放射剂量学简介2

1、第四节 一、近距离放疗剂量学基础 近距离放疗是放射治疗的一个重要组成部分， 接受近距离放疗的肿瘤患者约占放疗病人总数的5-10左右， 它独具的物理剂量学及放射生物学特点使其与其他肿瘤治疗技术之间存在着互补关系。近距离放疗的模式近距离放疗的模式 按参考点剂量率大小划分成以下几个区段和类别： 低剂量率(DR)：0.4-2Gyh 中剂量率(MDR)：2-12Gyh； 高剂量率(HDR)大于12Gyh； 脉冲剂量率(PDR)指剂量率在1-3Cyh，照射间隔一小时一次，治疗实施仅十分钟左右的模式。 放射源放射源 至少有20种核素先后用于近距离放疗，其中有的已被淘汰，有的正在被替换，有的处于试用阶段。 国

2、内目前临床上用的大多铱Ir192铯Cs137等；碘I125、锎Cf252虽不属新源范畴，但在国内近距离治疗领域还算是新面孔；钯Pd103、镅Am242、钐Sm145、镱Yt169等低能核素，以及用于心血管照射的放射源，锶钇SrY90、钒(音凡)Vanadium4 8 、 氙 ( 音 仙 ) X e n o n 1 3 3 、 铼 ( 音 来)Rhenium186，188等尚未普及。 源的置放方式源的置放方式 主要有手工和后装(after loading)两种方式 手工操作大多限于低剂量率和易于防护的放射源 后装技术则是指先将施用器(applicator)置放于接近肿瘤的人体天然腔、管道或将空心

3、针管植入瘤体，再导人放射源的技术，多用于计算机程控近距离放疗设备。 从放射源在人体置放时间长短划界，近距离放疗又可分为暂时驻留(temporary dwell)和永久植入(permanent implantation)两大类： 暂时驻留是指治疗后将施用器以及放射源回收； 永久植入则是将治疗时放置的放射源永远保留在人体内。后者尽管是一项传统技术，但由于在治疗前列腺肿瘤方面颇为成功，以及源的不断改进和更新，使其仍然占有一席。 二、近距离放疗的物理量、单位制和二、近距离放疗的物理量、单位制和剂量计算剂量计算 放射性核素的核粒子具有过剩能量，可经相互碰撞而在核子间不断进行能量再分配。某个核粒子在某个时

4、刻有可能获得足够的能量从原子核逃逸，从而使原子核迁至低能态；此外，发射粒子后的原子核也可能处于受激态，这时原子核只有继续发射粒子或射线才能降到低能态，直至达到稳态或基态，这一过程称作衰变。衰变常数衰变常数(L) 放射性衰变(decay)或蜕变(disintegration)过程是一种随机现象。尽管人们可以准确地预测在给定期限内含有大量原子的物质中有多少原子将发生衰变，但却无法知道某特指的原子会在什么时刻发生衰变。放射性衰变在数学上定义为单位时间内衰变的原子数，它遵循指数递减规律： N= (2-21) 式中，又是一比例常数，又称衰变常数，负号表示放射性原子数随时间增长而减少。凡为放射性原子的初始

5、数量，是t时刻尚存的原子数。放射源的活度放射源的活度(activity) 放射性物质的活度定义为源在t时刻衰变率(decay rate)，即 A=Aoexp(- t） 式中，A表示在时间t时的放射活度，Ao为初始放射活度，它等于 No。 放射活度的旧单位是居里(Curie)，符号Ci，它定义为ICi=3.7x1010衰变秒(decays），在标准单位制下放射活度单位是贝克勒尔(Bq)，1 B q = 1 d p s = 2 . 7 0 x 1 0- 1 1C i 1Ci=3.7x1010Bq=3.7x104MBq。单位质量活度单位质量活度(Cig) 不同核素的活度常用单位质量的活度来标识，即C

6、ig，它等于阿佛迦德罗常数NA=6.023x1010(原子数克)与衰变常数的乘积再除以原子量M的商。例如，钴Co-60的单位质量活度为200、铯Cs-137仅为10；而铱Ir-192为450、碘-125和钯Pd-103分别高达1739和7448，比其他源都高，这是因为它们的原子量低、半衰期短，因此可加工成微型源o半衰期半衰期(HVL)和平均寿命和平均寿命(Ta) 放射性物质的半衰期T 12定义为放射活度或放射性原子数量衰减到初始值之半所需用的时间，且 T 12 =0.693 平均寿命是指放射性原子衰变的平均期限。虽然从理论上讲，所有放射性元素的寿命都是无限长的；但是，引入平均寿命Ta的概念可区

