1、第二章：放射物理學（放療學重點影像學只需了解）昆明醫科大學第二附屬醫院放射治療科物理師：羅富源 第一節、放射線物理特性放療中常用的射線有：醫用直線加速器產生的高能X線（放療主要使用）、高能電子線，伽瑪刀用的CO-60放射源的線，質子刀的質子線，中子加速器或放射源產生的中子線，其他重粒子線、原子的結構物質由分子和原子組成，分子又由原子組成原子由原子核和核外電子組成，原子核帶+電（在原子中心），核外電子帶-電（在原子外圍）。原子符號ZAX，要理解（核外電子數）、（質量數）、（中子）的關系中子質量數核外電子數、了解電子從內層到外層規律、電磁輻射（電磁波）包含哪些：、線、光波、無線電波、紫外線、紅外線

2、等、同位素是什么？活度單位（居里）？半衰期 ci（居里）.x1010Bq（貝克）5、光子（、線）物質的相互作用主要有三種：光電效應、康普頓效應（放射治療主要用這個效應治療）、電子對效應、射線的質、量、吸收劑量（戈瑞）、劑量當量，單位及表示，教材沒有提，但學習放射治療一定要知道這些，不然后面可能聽不懂，有興趣的同學可以自己去學習，這里就不花時間講了。 特征輻射特征輻射：入射電子將原子內層軌道上的電子撞擊出去，任一外層軌道上的電子，可立即填補這個空穴，其多余能量以光子的形式釋放出來而產生特征輻射。 韌致輻射韌致輻射：入射電子穿過原子核附近，使原子核受激。當它退激發返回穩定狀態時，其多余能量以X()

3、射線的形式放射出來，這種輻射稱為韌致輻射。1、光電效應、光電效應：光子高速前進，在物質中與電子相撞，光子將全部能量用于擊出電子，并賦予電子高速前進的動能，這種現象叫做光電效應。(光電效應主要發生在低kV級的 X線，骨吸收高于肌肉和脂肪)2 2、康普頓效應、康普頓效應：隨著入射光子能量的增加 ( 200kV-2 MV)，光子與軌道上電子相撞，光子將部分能量轉移給電子，使電子快速前進(反沖電子)，而光子本身則以減低之能量，改變方向，繼續前進(散射光子)，這種現象叫做康普頓效應。 3 3、電子對效應、電子對效應：入射光子能量大于1.02MV時，光子可以與原子核相互作用，使入射光子的全部能量轉化成為具

4、有一定能量的正電子和負電子，這就是電子對效應。 是指次級粒子徑跡單位長度上的能量傳遞，即帶電粒子傳給其徑跡物質上的能量。 常用單位：KeV/um LET分為兩類：低LET射線 (X 、射線)，LET值10KeV/um；高LET射線 (快中子、負介子、重粒子)，LET值100KeV/um 輻射生物效應與LET值有重要關系。在相同吸收劑量下，射線LET值越大，其生物效應越大。X線特點：不管高能、中能、低能X線都具有穿透、電離、熒光、熱和干涉、衍射，反射，折射等作用1、穿透作用：就是說穿透物質時不被吸收的能力，穿透能力強弱和能量大小、物質厚度、密度都有關。、電離作用：物質受到線照射時，核外電子被打出

5、脫離原子軌道，主要有三種表現方式光電、康普頓、電子對效應、熒光作用：也就是感光作用，射線打到物質上會有光，如打到膠片上會有不同的變化，很多放療設備驗證都用射線的這個特點，對劑量或準度校準。、熱及干涉、衍射，反射，折射等作用，初、高中物理學過這里就不講了。1、o60（不穩定）是一種人工放射源，用中子打在o59（穩定）產生的。2、能量：衰變產生1.17Mev,和1.33Mev兩個能量的線，平均能量為1.25Mev。3、穿透力強，凡是射線都有穿透力4、保護皮膚，它的最大吸收劑量在皮下0.5cm處，意思就是皮下0.5cm能量開始釋放，皮膚表面劑量很小。給同樣的治療劑量時CO-60引起的皮膚反應比普通X

