医学肿瘤治疗放射物理学

肿瘤放射物理学,教师:姚旭峰,课程介绍,物理学的一个分支医学肿瘤治疗中的重要课程考试课程(48学时)学习的目的:掌握基本肿瘤放射物理的内容学习的意义:在肿瘤放射治疗中打坚实基础学习方法:结合ppt,阅读课本考试方式:闭卷,肿瘤是一种常见病、多发病,也是危害性极大、令人可怕的疾病,其中恶性肿瘤俗称“癌症”)是仅仅次于心血管疾病居第二位造成人类高死亡率的疾病。全世界每8个人之中就有1个人在一生中患过癌症。美国今年约有122万新的癌症病人,另有130万皮肤癌未计算在内,在美国每4个死亡者中有1个是死于癌症的。美国每年约55万人死于癌症,亦即每天有1500人死于癌症，我国每年新病例达160万,死于癌症130万,每5个死亡者中有1个是癌症死亡,现有癌症病人200多万。,肿瘤是什么？,肿瘤的定义,肿瘤是人体组织细胞在内外各种有害的因素长期作用下,发生基因突变，表达紊乱，调节失控，产生过度增生及异常分化所形成的新生物或赘生物,临床上常以肿块形式出现。这种新生物并非机体所需要,不按正常规律生长或不可遏止的生长,已丧失正常组织细胞功能,并可破坏原来器官组织结构,进而危及生命。,中国常见癌瘤分布,乳腺癌散发分布鼻咽广东、广西、湖南、福建、江西食管癌河南、河北、山西胃癌西北及沿海各省（甘肃、青海、宁夏、江苏、浙江等）肝癌东南沿海（上海、广西、福建、江苏、广东）肺癌京、沪、津、辽宁、吉林、河北等宫颈癌山西、内蒙、陕西、湖北、江西等大肠癌浙江和长江下游,治疗方法,1.手术治疗根治性手术姑息性手术减状手术2.化学治疗根据细胞增殖周期选用药物单药和联合用药增敏（调节剂）合理用药,放射治疗放射源：60钴、深部X线、直线加速器等放射方式：外照射、内照射、组织内插植免疫治疗中医中药治疗,治疗方法,放射性发现,法国物理学家贝克勒尔在X射线的研究中。发现了放射性，他于1896年2月发表了关于某些元素具体放射性的论文紧接着居里夫妇加入了这个研究领域，并于1898年发现，钍与铀一样，也具有放射性，并在这一年又从沥青铀矿提炼出放射性更强的元素“钋”和“镭”；为此，居里夫妇与贝克勒尔共享了1903年的诺贝尔物理奖。为此，居里夫人又因为在这一领域内的突出贡献获1911年诺贝尔化学奖。,第一章核物理基础,第一节基本概念第二节放射性,第一节基本概念,一原子结构二原子、原子核能级三原子原子核质量四质量和能量的关系五单位体积(单位质量)物质中的原子数、电子数六基本粒子的种类和物理特性,原子的大小10-10中心为原子核，大小为10-14周围为电子旋转，单个电量e=1.610-19C原子核：质子（正电）+中子（不带电）两者质量相等，统称为核子质子数必等于核外电子数,一、原子结构,补充知识,不到一粒米的大小的原子核，其质量竟达20万吨！可见核是质量高度集中的地方。,原子序数：原子是电中性的，原子序数同时表示核外电子数、核内质子数和核电荷数。具有确定质子数和中子数的原子的总体称为核素具有相同原子序数(质子数)的原子的总体称为元素。人工合成元素共有109种，组成一个元素周期表。同位素：原子序数相同而质量数不同的核素，它们在元素周期表中处于同一个位置。,符号表示,核外电子的排布,态。显然：ml=的大小为2l不能有两个电子具有完全相同的四个量子数,在原子中具有相同n量子数的电子构成一个壳层，壳层n=1,2,3,4,5,6,7即K,L,M,N,O,P,Q最多容纳2n2电子。次壳层l=0,1,2,3,4,5,6即s,p,d,f,g,h,i,最多可容纳2l(l+1)电子。,二、原子、原子核能级,原子能级：电子原子核能级：质子和中子,原子能级（讨论电子）,电子填充壳层按照低能级到高能级的顺序以保证原子处于能量最低状态，这种状态称为基态。对于同一个能级，原子序数越大，能级越低。？吸引力变大能级交错，4s3d就是证明。