放射物理基础知识课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,照射野及有关名词定义,放射源,(S),在没有特别说明的情况下一般规定为放射源前表面的中心，或产生辐射的靶面中心。,射野中心轴 射线束的中心对称轴线。临床上一般用放射源,S,穿过照射野中心的连线作为射野中心轴 。,照射野 射线束经准直器后垂直通过模体的范围，用模体表面的截面大小表示照射野的面积。临床剂量学中规定模体内,50,同等剂量曲线的延长线交于模体表面的区域定义为照射野的大小,照射野及有关名词定义,参考点 规定模体表面下射野中心轴上某一点作为剂量计算或测量参考的点，表面到参考点的深度记为,d,0,。,400kV,以下,X,射线，参考点取在模体表面,(d,o,o),，,对高能,X,射线或,射线参考点取在模体表面下射野中心轴上最大剂量点位置,(d,o,d,m,),，,该位置随能量变化并由能量决定。,照射野及有关名词定义,校准点 在射野中心轴上指定的用于校准的测量点。模体表面到校准点深度记为,d,c,。,源皮距,(SSD),放射源到模体表面照射野中心的距离。,源瘤距,(STD),放射源沿射野中心轴到肿瘤内所考虑点的距离。,源轴距,(SAD),放射源到机架旋转轴或机器等中心的距离。,百分深度剂量,(,PDD,),：,百分深度剂量,(PDD),：,模体内照射野中心轴上任意深度,d,处的吸收剂量,Dd,与参考点深度,Dd,0,之比的百分数,PDD =,Dd,/ Dd,0,100%,分布特点,高能,X,线表面到最大剂量深度区域称为建成区域，建成区,PDD,随深度增加而增加；最大剂量点深度之后，,PDD,随深度增加而缓慢变小。,百分深度剂量分布,四、照射野剂量的影响因素（主要是对百分深度剂量的影响）,组织深度的影响：在同一照射条件下，百分深度剂量在最大剂量点前，随深度的增加而增加；在最大剂量点后，随深度的增加，百分深度剂量逐渐减少。,射线能量的影响：同一深度，百分深度剂量随射线能量的增加而增大。,照射面积的影响：照射面积增大，同一深度的百分深度剂量随之加大。,(,但受射线能量的影响,),源皮距对百分深度剂量的影响,两百分深度剂量之比，称为,F,因子。,在,d,m,处射野面积相同，但由于源皮距不同，较短源皮距的深度,d,处的射野比较长源皮距的深度,d,处的射野要大，散射条件不同，因此百分深度剂量随源皮距增加的程度始终小于,F,。可见同一深度下，射线能量、照射野面积不变的情况下，源皮距越小，百分深度剂量越小，且随深度的变化越快。源皮距越大，百分深度剂量越高。,百分深度随射线质（,RQ,）的变化,a 22MV X-ray,b 8MV X-ray,c 4MV X-ray,d Co-60,e 2MV X-ray,f Cs-137 (SSD=35cm),g 200kV X-ray (SSD=50cm),h Cs-137 (SSD=15cm),i 100kV X-ray (SSD=15cm),j Ra-226 (SSD=5cm),射野面积和形状的影响,低能射线,PDD,随射野面积改变较大,百分深度量通常使用的是方野的数据表方式表达，矩形野和不规则野转化成等效方野。等效野的物理意义：如果使用的矩形野或不规则野在射野中心轴上的,PDD,与某一方形野一样，该方形野可以称为其等效射野。临床上经常使用,Sterling,等人的经验公式面积,/,周长比法,A/p=ab/2(a+b),矩,s*s/4s,方,s=2ab/(a+b),源皮距对,PDD,的影响 （,Mayneord,F,因子）,模体,S,SSD1,d,d,m,S,r,r,模体,SSD2,d,m,SSD1,f,1,时，深度,d,处的,PDD,SSD2,f,2,时，深度,d,处的,PDD,两式相除,组织空气比（,TAR,）,定义 肿瘤中心处小体积软组织中的吸收剂量率与同一空间位置空气中一小体积软组织内的吸收剂量率之比,TAR,大小与源皮距无关,STD,S,D,ta,D,t,TAR,的特例 反散因子（,BSF,）,定义为中心轴上最大深度处的组织空气比,与源皮距无关，决定于射线能量、射野面积形状、患者身体的厚度。