6、線低的很多。如果治療室在皮膚表面放置一層吸收體或填充物，它的這個優勢就失去。因此在使用CO-60作為放射源治療時必須保證鉛塊或準直器底端離開皮膚一定的距離（一般為15CM以上）。目的：使得最大劑量點不發生在皮膚上。5、對骨、軟組織具有相等吸收劑量，主要是康普頓效應作用，照射時骨和軟組織比低能X線吸收較少，起到保護避免損傷。原因：低能X線主要為光電效應為主，骨每單位劑量的吸收要比軟組織大很多。CO-60主要為康普頓效應為主，使之在照射骨頭組織時不會引起損傷；另個方面骨組織和軟組織對線的吸收劑量相同。6、旁向散射小射線幾何線束以外的旁向散射比普通X線小很多，劑量下降很快，因此保護了射野邊緣外的正常

7、組織和降低了全身的積分劑量。但由于CO-60治療或現用的伽瑪刀在設備設計時，幾何半影、穿射半影很大的話，這種優勢就失去。準直器大小、形狀，放射源的尺寸大小、準直器到皮膚的距離、源皮距（SSD）等等。 7、經濟、可靠。o60半衰期為5.27年，一般可以用5-6年，換一次大約100-200萬，而加速器的球管為100-150萬一個，大約1年更換一次，如果病人量多或經常使用高壓可能壽命更短。o60治療機、伽瑪刀、陀螺刀就是用o60放射源，結構簡單，維護費比加速器便宜。加速器產生多檔能量的高能電子線，一般為 4 MeV 、6 MeV 、9 MeV 、12 MeV 、 16 MeV 、20 MeV 或 5

8、 MeV 、7 MeV、 10 MeV、 14 MeV、 16 MeV、 19 MeV、 22 MeV1、高能電子線容易散射皮膚劑量相對較高，皮膚劑量隨著能量增加而增加。2、由于容易散射，利用治療時必須使用限光筒加以收集，加之射線打在限光筒出來的射線雜亂無章，有半影必須再配散射箔改變射線寬度，使之均勻方可利用，打到散射箔的電子線會產生無法使用的X線，叫X線污染，為了避免這些現象發生，現在生產的直線加速器工藝水平，功能都克服了，加多葉光（MLC），動態旋轉、多級準直器等技術，這些東西都不是手工完成，是直線加速器設備里自帶有的。現在時下用的3DCRT（三維適形）、IMRT（調強）、IGRT（圖像引

9、導）、TOMO（斷層放射治療）3、高能電子束具有有限的射程，可以有效保護病變后的正常組織；4、隨著電子束限光筒到患者皮膚距離的增加，射野的劑量均勻性迅速變劣、半影增寬；5、百分深度劑量隨射野大小特別在射野較小時變化明顯；6、不均勻組織對百分深度劑量影響顯著；7、基于高能電子束的上述特點，單野并適當采用組織等效物，可滿意地治療表淺及偏位腫瘤和浸潤的淋巴結放射治療的最理想效果是給予腫瘤細胞根治劑量，而不損傷正常組織。然而，傳統放射治療技術所使用的X射線或射線在治療腫瘤的同時，正常組織不可避免地損傷到，腫瘤無法得到根治性治療。質子以其優越的物理特性，使腫瘤放射治療效果基本達到了放射治療的理想目標。1

10、 1、治愈率極高、治愈率極高傳統放射治療中的射線隨機體組織的深入，能量逐漸衰減，而質子作為帶正電荷的離子，以極高的速度進入人體，在體內與正常組織或細胞發生作用的機會極低，當到達癌細胞的特定部位時，速度突然降低并停止，釋放最大能量，產生Bragg峰，將癌細胞殺死。2 2、副作用極小、副作用極小目前放射治療技術雖在腫瘤治療中已取得了明顯的療效，但由于X射線或射線是以指數形式衰減，其射程無法控制，所以對淺層組織和腫瘤后的正常組織損傷較大;而質子治療時腫瘤前端的組織僅受到極小量的照射，對腫瘤后面和側面的正常組織照射為零，幾乎不會損傷正常組織。3 3、精確度極高、精確度極高由于質子的質量大，在物質內散射

11、少，在照射區周圍只有很小的半影，減少了對周圍正常組織的照射劑量，從而提供了腫瘤治療的精確度。傳統放療射線無法控制射程，而質子射線可運用自動化技術認為控制其能量釋放的方向、部位和射程，可將Bragg峰控制在腫瘤靶區的邊界，實現“定向爆破”。4 4、穿透性能強。 質子束以高能高速進入人體，穿透力強，能量可以自由控制調節使射束達到人體組織任意深度。5、劑量分布好高輻射劑量集中于腫瘤部位，腫瘤后面與側面的正常組織區域幾乎無劑量分布，腫瘤前面的正常組織也僅有極小劑量。利于保護周邊正常組織不受損傷。部劑量高。 Bragg峰的優越物理學特性使質子束在組織內局灶高能釋放，對腫瘤及病變組織實施精確范圍最大殺傷。

