肿瘤放射治疗学的物理基础ppt课件.ppt

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1、肿瘤放射治疗学的物理基础,齐齐哈尔医学院附属三院,本文档由医学百事通高端医生网专家制作免费咨询医生网址：http:/,概 述,一、放射治疗的概念： 是利用各种放射线对肿瘤及其侵润的组织进行一定剂量照射，从而控制肿瘤细胞生长、增殖的一种物理治疗技术。是肿瘤治疗的三大手段之一。（手术、放疗、化疗）二、放射治疗原理： 放射线与生物组织作用可产生生物损伤。 不同组织吸收射线剂量不同，所表现出的生物效应有很大差异。,概 述,三、放射治疗在肿瘤治疗中的重要性恶性肿瘤的发病率和死亡率：呈逐年上升趋势恶性肿瘤的死亡率：在城市居民已上升到第一位恶性肿瘤病人中接受放射治疗的比例：约有70世界卫生组织（WHO）于1

2、998年的统计结果： 45的恶性肿瘤可以治愈。其中:外科治疗占22，放射治疗占18，化学治疗占5 。,概 述,四、完成放射治疗需要学习的基本物理知识 1放射源和放射治疗设备 2 X（）射线临床剂量学 3高能电子线剂量学 4治疗计划的设计 5 X（）射线立体定向放射治疗 6三维适形和调强放射治疗 7近距离放射治疗剂量学 8放射治疗过程的质量保证,第一章 放射源和放射治疗设备,掌握内容： 放射源的种类、医用电子直线加速器X 线及电子线治疗模式、CT模拟熟悉内容： 临床常用放射源的物理特性、远距离 60Co治疗机的临床应用特点、放射治疗 模拟定位机、近距离后装治疗机了解内容： 深部治疗X射线机、重粒

3、子治疗,作业题,简述放射源的种类医用直线加速器的定义医用直线加速器的优缺点现代近距离放射治疗的特点CT模拟用于放射治疗计划设计具有哪些优点,第一节 放射源,一、放射源的种类临床放射治疗中使用的放射源大致有三类：1、 放射性同位素发射出的、和射线2、X线治疗机和各类加速器产生的不同能量的X线3、各类加速器决生的电子束、质子束、中子束、负兀介子及其他重粒子等,二、临床常用放射源及其作用,镭源是天然放射性核素，其它几种是人工放射性核素。 1226镭（226 Ra） 目前已不再使用镭源。因镭源有放射比度低，近距离治疗时间长，造价高，易污染等缺点。（半衰期长：1590a和氡气溢出）260钴（60Co）

4、60Co是放射治疗常用放射性核素，既可以用于肿瘤的远距离放射治疗，也可以用于近距离放射治疗。钴的半衰期为5.27年,的平均能量是1.25MeV,临床常用放射源及其作用,3、137铯（137Cs）目前主要用于替代镭源进行近距离放射治疗。137Cs半衰期为33年， 的平均能量是0.52MeV。4、192铱（192 Ir）192 Ir 源是高剂量率近距离放射治疗的常用放射源 。 的平均能量是360keV,半衰期74.5天,临床常用放射源及其作用,5198金（198Au） 用于体内肿瘤的种植放射治疗。由于其射线能量低，易于屏蔽，金源曾作为氡源的替代源广泛用于肿瘤的种植放射治疗。 6125碘（125I）

5、 目前广泛用于永久性种植及插植放射治疗。 其与金源及氡源相比半衰期长（602天），易存储且射线能量更低，更易于屏蔽。 因此目前碘源已经替代金源和氡源成为肿瘤种植及插植的首选核素。,252Cf源 是目前较好的用于腔内治疗的中子放射源；半衰期为2.65年中子平均能量为2.35MeV，同时也发射射线。,临床常用放射源物理特性表,第二节 常用的放射治疗设备,一、深部治疗X射线机 20世纪30年代肿瘤外照射治疗的主要设备。目前深部治疗X射线机的作用：治疗表浅肿瘤 如淋巴结转移灶或皮肤癌等。改善剂量分布 与高能X（）射线合并使用，可产生符合临床治疗要求的剂量分布。,一、深部治疗X射线机,深部治疗X射线机的

6、构成：主要由X射线管、高压发生器、控制台及辅助控制装置和设备构成。其核心部件是X射线管。 X射线管主要组成部分： 阴极（灯丝） 阳极靶面 玻璃密封管（真空）,X射线管结构示意图,X射线管的工作条件, X射线管的灯丝电流： 由灯丝变压器提供，灯丝变压器为降压变压器，通过调 整灯丝电压大小就可以控制灯丝加热强度，从而控制灯 丝电子发射数量，达到调整X射线管管电流的目的。 X射线管的直流高压： 由X射线机高压发生器提供。常压交流电经过高压变压器 升压，达到200400千伏，再经高压整流后变为直流高压 加到X射线管两端，作为加速电压。,X射线管的工作条件, X射线管的阳极靶： 为提高X射线产生效率，防