7、分彼此的差异。 Ta =1.44T 12放射性核素的质放射性核素的质(quality) 放射性核素射线的质量用核素符号、半衰期和辐射线的平均能量三要素表示。 如钴Co-60的HVL=5.24年， 辐射线平均能量为1.25MeV。源的强度源的强度(strength) 源的强度与源的活度是两个既有关联性，又有区别的概念，历史上居里（Ci）曾作为源强的单位，源强越强、居里数值大，体现在单位时间衰变的次数也高；随后，源强的概念有所改变，侧重在源的剂量学特征上，表达成单位活度的放射源在单位距离处的剂量率， 常数与照射量率常数 照射量率X(dXdt) 介质中的吸收剂量率(Dmed) 吸收剂量定义为dEdm

8、的商，dE为电离辐射在质量为dm的介质中沉积的(imparted)的平均能量。旧单位为拉德(Rad)，SI单位为戈瑞(Gy)，且有以下转换关系 1rad=10Jkg=10 2 Gy=lcGy 近距离治疗领域放射线能量较低，计算在肌肉组织或水中的吸收剂量率Dmed时，若忽略源几何形状、外壳材质，射线在介质中的散射与吸收衰减，则等于该点空气中的照射量率X与拉德伦琴转换因子med的乘积: Dmed=X* med比释动能比释动能K Kerma是电离辐射在介质中释放电离粒子的动能，定义为dEtr除以dm的商，其中dEtr 为不带电的粒子(如光子)在质量为dm的介质中释放的全部电离粒子(电子和正电子)的初

9、始动能，即 K=dEtrdm 比释动能K的单位与吸收剂量相同，为Jkg，SI单位也是戈瑞(Gy)。 空气比释动能率空气比释动能率 (Air Kerma Rate，Kair) 自1985年空气比释动能率Kair被推荐并取代空气照射量率X，它与空气照射量率的关系，在忽略次级电子与原子核发生辐射碰撞，即轫致辐射(bremsstrahlung)的能量损失后，近似为 . _ Kair=X (We)空气比释动能率常数空气比释动能率常数( )K 空气比释动能率常数与照射量率常数概念密切相关，用于描述不同核素，单位活度，距源单位距离处比释动能率大小的物理量 其定义是：发射光子的放射性核素的空气比动率常数是L2

10、乘Kair被A除的商，Kair是与活度为A的该种核素点源，相距L，由能量大于的光子产生的空气比释动能率 : ( )K=Kair* L2 /2参考空气比释动能率参考空气比释动能率(Kref) Kref是空气比释动能率Kair的一个特例，它专指沿源轴垂直平分线上，距源参考距离为一米处的比释动能率，单位是Gyh。组织衰减及散射校正组织衰减及散射校正 考虑到射线在介质中的径向衰减、多重散射和非理想点源的各向异性(anisotropy)，介质与空气吸收量率转换中还需进行组织衰减和散射校正，计算方法有多种： (一)Meisberger多项式 (二)Van Kleffens&Star公式 (三)We

11、bb&Fox公式三、近距离放疗的剂量学系统和施治三、近距离放疗的剂量学系统和施治技术技术 妇瘤腔内照射剂量学系统 经典妇瘤经典妇瘤(宫颈癌宫颈癌)剂量学及发展剂量学及发展妇癌腔内放疗可追溯到20世纪初，并于1920年分别在斯德哥尔摩和巴黎镭疗中心形成系统，斯德哥尔摩系统源强总量10140mgRa，而巴黎系统只有60mgRa，所以前者治疗时间每次1天，共两次，间隔三周；而后者每次需要两天。随后约在1938年发展的曼彻斯特系统则使用中等强度的源，每次治疗需3天，曼彻斯特系统因赶上了剂量单位的变迁，那时已不再采用毫克镭小时(mgRahr)刻度剂量，而是改用照射量(伦琴)。 曼彻斯特系统还确立

