（精选幻灯片）临床放射物理学基础.ppt

临床放射物理学基础 赣南医学院第一附属医院放疗科 郭海亮252775074 1 原子结构 2 核能级 原子核通常保持在稳定的基态受到外界能量 原子核将处于激发态 原子核由激发态回到基态是会释放光子的形式辐射能量 光子能量为这两个能级之差 3 放射性核衰变 4 5 6 放射治疗剂量单位 7 8 射线的测量和校正 9 电离辐射与物质的相互作用 带点粒子与物质的相互作用 1 与原子核外电子发生非弹性碰撞 电离与激发 2 与原子核发生非弹性碰撞 3 与原子核发生弹性碰撞 4 与原子核发生核反应 10 光子与物质相互作用 与带电粒子相比 X 射线与物质的相互作用表现出不同的特点 1 X 光子不能直接引起物质原子电离或激发 而是先把能量传递给带电粒子 2 X 光子与物质的一次相互作用可以损失其能量的大部分或全部 而带电粒子则是通过许多次相互作用逐渐损失其能量 3 X 光子入射到物体时 其强度随穿透物质厚度近似呈指数衰减 而带电粒子有确定的射程 在射程之外观察不到带电粒子 光电效应康普顿效应电子对效应 11 光电效应 康普顿效应 e e h h h 电子对效应 h Ze e e 相互作用方式 12 一 高能X 射线的物理特性 13 一 高能X 射线的物理特性 14 四 其他重粒子的物理特性 用于放射治疗的其他重粒子物理剂量分布和质子大致相同 同时它的高LET值造成高的RBE和低OER 对高能X 射线抗拒 修复能力强的肿瘤 采用重粒子照射时会提高它的放射敏感性 常用的重粒子包括 氦 碳 氧 氖等的原子核离子 15 放射源的种类及照射方式 放射源的种类 1 放出 射线的放射性同位素 2 产生不同能量的X射线的X射线治疗机和各类加速器 3 产生电子束 质子束 中子束 负 介子束及其它重粒子束的各类加速器 16 放射源的种类及照射方式 基本的照射方式 放射源位于体外一定距离 集中照射人体某一部位 叫做体外远距离照射将放射源密封后直接植入被治疗的组织内或放入人体的天然腔隙内 如口腔 鼻咽 食管 宫颈等部位进行照射 叫做组织间照射和腔内照射 简称近距离照射 还有一种情形是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者静脉注入人体内进行治疗 称为内用同位素治疗 17 常规远距离照射 固定源皮距 SSD 技术医生在皮肤表面勾画出照射野的形状 直接对准进行照射的方式 等中心 SAD 技术通过患者身体上或辅助固定器材上确定标记点 借助资料室激光灯系统 建立与治疗机坐标系的统一 肿瘤中心与治疗机等中心 应用多个照射野 多角度进行照射的方式 18 19 20 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 名称定义 21 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 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 射野中心轴射线束的中心对称轴线 临床上一般用放射源S穿过照射野中心的连线作为射野中心轴 照射野射线束经过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 22 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 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 校准点在射野中心轴上指定的用于校准的测量点 模体表面到校准点深度记为dc 源皮距 SSD 放射源到模体表面照射野中心的距离 源瘤距 STD 放射源沿射野中心轴到肿瘤考虑点的距离 源轴距 SAD 放射源到机架旋转轴和机器等中心的距离 23 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 等中心 放射源 中心轴 照射野 大小为投影在等中心平面大小 SSD SAD 24 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 25 26 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 百分深度剂量定义 射野中心轴上某一深度d处的吸收剂量率与参考点深度d0处剂量率的百分比 对能量低于400kVX射线 对高能X 射线 27 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 28 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 射线质对百分深度剂量的影响 29 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 射线质对百分深度剂量的影响 