肿瘤放射物理学4资料

1、肿瘤放射物理学4第一节第一节 放射源的种类及其照射方式放射源的种类及其照射方式放射治疗用的放射治疗用的放射源放射源主要有三类：主要有三类：（1）放出放出、射线的放射性同位素。射线的放射性同位素。（2）产生不同能量的产生不同能量的X射线的射线的X射线治疗机射线治疗机 和各类加速器。和各类加速器。（3）产生电子束、质子束、中子束、负产生电子束、质子束、中子束、负 介子束及其它重粒子束的各类加速器。介子束及其它重粒子束的各类加速器。 （1）外照射外照射：位于体外一定距离，集中照射：位于体外一定距离，集中照射 人体某一部位，称为体外远距离照射，人体某一部位，称为体外远距离照射， 简称外照射。简称外照射

2、。（2）近距离照射近距离照射：将放射源密封直接放入被：将放射源密封直接放入被 治疗的组织内或放入人体天然腔内，如治疗的组织内或放入人体天然腔内，如 舌、鼻咽、食管、宫颈等部位进行照舌、鼻咽、食管、宫颈等部位进行照 射，称为组织间照射和腔内照射，简称射，称为组织间照射和腔内照射，简称 近距离照射。近距离照射。基本的基本的照射方式照射方式有两种：有两种： 第一类放射源可以作为体内近距离、体外远距离第一类放射源可以作为体内近距离、体外远距离两种照射；第二、三类放射源只能作体外照射用。两种照射；第二、三类放射源只能作体外照射用。（1）近距离照射，其放射源活度较小（几近距离照射，其放射源活度较小（几个个

3、 m C i 1 0 C i ） ， 而 且 治 疗 距 离 较 短） ， 而 且 治 疗 距 离 较 短（5mm5cm）。）。（2）体外照射，其放射线的能量大部分被体外照射，其放射线的能量大部分被准直器、准直器、 限束器等屏蔽，只有少部分到达组限束器等屏蔽，只有少部分到达组织。近距离照射则相反，其放射线的能量大部织。近距离照射则相反，其放射线的能量大部分被组织吸收。分被组织吸收。近距离照射和体外照射相比有四个近距离照射和体外照射相比有四个区别区别：（3）体外照射，其放射线必须经过皮肤体外照射，其放射线必须经过皮肤和正常组织才能到达肿瘤，肿瘤剂量受到和正常组织才能到达肿瘤，肿瘤剂量受到皮肤和正

4、常组织耐受剂量的限制，为了得皮肤和正常组织耐受剂量的限制，为了得到高的均匀的肿瘤剂量，需要选择不同能到高的均匀的肿瘤剂量，需要选择不同能量的射线和采用多野照射技术。量的射线和采用多野照射技术。（4）由于受距离平方反比定律的影响，在腔由于受距离平方反比定律的影响，在腔内组织间近距离照射中，离放射源近的组织内组织间近距离照射中，离放射源近的组织剂量相当高，离放射源远的组织剂量较低，剂量相当高，离放射源远的组织剂量较低，因此其靶区剂量分布的均匀性远比体外照射因此其靶区剂量分布的均匀性远比体外照射的差，临床应用必须慎重，防止靶区内有剂的差，临床应用必须慎重，防止靶区内有剂量过高或过低的情况发生。量过高

5、或过低的情况发生。（近距离照射时，（近距离照射时，其靶区剂量分布的均匀性受距离平方反比定其靶区剂量分布的均匀性受距离平方反比定律的影响要比体外照射时大。）律的影响要比体外照射时大。）放射射线：放射射线：、除镭外，放疗中使用的放射性同位素均为除镭外，放疗中使用的放射性同位素均为人工放射性同位素人工放射性同位素。除钴除钴-60和铯和铯-137外，所有这些同位素只用外，所有这些同位素只用于于近距离照射近距离照射。第二节第二节 近距离治疗用放射性同位素源近距离治疗用放射性同位素源 镭镭-226-226是一种天然的放射性同位素，它不是一种天然的放射性同位素，它不断断衰变为放射性气体氡衰变为放射性气体氡。

6、其。其半衰期为半衰期为15901590年年，临床应用的镭是它的硫酸盐，封在各种形状的临床应用的镭是它的硫酸盐，封在各种形状的铂铱合金封套内。铂铱合金封套内。1 1毫克镭经毫克镭经0.50.5毫米铂铱过虑毫米铂铱过虑后，距离镭源后，距离镭源1cm1cm处每小时的照射量是处每小时的照射量是8.5R8.5R。其其能谱复杂，平均能量为能谱复杂，平均能量为0.83MeV0.83MeV。一、镭一、镭-226源（源（226Ra） 由于镭的获得困难，放射性强度低，只能由于镭的获得困难，放射性强度低，只能作近距离照射。长期以来，镭一直用作内照射。作近距离照射。长期以来，镭一直用作内照射。但由于其半衰期过长，衰变

7、过程中产生氡气，但由于其半衰期过长，衰变过程中产生氡气，若氡气逸出会造成环境污染，且其射线最高能若氡气逸出会造成环境污染，且其射线最高能量可达量可达3.8MeV，需要厚的防护层等缺点，所以，需要厚的防护层等缺点，所以在医学上逐渐被钴在医学上逐渐被钴-60、铯、铯-137等人工放射性同等人工放射性同位素代替。位素代替。 铯铯-137-137是人工放射性同位素，放射是人工放射性同位素，放射，其能量为单能，为其能量为单能，为0.662MeV0.662MeV，半衰期为半衰期为3333年年。距。距1mCi1mCi铯铯-137-137源源1cm1cm处，每小时照射量处，每小时照射量为为3.26R3.26R