7、止阳极靶面因温度升的过高 而熔化、龟裂，通常阳极靶面采用金属钨(w)。 高真空环境（玻璃密封管）： 有利于电子加速及保护阴极灯丝和阳极靶。 X射线管的制冷装置：（与一般诊断X射线机不同） 治疗X射线机的管电流和管电压都较高，且治疗时间长，为保护X射线管不至于过热，在其外部加设了水循环或油循环冷却系统，以对其强制冷却。,习 题,1、深部治疗X射线机的构成不包括：? X射线管 高压发生器 控制台 辅助控制装置和设备 施源器2、深部治疗X射线机之X射线管的工作条件不包括：? 灯丝电流 直流高压 阳极靶 放射性同位素 制冷装置,二、远距离60C0治疗机,远距离60C0治疗机,自从20世纪50年代由加拿

8、大首先生产60Co放射治疗机到现在，其结构、性能、标准有了很大的改进。可以完成如下治疗技术： 源皮距照射 等中心照射 弧形照射 适形放射治疗我国目前用于临床治疗的60Co治疗机大约有500台。,60Co治疗机的基本构造特点,60Co治疗机有固定式和旋转式两种类型。固定式特点：固定式也称为立式治疗机，其治疗机头只能上下移动，但机头可以朝一个方向转动一定角度，机架不能旋转，不能做等中心治疗，病人治疗摆位麻烦，精度不易保证。目前固定式60Co治疗机已不在生产,60Co治疗机的基本构造特点,旋转式特点：治疗机与治疗床一体，机架可做360旋转，机头也可朝一定的方向旋转。适合等中心照射，病人摆位方便，精度

9、较高。旋转式治疗机的构成：源室（治疗机头）、旋转机架、治疗床控制系统组成。,旋转式Co-60治疗机结构示意图,60Co治疗机头,160Co治疗机头的构成：是治疗机的关键部件，主要由钴源、源室、防护外壳和射 线准直器系统组成。源的形状及封装形式：外照射用60Co源通常制成圆柱状或盘状，密封于不锈钢容器中，该不锈钢密封源外层再封装一层薄不锈钢套以防止 60Co源脱落。,60Co治疗机头,线束的组成成分：60Co所释放的射线形成放射治疗的有用线束。其与治疗机其他部件相作用产生低能散射射线。钴的半衰期为5.27年,的平均能量是1.25MeV（1.171.33MeV）60Co所释放的粒子被不锈钢封套吸收

10、， 同时产生轫致辐射X射线，其能量约0.1MeV。低能射线“污染”：轫致X射线与低能散射射线一起构成了所谓有用线束中的低能射线“污染”。其所占比例应小于10。,60Co治疗机的半影,260Co治疗机的半影射线束在模体形成的照射野边缘的吸收剂量随离开射线中心轴距离的增大发生急剧的变化，这种变化的范围称为半影。 有三种原因造成60Co治疗机半影： 几何半影 穿射半影 散射半影,60C0治疗机半影形成示意图,与深部治疗X射线机产生的X射线相比：60Co治疗机产生的射线能量更高：穿透力强：适于深部肿瘤的治疗（头颈部肿瘤）皮肤剂量小骨和软组织有同等的吸收剂量侧向散射线少：射野边缘以外正常组织受量较少,6

11、0Co治疗机的临床应用特点,60Co治疗机的临床应用特点,经济、可靠：结构相对简单，维修比较方便，设备造价较低，运行可靠，为肿瘤放射治疗的普及型设备。,习 题,1、旋转式60Co治疗机的构成不包括：? 源室 旋转机架 治疗床 控制系统 X射线管 钴源 2、旋转式60Co治疗机的“机头”构成不包括：? 钴源 源室 阳极靶 准直器系统 防护外壳,三、医用电子直线加速器,（一）医用电子直线加速器的工作原理,医用电子直线加速器是利用微波电场，将电子沿直线加速到较高能量，从而获得高能X射线或电子线的放射治疗装置。,（二）医用电子直线加速器的基本结构,根据加速电子的微波电场形式可分为： 医用行波电子直线加

12、速器 医用驻波电子直线加速器二者的结构与组成基本相同：主要由加速管、微波功率源、微波传输系统、电子枪、束流系统、真空系统、恒温冷却系统、控制系统、 辅助治疗系统等组成。,医用电子直线加速器结构示意图,医用电子直线加速器两种治疗模式,高能X射线和高能电子束治疗模式1X射线治疗模式的实现射野形成系统：加速管中电子束引出后，击靶产生 X射线经初级、次级准直器限束准直由均整器对射线强度进行补偿吸收经过以上三个过程就可在病人体内形成射线强度基本均匀一致和一定照射面积的照射野。,医用电子直线加速器两种治疗模式,射野指示系统：为了显示实际照射野大小，加速器机头内部设有灯光野指示系统。该系统由光源和反射镜片组

13、成，光源产生的可见光通过反射镜反射经次级准直器出射后照射到病人体表，用以指示射野大小。在加速器机头外部设有一光距尺，用以指示放射源到关心点（一般为皮肤）的距离。,医用电子直线加速器两种治疗模式,剂量监督系统：线束均整器与次级准直器之间设有射线输出剂量监督电离室，监测射线强度及射野内射线剂量的对称性。,医用电子直线加速器产生X射线示意图,医用电子直线加速器两种治疗模式, 电子束治疗模式的实现电子束的引出：加速器高能电子束经偏转后不打靶（靶会自动移开），将其从出射窗直接引出，用于临床电子束治疗。均整器的调整机构：在选择电子束治疗模式时，由于散射箔设置在X射线均整器位置处，所以均整器会自动移开。,医

