人工放射性同位素。从原子核反应堆的副产物经化学提纯加工而得到的 状态：铯(Cs)是一种呈银色的软金属。为适应许多低剂量率后装机的要求，临床上常做成球形，粒形或粒条形,近距离治疗用放射源同位素源,临床常用射线类型：主要使用137Cs释放出的射线 半衰期：33a( 因为铯137的半衰期较长，达30年，如果透过进食或呼吸，摄入了铯137，或受到沉降在地面上的铯137所照射，都会对身体有较持久的影响。) 射线平均能量：0.662MeV。 镭的替代品：有很强的穿透力，同等镭当量的铯-137源和镭具有类似的剂量分布，是取代镭的较好同位素之一。,近距离治疗用放射源同位素源,137Cs的化学提纯主要存在两个问题： 放射性比活度不可做得太高，很少用作远距离治疗机的放射源，而多做出球形或则柱形，用于中，低剂量率腔内照射放射源。 其中混有铯-134，能谱复杂，使其剂量计算比较困难,近距离治疗用放射源同位素源,3.钴-60 源 (60Co) 来源：一种人工放射性同位素，它是由无放射性的金属钴-59在原子核反应堆中经过热中子照射轰击而生成的不稳定放射性同位素。它同时释放出和射线，最终衰变为镍的稳定同位素镍-60. 状态：钴管，钴针,近距离治疗用放射源同位素源,临床常用射线类型：核内中子不断衰变为质子并放出射线，核中过剩的能量以射线形式放出。射线能量低，易于被容器吸收，所以临床常用其释放出的射线治疗疾病。 半衰期：5.27a 射线平均能量：释放出1.17MeV和1.33MeV两种射线，平均为1.25MeV.,近距离治疗用放射源同位素源,钴60放射源的应用非常广泛,几乎遍及各行各业,在农业上，常用于辐射育种、刺激增产、辐射防治虫害和食品辐照保藏与保鲜等;在工业上,常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物，以及用于厚度、密度、物位的测定和在线自动控制等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗。 钴-60因半衰期短且能量高，作为腔内照射放射源时不如铯-137，但是经常用作外照射放射源，例如：钴机和伽马刀等。,近距离治疗用放射源同位素源,危害:钴60具有极强的辐射性，能导致脱发，会严重损害人体血液内的细胞组织，造成白血球减少，引起血液系统疾病，如再生性障碍贫血症，严重的会使人患上白血病(血癌)，甚至死亡。 预防:钴60要用铅容器密闭保存，工作环境中有钴60放射性元素时，一定要穿专用防护服。平时多喝绿茶，饮茶能有效地阻止放射性物质侵入骨髓,并可使核素迅速排出体外,茶叶中的儿茶素类物质和脂多糖物质可减轻辐射对人体的危害,对造血功能有显著的保护作用。用茶叶片剂治疗由于放射引起的轻度辐射病的临床试验表明,其总有效率可达90% 。,近距离治疗用放射源同位素源,近距离治疗用放射源同位素源,4.铱-192源 (192Ir) 来源：也是一种人工放射性同位素，它是由铱-191在原子核反应堆中经热中子轰击而生成的。 状态：粒状源可以做的很小，点源等效性很好，便于计算,近距离治疗用放射源同位素源,临床常用射线类型：主要用其释放的射线作近距离治疗 半衰期：74d 射线平均能量：360KeV,近距离治疗用放射源同位素源,37-370GBq的高活度的铱 -192源普遍用于高剂量HDR 的后装治疗。它是替代镭-226，钴-60，铯-137用 于高，低 剂量率 近距离治疗最好的同位素。,近距离治疗用放射源同位素源,5.