,组织空气比和百分深度剂量关系,模体,S,SSD,空气,d,d,m,Q,P,S,PDD,与,TAR,换算示意图,根据相应的定义,由,PDD,的定义，最后得出两者关系式,散射空气比,原射线和散射线,模体中任意一点的剂量为原射线和散射线剂量贡献之和。原射线是从源（或,X,线靶）射出的光子，它在空间和模体中任意一点的注量遵从平方反比定律和指数吸收定律。散射线包括，原射线和准直系统相互作用产生的散射；穿过治疗准直器和挡块的漏射线光子与模体相互作用产生的散射。,散射空气比,SAR,定义为模体内某一点的散射剂量率与该点空气中吸收剂量率之比。它与源皮距无关，只受射线能量、组织深度、和射野大小的影响。,零野的组织空气比 物理意义是没有散射线，表示原射线的剂量。,照射剂量率,照射（量）率：单位时间内照射量的增量。,单位：库仑,/,千克,.,秒,二、射线剂量单位,辐射剂量,照射量,:,照射量,X,是,dQ,除以,dm,所得的商；指射线在单位质量的空气中所产生的电离的电荷数。,X =,dQ,/ dm,单位：库仑,/,千克,(C/kg),。,原用单位是伦琴,(R),1R = 2.58,10,-4,C/kg,放射性活度,指单位时间内放射性物质本身衰变的多少，并不表示具体的剂量。,单位：贝柯勒尔,(,Bq,),，,原用单位是居里,(,Ci,),1,Ci,= 3.7,10,10,Bq,半衰期,放射性核素其原子核数目衰减到原来数目一半所需的时间,吸收剂量及测量,吸收剂量：即电离辐射给予质量为,dm,的介质的平均授予能。 单位：戈瑞,建成效应：,当高能光子入射到体模表面后，产生次级电子，通过电离和激发将能量沉积在稍远于它产生位置的径迹上，使电子的通量和吸收剂量由表面到深层呈递增累积过程，直至达到最大值。从表面到最大剂量深度区域称为剂量建成区。,组织模体比,组织模体比,(TPR),定义为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,(t,0,),处同一射野的剂量率之比,等剂量曲线,将模体内剂量相同的点连接起来的线即为等剂量曲线。,射野平坦度,通常定义为在等中心处,(,位于,10cm,模体深度下,),或标称源皮距下,10cm,模体深度处，最大射野的,80,宽度内,(,图,5-23),最大，最小剂量偏离中心轴剂量相对百分数 。,空气量、皮肤量、处方量,空气量：射野中心轴上某点空气中的照射量，单位库仑,/,千克,皮肤量：被照射皮肤表面中心点的吸收剂量。,处方量：对以确定的射野安排，欲达到一定的靶区剂量换算到标准水模体内，每个使用射野的射野中心轴上的最大剂量点出的剂量。,半影,半影的概念,：照射野边缘的剂量随离开中心轴距离的增加而发生急剧的变化，这种变化的范围即为半影。,几何半影：,由于,60,Co,放射源具有一定的尺寸，射线被准直器限束后，照射野边缘诸点受到剂量不均等的照射，造成剂量渐变分布。,穿射半影：,放射线束穿过准直器端面厚度不等而造成的剂量渐变分布。,(,改进方法：采用球面限光筒,),散射半影：,组织中散射线造成照射野边缘剂量渐变分布，这种散射线随能量增高而减少，但始终存在。,半影示意图,五 、 临床治疗剂量,临床剂量学四原则,肿瘤剂量要准确,治疗肿瘤区域内，剂量分布要均匀，剂量梯度变化,5%,，,90%,的等剂量曲线要包括整个靶区,尽量提高肿瘤治疗区域内剂量，降低降低周围正常组织受量,保护肿瘤周围重要器官,不均匀组织对剂量分布的影响,改变了原射线的吸收和散射的分布。,改变了次级电子的注量分布,校正方法,1,组织空气比或组织晕大剂量比法,2,有效衰减系数法,3,同等剂量曲线移动法,4.,组织空气比指数校正法,(,电子密度法,),组织补偿,1,组织填充物,对,200,400kV,的,x,射线，因最大剂量点就在皮肤上，因此可以直接将组织填充物放在患者皮肤寝面上,。,其填充物材料可以是薄膜塑料水袋、小米袋、石蜡等组织替代材料。但对钴,60,射线、高能,x,射线等，填充物必须远离皮肤，以保护射线的建成效应,。