14、用电子直线加速器两种治疗模式,电子束的展宽：根据电子束易于散射的特性，采用散射箔技术将射线束展宽。其厚度要达到能够使电子束形成完全散射，同时轫致辐射少量发生。电子束经散射箔扩展后，“经次级准直器，电子束限光筒形成治疗用照射野。,医用电子直线加速器两种治疗模式,次级准直器跟随系统：即当选择不同型号电子束限光筒时，次级准直器的张口会自动跟随，以改善电子束照射野边缘剂量分布，减轻电子束限光筒重量。,医用电子直线加速器产生电子线示意图,医用电子直线加速器的优势,运行安全可靠：计算机技术以及智能化故障检索技术的成熟应用治疗精确性高：影像校验技术以及适形治疗技术的成熟应用,（三）医用电子直线加速器临床应用

15、特点,与60Co治疗机相比：优点：可提供X射线和电子线两种射线束： 低能档X射线用于治疗头颈及四肢部位肿瘤 高能档X射线用于治疗胸腹部较深部位肿瘤 多能档电子线用于治疗表浅及偏心部位肿瘤,医用电子直线加速器临床应用特点,综上所述医用电子直线加速器适用于全身各部位肿瘤的放射治疗。无需永久放射源：医用电子直线加速器不需要永久放射源，设备在不加高压时无射线产生。半影较60Co治疗机小：加速器X射线能量更高、靶点非常小，配合球面准直器在照射野边缘形成的半影相对较小。,医用电子直线加速器临床应用特点,不足：日常维护及质量保证费用较高：由于医用电子直线加速器涉及高压、高真空、微波传输、治疗床及机架的精密转

16、动，因此设备结构复杂、技术要求高。,医用直线加速器优缺点优点：既可以产生高能电子束，又可以产生高能X射线和快中子，其能量范围在450MeV之内半影小、穿透力强、保护皮肤、旁向散射小设野方便，照射野均匀性好治疗精确性高，可行适形放疗缺点：价格昂贵，维护不方便，对湿度及温度要求高,四、近距离后装治疗机,四、近距离后装治疗机,现代近距离后装治疗机的组成：放射源（192Ir或60Co、 137Cs ）施源器亦称施治器源室及放射源驱动单元治疗计划系统,四、近距离后装治疗机,现代近距离后装治疗机的应用范围：腔内照射治疗管内照射治疗组织间插植照射治疗体内种植照射治疗表面敷贴照射治疗,四、近距离后装治疗机,现

17、代近距离后装治疗机的特点：一是放射源微型化： 由于放射源的微型化，通过施源器可以到达体内需要治疗的肿瘤的各个部位，放射源在体内的驻留位置和驻留时间可以由计算机精确控制，实现理想的剂量分布。,四、近距离后装治疗机,二是高剂量率治疗： 利用高活度192Ir源可以实现高剂量率治疗，缩短照射时间，减少了病人痛苦。三是完善的治疗计划系统： 治疗计划由计算机模拟生成，可以对不同治疗方案进行优化比较，提高了疗效。,现代近距离放射治疗的特点：单一高活度放射源（高剂量率治疗）后装治疗放射源微型化完善的治疗计划系统,习 题,1、现代近距离后装治疗机的组成不包括：? 放射源 X射线管 源室及放射源驱动单元 施源器

18、治疗计划系统2、现代近距离后装治疗机的应用范围不包括：? 标称源皮距照射治疗 腔内照射治疗 管内照射治疗 组织间插植照射治疗 体内种植照射治疗,五、放射治疗模拟定位机,五、放射治疗模拟定位机,模拟定位机的概念：模拟定位机是用来模拟加速器或60Co治疗机治疗条件的专用X射线成像系统。模拟定位机的成像原理与结构模拟定位机的成像原理与一般X射线机基本相同。其基本结构由X射线管、影像增强器、X射线电视、旋转机架、射线准直器系统、诊断床及控制台组成。,五、放射治疗模拟定位机,模拟定位机的特点：机械与几何参数 模拟定位机机架旋转角度、机头旋转角度、诊断床旋转 角度、模拟照射野的位置和大小以及等中心点精度都

19、必须与治疗机一致。机架与机头 可以向一定方向旋转且范围较宽，能够适应不同治疗技术的模拟需要。,五、放射治疗模拟定位机,影像增强器 模拟机机头和影像增强器之间的距离可上下调节，以适应不同的治疗机不同源轴距离的要求。准直器 准直器由遮线器和射野“井”形界定线组成，前者用于确定透视或照相时的射野大小，后者用于界定病变和器官的位置，以便模拟治疗机照射野的位置和大小。,五、放射治疗模拟定位机,射野指示系统 为了定位方便，模拟机机头配置能够模拟X射线照射野的灯光野指示系统，照射野标尺及光学测距器。模拟机诊断床 床面可上下、左右、前后运动。 床体可以以床柱为轴旋转。 床座可以机架角为零度时的线束中心线为轴旋