碘-125源 (125I) 来源：用天然氙气作靶材料,在液氮冷冻条件下将氙气装入厚壁锆合金或铝质靶筒内,焊接密封,然后送入反应堆内照射，生成碘125。 状态：密封籽源,近距离治疗用放射源同位素源,临床常用射线类型：低能量的射线 半衰期：59d 射线平均能量：28KeV,近距离治疗用放射源同位素源,临床常用于高低剂量率的临时性或永久性插植治疗，碘-125一直用于眼内黑色素瘤的巩膜外插植和立体定向引导的颅内插植。利用其低能内转换电子，可以进行放射自显影，比如甲状腺肿瘤活组织检查，骨密度精确测定装置。 由于其射线能量较低固有如下优点： 通过粒源间距和粒源活度的调整，改进了靶区内剂量分布，插植体积外剂量下降很快 可用小于200微米厚的铅做屏蔽保护正常的组织 大量的减少医护人员的不必要的照射,近距离治疗用放射源同位素源,与铱-192比，有如下缺点： 需要特定设备制备粒源，花费较多人力物力 价格高于铱-192 剂量分布明显的依赖于被插植组织的结构，组织的不均匀性将显著影响碘-125插植时的剂量分布,近距离治疗用放射源同位素源,现代临床使用碘-125治疗提高增益比的两个关键因素 充分利用影像设备，了解插植部位的组织结构的细节 要有较好的剂量计算模型，以表达组织边界的剂量分布的特征,近距离治疗用放射源同位素源,6.锶-90同位素源 (90Sr) 来源：人工放射性同位素，铀裂变产物 状态：临床常制成线敷贴器,近距离治疗用放射源同位素源,临床常用射线类型：射线（电子线） 半衰期：28.1a 射线平均能量：2.28MeV 临床常制成线敷贴器治疗表浅病变，（如眼角膜）并对重要器官（如眼球晶体）伤害少。高强度锶-90制成类似钴机的线治疗机，可获得300-1500cm2 的照射面积，治疗如蕈样霉菌病等广泛表浅的恶性或则良性病变。,近距离治疗用放射源同位素源,7.锎-252中子源 (252Cf) 1950年美国核化学家西博格在美国加利福尼亚州伯克利劳仑斯实验室的回旋加速器上用粒子轰击锔-242首次发现锎元素，它位于元素周期表中第98号位置。 自从1952年美国在埃尼维克珊瑚岛进行首次热核试验时第一次发现锎-252放射性核素以来到现在，整整过去了半个世纪。 后来，美国萨万那河高通量堆(1966年)和前苏联季米特洛夫格勒的高通量堆(1974年)相继大量生产锎-252放射性核素。直到目前，世界上只有美国和俄罗斯能生产和供应锎-252,近距离治疗用放射源同位素源,来源：人工放射性同位素，高通量堆中产生 状态：密封源，临床制成中子后装机，简称中子刀,近距离治疗用放射源同位素源,常用射线类型：主要使用中子治疗 半衰期：2.65a 射线平均能量：2.35MeV,近距离治疗用放射源同位素源,利用锎-252中子射线对恶性肿瘤内乏氧细胞杀伤力大、照射后几乎没有致死（或亚致死）损伤修复的独特优势,植入到人体的肿瘤组织内进行治疗。特别是对子宫癌、口腔癌、直肠癌、食道癌、胃癌、鼻腔癌等，锎-252中子治疗都有相当好的疗效。,新型近距离治疗用放射源,1.钯-103：半衰期17d,射线平均能量21Kev，用于永久性插植治疗 2.镅-241：半衰期432a,射线平均能量60Kev，多用于妇科肿瘤 3.钐-145：半衰期340d，射线平均能量41kev，用于组织间插植 4.镱-169：半衰期32d,射线平均能量93kev,用于LDR近距离治疗和术中近距离照射，但不能作永久性插植,第三节 理想放射源条件,选择合适的放射源，是制定临床中切实可行的最优放射治疗计划的前提。,理想放射源条件,一.