李英-放射物理课件

附一院肿瘤科李英2013.3放射物理学主讲内容一.

常用放射源及其射线的物理特性二.

放射线的临床剂量学特性和测量

三.

放射治疗技术一常用放射源及其射线的物理特性

1放射线种类

γ、β射线---60Co治疗机、后装近距离治疗机

X射线

---X线治疗机（10-100或100-300KV级)

---医用加速器（MV级）

电子束---医用加速器

质子束、中子束、负π介子束重粒子束等---粒子回旋加速器

γ和X射线统称为光子一常用放射源及其射线的物理特性2光子射线的产生.X线是由高速运动的电子突然受到

靶物质（钨）的阻滞而产生。电子与靶物质的相互作用方式弹性散射非弹性散射：

作用于外层电子--------激发和电离

碰撞损失：产热作用于内层电子--------产生特征辐射辐射损失：产生X、γ线作用于原子核---------产生韧致辐射

一常用放射源及其射线的物理特性γ射线的产生

由放射性同位素产生的，具有不同能量和半衰期几种常见γ线同位素源同位素γ能量MeV半衰期钴-601.17~1.33平均1.255.24年铱-1920.3674天2光子射线的产生一常用放射源及其射线的物理特性3.光子（X、γ）射线与物质（肿瘤）的相互作用方式光电效应：光子与内层电子相互作用，光子将全部能量用于击出电子，并赋予电子高速前进的动能，这种现象叫做光电效应。与原子序数Z有关主要发生在低kV级的X线骨吸收>肌肉>脂肪一常用放射源及其射线的物理特性康普顿效应：光子与外层电子相互作用，随着入射光子能量的增加(200kV-7MV)，光子将部分能量转移给电子，使电子快速前进(反冲电子)，而光子本身则以减低之能量，改变方向，继续前进(散射光子)。与原子序数无关主要发生在高能X线（0.2~7MeV）骨吸收≈肌肉≈脂肪3.光子（X、γ）射线与物质（肿瘤）的相互作用方式一常用放射源及其射线的物理特性3.光子（X、γ）射线与物质（肿瘤）的相互作用电子对效应：光子与原子核相互作用，入射光子能量大于1.02MV时，受原子核电场影响，使入射光子的全部能量转化成为具有一定能量的正电子和负电子。与原子序数Z有关，主要发生在高能量X线＞50MeV

骨吸收>肌肉>脂肪一常用放射源及其射线的物理特性4.光子（X、γ射线）物理特性X线的能谱：是X线的光子强度与光子能量的关系。X线有两种成分：特征辐射X线和韧致辐射X线。前者是单能谱，后者为连续谱。韧致X线是X线的主要成分，从最大能量以下(最高管电压值)以下，在任一能量处光子均有一定的强度，并在一定的能量处强度最大X线的平均能量（光子强度最大处）约等于最高能量的1/4～1/3，一常用放射源及其射线的物理特性4光子（X、γ射线）物理特性三种效应产生的吸收，依赖与光子能量和吸收介质的原子序数。

X线适宜放射治疗的能量范围为0.2～7MeV（平均能量）二放射线的临床剂量学特性和测量1放射线的临床剂量学特性

百分深度剂量（percentagedepthdose.PDD）为沿射线中心轴、某一深度d处的吸收剂量率Dd与参考深度do处的吸收剂量率Ddo比，即：PDD=Dd/Ddo×100参考深度do处选在Dmax。PDD与四个参数有关：能量、射野、深度、源皮距。通常由不同的能量、不同的方形野、不同的深度、在SSD条件下，测得剂量数据制成表格（PDD表），临床上多采用单野照射。