20、转。 以上设计均为适应肿瘤定位需要。,模拟定位机结构示意图,模拟定位机的功能,模拟定位机在治疗计划设计过程中主要执行两大功能：为治疗计划设计者提供有关肿瘤和重要器官的影像信息： 这些信息区别于来自常规诊断X射线机的影像信息，可以直接为治疗计划设计使用，如治疗距离处射野方向的X射线正、侧位平片，可以用来设计、制作射野挡块等。,模拟定位机的功能,用于治疗方案的验证与模拟： 经过计划评估后的治疗方案在形成最后治疗方案前必须经过验证与模拟，以确定照射野大小、射野角度、挡块形状是否准确，机架转动、病人体位设计是否合理等。,（二）CT模拟,CT模拟（CT sim）的定义：利用CT薄层或螺旋扫描来获取病人治

21、疗部位影像信息、用计算机系统进行计划设计并模拟验证放射治疗过程。CT模拟系统的组成及其作用：大视野薄层或螺旋CT： 用以获取病人治疗部位影像数据,（二）CT模拟,计算机软硬件系统： 能够实现CT图像三维重建、计划设计、显示及射野模拟验证。激光射野模拟器： 用以实现照射野的体表定位与勾画。,CT模拟用于放射治疗计划设计具有哪些优点,与既往的常规模拟机相比，CT用于放射治疗计划设计具有下列优势:靶区定位的准确性好，精确度高。可以观察靶区的周围重要组织器官的关系有得于治疗计划的设计，方便计划的调整与修正剂量计算更精确，可计算靶区的实际受量及周围重要器官的受量可行组织密度校正,第三节 重粒子治疗,“重

22、粒子”的由来：所谓重粒子是相对光子、电子等质量较轻的粒子而言。重粒子的组成：重粒子可以是中子、质子、介子等基本粒子，也可以是氮、氧、碳等质量较重的离子。重粒子的产生：重粒子一般通过中、高能回旋加速器产生。,一、重粒子治疗的物理生物特性,带电粒子辐射在介质中的能量转移本领可以用传能线密度（LET）表示。LET定义为：射线粒子在单位厚度的介质中能量损失、转移的大小。重粒子由于其质量大，带多个正电荷或负电荷，因此其大部分为高LET射线。 当LET10KeVm时为高LET射线。 当LET10KeVm时为低LET射线。,（一）重粒子射线的物理学特性,具有布拉格峰（Bragg peak）重粒子在介质表面能

23、量损失较慢，随着深度增加其粒子运动速度逐渐变慢，能量损失增大，在射程末端能量损失率突然增加，形成电离吸收峰即所谓布拉格峰（Bragg peak），当重粒子最后静止时，能量损失率急剧降为零。,不同射线射野中心轴上百分深度剂量分布,（二）重粒子射线的生物学特性,对细胞的含氧状态依赖性小：高LET射线对有氧细胞和无氧细胞均有杀伤作用，其对细胞的杀伤效应对细胞的含氧状态依赖性小。因此氧增强比（OER）低。对细胞的不同时相依赖性小：高LET射线对细胞周期的不同时相均有杀伤作用， 其对细胞的杀伤效应对细胞的不同时相依赖性小。基于上述原因，高LET射线的相对生物效应(RBE)较高。,几个相关的概念,生物效应

24、：X、射线与物质相互作用的三个过程,最后都产生了次级电子,生物效应最终是电子的能量在组织中由电离而被吸收,引起组织的物理化学变化、生化反应,进而造成生物损伤。相对生物效应（RBE）：相对生物效应是在形成同样生物效应所需的250kvpX射线参考辐射剂量与某种射线辐射剂量之比。氧增强比（OER）：?在细胞缺氧和细胞富氧时,产生相同生物效应时的物理剂量之比。,二、快中子治疗的物理与生物学特性,快中子的产生方法：临床所用快中子射线由氘一氚（D-T）中子发生器和回旋加速器产生的。快中子的能量范围：1430MeV快中子的特点：由于快中子不带电荷，因此其物理生物特性除OER值低外其它方面与一般重粒子均不同。

25、,二、快中子治疗的物理与生物学特性,优点快中子的OER值低，因此对乏氧细胞杀伤也较大。对细胞的杀伤是单击致死性损伤，亚致死性损伤少，细胞生存曲线肩区不明显。对局限型腺癌疗效好于高能X射线。,二、快中子治疗的物理与生物学特性,不足不具有布拉格峰（Bragg peak）剂量建成区小 对皮肤及皮下组织影响大可产生放射性核素 能激活其他物质的原子，产生放射性核素，从而造成污染。漏射线较高 其照射野外漏射线高于电子直线加速器。,三、 质子治疗的应用,质子射线的产生设备：同步回旋加速器高能质子直线加速器临床应用质子线束的能量范围：100500MeV质子线束的特点：?质子为带电粒子，具有电离峰型 吸收曲线，