具有理想的剂量分布 指从一个方向的入射线的能量比较单一，并能在肿瘤深度达到高剂量，而在肿瘤前后正常组织剂量较低，旁向散射又很少，有利于保护正常组织，这就体现了射线的物理性能良好。,理想放射源条件,单野照射时，X射线，60Co射线进入人体后，从最高剂量点开始，随着深度增加，剂量逐渐下降，对深度肿瘤达不到杀灭剂量，而肿瘤组织前后的组织均受到了较大剂量照射 医用直线加速器的电子束进入人体皮肤后，一直维持较高剂量，在预定的肿瘤深度（可调能量）后面骤然下降，保护了后面的正常组织 质子束，负介子和重力子等粒子在组织表面能量损失小，随深度增加，能量损失逐渐加大，在肿瘤组织深度形成高剂量，其前后的正常组织形成低剂量,理想放射源条件,理想放射源条件,二.能杀灭乏氧细胞 低LET射线的OER（氧增强比）依赖高，对乏氧细胞不敏感。 高LET射线由于电离密度高，对OER依赖低，对乏氧细胞也敏感 所以，高LET射线具有极大优越性,理想放射源条件,三.能杀灭非增殖期细胞 G0期 通过放射生物学我们知道，非增殖期细胞 G0期更具有放射抗拒性。而受这种变化的影响，在高LET射线要比低LET射线小，因此可认为高LET射线更能杀灭可造成复发的非增殖期细胞 和相对不敏感的S期细胞,第四节 近距离治疗的临床特点,一.近距离治疗概述 近距离治疗是一专用术语，有时也叫做居里治疗 或体内居里治疗，它用来描述使用体积小且密封的 放射源近距离治疗肿瘤。,近距离治疗的临床特点,1.近距离放射治疗简史 1898年居里夫妇宣布发现了一种称为镭的放射性物质。 1901年物理学家 Becquera 在实验中意外受到镭的灼伤。 1903年由Goldberg等首先用镭盐管直接贴近皮肤表面治疗皮肤基底细胞癌，并取得了人们意想不到的疗效。,近距离治疗的临床特点,1913年镭首次用于宫颈癌的治疗。 1914年Failla收集了镭蜕变时释放的气体氡，装入小型的容器中，植入瘤体做永久性植入，开始了组织间放射治疗。 1921年Sievert提出了点源、线源的剂量计算公式并一直延用至今。,近距离治疗的临床特点,由于当时近距离放疗时操作人员受量过大以及误认为外照射可以应付一切，使近距离放疗的应用受到一定的限制，主要只用于妇科肿瘤。 为了解决放射防护问题，自上世纪60年代初，在英国、瑞士等国的几个医疗中心分别研制了“后装式”腔内放疗机，提出了后装技术。 上世纪80年代中期，应用程控步进马达驱动高活度微型放射源，辅以严谨的安全连锁系统的计算机控制后装机的出现，使近距离放疗技术得以迅速发展，扩展至全身多种肿瘤的治疗，它与外照射配合，体现了放疗发展的新趋势。,近距离治疗的临床特点,2.近距离治疗按植入类型分类： 腔内 放射源放置人体空腔内贴近肿瘤组织 组织间 放射源经手术植入肿瘤组织内 表面 放射源放置表面覆盖治疗组织 管内 放射源放置于人体管腔内 术中 放射源在手术中植入到靶组织 血管内 单一放射源放置在小的或大的动脉内,近距离治疗的临床特点,3.按照治疗持续时间分类 一时性 一短的时间内实施照射，达到处方剂量后将 放射源退出 永久性 放射源活性期内直至完全衰变，一直实施照 射,近距离治疗的临床特点,4.按照放射源装入方式分类 热装入在施源器放置患者治疗位置时，放射源已事 先装入施源器内 后装 首先将施源器放置在靶位置，然后将放射源 通过手动（手工后装）或则机械方式（自动 远距离后装）装入施源器,近距离治疗的临床特点,5.按照剂量率分类 低剂量率（LDR） 0.4-2Gy/h 中剂量率（MDR） 2-12Gy/h 高剂量率（HDR） 12Gy/h,近距离治疗的临床特点,6.