8、。因此，。因此，1mCi1mCi铯铯-137-137相当于相当于0.40.4毫毫克镭当量。克镭当量。 铯铯-137-137在组织内具有镭相同的穿透能力在组织内具有镭相同的穿透能力和类似的剂量分布，其物理特点和防护方和类似的剂量分布，其物理特点和防护方面比镭优越，是取代镭的最好同位素。面比镭优越，是取代镭的最好同位素。 二、铯二、铯-137源（源（137Cs） 钴钴-60也是一种人工放射性同位素，其也是一种人工放射性同位素，其半衰期为半衰期为5.27年年。其放出。其放出两种能量的两种能量的射线射线分别为分别为1.17MeV和和1.33MeV，因此，因此射线的射线的平均能量为平均能量为1.25Me

9、V。在组织内的剂量分布。在组织内的剂量分布也与镭源相似，可以作为镭源的替代物，制也与镭源相似，可以作为镭源的替代物，制成钴针、钴管等。由于其放射性活度高，而成钴针、钴管等。由于其放射性活度高，而且容易得到，因此在作近距离照射时，多用且容易得到，因此在作近距离照射时，多用作高剂量率的腔内照射。作高剂量率的腔内照射。三、钴三、钴-60源（源（60Co） 铱铱-192源是一种人工放射性同位素，源是一种人工放射性同位素，它是铱它是铱-191在核反应堆中经热中子照射轰击在核反应堆中经热中子照射轰击而生成的不稳定的放射性同位素，其能谱比而生成的不稳定的放射性同位素，其能谱比较复杂，较复杂，平均能量为平均能

10、量为0.36MeV。由于铱。由于铱-192的的射线能量范围使其在水中的指数衰减率恰射线能量范围使其在水中的指数衰减率恰好被散射建成所补偿，在距离好被散射建成所补偿，在距离5cm的范围内的范围内任意点的剂量率与距离平方的乘积近似不变。任意点的剂量率与距离平方的乘积近似不变。四、铱四、铱-192源（源（192Ir）此外铱此外铱-192的粒状源可以做得很小，使其的粒状源可以做得很小，使其点源的等效性好，便于计算。点源的等效性好，便于计算。半衰期为半衰期为74.5d，故铱故铱-192源是较好的放射源，主要用于高剂源是较好的放射源，主要用于高剂量率的腔内照射和组织间插植。距量率的腔内照射和组织间插植。距

11、1mCi的铱的铱-192源源1cm处的每小时照射量为处的每小时照射量为4.9R，铱，铱-192源的半价层为源的半价层为24mmPb，是较容易防护，是较容易防护的放射源。的放射源。 碘碘-125，半衰期半衰期59.6d，射线能量，射线能量273 5 K e V ， 平 均 能 量平 均 能 量 2 8 k e V ， 半 价 层 为， 半 价 层 为0.025mmPb。由于其。由于其射线的能量较低，适用射线的能量较低，适用于插植治疗。通常做成粒状源，用于高、低剂于插植治疗。通常做成粒状源，用于高、低剂量率的临时性或永久性插植治疗。其与铱量率的临时性或永久性插植治疗。其与铱-192源相比，其缺点是

12、制备粒源需要特定设备、价源相比，其缺点是制备粒源需要特定设备、价格比铱格比铱-192源贵，而且其剂量分布明显依赖于源贵，而且其剂量分布明显依赖于被插植组织的结构。组织的不均匀性将显著影被插植组织的结构。组织的不均匀性将显著影响碘响碘-125插植时的剂量分布，用常规治疗计划插植时的剂量分布，用常规治疗计划系统计算得到的结果将不可靠，这是因为常规系统计算得到的结果将不可靠，这是因为常规治疗计划系统是假定组织为均一水样。治疗计划系统是假定组织为均一水样。五、碘五、碘-125源源 近十多年来，近距离治疗的较大进展是近十多年来，近距离治疗的较大进展是开发使用光子能量位于开发使用光子能量位于23100ke

13、V范围内范围内的放射性同位素。如钯的放射性同位素。如钯-103（ ）、镅）、镅-241（ ）、钐）、钐-145（ ）、镱）、镱-169（ ）等。）等。103Pb241Am145Sm169Yb六、新型近距离治疗用放射源六、新型近距离治疗用放射源 开发于开发于80年代初，主要年代初，主要用于永久性插植用于永久性插植治疗治疗，对细胞倍增时间不足，对细胞倍增时间不足5d的肿瘤的治疗的肿瘤的治疗不仅具有较高的生物效应剂量，而且治疗后不仅具有较高的生物效应剂量，而且治疗后肿瘤的残存细胞数较少。钯肿瘤的残存细胞数较少。钯-103的光子的光子平均平均能量为能量为21keV，与碘，与碘-125的的28keV接近

14、，具接近，具有易于防护的特点，有易于防护的特点，半衰期为半衰期为17d。钯钯-103 最早由耶鲁大学开发出来，用于妇科最早由耶鲁大学开发出来，用于妇科肿瘤的治疗。肿瘤的治疗。半衰期为半衰期为432.2a，光子能量光子能量60keV。其在源中垂面的剂量分布类似于铱。其在源中垂面的剂量分布类似于铱-192，但其半价层值较小，易于防护，加之，但其半价层值较小，易于防护，加之其半衰期较长，有较好的性价比。其半衰期较长，有较好的性价比。镅镅-241 常做成与碘常做成与碘-125相同的规格，用于相同的规格，用于组织间插植。它通过电子俘获产生组织间插植。它通过电子俘获产生3845keV的特征的特征X射线和射