1 随能量的增加 最大剂量点下移 2 体模表面百分深度剂量随能量的增大而变小 高能射线可以更好的保护皮肤 3 在最大剂量点之后 百分深度剂量随能量的增大而增大 提示 根据具体的肿瘤深度选择合适的射线能量避免在正常组织沉积过高剂量 30 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 照射野大小对百分深度剂量的影响 原射线贡献 剂量计算点 散射线贡献 31 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 照射野大小对百分深度剂量的影响 1 射野面积很小时 由于从其它地方散射到某一点的体积较小 所以散射对百分深度剂量的影响比较小 其表面下某一点的剂量基本上是由原射线造成的 2 当射野面积较大时 由于散射射线增多 随之增加 开始时 随面积的增加而加快 以后变慢 3 高能时 由于散射射线主要向前 所以百分深度剂量随射野面积改变较小 32 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 照射野大小对百分深度剂量的影响临床上通常给出方形野的百分深度剂量 对于长方形野 圆形野 以及不规则野则需要通过等效面积的转换 临床治疗一般为不规则野 33 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 临床上的等效方法 采用面积 周长比法 如果两个野面积 周长比相同 则认为等效 设矩形野长a 宽b 方形野边长为s面积 周长比法虽然没有很好的物理基础 只不过是个经验公式 但在临床上得到广泛的应用 对圆形野 只要面积与某一方形野近似相同 就可认为等效 即s 1 8r 34 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 源皮距对百分深度剂量的影响非标称源皮距下的百分深度剂量通过测量或者校正因子F使其和标称源皮距的百分深度剂量相关联 校正因子的得出遵循以下原理 1 原射线遵从距离平方反比定律 2 原射线在介质中的吸收遵从指数衰减规律 3 散射线贡献的份额与最大剂量深度出的照射野面积有关 35 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 源皮距对百分深度剂量的影响 距离平方反比图示 散射面积图示 36 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 源皮距对百分深度剂量的影响 原射线在介质中的吸收遵从指数衰减规律图示 37 二 高能X 射线百分深度剂量及影响因素 38 组织空气比与组织最大剂量比 组织空气比 TAR 39 组织空气比与组织最大剂量比 组织空气比 TAR 定义 肿瘤中心 旋转中心 处小体积软组织中的吸收剂量率 同一空间位置空气中一小体积软组织内的吸收剂量率 40 组织空气比与组织最大剂量比 在等中心照射时 利用百分深度剂量进行剂量的计算遇到困难 组织空气比可以克服这一点 但是TAR的缺点是它必须测出空气中计算点处的吸收剂量率 因射线能量增加时 电子平衡不能建立 测量变得困难 误差也变大了 Holt提出组织最大剂量比的概念 41 组织模体比 TPR 为模体中射野中心轴上任意一点的剂量率与空间同一点模体中射野中心轴上参考深度 t0 处同一射野的剂量率之比 组织模体比和组织最大剂量比 参考深度5cm或10cm 不要与PDD的定义混淆 42 Q为考虑点 P为当前条件下 射野中心轴上最大剂量点 Qm为Q点成为最大剂量点的情况 43 当t0 dm时 TPR变为TMR 组织最大剂量比 对相同X 射线的能量 因为dm随射野增大而减小 随源皮距的增大而增大 故dm应取最小射野和最长源皮距时的值 44 在准直器系统产生的散射线中 对剂量贡献主要来自于一级准直器和均整器所产生的散射线 治疗 二级 准直器所产生的散射线对剂量的贡献不到1 因此治疗准直器 包括射野挡块 只作为有效原射线的开口影响Sc大小 它本身产生的散射线对Sc的影响可以忽略 准直器系统各组成部分对OUF或Sc的影响情况 45 射野输出因子的测量 一般用带有剂量建成套的电离室在空气中直接测量小射野的剂量率 与参考野 10cm 10cm 的剂量率相除后得到射野输出因子 OUF或Sc 测量射野输出因子时应注意 射野范围的大小必须大于建成套的直径 46 47 模体散射校正因子 Sp 射野在模体内参考点 一般在最大剂量点 深度处的剂量率与准直器开口不变时参考射野 10cm 10cm 在同一深度处剂量率之比 总散射校正因子 Sc p 射野在模体中参考点深度处的输出剂量率与参考野在模体中同一深度处的输出剂量率之比 它是为由准直器和模体的散射线共同造成的 48 49 六 人体曲面和不均匀组织修正 50 51 52 人体曲面的校正方法 53 不均匀组织修正 三维计划系统中通过算法来进行不均匀组织的校正 54 55 