,但如果组织填充物用于修正剂量建成目的时，如锁骨上淋巴结照射，使用高能,x,射线时，填充物必须放在皮肤表面，而不能离开皮肤。,组织补偿器,可,修正射线束的倾斜,修正身体表面的弯曲,修正组织不均匀的影响,对不规则射野，通过补偿器改善剂量分布的影响,楔形因子,楔形因子,(,fw,),定义为加和不加楔形板时射野中心轴上某一点剂量率之比,楔形板不仅改变了射野的剂量分布，也使射野的输出剂量率减少,楔形因子一般用测量方法求得，测量深度随使用的射线能量不同而不同，但建议取楔形角,定义的深度，即,d=10cm,楔形板,楔形板是用来修饰高能,X(),线平野剂量分布的装置。,楔形角,楔形板对平野剂量分布的修正作用，用楔形角,表示，定义为在某一参考深度处等剂量曲线与照射野中心轴的垂直线的夹角,。,楔形野百分深度剂量,等于相同大小射野的不加楔形板时平野的百分深度剂量与,FW,的乘积。,一楔合成,就是将一个楔形角较大如取楔形角等于,60,0,的楔形板作为主楔形板，按一定的剂量比例与平野轮流照射，合成,0,0,60,0,间任意楔形角的楔形板。,动态楔形板,动态楔形野是利用独立准直器的运动实现的。 如果右叶片在每个位置上停留时间相等，则形成类似固定角度的物理楔形板形成的楔形照射野。如果右叶片每步停留时间不等，或左右叶片同时分步运动，可造成任意要求的剂量分布。动态楔形野不仅可以替代物理楔形板，而且是实现一维调强的理想方式。如果两对独立准直器都可以运动的话，可实现二维调强。,射野等效的物理意义,如果使用的矩形或不规则形射野在其射野中心轴上的百分深度剂量与某一方形野的相同时，该方形野叫作所使用的矩形或不规则形射野的等效射野。临床上经常使用简便的面积周长比法。如果使用的矩形野和某一方形野的面积周长比值相同，则认为这两种射野等效，即射野中心轴上百分深度剂量相同。,等效方野的计算,设矩形野的长、宽边分别为,a,，,b,；,方形野的边长为,s,，,根据面积周长比相同的方法有：,S=2ab/(a+b),对半径为,r,的圆型野，只要其面积与一方野近似相同，认为等效,：,S=1.8r,射野挡铅,目的：保护某一重要器官或是将规则野变成不规则野。,挡铅的类型：低熔点，其厚度使原射线的传射量不超过,5,，一般,4.5-5,半价层厚。,制作：见课本,23,页,六、近距离治疗剂量,用于近距离治疗的主要放射源及物理特性,：,近距离治疗的主要特点,：,根据距离平方反比定律：射线到达介质的强度与照射距离成平方反比关系。即距放射源较近处受照剂量高，随距放射源距离的增加，剂量迅速跌落。,可对正常组织进行保护，但亦造成靶区剂量分布的不均匀。,内照射不能单独应用于临床，一般作为外照射的补充。,放射源的校准,放射源的校准，是近距离照射剂量学的基础。基本方法是，在空气中用电高室方法对放射,源进行校准。在空气中对高剂量串放射源进行校准，往往需要考虑：,确定现场用电离室及静 电计对放射源的空气比释动能校准因子,Nk,；,选择较为适宜的测量距离；,所用电寓室的能 响及室壁厚度；,计算公式中相关校正因子的选择。,腔内照射的经典方法,巴黎系统,曼彻斯特系统,外,照射和近距离照射的概念的区别,靶区,指,接受特定吸收剂量和剂量时间模式照射的组织区域，对治疗方案不仅包括肿瘤区域还应包括可能受到肿瘤侵犯的区域。,内照射和外照射类似，但要说明,治疗区,外,照射指靶区剂量最小值对应的剂量等值面来表示。,内照射是指有一声制定的剂量等值面包含的范围表示。,放射治疗主要设备及射线,射线的种类,放射性同位素放出的,、,、,射线,X,线治疗机和各类加速器产生的不同能 的,线,各类加速器产生的电子束、质子束、中子束、负,介子束以及其他重粒子束,照射方式,远距离照射：,放射源离开人体一定距离集中照射某一病变部位。简称外照射。,近距离照射：,亦称内照射，组织间和腔内照射,（后装治疗）,。包括腔内和管内、组织间、敷贴、术中照射等。,将放射源密封直接放入被治疗的组织内或放入人体的天然腔内，如舌、鼻咽、食管、宫颈等部位进行照射。,常用放射线的物理特性及合理应用,高能,X,线剂量分布,最大剂量建成深度随射线能量增加而增大，即剂量建成区变宽。