二放射线的临床剂量学特性和测量1放射线的临床剂量学特性X线的PDD表面剂量(D0)：取决于射线能量和射野大小,光子射线能量越高，表面剂量越低（D0\Dmaxco60\6MV\18MV:30%\15%\10%）建成区：兆伏级的光子在表面和最大剂量点深度之间形成的剂量区域。由于光子与病人的相互作用（光电效应、康普顿散射、电子对效应）产生的次级带点粒子在病人体内动能沉积的结果.最大剂量点深度:随射线能量增加而增加：≤400kvX线dm=0Co60γ线dm=0.5cm8MVX线dm=2cm6MV线dm=1.5cm15MVX线dm=3cm光子线通过病人身体时遵守平方反比定律，同时受身体对射线的衰减和散射的影响,最大剂量点深度后剂量跌落。二放射线的临床剂量学特性和测量1放射线的临床剂量学特性电子线PDD分四个区：剂量建成区高剂量坪区、剂量跌落区和X射线污染区随着电子束能量的增加，表面剂量增加，高剂量坪区变宽，剂量梯度减小，X射线污染增加，电子束的临床剂量学的优点逐渐消失。由于电子束易于散射，表面剂量则随着其能量增加而增加。在治疗中的能量选着应在4～25MeV的范围。二放射线的临床剂量学特性和测量1放射线的临床剂量学特性重离子PDD：Bragg峰前剂量为峰值20%，接近射程末端能量损失最多。如能将病变准确置于峰值位置，单野照射就取得很高的治疗增益比，这是区别与光子放射治疗的独特优势：峰前剂量低，峰后剂量近似零二放射线的临床剂量学特性和测量1放射线的临床剂量学特性组织最大剂量比（TissueMaximumRatio.TMR）

模体中射野中心轴上任意一点的剂量率与空间同一点模体中射野中心轴上参考深度（即最大剂量点）处同一射野的剂量率之比，TMR（d,FSZd）=Dd/Ddm组织最大剂量仅受能量大小、射野大小、深度的影响，而不受源皮距的改变，PDD与TMR的主要区别：

PDD是线束中心轴上两个不同深度位置的剂量百分比。

TMR是指空间同一位置，在两种不同散射条件下的剂量比。二放射线的临床剂量学特性和测量1放射线的临床剂量学特性等剂量曲线：我们将射野内百分深度剂量相同的点连结起来二放射线的临床剂量学特性和测量2放射线的临床剂量学特性随深度增加80%以上的等剂量线呈向内收缩趋势，而低值等剂量线向外扩张，因此，行电子束照射时，照射野的设计应适当大于病变范围。能量增加等剂量曲线内收越明显，面积增加曲线变得平坦。等剂量曲线：二放射线的临床剂量学特性和测量1放射线的临床剂量学特性离轴比（Off-AxisRatio.OAR）体膜内同一深度处的离轴点的剂量和中心轴剂量之比。是等剂量曲线的另一种表示方法，中心轴和离轴剂量数据组合提供二维和三维的剂量分布，有3个特殊区域：中心区：中心轴到射野两侧边界内1-1.5cm处；半影区：剂量改变非常快的区域，呈S型；阴影区：射野外区域，远离射野边缘，二放射线的临床剂量学特性和测量1放射线的临床剂量学特性射野平坦度：ssd=100cm,40*40,10cm处，射野宽度的中央80%范围内，最大值与最小值偏离中心轴上剂量的百分数。F=±3%射野对称性：在射野剂量分布曲线上与中心轴距离对称的任何两个点的剂量差别±2%二放射线的临床剂量学特性和测量2放射线的临床剂量测量2001年3月2日我国国家质量技术监督局发布了中华人民共和国国家计量检定规程JJG589-2001《外照射治疗辐射》，并于同年6月1日开始实施,其规程与国际原子能组织(InternationalAtomicEnergyAgency.IAEA)

TRS277技术报告（97年版）为基础的，它是目前我国放射治疗辐射剂量学执行的具有法律约束的计量检定规程。二放射线的临床剂量学特性和测量2放射线的临床剂量测量常规放疗剂量测算包括

*吸收剂量的测量

*加速器的刻度

*临床处方剂量的计算

*剂量测量的质量控制与保证（QualityAssurance，QA）二放射线的临床剂量学特性和测量2放射线的临床剂量测量临床上人体组织中吸收剂量的确定是通过水模体中电离室接受射线辐照后，产生的电离量，并乘以与吸收剂量成函数关系的一系列参数，而转换成组织中的吸收剂量，重要绘制不同条件下的是百分深度和离轴比的剂量测量。吸收剂量的测量二放射线的临床剂量学特性和测量2放射线的临床剂量测量水中吸收剂量的测算可分为三个步骤：第一步：在国家基准实验室或次级标准实验里来完成，即由国家基准实验室给出：钴-60γ射线在水中的吸收剂量校准因子：第二步:

用户根据自己使用的电离室确定：辐射质为Q的射线束在水中的吸收剂量因子第三步：用户在水中校准点测量加速器产生的X射线和电子束的吸收剂量离子复合、极化效应、静电计校准和空气密度等系数查表吸收剂量的测量二放射线的临床剂量学特性和测量2放射线的临床剂量测量吸收剂量的测量二放射线的临床剂量学特性和测量2放射线的临床剂量测量吸收剂量的测量由固定源皮距SSD改为等中心SAD照射病人时，则须进行SAD因子的修正.SAD因子=(SSD+Dmax)2/SAD2SAD因子=(100+1.5)2/1002SAD因子=1.030

其计算公式改为：Dm=DT/（TMR•Sc,p•SAD因子）二放射线的临床剂量学特性和测量2放射线的临床剂量测量吸收剂量的测量二放射线的临床剂量学特性和测量2放射线的临床剂量测量

高能X射线能量:加速器X射线质的检测，使用固体水或者其它材料的固态模体代替，如：有机玻璃模体等，在SSD=100cm和10cm×10cm射野中心轴上测量10cm和20cm深度处剂量率的比值的变化，允许精度不超过±2%，检查频度为每月一次。电子束能量:监督加速器电子束的能量有无变化，应在体模中测量两个不同深度处的电离比J1/J2，第一深度一般定在参考深度。第二深度应定在R50值附近。深度一旦确定，每次测量应保持相同。对于400kV以下的X射线:以其高压、附加过滤和第一半值层表示，150KV以下：纯铝；150KV以上：纯铜，例如：180kV，0.5Cu+1Al滤,HVL=0.5mmCu

对放射性核素射线:通常用平均能量和核素名称来描述。例如钴-60源发出的两条γ射线可表述为能量分别为1.17MeV和1.33MeV(或平均1.25MeV)的钴-60γ射线。二放射线的临床剂量学特性和测量2放射线的临床剂量测量处方剂量的计算常规放疗中通常采用列表的方法，例1：加速器6MVX射线，当肿瘤深度为d=10cm,SSD=100cm,FSZ=15cm×15cm,DT=200cGy，问处方剂量应给多少？已知Sc,p=1.035，PDD（100，10，15）=69.5%。

解：Dm=DT/（PDD•Sc,p）

=200/（69.5%×1.035）

=278（MU）（做总散射因子Sc,p校正、若有楔形因子FW、托架因子ft的校正）二放射线的临床剂量学特性和测量2放射线的临床剂量测量处方剂量的计算因临床上经常使用矩形野或方形野加铅挡块形成的不规则照射野，又不能全都列表，则需进行对方野的等效变换，临床上最为简捷的方发是查表。二放射线的临床剂量学特性和测量2放射线的临床剂量测量剂量测量的质量控制与保证

检查内容允许精度检查频度备注

治疗附件的穿透率

楔形因子±2%每年NE2545/3A水箱

挡块托架因子±2%每年NE2545/3A水箱

吸收剂量的测量

水模体中测量±2%每三月NE2545/3A水箱

常规剂量检测±2%每日（开机前）固体水或有机玻璃模板

剂量仪（加速器）的检测

剂量仪读数的重复性0.5%每年

剂量仪积分剂量线性±1%每年

剂量仪剂量率线性±1%每年

剂量仪工作稳定性±2%每年

剂量仪读数随机架角的变化±1%每年

射野形状对剂量仪读数的影响

二放射线的临床剂量学特性和测量2放射线的临床剂量测量剂量测量的质量控制与保证检查内容允许精度检查频度备注

照射野特性的检查

灯光野指示每周在四个机架角位置上检测

灯光野与射野的符合性2mm每月用胶片测量

射野平坦度（X射线）±3%每月或修理后每种能量

射野对称性（X射线）±3%每月或修理后每种能量

射野平坦度（电子线）±3%每月或修理后每种能量

射野对称性（电子线）±3%每月或修理后每种能量

X射线输出量随射野大小的变化±2%每年每种能量

电子束输出量随限光筒的改变±2%每年