12、6、旁散射少,半影小。由于質子的質量大，在物質內散射少，在照射區周圍只有很小的半影，因此減少了周邊正常組織的照射劑量。 物理特點明顯：較好的物理特性，Bragg峰作用 高RBE，低OER1、能量很大很難獲得、設備太大，成本太高2、壽命時間短，自由中子是不穩定的粒子，可通過弱作用衰變為質子，放出一個電子和一個反中微子，平均壽命為896秒 3、中子的電中性讓它不僅很難偵測，也很難被控制 4、主要用于核反應堆、核武器（中子彈），殺傷力強，貫穿作用很強殺傷力強，貫穿作用很強5 5、檢測、探測用：中子探測器、檢測、探測用：中子探測器1、和質子、高LET射線、中子一樣具有很高的RBE（生物效應），低的OE

13、R（氧增強比）2、很難獲得和控制3、防護要求很高，不適合臨床需要兩個慨念氧增強比（OER）：是指在缺氧條件下引起一定放射生物學效應所需輻射的劑量與有氧條件下引起同樣生物學效應的所需輻射劑量的比值。相對生物效應（RBE）：是指要達到相同生物效應時的標準射線（250kv X射線）所用劑量和某種射線所用劑量的比值。一、放射線的臨床運用原則(劑量4原則)要求：靶區劑量高、分布均勻、盡可能減少正常組織受照范圍和劑量，保護正常組織在照射范圍之內。好的放射治療計劃要達到以下幾點：1、腫瘤治療范圍、處方劑量、設備精度要求準確2、治療劑量分布要均勻，劑量梯度不超正負5%，也就是腫瘤靶區要求有90%的劑量打在上面

14、。3、盡量提高靶區內照射劑量4、保護腫瘤周圍重要器官免受照射，至少不能超過允許的耐受照射劑量。1、放療中要用到的相關名詞放射源（S）：產生輻射的靶面中心（其實就是能產生射線，或不穩定的同位素）照射中心軸：放射源于穿過照射野中心的連線照射野：經準直器照射后，照射的范圍。定義為：體模內50%等劑量線的延長線交于體模表面的區域定義為照射野大小。參考點：中心軸上任意一點作為劑量參考校準點：中心軸上指定任意一點作為劑量校準源皮距（SSD）：放射源到體模表面照射野中心的距離源軸距（SAD）：放射源到機架旋轉軸或等中心點的距離源瘤距（STD）：放射源沿射野中心軸到腫瘤病灶中心的距離 能量劑量學名詞粒子注量：

15、能量注量：X/線照射量：光子在單位質量dm空氣中釋放的所有次級電子 dQm，單位c.kg-1,用倫琴表示（R）X/線照射量率：照射量除于時間吸收劑量(D)：電離輻射向無限體積內授予的平均能量與該體積內物質的質量比 de dm,單位j. kg-1 ,專用名為戈瑞，符號Gy表示，即1 Gy=1 j. kg-1 ，1 Gy=100cGy, 1 Gy=100拉德，1cGy=1拉德，拉德是90年代以前的表示方法，現在部分醫生還在使用吸收劑量率：吸收劑量除于時間比釋動能（K）：不帶電的電離粒子在質量為dm的介質中釋放的全部帶電粒子的初、始動能之和。K=dE/dm單位和吸收劑量一樣單位j. kg-1 ,專用

16、名為戈瑞，符號Gy表示劑量當量：防護學上的定義參數，單位j. kg-1 專用名：希福特表示（Sv） 1 Sv=1 j. kg-1 日常說要擋住射線要用多少鉛當量的玻璃，或有多大鉛當量的防護以上只是常見在放療中使用到的單位名詞，以后接觸在做解釋，還有很多，這里就不一一列舉。定義： 百分深度劑量百分深度劑量 ( (PDDPDD) )：模體內照射野中心軸上任意深度 d 處的吸收劑量Dd與參考點深度Dd0之比的百分數 PDD = Dd / DdPDD = Dd / Dd0 0100%100% 基本特性基本特性 曲線大致可分為四個區段：曲線大致可分為四個區段： 劑量建成區、劑量建成區、 高劑量坪區、高劑

