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1、第六章 光子照射剂量学,第一节原射线：指从放射源或X线靶射出的原始X或射线；散射线：（1）指原射线与准直器系统相互作用产生的散射线光子；（2）指原射线与模体相互作用后产生的散射线光子；,第二节 距离平方反比定律,光子产生后，射线不和任何介质发生作用，它的强度只和源点的距离有关。原射线强度变化的规律就是距离平方反比定律空间某点的剂量与该点距源的距离平方成反比。Dp/Dq=Fq2/Fp2,第三节 百分深度剂量,射线进入物质（人体）后中心轴上任意深度d点的剂量(Dd)与峰值点d0点的剂量Dd0之比，即：D(d)PDD(d)=x100%D(dm)百分深度量是在一定照射条件下（能量、距离、面积），在体模
2、或水模中经实测测得，为使用方便起见，制成各种照射条件下使用的百分深度量表供选择使用（见书后附表）。影响百分深度量的因素有射线能量、照射面积、源皮距（SSD）和被照射组织/肿瘤的深度，在查表时这四个因素均应注意。,高能光子的剂量学特点,穿透力强、皮肤剂量低、旁向散射小、骨与软组织有相似的剂量吸收以及等剂量曲线平坦等优势。后图为典型的光子束百分深度剂量曲线，由最大剂量点将曲线分成剂量建成区和指数衰减区。剂量建成区是指从表面至最大剂量点的区域，此区域内剂量随深度的增加而增加。由于剂量建成区剂量变化梯度大，一般将肿瘤区放在最大剂量点之后。随着能量的增加，最大剂量点的深度增加，皮肤剂量下降，在肿瘤区域内
3、剂量曲线较为平坦，但肿瘤后的正常组织受量稍有增加。照射野由小变大时，散射线剂量的贡献增加，到达一定程度后趋于饱和，低能光子变化较大而对于高能光子则变化相对较小。,图：高能X射线剂量分布特性,X线百分深度剂量的影响因素有：,1.射线能量。（1）高能量射线某深度的PDD比低能量的要大。如在其它条件相同情况下5CM处，4MVX射线为86.0%而15MVX线为94.4%。（2）高能射线的深度量变化比低能量的要小，如仍然其它条件不变5厘米和10厘米的百分深度差，6MVX线为20.2%（86.0-65.8%）而15 MVX线为18.5%（94.4%-75.9%）。此点从临床应用角度考虑，原则上应选高百分值
4、射线，这样有利于减少体积积分量，保护正常组织。,2.野面积和形状。面积很小时，某深度点的受量基本上由原射线供；随着面积的增大，散射线量逐渐增大，深度点的受量除了原射线提供，还有散射线提供，表现为剂量百分值增大；但当面积增至一定程度后，散射线的贡献趋于饱和，百分值的增幅也就减慢。这一点在能量越低的射线表现越为明显，当射线的能量超过22MV后，深度量几乎不随野面积变化。上述面积均指等效方野概念:它的含义为只要长方形野或不规则野中心轴上的剂量分布与某个正方形野完全一致，我们称该野为该长方形野或不规则野的等效方野,3.深度影响。在最大剂量之前，随着深度的增加，百分值逐渐增加，前面已提到该区域内剂量变化
5、大，故临床上不宜将治疗肿瘤放在此区内。也就是说位置表浅的肿瘤不宜选能量较高的射线。最大剂量之后随着深度的增加，百分量渐小。4.源皮距影响。源皮距越大，同一深度百分量越高p232,中心轴百分深度剂量曲线（PDD）,中心轴百分深度剂量曲线（PDD）是临床使用的物理曲线中最基本的曲线之一。它描述的是射线进入人体后中心轴剂量分布的特性。,图一 不同射线进入水后的PDD曲线,各种高能X线建成区(即最大剂量的深度）,60Co 皮下0.5CM 4MV 皮下1.0CM 6MV 皮下1.5CM 8MV 皮下2.0CM 10MV 皮下2.5CM 15MV 皮下3.0CM,1体外照射用各种放射源在体外进行照射，最为
6、常用。远距离治疗剂量分布均匀，深度量高，适用于深部肿瘤。2体腔内照射体腔内照射也属于近距离放疗，将治疗管或放射源置于体腔内进行照射。也可将放射性核素（32P等）注入胸、腹腔内进行照射。近距离治疗表面剂量高，对深度组织损伤小，适用于表浅肿瘤。3组织间照射将含有放射源的管道或针插入肿瘤组织内照射，也属于近距离放疗的一种。4内照射口服或静脉注射放射性核素进行治疗。,（一)基本照射方法,(二)、外照射治疗中射线质的划分 1千伏级X线治疗（1）接触治疗：30-60kV；（2）浅层治疗：60-140 kV；（3）中层治疗：140-180 kV；（4）深层治疗：180-400 kV。2超高压治疗（兆伏射线）