26、质子物理特性好，但质子的氧增强比、相对生物效应与X射线、射线的相同,质子治疗的应用,质子线束的应用：质子射线主要用于治疗脑肿瘤、眼球黑色素瘤、前列腺癌、子宫颈癌等。不足：尽管重粒子治疗肿瘤取得了较好的疗效，但造价和日常维护费用高，因此目前还没有广泛应用。,光子与质子调强治疗比较,第二章 X（）射线临床剂量学,掌握内容：放射治疗物理学有关的名词、楔形板及其照射技术熟悉内容：X（）射线的深度剂量分布（射线中心轴上百分深度剂量、组织空气比、组织最大比、 等剂量曲线）、射线束的修整、等效方野的概念和等效方野的计算方法。了解内容： 处方剂量的计算,掌握放射源、照射野、源皮距、源瘤距、等剂量曲线定义掌握百

27、分深度剂量的概念和影响因素掌握等效方野的计算方法,第一节 放射治疗物理学有关的名词1射线源：在没有特别说明的情况下，一般指放射源前表面的中心，或产生射线的靶面中心。对加速器产生的电子束取在出射窗或其散射箔所在的位置。2射线中心轴：表示射线束的中心对称轴线。临床上一般用放射源与最后一个限束器中心的连线作为射线中心轴。,放射治疗物理学有关的名词,3照射野： 表示射线束经准直器后垂直通过体模的范围，用体模表面的截面大小表示照射野的面积。在等中心位置处的投影面积大小为标称射野尺寸。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。,放射治疗物理学有关的名词,4参考点：

28、一般情况下，为剂量计算或测量点。通常规定为模体表面下射线中心轴上的一点。模体表面到参考点的深度为参考深度。对400kV以下X射线，参考点取在体模表面。对高能X（）射线，参考点取在模体表面下最大剂量点位置。,放射治疗物理学有关的名词,5校准点：指体模内射线中心轴上指定的剂量测量点。模体表面到校准点的深度为校准深度。在进行外照射放射治疗剂量计算时，通常我们要事先测量治疗机在校准点处形成吸收剂量率即校准剂量率的大小。,放射治疗物理学有关的名词,6源皮距（SSD）：表示沿射线中心轴从射线源到皮肤表面的距离。不同治疗方式采用的源皮距不同。7源瘤距（STD）：表示沿射线中心轴从射线源到肿瘤内所考虑点的距离

29、。8源轴距（SAD）：表示沿射线中心轴从射线源到治疗机等中心点的距离。,习 题,1、源皮距（SSD）概念：表示沿射线中心轴从射线源到皮肤表面的距离2、源瘤距（STD）：表示沿射线中心轴从射线源到肿瘤内所考虑点的距离。3、射线源：指放射源前表面的中心，或产生射线的靶面中心。对加速器产生的电子束取在出射窗或其散射箔所在的位置4、照射野：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。 。,第二节 X（）射线的深度剂量分布,一、射线中心轴上百分深度剂量射线进入人体或模体后，人体或模体内的吸收剂量随下列因素不同而发生变化：射线能量组织深度照射野面积源皮距离,（一）百

30、分深度剂量（PDD）的概念,是指模体内照射野中心轴上任一深度d处的吸收剂量（Dd）与参考点深度吸收剂量（D0）之比的百分数，即：,百分深度剂量的定义示意图,（二）影响百分深度剂量的因素,1组织深度对百分深度剂量的影响 ：剂量建成效应和剂量建成区：当高能光子入射到模体表面后，其吸收剂量随着深度增加而加大。并在体表下一定深度处，存在一个峰值（最大剂量点）这种吸收剂量在模体内具有最大剂量的现象称为剂量建成效应。,影响百分深度剂量的因素,从体表到最大剂量点深度所对应的区域称为剂量建成区。在剂量建成区内，百分深度剂量随深度增加而增大。在剂量建成区外，即过最大剂量点之后，随深度的增加百分深度剂量逐渐减少。

31、,百分深度剂量随射线能量变化趋势,影响百分深度剂量的因素,2射线能量对百分深度剂量的影响 ：当射线能量增大时，射线的穿透力提高，因此射线轴上同一深度，其吸收剂量增大，百分深度剂量也随射线能量的增加而增大。3照射面积对百分深度剂量的影响 ：当照射野面积增大时，同一深度的百分深度剂量随之加大。但当照射野面积很大时，照射野边缘的散射线对中心轴上的剂量贡献减少，此时百分深度剂量随面积增加变缓，并逐渐达到饱和。,影响百分深度剂量的因素,等效照射野的概念： 如果使用的矩形野或不规则野，在其照射野中心轴上的百分深度剂量与某一方形野的百分深度剂量相同时，该方形野叫做所使用的矩形或不规则照射野的等效照射野。 等