12、了处方剂量点的概念，并把它定义在相对施源器的解剖结构上，AB点系统，它被广为采用并延用至今。 施源器也随之有所变化：宫腔管采用橡胶管，可视宫腔长度组装1-3个长2.2cm的镭源；阴道穹隆卵型容器各容一个镭源，按外径分为2，2.5，3.0cm三种类型。治疗分次剂量为4000R，共治疗两次，中间休息4-7天，A点剂量率约为57Rh，阴道源对A点剂量贡献仅占总量40，B点剂量约为4点的13等。 计算机在临床剂量学的应用使人们的注意力更多的转移到靶区及邻周正常组织的剂量监控上，纽约系统就是在这一需求下发展起来的，当时在Memorial Sloan Kettering医院定义的剂量参考点与曼彻斯特系统类

13、同，A-B点分别称为参考点Ref和闭孔淋巴结区0bt；此外还定义了一系列的剂量监控点(图2-2-3)：如左右宫体表面UTE(L&R)、宫颈CVX(1&R)、VGl阴道表面、VG2阴道粘膜下0.5cm、Rl-n5五个直肠监控点、BlB2膀胱中Foley导尿管中心和后表面Sc乙状结肠点。传统组织间插植的巴黎剂量学系统及传统组织间插植的巴黎剂量学系统及步进源等效模拟步进源等效模拟 巴黎系统的剂量学原则巴黎系统的剂量学原则 1、布源规则 巴黎剂量学系统(Paris dosimetry system，PDS)要求植入的放射源无论是铱丝还是等距封装在塑管中的串源(dbbon)均呈直线型、彼

14、此相互平行、各线源等分中心位于同千平面、各源相互等间距、排布呈正方形或等边三角形、源的线性活度均匀且等值、线源与过中心点的平面垂直。 2、源尺寸及布局与靶区的对应关系 其中S是源(针管)间距，ml和ms是安全边界(safety margin)：单平面插植中ml是参考等剂量线与外侧针管的间距；多平面插植中ms是中心横断面上参考等剂量线与外侧针管的间距的平均值步进源剂量学方法步进源剂量学方法 步进源剂量学系统(stepping source dosimetry system，SSDS)是荷兰物理学家Rob Van der Laarse归纳的方法，它做为巴黎剂量学系统(PDS)的扩展，在保留巴黎系统

15、基本布源规范的同时，充分利用步进源可灵活设置驻留时间的特点，对剂量分布做优化处理： 1各驻留位照射时间不再相等，而是中间偏低，外周加长，从而使沿纵向排布的基准点串列获得近似相同的剂量。 2活性长度不仅没必要超出靶区长度，甚至较靶区长度更短(一般AL=L-1.0cm)。 3参考剂量与基准剂量的关系仍然维持RD=0.85BD的关系。ICRU（国际辐射测量和单位委员会（国际辐射测量和单位委员会） 38号报告的建议号报告的建议 使宫颈癌治疗技术及专业名词规范化， 除确定靶区和治疗区外，ICRU还定义了参考体积的概念。参考剂量值对低剂量率(0.4-2Gyh)治疗为60Cy；对高剂量率治疗为相应的(60C

16、y)等效生物剂量值。 参考体积由剂量分布反映的长(dl ) 、宽(dw)、高(dh)确定，当采用内外照射综合治疗时，参考剂量60Gy应扣除外照射剂量，点剂量除包括人体器官和近源位置的监控外，还涉及骨结构 直肠剂量参考点(R)为阴道容器轴线与阴道后壁交点后0.5cm处；膀胱剂量参考点(B1)为仰位投影片造影剂积聚的最低点，即Foley气囊的中心。腹主动脉旁，骼总和外骼淋巴结参考点与Fletcher淋巴的梯形区(lymphatic trapezoid)定义一对致ICRU58号报告的建议号报告的建议 (1997年年) 1各区域的阐述最低限度应包括：GTV、CTV和TV。 2对源的描述包括：核素及滤过壳层结构、源类型，如丝源、子粒源、塑封串源、发针型源及针状源、源的几何尺寸、源的参考空气比释动能率、源强分布(均匀分布或非均匀分布)。 3治疗技术和源布局：若源布局是遵从某标准剂量学系统，则需明确指