放射物理学课件7

放射物理学,第七章近距离照射剂量学,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，由于辐射剂量随距离增加而迅速跌落，受量较低。,与外照射相比，有其独特的剂量学特点，（很少单独使用）在临床应用中要给予特别的考虑。,近距离照射,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。,在近距离照射下，是影响放射源周围剂量分布的主要因素。基本不受辐射能量的影响。,近放射源处的剂量随距离变化要比远源处大得多。12cm剂量变化为4倍34cm剂量变化为1.8倍靶区内剂量相差很大。,80%,20%,6%,3.3%,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5。而在近距离照射时，放射源直接插入或贴近肿瘤组织给予照射，剂量基本按照平方反比规律变化，在治疗范围内，剂量不可能均匀，临床应用时应该明确。,系统规定了放射源的类型、强度、应用的方法和几何设置，剂量表示和计算的方法。,近距离照射剂量学系统,建立和发展了曼切斯特系统(ManchesterSystem)、巴黎系统(ParisSystem)等。,欲在治疗体积内获得适宜的剂量分布，要求必须遵循的一系列放射源分布的规则。,腔内照射宫颈癌,斯德哥尔摩系统,巴黎系统,组织间照射,目前国内，传统的低剂量率治疗已基本被高剂量率治疗所取代（因后装治疗机的广泛使用）。,二、剂量率效应,低剂量率照射,0.42Gy/h,(参考点位置),高剂量率照射,12Gy/h,中剂量率照射,(参考点位置),后装技术就是先将施源器或导源管、针插植到合适的部位，经x线片核实位置，再经治疗计划系统计算及优化剂量分布，获得满意结果后，利用机器将微型化的放射源自动送到预置的施源器或导源管、针内进行治疗。治疗结束后，放射源可自动回到储源器内。后装近距离放射治疗的优点是患者可得到精确的治疗，且医务人员隔室遥控操作，非常安全。,（1）可减轻患者行动上的不便，甚至不住院亦可接受治疗；（2）施源器在短时间内固定方便，在治疗过程中易于防止其几何位置的改变；（3）可有效地减少医护人员可能受到的照射；（4）相同的投入，可治疗更多的患者，特别适合于有些单位投入不足，而又面对众多患者急需治疗的实际情况。,高剂量率治疗的优点：治疗时间短，几分钟至十几分钟即可完成一次治疗。,按照放射生物学原理，肿瘤组织和晚反应正常组织的生物效应对剂量率的响应不同。,对一给定的总剂量水平，剂量率增加，正常组织晚期效应的增加幅度要大于肿瘤控制率的增加；剂量率降低，正常组织晚期效应的减弱幅度也要大于肿瘤控制率的减少。,治疗增益比(肿瘤控制率与正常组织并发症发生率之比)随剂量率的增加而减少。,高剂量率治疗的不足之处：,为防止高剂量率治疗可能引起的治疗增益比的下降，当前主要有两种方式：改变治疗模式。如利用脉冲式剂量率治疗(pulseddoserate，PDR)采用分次大剂量治疗。,其作用都是使其生物效应能等效于经典低剂量率连续照射的生物效应。,脉冲式剂量率治疗方式,为达到与LDR相同的生物效应，需具备：治疗总剂量相同；剂量率相同，0.5Gy/h（经典低剂量率方式）；脉冲宽度，10min或更长(治疗时剂量率3Gy/h)。,在与低剂量率连续照射总时间基本相同的时间里，以一小时为一时段，每时段患者只持续照射很短时间，如几分钟，其余大部分时间处于无照射状态。,分次照射方式（分次剂量多为5Gy左右）,成功的因素：（1）宫颈癌低剂量率腔内照射，已积累了丰富的临床经验和资料，便于比较；（2）解剖部位的独有特点，即宫颈部位的辐射耐受剂量高和正常组织如直肠和膀胱距放射源相对较远。,较为成功的应用：妇科宫颈癌腔内照射,对其他部位肿瘤的治疗，尤其是高剂量率照射可能引起的远期损伤，仍有许多问题需进一步研究和探讨,采用线性二次（LQ）模型的计算方法。注意：肿瘤组织和晚反应正常组织对分次剂量有不同的生物效应。,分次照射方式中的剂量水平选择：,(分次剂量和总剂量),由于上述相互矛盾的现象存在，临床实践中应用高剂量率方法，应该特别注意两点：利用所谓几何因素，充分拉开放射源与正常组织之间的距离，或附加屏蔽物以降低正常组织的受量；如果可能，应增加分次数，降低分次剂量。