7、（1）医用直线加速器：高能X线、高能电子束（2）远距离放射性核素：60Co（1.25MV），137Cs（0.66MV）3高LET射线有快中子、质子、负介子、重离子治疗等。4.放射性核素,(三)、放射治疗中的物理条件1电压在X线治疗时，加于X线管二级间的高峰电压（kV），电压越高，连续X线波长越向短波方向移动，其穿透力越大，可得到较高的深度量。2电流以mA表示，电流增强，则单位时间内的X线数量增加，影响到剂量率，与穿透力无关。3过滤板因电压不能无限提高，为了改善X线的质，可用一定厚度及原子疗数的物质，将不需要的低能X线（软线）滤掉。一般在高原子序数的过滤板下另加一薄层铝，以便把上面过滤板的特征X
8、线滤掉，可减轻皮肤反应。,4半值层（HVL）表示射线质的一种方法。是使一定条件下已知的放射强度减弱一半所需吸收体物质的厚度（可用塑料、水、Al、Cu，Pb等）。测HVL时应注意所使用的物理条件如滤过、距离、照射野大小等均要与实际照射时一致，同时应保持一定的距离（15cm以上），以避免次级射线造成的误差。5.半衰期 放射性核素的活度（强度）减少一半时所需要的时间称为该放射性核素的半衰期（half life time）.,二.几何学概念,1.放射源：产生辐射的靶面中心；2.照射野：几何学：表示射线束经准直器后垂直通过模体,距源特定距离（SSD、SAD）处的平面上的投影；剂量学：在上述特定平面上，在
9、辐射范围内，相对中心轴剂量50的等剂量线所包绕的区域；3.射野中心轴：表示射线束的中心线。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。4.机械等中心：机架、准直器、治疗床旋转轴的焦点,5源皮距（SSD）表示射线源到模体表面照射野中心的距离。6源瘤距（STD）表示射线源沿射野中心轴到肿瘤内所考虑的距离。7源轴距（SAD）表示射线源到机架旋转轴或机器等中心的距离8.半影 是指照射野边缘剂量随离开中心轴距离的增加而发生急剧变化的区域，一般用垂直于中心轴的射野平面与中心轴交点剂量的2080距离表示。半影主要有几何半影、穿射半影和散射半影组成。,9.参考点：规定模体表面下射野中心轴上某一点为
10、剂量计算或测量参考的点，表面到参考点的深度称为d0。400KV以下X线，参考点取在模体表面（d00），对高能X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（d0dm），该位置随能量确定。,10.校准点：射野中心轴上指定的测量点；11.入射点：射野中心轴与人体表面的交点，位于射线进入人体的那一点；12.出射点：射野中心轴与人体表面的交点，位于射线离开人体的那一点；13.射线质：射线束在水模体中的穿射本领；,1空气量（da）从靶（源）发出的射线使某一距离点的空气产生一定电离量的辐射量。2皮肤量（ds）在离放射源某一距离皮肤上测得的剂量，等于空气量加散射量,千伏级X线的最高量在皮肤表面，一般
11、为空气量再加10%-15%的量。若对侧有另一照射野时，应加上对侧的出射量。3最大参考剂量（dm）高能射线由于建成效应的关系，其最高剂量在皮下某一深度（60CO线在皮下约0.5cm处），以此为计算百分深度量的参考点。4深度量在组织某一深度的放射量，实际上应为深度的吸收剂量，是原射线的吸收量加上组织散射量，根据不同照射条件，用体模测出。,三.剂量学概念,5肿瘤量（DT）在肿瘤深度处的吸收剂量，即各照射方向的原射线和散射线到达此点的剂量之和。6容积量指某一体积的吸收剂量，此吸收剂量的多少与射线的质及所照射的体积有关。容积量包含了照射靶区和射线经过区域内正常组织的剂量，这在考虑放射损伤和放射防护时有用
12、。7.剂量率即单位时间内的放射量。一定距离上的X线照射量与电流成正比，与过滤板的厚度及其原子序数成反比。剂量率与距离的平方成反比。,8剂量建成区和剂量建成效应 228高能放射线进入人体后，在一定的初始深度范围内，其深度剂量逐渐增大的效应叫做剂量建成效应；由此效应形成的最大剂量处的深度常被作为剂量参考点；从照射野表面到最大剂量处的深度区域称为剂量建成区域（dose build up region）。建成区的深度随射线能量的增大而增加。有三种物理原因致成上述剂量建成区：当高能X()线射入到人体或体模时，与组织和介质相互作用，在体表或皮下组织产生高能次级电子；这些高能次级电子由表面到深层有个递增累计