组织补偿 56 组织补偿 57 组织补偿 58 电子线组织不均匀性校正 三维计划系统中通过基于多级散射理论的算法来进行不均匀修正 59 电子线补偿技术 补偿人体不规则的外轮廓减弱电子线束的穿透能力提高皮肤剂量 经常使用的补偿材料有石蜡 聚苯乙烯和有机玻璃 60 临床处方剂量的计算方法 固定源皮距 SSD 照射技术 式中 为SSD因子 为楔形因子 为挡块托盘因子 为准直器散射因子 为模体散射因子 为治疗肿瘤剂量 61 临床处方剂量的计算方法 式中 为SAD因子 SAD因子用于校正TMR 的归一参考点与射线束剂量校正位置不同对输出量的影响 等中SAD照射技术 62 临床处方剂量的计算方法 处方剂量 MU TPS内核算法 63 临床处方剂量的计算方法 64 五 高能电子线临床剂量学 百分深度剂量曲线 剂量建成区高剂量坪区剂量跌落区X线污染区 65 五 高能电子线临床剂量学 Ds 入射或表面剂量 以表面下0 5mm处的剂量表示 Dm 最大剂量点剂量 R100 最大剂量点深度 Dx 电子束中x射线剂量 Rt R85 有效治疗深度 即治疗剂量规定值R50 50 Dm或半峰值处的深度 HVD Rp 电子束的射程 Rq 百分深度剂量曲线上 过剂量跌落最陡点的切线与Dm水平线交点的深度 66 五 高能电子线临床剂量学 影响电子线百分深度剂量的因素 1 能量的影响 由于电子束易于散射 所以随着射线能量的增加 表面剂量增加 高剂量坪区变宽 剂量梯度减小 X射线污染增加 电子束的临床剂量学优点逐渐消失 提示 根据肿瘤深度选择合适能量电子线使其在有效治疗深度之前 67 五 高能电子线临床剂量学 2 照射野的影响低能时 因射程较短 射野对百分深度剂量的影响较小 对较高能量的电子束 因射程较长 使用较小的照射野时 相当数量的电子被散射出照射野 百分深度剂量随射野的变化较大 当照射野增大时 较浅部位中心轴上电子的散射损失被照射野边缘的散射电子补偿逐渐达到平衡 百分深度剂量不再随射野的增加而变化 一般条件下 当照射野的直径大于电子束射程的二分之一时 百分深度剂量随照射野增大而变化极微 68 五 高能电子线临床剂量学 3 源皮距的影响当源皮距不同时 一些主要参数的变化规律 主要表现为 当限光筒至皮肤表面的距离增加时 表面剂量降低 最大剂量深度变深 剂量梯度变陡 X射线污染略有增加 而且高能电子束较低能电子束变化显著 造成这一现象的主要原因 是由于电子束有效源皮距的影响和电子束的散射特性 由于电子束百分深度剂量随源皮距变化的这一特点 要求临床应用中 除非特殊需要 应保持源皮距不变 否则要根据实际的临床使用条件 具体测量百分深度剂量有关参数的变化 69 五 高能电子线临床剂量学 电子线等剂量曲线的分布特点 随深度的增加 低值等剂量线向外侧扩张 高值等剂量线向内侧收缩 并随电子束能量而变化 70 五 高能电子线临床剂量学 电子线照射野内剂量的均匀性和半影 71 电子线特殊照射技术 旋转照射技术一般应用在乳腺癌胸壁照射 可以使剂量更加均匀 肺受量降低 全身照射技术主要治疗浅表病变 皮肤癌等 一般通过延长治疗距离 旋转照射 扫描照射来实现 术中电子线照射技术使用6 20Mev能量高能电子线 在直视下对病灶进行10 20Gy单次大剂量照射技术 照射范围包括术后瘤床 残存灶 或借助手术暴露但不能切除的肿瘤原发灶 淋巴引流区 术中照射可以提高肿瘤局控率 同时减少正常组织放射并发症 72 五 高能电子线临床剂量学 电子束射野均匀性表示 均匀性指数100cm2以上的照射野 此比值应大于0 70 即沿射野边和对角线方向90 50 等剂量线的边长之比L90 L50 0 85 同时必须避免在该平面内出现峰值剂量超过中心剂量的3 的剂量 热点 它所包括的面积的直径应小于2cm 面积之比 73 定义 将封装好的放射源 通过施源器或输源导管直接植入患者的肿瘤部位进行照射 基本特征 放射源贴近肿瘤组织 使其可得到有效的杀伤剂量 而邻近正常组织 受量较低 很少单独使用 腔内照射组织间插植照射管内照射表面施源器照射 70年代 随着后装技术的应用 近距离照射得到长足发展 与外照射相比 有其独特的剂量学特点 在临床应用中要给予特别的考虑 照射方式 近距离照射 74 一 平方反比定律 第一节近距离照射剂量学基本特点 最基本最重要的特点 放射源周围的剂量分布是按照与放射源之间距离的平方而下降 是影响放射源周围剂量分布的主要因素 75 近放射源处的剂量随距离变化要比远源处大得多 1 2cm剂量变化为4倍3 4cm剂量变化为1 8倍靶区内剂量相差很大 76 对不同体积的病变 只能按特定的剂量学规则 选用不同的布源方式 以达到在不加重正常组织损伤的前提下 给予肿瘤组织较高剂量的照射 基于平方反比定律特点 近距离照射剂量学与外照射剂量学有很大的不同 近距离照射中 一般不使用剂量均匀性的概念 外照射时 计划靶区内剂量变化一般不超过土5 而在近距离照射时 在治疗范围内 剂量不可能均匀 临床应用时应该明确 77 系统规定了放射源的类型 强度