近距离治疗的物理学优缺点： 优点：辐射剂量主要局限于靶体积 缺点：近距离治疗仅能用于局限且体积相对小的肿瘤病 例 在一个放射治疗科，所有接受放疗患者，约有10-20%采用近距离治疗,近距离治疗的临床特点,7.实施近距离治疗必须考虑的几个问题 相对治疗体积确定放射源放置位置的方法？ 如何建立质量控制规程？ 如何服从放射生物学的效应规律？,近距离治疗的临床特点,二.近距离治疗机类型 后装治疗机 1.密封放射源 2.储源器 3.程控步进马达驱动 4.施源器 5.真假源通路 6.计算机控制系统 7.安全联锁系统,近距离治疗的临床特点,粒子源植入 通过影像学手段获得肿瘤部位三维图像后导入计划系统，放疗物理师和放疗医师依据处方剂量协同制订治疗计划，包括源的类型，活度，个数，和源在组织中的分布形式。然后在超声引导下利用模板和粒子源专用植入工具按计划植入并进行实时确认。最后进行源定位和剂量分布验证。 方式有：暂时植入 和 永久植入,近距离治疗的临床特点,近距离治疗的临床特点,表面敷贴器 指主要利用射线核素贴近皮肤或组织表面进行治疗的一种装置。 主要用于治疗局部性神经性皮炎，局部牛皮癣，和表浅肿瘤等。,近距离治疗的临床特点,三.现代近距离治疗基本步骤 医生根据靶区的情况，将空载施源器放置在合适的位置并固定。 在施源器内置入定位缆并拍摄光片(可用模拟定位机或模拟定位箱两种方法)或进行CT/MRI扫描。,近距离治疗的临床特点,制定放疗计划 施源器及放射源在三维空间坐标的确定；医生根据病灶情况，给出参考点距离、处方剂量，计算机可根据上述参数进行优化处理后，自动给出各驻留点的驻留时间,近距离治疗的临床特点,剂量优化（dose optimization） 利用一些数学算法，根据临床对靶体积剂量分布的要求，设计和调整放射源的配置（位置和/或强度），使得剂量分布最大限度的满足临床要求。这一方法借助于计算机技术（TPS）的发展，特别在计算机控制的步进源后装照射技术中得到应用。目前采用的剂量优化主要是基于施源器的剂量优化技术。,近距离治疗的临床特点,治疗计划的实施 将病人送入治疗室，用相匹配的传导管或施源器接头将施源器与治疗机连接好，关闭治疗室门，在控制室利用计算机的治疗控制程序执行制定好的治疗计划。在多管治疗时要注意施源器的排列顺序，必须与治疗计划中施源器的排列顺序相一致。,近距离治疗的临床特点,治疗计划保存 标准程序：在很多情况下，疾病的性质、类型、病人的解剖情况相同，此时治疗原则和方案是相同的，若使用标准程序，可提高机器使用率，也节省了病人的费用。,近距离治疗的临床特点,近距离治疗的临床特点,近距离治疗的临床特点,四.近距离治疗的特点 1.使用放射性核素源，与远距离放疗相比，其放射源的强度很小，一般在几个豪居里到几十个居里左右。 2.有效治疗距离短，约在5mm到5cm之间。 3.由于放射源放置在肿瘤组织中或者紧贴肿瘤组织，射线的大部分被组织吸收 4.剂量分布遵循平方反比定律，剂量分布不均匀。,近距离治疗的临床特点,五.光子放射源的特点 近距离治疗中放射源通常为密封源，具有密封套 密封套作用： 保存放射性核素 使放射源更加坚实 对光子放射源，吸收其衰变产生的和射线,近距离治疗的临床特点,选择适宜的光子放射性核素取决于与之相关联的物理和剂量学特点，其中重要的是： 光子能量和光子射线束穿透组织及屏蔽材料的程度 半衰期 屏蔽材料的半价层 比活度 放射性强度 随距放射源的距离变化，剂量的反平方跌落,近距离治疗的临床特点,近距离放射源涉及的物理量及单位 衰变常数（）：表示单位时间内每个原子核衰变的概率，其数值大小因核素而异，值越大，衰变越快。 