15、线和61keV的微量的微量射线，射线，平均能量为平均能量为41keV，半衰期为半衰期为340d。在。在水中的剂量分布界于碘水中的剂量分布界于碘-125和镭的替代同和镭的替代同位素之间。位素之间。钐钐-145 亦 以 电 子 俘 获 的 方 式 产 生亦 以 电 子 俘 获 的 方 式 产 生 4 9 . 8 307.7keV范围的范围的X射线和射线和射线，其射线，其平均能平均能量为量为93keV，半衰期为半衰期为32d。镱。镱-169是由是由镱镱-168经中子轰击后得到的，由于其中子经中子轰击后得到的，由于其中子俘获截面大，可产生高放射性比活度的镱俘获截面大，可产生高放射性比活度的镱-169源

16、。其剂量分布优于钯源。其剂量分布优于钯-103和碘和碘-125，由于其会产生由于其会产生308keV的光子，因此不适合的光子，因此不适合用作永久性插植。用作永久性插植。镱镱-169 常规和新近发展的近距离治疗用放射常规和新近发展的近距离治疗用放射源，按其物理特性，能量可分为源，按其物理特性，能量可分为200keV2MeV、60keV200keV、及小于等于、及小于等于50keV三段。三段。 七、近距离治疗用放射源的比较七、近距离治疗用放射源的比较（1）200keV200keV2MeV2MeV能量段：能量段：所有同位素均所有同位素均为镭的替代同位素，其物理特征是剂量率常为镭的替代同位素，其物理特

17、征是剂量率常数基本不变，不随能量和组织结构的影响；数基本不变，不随能量和组织结构的影响；在在5cm范围内，剂量分布基本遵守平方反比范围内，剂量分布基本遵守平方反比定律。但半价层随能量降低显著减小。镭疗定律。但半价层随能量降低显著减小。镭疗所建立的剂量学体系可移植到此能量段的同所建立的剂量学体系可移植到此能量段的同位素。位素。（2）6060200keV200keV能量段：能量段：射线与生物组织射线与生物组织的相互作用基本上是服从康普顿弹性散射规的相互作用基本上是服从康普顿弹性散射规律，而散射光子的建成基本上补偿了原射线律，而散射光子的建成基本上补偿了原射线在组织中的衰减，剂量率常数开始随能量和在

18、组织中的衰减，剂量率常数开始随能量和组织结构变化。组织结构变化。（3）低于低于40keV40keV以下以下，光电效应占主要地，光电效应占主要地位，剂量率常数随射线能量和组织结构的变位，剂量率常数随射线能量和组织结构的变化更大，射线的生物效应对能量的依赖性提化更大，射线的生物效应对能量的依赖性提示我们，镭疗及其镭的替代核素在临床上积示我们，镭疗及其镭的替代核素在临床上积累的经验即组织剂量效应数据，不能直接用累的经验即组织剂量效应数据，不能直接用于这些低能的同位素治疗，同时相应的治疗于这些低能的同位素治疗，同时相应的治疗计划系统应使用相应的剂量计算模型。计划系统应使用相应的剂量计算模型。 过去曾经

19、用镭制成过去曾经用镭制成射线敷贴器，用于射线敷贴器，用于治疗表浅病变，但由于镭还有很强的治疗表浅病变，但由于镭还有很强的放射放射性，所以镭作性，所以镭作源应用不理想。后来发展了源应用不理想。后来发展了锶锶-90射线敷贴器。锶射线敷贴器。锶-90以以28a的半衰期衰的半衰期衰变成钇变成钇-90，后者再以，后者再以64a的半衰期变成锆的半衰期变成锆-90。锶。锶-90射线的射线的最高能量为最高能量为0.54MeV，而，而钇钇-90能产生穿透力更强，能产生穿透力更强，最高能量为最高能量为2.27MeV的的射线。由于射线。由于射线在组织中有一射线在组织中有一定射程，尽管锶定射程，尽管锶-90射线能量不

20、均匀，但锶射线能量不均匀，但锶-90射线敷贴器造成的百分深度剂量曲线较射线敷贴器造成的百分深度剂量曲线较镭制镭制射线敷贴器要好。射线敷贴器要好。 八、锶八、锶-90同位素同位素源源 锎锎-252目前用于腔内治疗的较好的中子目前用于腔内治疗的较好的中子源。其源。其半衰期为半衰期为2.65a，发射裂变中子，发射裂变中子，中中子平均能量为子平均能量为2.35MeV，同时，同时也发射也发射射线，射线，剂量计算和测量相对比较复杂。剂量计算和测量相对比较复杂。九、锎九、锎-252中子源中子源小结：小结：1、放射源的种类和照射方式、放射源的种类和照射方式 （掌握）（掌握）2、近距离治疗用放射源、近距离治疗用

21、放射源（了解半衰期，（了解半衰期，平均能量）平均能量）重点掌握：重点掌握：钴钴60源，铱源，铱192源源3、近距离治疗用放射源比较、近距离治疗用放射源比较 （理解）（理解） 与肿瘤患者治疗有关的常有设备，主与肿瘤患者治疗有关的常有设备，主要有各种内外照射治疗机、模拟定位机和要有各种内外照射治疗机、模拟定位机和治疗计划系统。治疗计划系统。第三节第三节 X射线治疗机射线治疗机 治疗机包括中低能治疗机包括中低能X射线治疗机（射线治疗机（KV级治疗机）、高能治疗机（级治疗机）、高能治疗机（MV级治疗级治疗机），目前普通应用的是机），目前普通应用的是60Co治疗机、治疗机、医用加速器等；和近距离治疗中使

