放射物理临床剂量学

放射物理临床剂量学,上海新华医院放疗科周志孝,一吸收剂量定义及单位,1吸收剂量(D)(ABSORBEDDOSE)1）吸收剂量定义吸收剂量是指任何电离辐射，授予质量为dm的物质的平均能量d除以dm所得的商，即：,dD=(1)dm-式中：-平均授与能。授与能为进入某一体积的全部带电电离粒子和不带电电离粒子能量的总和与离开该体积的全部带电离粒子和不带电电离粒子能量的总和之差，再减去在该体积内发生的任何核反应或基本粒子反应所增加的静止质量的等效能量。,2）吸收剂量的单位国际单位制单位：焦耳每千克，焦耳.千克-1（J.Kg-1）专名：戈瑞，戈（Gy),毫戈瑞（mGy），微戈瑞(Gy）专用单位：拉德（rad）1戈瑞（Gy）=1焦耳.千克-1（J.Kg-1）1Gy=103mGy=106Gy1rad=10-2Gy=1cGy,2吸收剂量率（D）(ABSORBEDDOSERATE),1）吸收剂量率定义.吸收剂量率（D）是单位时间内吸收剂量的增量。严格定义为：某一时间间隔dt内吸收剂量的增量dD除以该时间间隔dt所得的商。即：,。dDD=（2）dt.式中，D-吸收剂量率。,2）吸收剂量率的单位国际单位制单位：焦耳每千克秒，焦耳.千克-1.秒-1（J.Kg-1.S-1）专名：戈每秒，戈.秒-1（Gy.S-1），毫戈.时-1（mGy.H-1），戈.分-1（Gy.min-1）专用单位：拉德每秒，拉德.秒-1（R.S-1），毫拉德.时-1（mrad.h-1）,3照射量（X）(EXPOSURE),1）照射量定义照射量是指X线或线的光子在单位质量空气中释放出来的所有次级电子，当它们完全被空气阻止时，在空气中所形成的任何一种符号离子的总电荷量的绝对值。其定义为dQ除以dm所得的商，即：,dQX=（3）dm式中：dQ-在质量为dm的一个体积元的空气中，当光子产生的全部电子均被阻止于空气中所形成的任一符号的离子总电量的绝对值。,2）照射量的单位国际单位制单位：库仑每千克，库仑。千克-1（C.Kg-1）专名：无专用单位：伦琴，伦（R），毫伦（mR），微伦（R）,1伦琴=2.58x10-4库仑.千克-11R=103mR=106R,4照射量率（X）(EXPOSURERATE),1）照射量率定义.照射量率（X）是单位时间内照射量的增量，定义为dX除以dt所得的商。即：,.dXX=（4）dt式中：dX-时间间隔dt内照射量的增量。,2）照射量率的单位国际单位制单位：库仑每千克秒，库仑.千克-1.秒-1（C.Kg-1.S-1）专名：无专用单位：伦琴每秒，伦.秒-1（R.S-1），伦.分-1（R.Min-1），毫伦.时-1（mr.h-1）,5吸收剂量与照射量的关系,吸收剂量(D)和照射量（X）是两个概念完全不同的辐射量，但这两个物理量间，在相同的条件下又存在着一定的关系。关系如下：D=f.X（5）式中：f-照射量-吸收剂量转换系数。,6比释动能（K）(Kineticenergyreleasedinmaterial),1）比释动能定义比释动能K等于dEtr除以dm所得的商。即不带电电离粒子在质量为dm的介质中释放的全部带电粒子的初始动能之和，即：,dEtrK=(6)dm式中：dEtr应包括带电离粒子在韧致辐射中辐射的能量和发生在dm介质中二次效应产生的所有带电粒子如俄歇电子的能量。,2）比释动能的单位国际单位制单位：焦耳每千克，焦耳.千克-1（J.Kg-1）专名：戈瑞，戈（Gy),毫戈瑞（mGy），微戈瑞(Gy）专用单位：拉德（rad）1戈瑞（Gy）=1焦耳.千克-1（J.Kg-1）1Gy=103mGy=106Gy1rad=10-2Gy=1cGy,比释动能用以衡量不带电电离粒子与物质相互作用时，在单位质量物质中转移给次级带电粒子初始动能总和的多少的一个量，因此，与吸收剂量不同，比释动能只适用于间接致电离辐射，但适用于任何介质。