放射性活度（A）：定义为放射源在某时刻的衰变率。活度的国际单位制单位是贝克勒尔（Bq），此前的单位是居里（Ci）。 1Ci=3.7 1010Bq,近距离治疗的临床特点,空气比释动能率(Kair(dref)air. ICRU定义为：空气中经空气吸收和散射校正，参考距离1m处的空气比释动能率，单位为Gy/s.或则Gy/h. 在一给定位置，准确测量放射性强度是可行的，而空气比释动能率等于放射性强度除以距离的平方，因此使用空气比释动能率来表示放射源的强度。,近距离治疗的临床特点,六.近距离治疗放射源的临床应用 对于妇科肿瘤 放射源类型：现代远距离后装机使用最多的是铱-192 妇科肿瘤中使用最多的却是铯-137 施源器：包括一个中位管（串行的空腔管）和侧位源容器（卵源器）。,近距离治疗的临床特点,放射源的分布 宫颈癌的腔内放射治疗，要兼顾靶体积和周围的敏感器官，要求仔细确定放射源的分布。临床指南通常要确定宫颈旁组织获得足够的剂量，并在考虑粘膜限值的同时，避免宫颈周围区域欠剂量,近距离治疗的临床特点,妇科腔内放疗剂量学系统 什么是剂量学系统？,近距离治疗的临床特点,它是一个模型。是一个在长期实践过程中总结出来的计算模型。使用一个好模型的优点，一是可以从长期使用这些模型的经验中获得益处，另一是从发表的文献中吸取其优点。 在近距离治疗中使用相同的模型可以简化治疗结果的比较,近距离治疗的临床特点,曾经，经典妇科肿瘤（宫颈癌）剂量学系统主要有三个 斯德哥尔摩系统 巴黎系统 曼彻斯特系统 现在统一的标准为 ICRU38#报告建议,近距离治疗的临床特点,斯德哥尔摩系统：使用较高强度放射源分次照射。宫腔源强度约为5388mgRa，阴道容器为平的或弯曲的源盒，总强度约为6080mgRa，每次治疗时间2730小时，共照射23次，间隔约3周。,近距离治疗的临床特点,巴黎系统：使用低强度放射源连续照射。宫腔源强度约1016mgRa，阴道使用三个独立的源容器，一个在宫颈口，另两个分别紧贴两侧的阴道穹隆。所有源的总强度约为4070mgRa，总治疗时间为68天。,近距离治疗的临床特点,曼彻斯特系统：是基于巴黎系统发展起来的，使用中等强度放射源，阴道容器改为两个卵圆形容器。该系统提出了A点、B点为剂量参照点，剂量计算改用照射量（伦琴）来描述。A点位于宫颈口上方2cm，子宫中轴旁开2cm的交点处，临床上相当于子宫动脉与输尿管交叉点，是宫颈癌腔内放疗的计算点，代表正常组织所接受剂量；B点位于A点同一水平，在A点外侧3cm，临床上相当于闭孔淋巴结区域，代表盆腔淋巴结受量。其治疗方式为一周两次照射，间隔2天为佳。至今，A、B点概念仍为世界各国的许多医疗中心所广泛应用。,近距离治疗的临床特点,近距离治疗的临床特点,1985年ICRU发布了第38号报告，力图使宫颈癌放射治疗记录标准化。报告建议腔内照射的剂量学模式，除像外照射那样定义靶区、治疗区、照射区、危及器官等以外，还要定义参考体积。参考体积定义为参考等剂量线面所包括的范围，从高度（dh）、宽度（dw）、厚度（dt）三个方向予以描述。参考等剂量线面定义为处方剂量所在的等剂量线面。当内外照射合并应用时，应分别予以描述。同时还要给出相对重要器官的参考点剂量和盆腔淋巴引流区参考点剂量。,近距离治疗的临床特点,从高度（dh）、宽度（dw）、厚度（dt）三