22、用的后医用加速器等；和近距离治疗中使用的后装治疗机；以及立体定向放射外科和立体装治疗机；以及立体定向放射外科和立体定向放射治疗设备。定向放射治疗设备。 X射线治疗机曾经在放射治疗中广泛射线治疗机曾经在放射治疗中广泛使用，但在使用，但在20世纪的五、六十年代后，逐世纪的五、六十年代后，逐渐被高能治疗机所取代。尽管如此，渐被高能治疗机所取代。尽管如此，X射射线治疗机由于其固有的一些特点，如与高线治疗机由于其固有的一些特点，如与高能治疗机比较，设计和操作简单，价格比能治疗机比较，设计和操作简单，价格比较低，适合治疗浅表部位的肿瘤等，在中较低，适合治疗浅表部位的肿瘤等，在中小型的放射治疗中心仍有使用价

23、值。小型的放射治疗中心仍有使用价值。第三节第三节 X射线治疗机射线治疗机 高速电子撞击靶物质时，产生碰撞和高速电子撞击靶物质时，产生碰撞和辐射两种损失，前者主要是产生热，后者辐射两种损失，前者主要是产生热，后者主要是产生主要是产生X射线。二者之比为：射线。二者之比为：第三节第三节 X射线治疗机射线治疗机一、一、X射线的产生及其能谱射线的产生及其能谱碰撞损失800MeV辐射损失T Z 式中式中T T是高速运动的电子的动能（是高速运动的电子的动能（MeVMeV）；）；Z Z是靶物质的原子序数。是靶物质的原子序数。 例如，例如， 250KV的低能的低能X射线治疗机，靶材料钨，则射线治疗机，靶材料钨，

24、则 T250keV0.25MeV Z74 辐射损失只电子能量损失的辐射损失只电子能量损失的2，碰撞损失占，碰撞损失占98，以热量的形式出现，所以一般低能，以热量的形式出现，所以一般低能X射射线治疗机要有靶的冷却装置。线治疗机要有靶的冷却装置。 对于能量较高的加速器产生的对于能量较高的加速器产生的X射线，由于射线，由于电子的动能很高，电子能量的大部分产生电子的动能很高，电子能量的大部分产生X射射线，只有小部分产生热，所以高能电子加速器线，只有小部分产生热，所以高能电子加速器一般不需要冷却装置。一般不需要冷却装置。辐射产生辐射产生X射线，主要是两种方式：射线，主要是两种方式：（1）特征辐射）特征辐

25、射 高速运动的入射电子与靶材料原子的内层高速运动的入射电子与靶材料原子的内层轨道电子相互作用。内层轨道电子获得动能，轨道电子相互作用。内层轨道电子获得动能，脱离原轨道成为自由电子，这时外层轨道电子脱离原轨道成为自由电子，这时外层轨道电子发生轨道跃迁，补充到内层轨道的空位，并以发生轨道跃迁，补充到内层轨道的空位，并以电磁辐射的形式辐射其能量。这一机制产生的电磁辐射的形式辐射其能量。这一机制产生的X射线称为特征辐射，其能量正好等于发生跃射线称为特征辐射，其能量正好等于发生跃迁的轨道能级差。迁的轨道能级差。（2）韧致辐射）韧致辐射 高速运动的电子，靠近靶材料原子的原子高速运动的电子，靠近靶材料原子的

26、原子核附近，由于原子核库仑力的作用，电子运动核附近，由于原子核库仑力的作用，电子运动受阻，改变方向，并伴有电磁辐射损失能量，受阻，改变方向，并伴有电磁辐射损失能量，即产生即产生X射线。与单能量的特征射线。与单能量的特征X射线不同，韧射线不同，韧致辐射致辐射X射线的能量，可以是最小直至入射电射线的能量，可以是最小直至入射电子的初始动能，即具有子的初始动能，即具有连续能谱连续能谱。电子与物质。电子与物质相互作用，发生韧致辐射的几率与靶材料原子相互作用，发生韧致辐射的几率与靶材料原子序数的平方成正比，也就是说，序数的平方成正比，也就是说，韧致辐射更容韧致辐射更容易发生在高原子序数靶物质中易发生在高原

27、子序数靶物质中。有两种成分。轫有两种成分。轫致辐射形式的能致辐射形式的能谱是连续的，是谱是连续的，是X X射线谱中的主射线谱中的主要成分。要成分。为了获得满意的为了获得满意的能谱分布，往往能谱分布，往往要加些滤过，把要加些滤过，把低能成分去掉。低能成分去掉。X射线的能谱射线的能谱 临床用的临床用的X射线机根据能量高低分：临界射线机根据能量高低分：临界X射线（射线（610kV）、接触）、接触X射线（射线（1060kV）、浅层）、浅层X射线（射线（60160kV）、深部）、深部X射 线 （射 线 （ 1 8 0 4 0 0 k V ） 、 高 压） 、 高 压 X 射 线射 线（400kV1MV）