,7比释动能与吸收剂量的关系,在带电粒子平衡条件下，数值上比释动能可表示为：K=D/(1-g)(7)g为次级电子以韧致辐射损失能量的份额。,二射线剂量学原理,放射性射线能使受照物质的分子，原子电离，故称作为“致电离辐射射线”。放射性射线的电离性在放射治疗临床上的应用：放射性射线治癌治疗剂量的测量,放射性射线能使受照物质电离而产生正负离子对，这是放射性射线与物质作用时共有的物理特性。对一般物质而言产生的离子对很容易复合而不容易收集。但若是空气时不一样了，产生的离子对不易复合，故很易收集而形成电离电流。,通过电离室收集到一种符号的电离电流为：I=e.N0./（8）e电子电荷，1.6x10-19库伦N0单位时间内进入电离室的辐射粒子数-电离辐射在某种气体中损失的能量-该气体的平均电离能,在放射治疗临床应用范围内电离电流是比较小。一般在10-9-10-15安培范围内，故需要采用弱电流测量系统。测出电离电流就可知照射量，然后转换成吸收剂量。这不仅使放射治疗进入了定量阶段，而且也使剂量防护有了定量的评价。,主要剂量仪类型:电离室剂量仪半导体剂量仪胶片剂量仪（黑度计）热释光剂量仪(TLD)热剂量仪（量热计）,热剂量仪（量热计）是真正的吸收剂量剂量仪。而临床剂量校准一般用的是电离室剂量仪。,三剂量校准公式,剂量校准是日常工作中最重要的工作之一。它是用标准剂量仪来校准治疗机的监督剂量仪使之达到一定的标准。目标：在标准测试条件下使治疗机的监督剂量仪的读数与在参考点的标准剂量仪的读数相一致（2%）。,1）第一版本（常用型）D=RCCTPCi（9）式中：D-测量值（吸收剂量单位），R-剂量仪读数，C-照射量-吸收剂量转换系数，CTP-温度气压校正系数，Ci-剂量仪校正因子。,P0T1013（273+t）CTP=（10）PT0P（273+20）式中：t-测量体模温度（C0）P-治疗室气压（mbar）,2）第二版本（JJG589-2001）Dw（Peff）=M*ND*Swari*Pu*Pcel（11）式中：Dw（Peff）-水中有效测量测量点的吸收剂量，M-剂量仪读数（经温度，气压，复合等修正），ND-由鉴定部门给出的空腔气体校正因子，Swair-水对空气的平均阻止本领比，Pu-扰动因子，Pcel-中央电极修正.,ND=Nx*w/e*Katt*Km（12）ND=NK*(1-g)*Katt*Km式中：Nx-电离室的照射量校准因子，Nk-电离室的空气比释动能校准因子，w/e-在空气中生成每对离子产生基本电荷平均消耗的能量，w/e=33.97J/C，g-次级电子的能量以轫致辐射损失的分数，Katt-校准时室壁的吸收和散射减弱，Km-室壁和平衡帽非空气等效引入的修正。,3）第三版本（JJG664-90）Dw=MxNC（13）式中：Dw-X线在水中校准点的吸收剂量，Mx-经过空气密度，湿度，离子复合修正后的计量仪示值N-在标准实验室由60Co线刻度的照射量校准因子，（C/Kg/dir，R/dir），C-由测量的照射量值转换成水中吸收剂量的转换因子。（GyKg/C，rad/R）。,4）三个版本的分析比较）三个版本的剂量校准公式在本质上是一致的，但（11）（13）式更科学些，进一步揭示了C的本质。即：C(rad/R)=KattKmw/e*SwairPuPcel*2.58x10-4c/R*100rad/Gy(14)w/e=33.97J/c2）三个版本之间也有不同点，（11）式明确提出了湿度修正问题。