,对较深部的肿瘤应选择较高的射线能量,高能电子束剂量分布特点,电子束深度剂量曲线分为剂量建成区、高剂量坪区、剂量跌落区、,X,线污染区,肿瘤区域的剂量分布比较均匀，符合理想剂量分布，而且肿瘤后的正常组织剂量很小,从表面到一定深度剂量分布比较均匀，肿瘤的正常组织剂量很高，等于或大于肿瘤剂量。,适用治疗表浅、偏心的肿瘤，但也照射较好,高,LET,射线临床应用,种类：快中子、质子等其他重离子。,在模体内形成,Bragg,峰的剂量分布，有利于保护正常组织,当靶区体积较大时，调整线束能量或者加过滤器可使,Bragg,拓宽，以适合临床需要。,其尾部剂量跌落迅速，更适合治疗靶区和周围重要器官保护的需要,X,线治疗机,一般指,400kV,以下,X,线治疗肿瘤的装置,原理：高速运动的电子作用于钨等重金属靶，发生特征辐射、韧致辐射，产生,X,线。,用途：主要用于体表肿瘤和浅表淋巴结转移的治疗或预防性照射。,缺点：深度剂量低，皮肤剂量高；骨吸收剂量高；易于散射，剂量分布差。,钴,60,治疗机,原理：利用放射性同位素,60,Co,发射出的,射线治疗肿瘤,特点：,能量高，射线穿透力强；,皮肤反应轻；,康普顿效应为主，骨吸收类似于软组织吸收；,旁向散射少，放射反应轻；,经济可靠，维修方便。,缺点：需定时换源；环境污染,医用直线加速器,原理：利用微波电场沿直线加速电子然后发射，或打靶产生,X,线发射，治疗肿瘤的装置。,特点：,1,、可产生不同能量的,X,线,(425MV),2,、,可产生不同能量的电子线,(325MV),3,、,照射野均匀性好,4,、可作为,X,刀使用,5,、安全性好,近距离后装治疗机,现代后装治疗机主要包括：治疗计划系统和治疗系统。,现代近距离治疗的特点：,1,、放射源微型化，程控步进电机驱动；,2,、高活度放射源形成高剂量率治疗；,3,、微机计划设计。,模拟定位机,X,线模拟定位机是用来模拟加速器,或,60,Co,治疗机机械性能的专用,X,线诊断机。,作用：模拟各类治疗机实施治疗时的照射部位及范围，进行治疗前定位。,CT,模拟定位机,CT,扫描机,+,多幅图像显示器,+,治疗计划系统,+,激光射野投射器,肿瘤的正确定位,提供照射野的剂量分布,产生数字模拟影像,帮助设计合适的照射野,产生模板以供制作铅挡,在病人皮肤上标记等中心,点,立体放射治疗设备（课本,42,）,治疗实施系统,立体定向系统,治疗计划系统,剂量测量设备,电离室型剂量仪（见课本,43,）,半导体剂量仪,热释光剂量仪,胶片剂量仪,三、放射治疗计划过程,GTV/ CTV/ PTV/ TV/ IV,的定义,GTV (Gross tumor volume),肿瘤区：指通过临床诊察手段证实的肿瘤范围,CTV (Clinical target volume),临床靶区：包括瘤体本身及周围潜在的受侵犯组织及临床估计可能侵犯的范围,PTV (Planning target volume),计划区：指包括靶区本身和考虑到日常摆位及照射中病人,(,及器官,),运动所造成的靶位置和体积的变化而相应扩大照射的组织范围,TV (Treatment volume),治疗区：根据治疗目的,(,根治性或姑息性,),确定的，某一等剂量曲线所包括的范围,IV (Irradiation volume),照射区：指,50%,等剂量曲线所包括的范围,OR (Organs at risk),受威胁器官：指放射敏感的正常组织，其放射敏感性可影响治疗计划和处方剂量。,照射野的设计,高能电子束的射野设计（课本,46,）,能量的选择,1,。靶区深度：电子束的有效治疗深度，根据剂量曲线,R85,深度，约等于,1/4,1/3,电子束能量，深度是到靶区后缘的深度,2,。照射野内重要器官的耐受量的限制,照射野尺寸：,限光筒与体表之间的空隙：,组织不均匀校正,电子束的补偿,电子束射野成型,X (,),射线照射（课本,48,）,共面照射 单野照射 两野对穿照射 两野交角照射 三野照射 多野照射 旋转野照射,适形野照射,相邻野设计,非共面照射野的设计,治疗计划的步骤（课本,50,）,体位固定,靶区和重要器官的确定,治疗计划的设计,治疗计划方案的确认,放射治疗的实施,