不能能级轨道电子结合能不同，随着nl增大变小。对于同一个能级，原子序数越大，结合能大。,电子能级的跳跃,电子的激发态：电子获得能量时，从低能级到高能级，低能级出现空位。激发的电子回到底能级的过程是释放能量的过程，可以释放电离辐射(特征辐射)，也可以传递给外层电子，产生俄歇电子。因此可以根据特征辐射确定物质的成分和含量。,原子核能级,分层（与电子雷同）能级低到高能量释放时释放射线,微观粒子能量的表示,电子伏特eV在真空中一个电子通过真空1V获得的动能eVKeVMeVeV=1.610-19焦耳,三原子、原子核质量,u1u=1/12C其中C核子数为12相对质量质子质量：中子质量：电子质量：me=0.000548u,阿伏加德罗定律：1mol=6.02X1023=NA电子质量最小约为质子万分之一,四、质量与能量,你能算出一个质子和电子的能量？,物体的质量随它的运动速度增大而增大；任何物体的运动速度不可能超过真空中的光速。,质量亏损原子核由中子和质子组成，但实验表明，核的质量并不等于相应的质子和中子质量之和，比如对元素,五、单位体积(单位质量)物质中的原子数、电子数（了解）,参见课本提示：电子密度=每克电子数与密度之乘单质直接算混合物质：先算比例分数,六、基本粒子,第二节放射性,一、原子核的稳定性二、衰变类型三、放射性度量四、递次衰变、放射平衡五、人工放射性核素,一、原子核的稳定性,核素约有2000种，其中只有近300种是稳定的中子数与质子数之间的比例关系：对于轻核，中子数和质子数相等的核素较稳定。对于重核，由于核内质子数增多，相互间的库仑斥力增大，要保证原子核稳定，就需要有更多的中子来增加相互间的核吸引力。但是中子数的增加并不是越多越好，而是需要与质子数保持合理的比例关系。,核子数的奇偶性如果将近300种稳定核素按质子数和中子数的奇偶性分类，就会发现大多数是偶偶核，奇偶核和偶奇核各占约20，剩下的不到2是奇奇核。成对时稳定重核具有放射性（大于82）,二、衰变类型,母核子核衰变过程中释放的能量称为衰变能。,三种类型释放的衰变能分别为Q-(mxmY)c2Q+(mxmY2me)c2，QEC(mxmY)c2wi式中mX、mY分别为母核原子和子核原子的静质量；me为电子静质量；wi为轨道电子结合能；c为真空光速。,许多次衰变中每一种粒子总体的动能分布将是一个类似图16的两端低、中间高的连续谱分布。,处于激发态的原子核还有另外一种释放能量的方式，即将跃迁的能量直接转移给一个轨道电子而将后者发射出电子，这种现象称为内转换，发射出的电子称为内转换电子。要能量足够，K层内转换的概率最大,电子俘获过程与内转换过程，由于原子的内壳层缺少了电子而出现空位，外层电子将会来填充这个空位，因此两个过程都会伴随着特征X射线和俄歇电子的发射,三、放射性度量,半衰期平均寿命,放射性比活度是指单位质量放射源的放射性活度，其单位是Bqg。放射性比活度是衡量放射性物质纯度的指标。任何核素的放射源不可能全部由该种核素组成，而是被浓度大得多的相同元素的稳定同位素所稀释，还可能含有与放射性元素相化合的其他元素的一些稳定同位素，还会有衰变子核。含其他核素少的，放射性比活度就高，反之则低。,四、递次衰变、放射平衡,当放射性平衡出现后，子体的衰变速度将与母体相同,五、人工放射性核素,当时间延长，放射性活度的增长不是线性的，而是趋向饱和值P，因此，无限制地延长靶核照射时间不能提高放射性活度，一般应选择照射时间小于5个半衰期。,该系从,（钍）开始经6次,，4次,衰变成,(铅);,该系从(镎)开始经7次，4次衰变成（硼）;,该系从(铀)开始经8次，6次衰变成（铅）；,研究发现，自然界的放射性元素分成四个放射系，它们分别是,2）镎系（A=4n+1系）,1）钍系（A=4n系）,3）铀系（A=4n+2系）,该系从(铀)开始经7次，4次