28、以及高能）以及高能X射线（射线（250MV），高能），高能X射线主要是由各种形式的加射线主要是由各种形式的加速器产生。低能速器产生。低能X射线机与钴射线机与钴-60、加速器相、加速器相比，主要缺点是：百分深度剂量低、能量低、比，主要缺点是：百分深度剂量低、能量低、易于散射、剂量分布差等，因此其逐渐被取易于散射、剂量分布差等，因此其逐渐被取代。代。 治疗机的分类治疗机的分类 按按X射线机球管电压和线束特点，基本分为：射线机球管电压和线束特点，基本分为： （1）接触治疗机：）接触治疗机：管电压管电压2050KV，治，治疗距离即靶到皮肤距离疗距离即靶到皮肤距离10cm或更小，治疗深或更小，治疗深度仅

29、为度仅为12mm。 （2）浅层治疗机：）浅层治疗机：管电压管电压50150KV，HVL约为约为18mm铝，治疗距离铝，治疗距离1030cm，治疗深度一般到治疗深度一般到5mm。 （3）深部治疗机：）深部治疗机：管电压约管电压约150300KV，治疗距离治疗距离3040cm，HVL约为约为13mm铜，铜，治疗深度一般到治疗深度一般到2cm。 低能部分对治疗是毫无用处的，且容易产低能部分对治疗是毫无用处的，且容易产生高的皮肤剂量。生高的皮肤剂量。 设法去掉低能部分，而保留较高能量的设法去掉低能部分，而保留较高能量的X射射线，过滤板可以起到这样的作用。选择合适的线，过滤板可以起到这样的作用。选择合适

30、的过滤板使其对低能部分比高能部分吸收的多，过滤板使其对低能部分比高能部分吸收的多，这样改进后的这样改进后的X射线比原来的射线比原来的X射线其平均能量射线其平均能量要高，即半价层高。要高，即半价层高。 二、二、X射线质的改进射线质的改进过滤板的作用过滤板的作用（1）140kV以下的用铝，以下的用铝，140kV以上的用以上的用铜或铜加铝或用复合滤过。铜或铜加铝或用复合滤过。（2）同一管电压的同一管电压的X射线，过滤板不同，射线，过滤板不同，所得所得X射线的半价层不同。射线的半价层不同。使用过滤板时，应注意的几点：使用过滤板时，应注意的几点：（3）使用复合过滤板时，应注意放置次序，使用复合过滤板时，

31、应注意放置次序，沿射线方向，先放原子序数大的，后放原子沿射线方向，先放原子序数大的，后放原子序数小的。这样放置的目的是为了滤掉滤板序数小的。这样放置的目的是为了滤掉滤板本身产生的特征谱线，同时也达到滤掉低能本身产生的特征谱线，同时也达到滤掉低能部分的目的。部分的目的。（4）不是滤过越多越好。虽然滤过越多，不是滤过越多越好。虽然滤过越多，谱线分布对治疗越好，但过多的滤过会使谱线分布对治疗越好，但过多的滤过会使X射线强度大大降低，不合算。射线强度大大降低，不合算。 产生产生X射线的一般条件是什么？主要是：射线的一般条件是什么？主要是：电子源、靶、真空盒、加速电场。电子源、靶、真空盒、加速电场。三、

32、三、X射线机的一般构造射线机的一般构造（1）X射线球管里包括阳极靶和阴极灯丝。真射线球管里包括阳极靶和阴极灯丝。真空度为空度为10-610-7 Torr（托），（托），1Torr13Pa。抽真空的目的是为了避免电子在打击靶前与空抽真空的目的是为了避免电子在打击靶前与空气作用，损失能量。如果真空被破坏，则气作用，损失能量。如果真空被破坏，则X射射线管被破坏。使用时应注意不要一开机就突然线管被破坏。使用时应注意不要一开机就突然加到高加到高kV，高，高mA，而要从低到高逐渐上升。，而要从低到高逐渐上升。（2）阳极是由粗而大的铜棒和小钨靶组成。阳极是由粗而大的铜棒和小钨靶组成。 钨的原子序数大，熔点高

33、，作钨的原子序数大，熔点高，作X射线靶射线靶 很合适。铜散热快，能及时将靶上的热很合适。铜散热快，能及时将靶上的热 带走。带走。（3）用钨丝作灯丝，发射电子能力强。用钨丝作灯丝，发射电子能力强。（4）X射线机的阳极加几百射线机的阳极加几百kV的高压作为电的高压作为电 子的加速电场，它代表子的加速电场，它代表X射线的峰值能量。射线的峰值能量。小结：小结：1、X射线的产生机制射线的产生机制2、滤过板的作用及使用、滤过板的作用及使用3、X射线机的结构射线机的结构 1951年，加拿大建成第一台钴年，加拿大建成第一台钴-60远远距离治疗机。目前，我国已能批量生产性距离治疗机。目前，我国已能批量生产性能较

34、好的旋转式钴能较好的旋转式钴-60治疗机。治疗机。第四节第四节 钴钴-60治疗机治疗机平均能量、半衰期平均能量、半衰期特点：特点：（1）穿透力强，穿透力强， 深部剂量较高，适用于深部剂量较高，适用于治疗较深部肿瘤。治疗较深部肿瘤。（2）在剂量建成区皮肤的吸收剂量低，最在剂量建成区皮肤的吸收剂量低，最大剂量点在皮下大剂量点在皮下0.5cm，皮肤反应轻。，皮肤反应轻。一、钴一、钴-60射线的特点射线的特点（3）骨和软组织有同等的吸收剂量骨和软组织有同等的吸收剂量 低能低能X射线：光电吸收占主要优势射线：光电吸收占主要优势（u/与（与（hv）3成反比，与成反比，与Z33.8成正比）成正比），骨中，骨