32、效照射野的计算方法（面积周长比法）： 即如果使用的矩形野和某一方形野的面积周长比值相同，则认为这两种照射野等效，照射野百分深度剂量相同。,影响百分深度剂量的因素,若矩形野的长、宽分别为a和b，等效方形野的边长为c，根据面积周长比相同的方法则： 例如：对8cm X l0cm矩形野，其等效方野边长为：c=2810/（8+10）=89cm。,影响百分深度剂量的因素,4源皮距对百分深度剂量的影响 ：在同一深度下，射线能量、照射面积不变的情况下，源皮距离越小，百分深度剂量越小；源皮距越大，百分深度剂量也越高。,（三）百分深度剂量表的定义,百分深度剂量表是在一定条件下（如标称源皮距），在模体（一般为水体模

33、）中实际测量的百分深度剂量随深度、照射野面积及射线能量等变化的数据列表。,（四）百分深度剂量表的应用,临床上不论用单野或多野合并照射，均由物理师设计定野，进行剂量分配。每一照射野应给予的最大参考点剂量Dm，是由分配到的肿瘤量D0，经查百分深度剂量（PDD）后计算得出： 因 PDD =D0/Dm 所以 Dm=D0PDD。,60Co百分深度剂量表（SSD=50cm）,5MeV电子线百分深度剂量表（SSD=100cm）,10MeV电子线百分深度剂量表（SSD=100cm）,6MV X射线百分深度剂量表（SSD=100cm）,二、射线中心轴上组织空气比,组织空气比（TAR）的由来：在使用等中心照射技术

34、进行放射治疗时，射线束的旋转中心点一般位于肿瘤中心。线束旋转时SSD随之发生变化，由于PDD随SSD改变而改变，因此使用百分深度剂量进行等中心照射技术的剂量计算就变得较为繁琐。为此放射治疗剂量学引入组织空气比（TAR）。,二、射线中心轴上组织空气比,组织空气比（TAR）的概念：是指体模内射线中心轴上任一点吸收剂量Dd与空间同一位置上自由空气吸收剂量Dfs之比。即：,射线中心轴上组织空气比,背散射因子：临床剂量学中将最大剂量点处的组织空气比称为背散射因子：BSF=TAR（dm）背散射因子代表了体模的存在，其散射线对空间一点剂量的影响。,组织空气比的影响因素,1组织空气比与源皮距无关：这就使在等中

35、心放射治疗或旋转照射治疗时、应用组织空气比进行剂量计算变得非常方便。2照射野、射线能量及组织深度的影响：TAR随照射野、射线能量、组织深度的变化与百分深度剂量类似。,三、射线中心轴上组织最大比,组织最大比（TMR）的由来：虽然组织空气比（TAR）与源皮距（SSD） 无关，适于等中心照射时的剂量计算，但随着射线能量的增加，为达到次级电子平衡，测量空气吸收剂量的电离室壁厚度增大，这不仅使测量变得困难，而且会增加测量误差。为解决上述问题临床上引入了组织最大比的概念。,三、射线中心轴上组织最大比,组织最大比（TMR）的概念：是指体模内照射野中心轴上任意一点的吸收剂量Dd与空间同一点体模中照射野中心轴上

36、最大剂量点处的吸收剂量Dm之比。即： 组织最大比（TMR）的特点： 由于TMR所涉及的两点剂量都是指体模内组织吸收剂量，避开了空气中吸收剂量测量，因此，解决了TAR测量遇到的困难。TMR随射线能量、照射野大小以及随组织深度变化与TAR相类似。,组织最大比测量示意图,习 题,1、不会影响组织空气比（TAR）的因素是：？ 射线能量 源皮距离 组织深度 照射野面积 组织密度2、不会影响组织最大比（TMR）的因素是：？ 射线能量 源皮距离 组织深度 照射野面积 组织密度,四、等剂量曲线,等剂量曲线的定义：把体模内过射线中心轴平面上剂量相同的点连接起来形成的一组曲线称为等剂量曲线。等剂量曲线的绘制：等剂

37、量曲线直观反映了射线束在体内离轴方向的剂量变化。通常按照10等剂量间隔绘制，且归一于线束中心轴的最大剂量点。,不同能量X（）射线等剂量分布曲线,等剂量曲线,等剂量曲线的应用：在制定临床放射治疗计划时，有时需要知道整个照射野内的剂量分布，甚至照射野邻近区域的剂量分布，临床上用等剂量曲线来反映射线在体内的剂量分布。,等剂量曲线,等剂量曲线的应用实例：下图为膀胱肿瘤放射治疗时，在过肿瘤中心的横断面上的等剂量曲线。由图中可以观察，对比射线剂量在肿瘤内及周围的相对分布状况,五、电离辐射体模,电离辐射体模在放射治疗中的作用：放射治疗时我们很少能够直接测量病人体内需要治疗部位的照射剂量，对病灶部位剂量的估算

38、都是通过在体模内测量的剂量参数，推算或折算成病人体内照射部位的实际剂量数值。因此，体模对于放射治疗剂量估算、剂量评价具有非常重要的作用。,五、电离辐射体模,电离辐射体模的特点：放射治疗中所采用的体模必须具有较好的组织等效性，以方便剂量估算、剂量评价。组织等效（组织替代）：某物质的有效原子序数和电子密度与组织接近。,（一）水体模及其特点,水体模与软组织、肌肉的组织等效性好。射线在水体模中的吸收与散射与组织接近。在不同的地点、时间 水的辐射特性非常稳 定，因此在水中测量 的剂量参量具有可比性。,（二）其他类型的体模,固体匀质体模：如有机玻璃、石蜡等。固体体模使得剂量的测量更为方便，剂量测量时可以根