公式为：(273.2+20)(P-0.3783P1)Kh=-(15)(273.2+Tr)(101325),不同版本CE值比较表(rad/R),四剂量校准测量,1剂量校准测量基本条件标准水箱（30 x30 x22cm3）标准剂量仪（电离室剂量仪）标准源皮距标准照射野（10 x10cm2）校准点深度（dc）等温半小时,2剂量校准公式RDm=-CCtpCiC0（16）PDD（dc）式中：Dm-加速器监督剂量仪示值，PDD（dc）-在校准深度dc点处对应的百分深度剂量。,五临床剂量计算,临床剂量计算是日常工作中最重要的工作之一。它是在医生给定肿瘤剂量（Dt），照射野面积（A），肿瘤深度（dt），射线能量和照射方式等临床治疗参数后直接算出开机预置量（DM）的一种计算。在临床上主要有四种照射方式，即标准源皮距照射（SSD），源瘤距照射（SAD），非标准源皮距照射（DSSD）和旋转照射（ARC）。故有四种临床剂量计算方法。,1标准源皮距照射临床剂量计算（SSD）,1）加速器DtfiDM=-（17）NPDDfafwfDf,式中：DM-单次开机预置剂量，（MU）Dt-肿瘤治疗总量，（cGy）N-分割次数，（次）PDD-百分深度剂量，fa-照射野转换系数，fw-楔形因子，fD-监督剂量仪剂量非线性校正因子，fi-监督剂量仪剂量比对因子，f-托架因子。,2）60Co治疗机DtfitM=-（18）NDPDDfafwftf.式中：D-标准源皮距条件下60Co剂量率，（cGy/min）ft-监督记时器时间非线性校正因子。,2源瘤距照射临床剂量计算（SAD）,1）加速器DtfiDM=-（19）NTMRfsadfasfwfDf式中：TMR-组织最大剂量比，fsad-源瘤距因子，as-有效方野边长。（cm）,等中心照射时：f+df-d0TMR(f-d,ac,d)=PDD(f,as,d)*()2*()b(20)f+d0f-df+d0ffSAD=()2*()b(21)ff-d0b=0.068f其中：as=*ac(22)f+d,fas=-ac（23）（f+d）式中：f-标准源皮距，（cm）d-肿瘤深度，（cm）ac-等中心处等效方野边长。（cm）,TMR(d,d0)=TPR(d,dt)*PDD(dt,d0),2）60Co治疗机DtfitM=-.-（24）NDTMRfsadfasfwftf式中：TMR-组织最大剂量比，fsad-源瘤距因子，as-有效方野边长。（cm）,3非标准源皮距照射临床剂量计算（DSSD）,1）加速器DtfiDM=-（25）NPDDDSSDfasfffwfDf式中：PDDDSSD-非标准源皮距照射百分深度剂量，as-有效方野边长，（cm）ff-非标准源皮距衰减因子。,非标准源皮距照射：f+dfD+d0PDDDSSD(fD,a,d)=PDD(f,as,d)*(*)2（26）fD+df+d0f+d0fff=()2*()b(27)fD+d0fDb=0.068fD+dfas=*a(28)f+dfD,（fD+d）fas=-a（29）（f+d）fD式中：f-标准源皮距，（cm）fD-非标准源皮距，（cm）d-肿瘤深度，（cm）a-非标准源皮距表面等效方野边长。（cm）,2）60Co治疗机DtfitM=-.-(30）NDPDDDSSDfasfffwfDf,4旋转照射临床剂量计算（ARC）,旋转照射本质上是等中心照射，故可以用（19）式来做临床剂量计算。但旋转照射本身又有其特点，即在旋转照射过程中肿瘤深度是在变化的和加速器是匀速的。故在用手工方法计算旋转照射临床剂量时需分成下列几步进行。,1）第一步以10o-15o为间隔将整个旋转照射区均分成M区并分别求出各区的肿瘤深度d（i），然后按下式计算各区的开机量DM（i）及总开机量DM，。,DtfiDM（i）=-（31）MNTMRfsadfasDM，=DM（i）（32）DM，=DM，/fD（DM，）（33）,2）