35、中每伦琴剂量吸收比软组织大得多。每伦琴剂量吸收比软组织大得多。 钴钴-60射线：康普顿吸收占主要优势射线：康普顿吸收占主要优势（ uc/和和uc,tr/与与Z近似无关）近似无关），因此在同等，因此在同等条件下骨和软组织吸收的剂量近似相同。条件下骨和软组织吸收的剂量近似相同。（4）旁向散射小旁向散射小 次级射线主要向前散射，因此射野边缘次级射线主要向前散射，因此射野边缘外次级射线旁向散射小，保护了射野边缘外外次级射线旁向散射小，保护了射野边缘外的正常组织。的正常组织。（5）与与24MV加速器产生的加速器产生的X线性能相似，线性能相似，但结构简单、成本低、维修方便、经济可靠。但结构简单、成本低、维

36、修方便、经济可靠。 一般由以下部分组成：一般由以下部分组成： 一个密封的钴一个密封的钴-60放射源；放射源； 一个源容器及防护机头；一个源容器及防护机头； 开关的遮线器装置；开关的遮线器装置； 定向限束的准直器；定向限束的准直器； 支持机头的治疗架，用以调节线束方向；支持机头的治疗架，用以调节线束方向； 治疗床；治疗床； 计时器和运动控制系统；计时器和运动控制系统； 辐射安全及联锁系统。辐射安全及联锁系统。二、一般结构二、一般结构与结构有关的几个问题：与结构有关的几个问题：（1）钴钴-60源防护源防护 根据根据ICRP推荐，当钴推荐，当钴-60源处于关闭位置源处于关闭位置时，距源时，距源1m处

37、，各方向的平均照射量率应小于处，各方向的平均照射量率应小于2mR/h，且不应有超过，且不应有超过10mR/h的地方。的地方。 据此，对于千居里级的钴据此，对于千居里级的钴-60治疗机，防护治疗机，防护需要将其衰减到需要将其衰减到10-6 ，需近似，需近似20个半价层。个半价层。 通常源容器用钨或铀合金，源容器周围用通常源容器用钨或铀合金，源容器周围用铅，外面用钢作套。铅，外面用钢作套。 2300Ci钴钴-60源衰减到源衰减到1.510-6所需的材料厚度所需的材料厚度材料材料密度密度（g/cm3)HVL(cm)厚度（厚度（cm）铅铅11.41.2726.0钨合金钨合金16.71.020.518.

38、00.918.5铂铂18.70.6613.5（2）遮线器遮线器 （射线截断装置）（射线截断装置）开启时，射线束通过一定方向射出进行治疗；开启时，射线束通过一定方向射出进行治疗；关闭时，射线束被截断，只有少部分射线漏出。关闭时，射线束被截断，只有少部分射线漏出。源固定，插入源固定，插入防护材料方式防护材料方式源运动，抽屉源运动，抽屉式或旋转式式或旋转式（3）准直器系统准直器系统目的：目的：是限定照射野大小以适应治疗需要。是限定照射野大小以适应治疗需要。根据根据ICRP推荐，应使漏出的射线量不超过有用推荐，应使漏出的射线量不超过有用照射量的照射量的5，不低于，不低于4.5个半价层。个半价层。例如，

39、钴例如，钴-60射线，用铅做成的准直器应不低射线，用铅做成的准直器应不低于于4.51.275.7cm，一般取，一般取6cm。实际治疗机中，多数准直器厚度比此厚度大，实际治疗机中，多数准直器厚度比此厚度大，使漏射线剂量不超过有用剂量的使漏射线剂量不超过有用剂量的1，以减少，以减少穿射半影。穿射半影。 使半影最小使半影最小一级准直器，固定，一级准直器，固定，限定最大照射野。限定最大照射野。二级准直器，可调，二级准直器，可调，复式结构，减少几何复式结构，减少几何半影。末端两对叶片半影。末端两对叶片为伸缩式。治疗鼻咽为伸缩式。治疗鼻咽癌，可以降低双侧眼癌，可以降低双侧眼球晶体剂量。球晶体剂量。 半影半

40、影(penumbra)：射野边缘剂量随离开射野边缘剂量随离开中心轴距离的增加而急剧变化的范围。临床中心轴距离的增加而急剧变化的范围。临床上有三种原因造成钴上有三种原因造成钴-60治疗机有半影。治疗机有半影。三、钴三、钴-60半影半影产生原因：产生原因：由于由于源具有一定尺寸源具有一定尺寸，射线被，射线被准直器限束后，射野边缘诸点分别受到面积准直器限束后，射野边缘诸点分别受到面积不等的源的照射，造成剂量由高到低的渐变不等的源的照射，造成剂量由高到低的渐变分布。分布。消除方法：消除方法：要消除这类半影，只有要消除这类半影，只有减少源减少源的尺寸的尺寸，但当减少到一定尺寸时源的活度受，但当减少到一定

41、尺寸时源的活度受到影响，故临床上治疗病人时，可以采用到影响，故临床上治疗病人时，可以采用延延长源到准直器的距离长源到准直器的距离这一方法。这一方法。几何半影几何半影产生原因：产生原因：即使是点状源，由于准直器端面即使是点状源，由于准直器端面与线束边缘不平行，使与线束边缘不平行，使线束穿透厚度不等线束穿透厚度不等，造成剂量渐变分布。造成剂量渐变分布。消除办法：消除办法：使用使用球面聚焦式准直器球面聚焦式准直器（球面限（球面限光筒）。光筒）。 穿射半影穿射半影产生原因：产生原因：即使几何半影和穿射半影即使几何半影和穿射半影“消失消失”，组织内照射射野的边缘仍存在剂量的渐变分布，组织内照射射野的边缘