39、据要求随意增加体模厚度、大小以适应不同的测量条件的要求。固体非匀质体模：如人体各种组织、器官体模以及内部结构完全按照人体结构组成，且外观形态也具有人体外形的人体体模。,固体体模,人体体模,第三节 射线束的修整,目的：为了尽可能的减少靶区周围重要组织或器官的照射量。一、铅挡块的厚度低熔点铅（LML）的物理特性：组成成份：50铋、267铅、100镉、 133 锡熔点：约为70 （纯铅熔点327）密度：约为纯铅密度的80。,铅挡块的厚度,X（）射线窄束和宽束在L M L中线性衰减系数和半价层,铅挡块的厚度,当全挡时，要求原射线的穿射量不超过5。设n为所需的半价层数，根据半价层定义，有： （HVL）n

40、 =（1/2）n =0.05 n = ln20/ln2 =4.32即需要455个半价层，就可以将原射线减弱到不到5。,铅挡块的厚度,不同能量电子线穿射5时所需L M L厚度,二、挡块的制作,照射野挡块制作分下述几个过程：确定形状制作阳模挡块浇注加工修整 拍验证片拍证实片,铅挡块的替代产品：多叶光栅,照射野挡块制作设备及材料,照射野挡块制作及验证设备,手动和自动热丝切割机,习 题,1、模室制作挡块用的低熔点铅合金中没有的成份是：？ 铋 镉 铅 铜 锡2、模室制作挡块用的低熔点铅合金的熔点约为：？ 10 30 50 70 90、简答射线束修整的目的： 放射治疗时，为了尽可能的减少靶区周围正常组织的

41、照射，必须使得照射野形态在投照方向上与靶区形态相一致，为此使用低熔点铅制成挡块（或多叶光栅），置于射线束中形成非规则照射野，以保护照射野内（靶区周围）重要组织或器官。,第四节 楔形板及其照射技术,楔形板的作用：为适应临床治疗的需要，通常在射线束的途径上加楔形板对线束进行修整，获得理想的剂量分布，楔形板因其形状一端厚一端薄而得名。,一、楔形角的定义,按ICRU统 一规定，楔形板对平野剂量分布的修正作用，用楔形角（）表示。楔形角（）定义为：体模内射线中心轴上，参考深度处楔形等剂量线与照射野中心轴夹角的余角。ICRU第24号报告中建议用10cm作为楔形角的定义深度。,楔形角的定义示意图,二、楔形因子

42、的定义,楔形板对射线中心轴剂量的影响用楔形因子表示。楔形因子（Fw）定义为：楔形照射野中心轴上某一点剂量与开野照射时射线中心轴上同一点剂量之比：Fw=DdwDd楔形因子是在d=10cm，标准SSD条件下测量得到的。（应对不同大小的照射野分别进行测量）,楔形野百分深度剂量,楔形野百分深度剂量定义为：模体中楔形野中心轴上某一深度处的吸收剂量（Ddw）与开野时参考点处吸收剂量（Dm）之比。根据定义，楔形野的百分深度剂量PDDWw为：,楔形野百分深度剂量曲线,三、楔形板的临床应用原则,楔形板在临床上主要解决的问题：一是解决偏体位肿瘤的两交叉照射野内剂量的不均匀性问题。（如上颌窦等）二是对人体曲面和缺损

43、组织进行补偿，以取得较均匀的等剂量分布。（如颈胸段食管癌等）三是改善靶体积较大，部位较深肿瘤的剂量分布。（如前列腺等）,对偏体位肿瘤治疗的应用,对人体曲面和缺损组织进行补偿的应用,对靶体积较大、部位较深肿瘤治疗的应用,四、自由楔形角的形成方法,临床需要一些特定角度的楔形板来达到理想的剂量分布曲线，对非标准楔形角的合成采用一楔多用技术来完成。所谓一楔多用就是：将一个楔形角较大的楔形板作为主楔形板，按一定的比例与平野进行轮照，合成主楔形板以下任意楔形角的楔形板，一般取60o楔形角为主楔形板。,自由楔形角的形成方法,设主楔形板的楔形角为n（n=60o），合成后的楔形野的楔形角为，二者的关系为：式中K

44、为平野和n主楔形野的肿瘤剂量配比，即：式中Dn主楔形野给予肿瘤的剂量；D平为平野给予肿瘤的剂量。,习 题,1、等剂量曲线概念：把体模内过射线中心轴平面上剂量相同的点连接起来形成的一组曲线称为等剂量曲线。2、百分深度剂量：是指模体内照射野中心轴上任一深度d处的吸收剂量（Dd）与参考点深度吸收剂量（D0）之比的百分数。3、楔形角（）定义为：体模内射线中心轴上， 10cm深度处楔形等剂量线与照射野中心轴夹角的余角。,1、百分深度剂量的影响因素射线能量、组织深度、照射野面积、源皮距离2、等效照射野： 如果使用的矩形野或不规则野在其照射野中心轴上的百分深度剂量与某一方形野的百分深度剂量相同时，该方形野叫