,第三节放射源周围的剂量分布,放射源周围剂量分布的计算，必须从传统的方法向新的方法过渡，以适应治疗的需要和提高计算精度。,近距离照射所使用的放射源,点状源和线源,籽粒(seed)源,放射源形状的差异,剂量分布显示不同的特点,放射源强度的表示方法变化,一、放射源周围剂量分布的特点,受到放射源形状的限制，对于相同核素的点源和线源，其周围的剂量变化，在邻近放射源处的情况会有所不同。,下图给出相同强度1mgRa的镭226核素，用1.0mmPt滤过，点源和线源（1.5cm活性长度）沿径向不同距离时的照射量率变化曲线。,（1）放射源形状对剂量分布的影响,点源遵循平方反比规律。线源近源处，剂量衰减要大于按平方反比规律的衰减。当源电离室距离增加且大于线源长度的2倍以上时，按平方反比规律衰减。,距离较近时，原射线在水中的衰减基本被散射线的贡献所补偿，其结果是在同一位置，水中与空气中的照射量几乎相等。距离较大时，原射线的组织衰减逐渐要大于散射线的贡献。,（2）源周围组织对剂量分布的影响,吸收和散射,程度取决于不同的核素,（3）后装技术所用源周围的剂量分布特点,一般为点源或微型线源,步进源,按特定方式组合和排列,在不同驻留位置停留一定时间，以模拟治疗所需长度的线源。,第四节放射源的定位技术,为什么要定位？在近距离照射中，肿瘤及正常组织的受量直接取决于放射源在组织中的几何分布。因此准确地测定每个放射源的位置，是计算剂量分布的前提。,采用x射线照像技术的步骤：1、根据临床要求，按照特定的剂量学系统的布源规则，确定放射源的几何排列，并按规则将施源器或源导管插植入靶区。2、放入假源，经x射线照像后，得到模拟实际照射时源在靶区内的几何排列。3、根据源的几何位置，计算剂量分布，选择最佳方案后换以真源实施照射。,如何定位？（采用x射线照像技术）,在模拟机条件下，采用等中心方法，拍摄两张互相垂直的影像片，其中心一般选择在放射源分布的几何中心。,一、正交技术,正交影像定位技术，即正位和侧位成像技术，也称为等中心照像技术,患者仰卧时左右x上下y前后z,设等中心位置为坐标系的原点,P点为一点源或线源的一端点,（x，y，z）,fa和fb分别为正、侧位拍片时源（即靶焦点）到等中心的距离；,Fa和Fb分别为源到两胶片的距离,P点投影坐标,根据几何学原理:,两式相互代入，则,同理可分别求出相对正位或侧位片P点的坐标y：,或：,如果P点非常接近于等中心，则,和,，近似确定P点各坐标的值，即：,如果,以上各式可以得到简化。,在胶片上的位移远小于焦点到等中心和胶片到放射源的距离，可直接用胶片的影像放大系数,式中,和,，如果正侧位胶片的几何条件相同，则两式相等。,或,二、立体平移技术,该技术的要点是，摄取的两个影像片为同一方向，只是中心之间相距一定距离如20cm或更多，它可通过平移患者或x射线管实现。,如图710所示，X射线管焦点到胶片的距离为F，假定患者相对X射线管沿y轴移动距离为S，标记O(置于患者体表或床面)为原点，其相对胶片的高度为z0。P代表一点源或线源的某一端点。该点的高度z可通过胶片上相对原点O的位移y1和y2来计算。按照相似三角形原理，可得到：,按照相似三角形原理，可得到：,可求得所有源端点的坐标，从而得到放射源相对治疗部位的三维位置分布。,利用等中心方式。机架左右旋转20o40o，拍摄两张影像片。P点相对于原点O的y坐标，可以按过P点在两张胶片上的平均位移计算：,三、立体变角技术,同理也可计算x坐标。,近距离照射剂量学最基本的特点之一是，放射源周围剂量分布的高梯度变化。这意味着放射源位置计算的微小误差，都会带来很大的剂量计算的误差。例如，4cm长的两个线源，间隔1cm排列，2mm的位置误差，会造成两线源之间的剂量计算值，约20的偏差。,四、放射源定位技术的误差分析,放射源位置重建：利用胶片（误差较大）放射治疗模拟机（较为准确）(等中心几何精度高)误差主要来源：影像片源投影位置数据的准确测量；（自动重建，结果与真实值比对）拍摄影像片时患者体位的运动。（保持平静浅呼吸）如支气管管内照射，乳腺