13、过程直至达到最大值；由于高能X()线的强度随组织深度增加而按指数和反平方定律减少，造成产生的高能次级电子数随深度增加而减少，其总效果在一定深度（建成区深度）以内，总吸收剂量随深度而增加。,9射野输出因子由于原射线与准直器散射线的影响，射野输出剂量随射野增大而增加，描述这种变化关系的叫做射野输出因子（OUF）就是准直器散射因子。它定义为射野在空气中的输出剂量率与参考射野（一般为10cm10cm）在空气中的输出剂量率之比。,10组织空气比（TAR）：实质为组织一空气的照射量之比也可沿伸为肿瘤空气的吸收剂量之比,TAR定义是比较两种不同散射条件下在空间同一点的剂量之比，主要用来计算旋转治疗时旋转中轴
14、的剂量。TAR Dt/Dta，其中Dt为肿瘤中心处的吸收量，Dta为空气中与肿瘤中心同一空间位置处的吸收量。TAR根据放射源能量、深度及照射野面积可以查表得到。在固定野照射时，由于入射野面积和源皮距是固定不变的，照射野范围内的任何深度的剂量均可通过某种能量射线的百分深度量表查得。但当用放射源以肿瘤为中心旋转治疗时，由于人体体表曲面的不规则和肿瘤不在体内中心部，其源皮距、入射野面积（A）和皮肤量（或最大参考点剂量）均在不断改变，只有放射源到肿瘤中心距离（F）和肿瘤水平的面积是固定不变的，因此不能用计算固定野照射的肿瘤剂量方法来计算旋转治疗时的肿瘤剂量。必须用组织空气比（TAR）的方法计算。,11
15、反向散射因子（BSF）定义为射野中心轴上最大剂量深度处的组织空气比。实际上是TAR的一个特例。BSF=Dm/Dm空气12散射空气比（SAR）定义为体模内某一点的散射剂量与该点空气中吸收剂量之比。与组织空气比的性质类似，散射空气比与源皮距无关，只受射线能量、组织深度和射野大小影响。因为体模内某一点的散射剂量等于该点的总吸收剂量与原射线剂量之差，因此某射野在深度d处散射空气比在数值上等于该野在同一深度处的组织空气比减去零射野的组织空气比。,13组织最大剂量比（tissue maximum ratio，TMR）若在TPR中的标准深度的吸收剂量，用参考深度即最大剂量深度的吸收剂量代替，作为组织模体比的
16、特例，定义该参数为组织最大量比（TMR），在临床上常用。原则上各个机器的组织空气比（TAR）和组织最大剂量比（TMR）均以经实测计算的数据为准，但为方便也有各种表格和供参考。,14组织模体比（tissue phantom ratio，TPR）在水模中，射线束中心轴某一深度的吸收剂量，与距放射源相同距离的同一位置校正深度处吸收剂量的比值。,15等剂量曲线：射野内相同剂量的各点连成一线称等剂量曲线；射线束在一定组织深部中心轴处的剂量最高，远离中心轴则逐渐减弱，这对布野极为重要，射线能量越高，等剂量曲线越趋平坦，对治疗有利.,图三 X线开放野等剂量曲线图 X8 f=100cm A=10 x10cm2
17、,图五 电子线等剂量曲线图 E12 f=100cm A=10 x10cm2,16 离轴比曲线（OAR）(OFF AXIS RATE),离轴比曲线（OAR）是临床使用的基本物理曲线之一。它描述的是射野范围任一平面内任意一点的剂量与该平面中心轴上这一点的相对关系。,离轴比曲线（OAR）的定义：射野中任意一点（x，y，d）处的剂量率D（x，y，d）与同一深度处射野中心轴上的剂量率D（0，0，d）之比，即：D（x，y，d）OAR（x，y，d）=（23）D（0，0，d）,图二 离轴比曲线 8Mev X线 f=100cm A=10 x10cm2,17.组织等效材料,人体模型：用人体组织替代材料代替人体p2
18、48标准体模：立方体水模，用于吸收剂量的测定与比对；均匀体模：代替标准体模作吸收剂量和能量的测量；人体模型：类似标准人体外形和组织器官外形的模体，用于治疗过程中的剂量学研究，如治疗方案的验证等。,18.楔形板：对线束进行修正，获得特定形状的剂量分布。,楔形野：放射线穿过楔形板照射到人体上的照射野称为楔形野（wedge field）；楔形野内50的等剂量线的切线与射野中心轴垂线间的夹角称为楔形角；楔形板本身的几何角度称为楔形板角；射线束中心轴上一定深度处有、无楔形板的吸收剂量之比称为楔形因子。楔形野的百分深度剂量等于相同照射野内无楔形板的百分深度剂量与其相应的楔形因子的乘积。,19.处方剂量：是