42、仍存在剂量的渐变分布，这主要是由于这主要是由于组织中的散射线组织中的散射线造成的。边缘的造成的。边缘的散射线的总量总是低于射野内任意一点的散射散射线的总量总是低于射野内任意一点的散射线的量，同时射野边缘离射野中心越远，散射线的量，同时射野边缘离射野中心越远，散射线剂量也越少。线剂量也越少。“消除消除”方法：方法：无法完全消除，但会无法完全消除，但会随入射射随入射射线的能量增大而减少线的能量增大而减少。高能。高能X射线或射线或射线，射线，散射线主要是向前的，散射半影小；低能散射线主要是向前的，散射半影小；低能X射射线，散射线呈各向同性，散射半影较大。线，散射线呈各向同性，散射半影较大。 散射半影

43、散射半影半影会造成照射射野边缘剂量分布不均匀，临半影会造成照射射野边缘剂量分布不均匀，临床上应设法尽量减少半影。床上应设法尽量减少半影。目前新型的钴目前新型的钴-60治疗机均带有半影消除装置治疗机均带有半影消除装置的的复式复式球面球面形准直器形准直器。因不断衰变，放射性活度不断减小，使得因不断衰变，放射性活度不断减小，使得患者的治疗时间越来越长。患者的治疗时间越来越长。换源时，特别注意：换源时，特别注意：规格（直径小于或等于旧源）；规格（直径小于或等于旧源）；需要重新确定剂量学参数，主要是源的需要重新确定剂量学参数，主要是源的输输出剂量测量出剂量测量、射野平坦度和对称性测定射野平坦度和对称性测

44、定、半半影的测定影的测定等；等；机器本身（特别是机头）的防护检查。机器本身（特别是机头）的防护检查。四、钴四、钴-60源更换源更换1932年提出。年提出。1937年，年，1MV Van de Graaff静电加速器静电加速器；（美国）；（美国）1943年提出。年提出。1949年，年，20MV 感应加速器感应加速器；（高能（高能X射线，高能电子束）（美国）（我国射线，高能电子束）（美国）（我国70年代初）年代初）1944年提出。年提出。70年代初，年代初，22MeV 回旋加速回旋加速器器。（瑞典）。（瑞典）1946年提出。年提出。1952年，年，8MV 直线加速器直线加速器。（英国）（我国（英国

45、）（我国78年）年）第五节第五节 医用电子加速器医用电子加速器三、电子直线加速器三、电子直线加速器 采用采用微波电场微波电场把电子加速到高能的装置。把电子加速到高能的装置。要求微波的相位变化要与电子的速度同步匹要求微波的相位变化要与电子的速度同步匹配，即要求电磁波电场分量的相位变化在电配，即要求电磁波电场分量的相位变化在电子到达时必须指向前进的方向。子到达时必须指向前进的方向。加速管实际上是一个微波波导管，由一组加速管实际上是一个微波波导管，由一组圆柱形的谐振腔组成圆柱形的谐振腔组成，每个谐振腔的直径为，每个谐振腔的直径为10cm，长度为，长度为2.5cm5cm。建立的电磁场。建立的电磁场为为

46、TM010波，电场沿轴向分布，磁场沿横向波，电场沿轴向分布，磁场沿横向分布。分布。（一）加速原理（一）加速原理图图4-15 射频电子直线加速器中加速电场的建立射频电子直线加速器中加速电场的建立 (a) 行波加速行波加速 (b)驻波加速驻波加速 图图4-16相速度、光速、电子的运动速度相速度、光速、电子的运动速度圆盘状光栏圆盘状光栏 “盘荷波导管盘荷波导管”间距开始小，后保持不变。间距开始小，后保持不变。行波加速行波加速(a) 行波加速行波加速(b)驻波加速驻波加速 图图14-16，假设有一电子，假设有一电子e在在t1时刻处于时刻处于A点，电子正好处于电场加速力的作用下，开点，电子正好处于电场加

47、速力的作用下，开始向前运动。至始向前运动。至t2时刻电子到达时刻电子到达B点，此时由点，此时由于电波也于电波也“向前向前”移动（实际上是电场在各移动（实际上是电场在各点的幅值随时间的变化），电子在点的幅值随时间的变化），电子在t2时刻，时刻，正好又处于加速电场的作用下。如果波的移正好又处于加速电场的作用下。如果波的移动速度和电子的运动速度一致，那么电子将动速度和电子的运动速度一致，那么电子将持续受到电场的加速。但由于这种波的传播持续受到电场的加速。但由于这种波的传播速度（相速度）大于光束，即永远大于电子速度（相速度）大于光束，即永远大于电子的运动速度，为此必须将波速减慢。在波导的运动速度，为此

48、必须将波速减慢。在波导管内加上许多圆盘状光栏，改变圆盘间的距管内加上许多圆盘状光栏，改变圆盘间的距离离行波加速行波加速可以改变波的传播速度（相速度）。这种以可以改变波的传播速度（相速度）。这种以圆盘光栏为负荷来减慢行波相速的波导管称圆盘光栏为负荷来减慢行波相速的波导管称为为“盘荷波导管盘荷波导管”。在开始阶段，由于电子。在开始阶段，由于电子的速度较小，因此间距小些，使波的传播速的速度较小，因此间距小些，使波的传播速度慢些，随着电子速度的增加，慢慢增加间度慢些，随着电子速度的增加，慢慢增加间距，使波速也随之加快并到达光速，之后保距，使波速也随之加快并到达光速，之后保持间距不变。这种波称为行波，利