45、做所使用的矩形或不规则照射野的等效照射野。,第五节 处方剂量的计算,处方剂量（ Dm ）的定义：对已确认的射野安排，欲达到一定的靶区（或肿瘤）剂量DT，换算到标准水模体内每个使用射野的射野中心轴上最大剂量点处的剂量Dm，单位为cGy。靶区剂量（ DT ）的确定：临床放射治疗医师根据病人肿瘤的形态、分期及组织学分类，确定肿瘤的致死剂量及分割照射次数，从而得到靶区剂量（DT），单位为cGy。,一、组织密度对临床剂量的影响,人体主要由肌肉、脂肪、骨、气腔以及肺组织组成，而这些组织密度不同，因此，临床剂量计算时必须对在标准状态下得到的处方剂量进行如下修正。等效组织厚度法： 将非均匀组织密度与厚度相乘，

46、折算成等效软组织厚度，然后按照均匀软组织计算深度剂量。等剂量曲线平移法：（略）,二、临床处方剂量计算公式,处方剂量的大小与靶区的深度、靶区治疗剂量有关。根据百分深度剂量的定义，当采用固定源皮距（SSD）照射时，如果靶区治疗剂量为DT，靶区中心所在位置百分深度剂量为PDD，则对应的处方剂量为：,临床处方剂量的计算公式,当采用等中心照射技术时，如果应用组织最大比TMR来计算处方剂量，则：实际处方剂量计算时不但要考虑组织密度的影响，还要考虑加速器、60Co治疗机的剂量校准情况，治疗机机头准直器开口变化、体模散射剂量的影响以及楔形滤过板之楔形因子修正。,第三章 高能电子线剂量学,掌握内容：高能电子线的

47、应用、高能电子线的临床特点（中心轴深度剂量分布、影响中心轴深度剂量的因素）熟悉内容：电子线治疗的计划设计（射线能量及照射野的选择、组织非均匀性校正）了解内容：电子线的物理特性、电子线的补偿技术,第一节 电子线的物理特性,高能电子线照射野的形成：由加速器产生的高能电子线，经扩束、准直后形成治疗照射野。高能电子线的应用：主要用于治疗皮肤表面、偏位及深度小于5cm的表浅病变；也可用于肿瘤手术中放射治疗及全身皮肤放射治疗。,习题,、简答高能电子线照射野的形成及应用范围： 由加速器产生的高能电子线，经扩束、准直后形成治疗照射野。主要用于治疗皮肤表面、偏位及深度小于5cm的表浅病变；也可用于肿瘤手术中放射

48、治疗及全身皮肤放射治疗。,电子线能量的表述方法,平均能量：是指体模表面照射野内电子平均能量，它表示电子线在组织中的穿透能力，是确定体模中不同深度处电子线平均能量的重要参数，平均能量可以通过测量电子线在体模内深度剂量分布换算得出。,第二节 高能电子线的临床特点,一、中心轴深度剂量分布特点用百分深度剂量来描述：百分深度剂量的定义为：体模内照射野中心轴上某一深度处的吸收剂量与参考深度处吸收剂量之比。（与X射线相同）将百分深度剂量曲线分为四个区，分别说明如下：,中心轴深度剂量分布特点,1剂量建成区从表面到dmax深度为剂量建成区，区宽随射线能量增加而增宽。相比于高能X()射线，高能电子线的表面剂量高，

49、剂量建成效应不明显。2高剂量坪区从dmax到d85（或dt）深度为高剂量坪区，又称之为治疗区。随着深度的增加，百分深度剂量在很短距离达到最大值，形成相对均匀分布的高剂量区域，剂量变化梯度较小。射线能量越高，高剂量坪区越宽。,中心轴深度剂量分布特点,3剂量跌落区d85(或dt)深度以下剂量急剧下降的区域，称之为剂量跌落区，用剂量梯度G来度量剂量跌度，定义为G=Rp(RpRq)，G值一般在225之间。4X射线污染区最大射程Rp之后，由电子线在经过散射箔、监测电离室、X射线准直器和电子限光筒时，与之相互作用产生的X射线及与体模作用产生的轫致辐射X射线，形成深度剂量曲线后部有一条拖得很长的尾巴。X射线

50、污染会增加靶区后缘正常组织的剂量，对治疗不利。,中心轴深度剂量分布特点,深度剂量分布特点曲线图中各符号含义：Ds 为表面剂量（体表下05mm处的剂量）Dm 为最大剂量点dmax深度处吸收剂量Dx 为电子线中X射线剂量dt 为治疗剂量规定值（如90或85 Dm）处的深 度，也称有效治疗深度。,中心轴深度剂量分布特点,d50为50深度剂量所对应深度或半峰值深度；Rp 为电子线的射程；Rq 为百分深度剂量曲线上过剂量跌落最陡点的 切线与Dm水平线交点所对应的深度。,中心轴深度剂量分布特点,电子线深度剂量分布特点 不同能量电子线百分深度剂量曲线,二、影响中心轴深度剂量的因素,1高能电子线能量 中心轴深