19、用MU为单位表示的剂量。就是使射野内的肿瘤靶区达到一定的肿瘤剂量。具体是换算到标准水模内每个使用射野的射野中心轴上最大剂量点处的剂量Dm。加速器上的剂量仪使参考射野在标称源皮距处，标定成1个Mu的Dm正好是1个cGy，MU为加速器剂量仪的跳数。20.等效方野：不规则射野在其射野中心轴上的百分深度剂量与某一方形野相同时，称.,21.高LET射线剂量学：,LET(linear energy thansfer，LET)LET是线性能量传递的简称，是指次级粒子径迹单位长度上的能量转换，表明物质对具有一定电荷和一定速度的带电粒子的阻止本领，也即带电粒子传递给其径迹物质上的能量，用千电子伏特/微米（keV
20、/m）表示。所谓高LET射线即指LET大于100keV/m的一些射线，如快中子、负介子和重粒子等，质子从本质上属于低LET射线，但因其具有理想的剂量曲线（形成Bragg峰），亦将它归纳于高LET射线内。常规应用的X线、射线及电子束等都属于低LET射线，其LET一般小于10keV/m。LET原则上不适用于光子（X线或射线），但可以衡量它的二次电子（光电子、康普顿电子及电子对）。,22靶区（靶体积）亦称目标区域，根据设计好的时间剂量治疗方案达到计划要求的吸收剂量之组织体积，即是治疗目标所在，包括肿瘤本身及邻近潜在的受侵犯组织以及可能扩散的范围，靶区还应包括因解剖部位及内脏运动的临床不确定性而需要考
21、虑照射的边缘区域（margin）。肿瘤区(gross tumor volume,GTV)：指肿瘤的临床灶,为一般诊断手段（包括临床检查、CT/MRI/PET）能够诊断出的、可见的、具有一定形状和大小的恶性病变的范围,包括原发灶、转移淋巴结和其他转移灶。当肿瘤已行根治术后，则认为没有肿瘤区。确定肿瘤区的意义在于：对于根治性放疗，要给予肿瘤区以足够的剂量，使肿瘤得以控制，便于观察肿瘤随剂量的变化及其它因素的影响。临床靶区(clinical target volume，CTV)：按一定的时间剂量模式给予一定剂量的肿瘤临床灶（GTV）、亚临床灶以及肿瘤可能侵犯的范围。根据这个定义，同一肿瘤区可能出现两
22、个或两个以上的临床靶区的情况。肿瘤区和临床靶区的特点：是根据临床检查和结合静态影像（如：CT、MRI、PET）确定的；不考虑器官的运动和治疗过程的误差；与所采用的内、外照射方式无关。,计划靶区(planning target volume，PTV)：计划靶区包括：临床靶区（CTV）、照射中患者器官的移动（ITV）；由于摆位、治疗中患者体位的重复性误差；靶位置和靶体积变化等因素引起的扩大照射的组织范围；为确保CTV得到规定治疗剂量的照射范围；计划靶区决定照射野的大小。治疗区（therapy volume，TV）：是由放疗医师根据治疗的目的（根治或姑息）选定的等剂量面所包罗的区域。TV一般选用最小
23、靶剂量面所包罗的范围，它有时与PTV十分接近，有时大于PTV，当TV小于PTV时，肿瘤控制的几率就会下降，此时需要重新评估治疗计划甚至调整治疗的目的。TV与PTV的相对关系是治疗方案优选的一个因素。,照射区（irradiation volume，IV）：是放疗医师根据时间剂量分次处方定义的认为与正常组织放射耐受性相关的剂量范围（如50等剂量面所包绕的范围）。危险器官（organs at risk，OR）和计划危险器官（planning organ at risk volume,PRV）：是指邻近靶区的某些正常组织，如食管癌放疗时的脊髓，它们的放射敏感度特别地影响治疗计划和/或处方剂量，超过一定剂量的照射将可能产生比较严重的并发症。由于要对这一类的器官加以保护，治疗剂量不得不降低，或者治疗范围要减小，甚至治疗目的要从根治变为姑息。危险器官也存在治疗过程中的位置的移动和形状的变化以及各种摆位误差，所以同样需要在危险器官周围加以合适的余量，加以合适余量的危险器官称为计划危险器官。,