49、用这种波持间距不变。这种波称为行波，利用这种波加速电子的加速器称为加速电子的加速器称为行波电子直线加速器行波电子直线加速器。驻波的产生驻波的产生 （调节反射波的相位和速度）（调节反射波的相位和速度）图图4-16耦合腔：一半起耦合和输送微波功率的作用耦合腔：一半起耦合和输送微波功率的作用加速腔：另一半起加速作用加速腔：另一半起加速作用功率消耗比行波的要小功率消耗比行波的要小（利用了行波的反射波）（利用了行波的反射波）同样能量的加速器其长度可以进一步缩短同样能量的加速器其长度可以进一步缩短驻波加速驻波加速(a) 行波加速行波加速(b)驻波加速驻波加速 适当调节反射波的相位和速度，可以产生适当调节反

50、射波的相位和速度，可以产生驻波。利用驻波来加速电子的直线加速器称为驻波。利用驻波来加速电子的直线加速器称为驻驻波电子直线加速器波电子直线加速器。t1时刻电子受到电场的作用时刻电子受到电场的作用向前加速运动；向前加速运动；t2时刻电场处处为零，电子此时时刻电场处处为零，电子此时并不加速；并不加速；t3时刻电场正好反向，但电子已经运时刻电场正好反向，但电子已经运动到它的后半周，又处于加速电场作用下得到加动到它的后半周，又处于加速电场作用下得到加速；速；t4时刻电场由反向恢复到零，电子不被加速。时刻电场由反向恢复到零，电子不被加速。在在t1和和t2时刻之间，由于电场由正向零变化（即时刻之间，由于电场

51、由正向零变化（即幅值变小）而相位不变，此时位于幅值变小）而相位不变，此时位于t1，t2间的电间的电子仍然受着加速场的作用而累增其能量，在其它子仍然受着加速场的作用而累增其能量，在其它时刻的电子也与此类似。时刻的电子也与此类似。 驻波加速驻波加速 由图由图4-16（b）可看出，有一半腔实际上）可看出，有一半腔实际上在所有时间内电场为零，因此可认为它起耦合在所有时间内电场为零，因此可认为它起耦合和输送微波功率的作用，称为耦合腔。另一半和输送微波功率的作用，称为耦合腔。另一半起加速作用的腔称为加速腔。起加速作用的腔称为加速腔。 这种加速器由于利用了行波的反射波，这种加速器由于利用了行波的反射波，因此

52、功率消耗比行波的要小，所以得到同样因此功率消耗比行波的要小，所以得到同样能量的加速器其长度可以进一步缩短，这在能量的加速器其长度可以进一步缩短，这在医疗上是理想的，因此近年来有较大的发展，医疗上是理想的，因此近年来有较大的发展，但其制造工艺较复杂，成本较高。但其制造工艺较复杂，成本较高。 工作原理工作原理：如下图，脉冲调制器从外：如下图，脉冲调制器从外部电源获得能量并转换为脉冲宽度为几微部电源获得能量并转换为脉冲宽度为几微秒、电压几十千伏的脉冲，同时加到磁控秒、电压几十千伏的脉冲，同时加到磁控制管（或速调管）和电子枪。电子枪中的制管（或速调管）和电子枪。电子枪中的电子经阳极和阴极间的脉冲负高压

53、（电子经阳极和阴极间的脉冲负高压（45kV左右）的作用进入加速管。与此同时，磁左右）的作用进入加速管。与此同时，磁控管或速调管经波导管将高功率的微波送控管或速调管经波导管将高功率的微波送入加速管，电子束被加速到所需要的能量入加速管，电子束被加速到所需要的能量后，经过偏转磁铁偏转，直接引出（电子后，经过偏转磁铁偏转，直接引出（电子束治疗）或打靶（束治疗）或打靶（X射线治疗）。射线治疗）。典型的医用行波电子直线加速器典型的医用行波电子直线加速器 治疗头治疗头（与治疗有关的重要附属设备）（与治疗有关的重要附属设备）扩大和均匀射野扩大和均匀射野 对对X射线治疗，在射线路径上加射线治疗，在射线路径上加均

54、整器均整器； 对电子束治疗，换成对电子束治疗，换成散射片散射片输出剂量由输出剂量由薄壁穿射电离室薄壁穿射电离室监测，其优点可监测，其优点可以减少电子束中的以减少电子束中的X射线污染和能量损失。射线污染和能量损失。 （二）（二）X射线、电子束的能量射线、电子束的能量目前市场上主要有目前市场上主要有三种机型三种机型： （1） 低能单光子（低能单光子（46MV）直线加速器）直线加速器 （2）低能单光子（）低能单光子（6MV）带电子束直线加速器）带电子束直线加速器 （3）（中）高能单（双）光子带电子束直线加速器）（中）高能单（双）光子带电子束直线加速器 临床经验证明，约临床经验证明，约80的深部肿瘤的深部肿瘤 6MV X射线射线可满足要求，对某些较深部位（如腹部）的肿瘤，使可满足要求，对某些较深部位（如腹部）的肿瘤，使用较高能量的用较高能量的X射线（如射线（如1618MV）。）。 高能电子束适合治疗高能电子束适合治疗较浅的偏体位肿瘤较浅的偏体位肿瘤，其电子，其电子能量以能量以420MeV范围较好。靶