17、量坪區、 劑量跌落區、劑量跌落區、 和和X X射線污染區射線污染區劑量建成區劑量建成區高劑量坪區高劑量坪區劑量跌落區劑量跌落區X射線污染區射線污染區（臨床放療時使用的射線能量主要為）建臨床放療時使用的射線能量主要為）建成效應：成效應：當高能光子入射到體模表面后，產生次級電子，通過電離和激發將能量沉積在稍遠于它產生位置的徑跡上，使電子的通量和吸收劑量由表面到深層呈遞增累積過程，直至達到最大值。從表面到最大劑量深度區域稱為劑量建成區。 組織深度的影響：在同一照射條件下，百分深度劑量在最大劑量點前，隨深度的增加而增加；在最大劑量點后，隨深度的增加，百分深度劑量逐漸減少。 射線能量的影響：同一深度，百

18、分深度劑量隨射線能量的增加而增大。 照射面積的影響：照射面積增大，同一深度的百分深度劑量隨之加大。(但受射線能量的影響) 源皮距的影響：不同的源皮距，PDD不同。 因為照射野對PDD有影響，所以要用到等效野，讓射線質量更穩定更均勻。常用方法有：（1）、面積周長比（2）、圓形野等效法先學習幾個知識點，半影是 CO-60特有的特點半影的定義：射野邊緣劑量隨離開中心軸距離增加而急劇變化的范圍，用P90-10%或P80-20%表示。用CO-60放射源治療時必須保證準直器到人體表面大于15Cm,才能保證皮膚不受損傷。1、 CO-60的半影有三種：幾何半影幾何半影：由于鈷60放射源具有一定尺寸，射線被準直

19、器限束后，照射野邊緣諸點受到劑量不均等的照射，造成劑量漸變分布。可以減少源的尺寸，但當減少到一定程度其活性受影響，故臨床上可以延長源到準直器的距離穿射半影穿射半影：由于放射源線束穿過準直器端面厚度不等而造成的劑量漸變分布，這種半影消除方法是采用球面限光筒。散射半影散射半影：即或是點狀源和球面限光筒，是幾何，穿射半影消失。照射野邊緣仍存在劑量漸變分布，這是由于組織中的散射線造成的。這種散射線隨能量增高而減少，這種半影無法消除，始終存在。 注意：半影于照射面積大小無關2、 CO-60 PDD的特點A、一定的深度半影隨照射野增大而增大B、皮下1cm處90%-10%劑量半影主要由散射半影造成，穿射半影

20、影響很小。C、拉長放射源到準直器的距離可以減小半影，但不是越長越好，越長散射越大，增加電子污染，導致腫瘤處劑量低，皮膚散射及量較大。現有常用的距離為15-39Cm1、百分深度劑量曲線高能電子線的百分深度劑量曲線分為：劑量建成區、高劑量坪區、低劑量區、X線污染區，劑量曲線特點：（1）表面劑量都在75%-80%以上，隨能量增加而增加，深度到一定范圍內劑量很快達到最高（2）高能電子線在劑量跌落時，后部會有長長的尾巴，叫X線污染2、電子線PDD的影像因素(1)能量：能量增加，表面劑量增加，高劑量坪區變寬，劑量梯度減小，X線污染增加。使用的能量范圍為4-25Mev(2)射野：射野小時PDD隨治療深度增加

21、而迅速減小 射野大時PDD和射野加大無明顯變化射野的界限為照射野直徑為電子射程的一半（低能射野影響不大，高能射野影響較大）（3）源皮距（SSD）一般限光筒居皮膚表面為5cm。增大SSD時，表面劑量降低，最大劑量點深移，劑量梯度變陡，X線污染會增加（1）能量對電子束百分深度）能量對電子束百分深度劑量的影響劑量的影響 隨著射線能量的增加，隨著射線能量的增加， 表面劑量增加，表面劑量增加， 高劑量坪區變寬，高劑量坪區變寬， 劑量剃度減小，劑量剃度減小， X射線污染增加，射線污染增加， 臨床劑量學優點逐漸消失臨床劑量學優點逐漸消失。 （2）照射野對電子束百分深度劑量的影響）照射野對電子束百分深度劑量的

22、影響 一般條件下，當照射野的直徑大于電子束射程的二分之一般條件下，當照射野的直徑大于電子束射程的二分之一時，百分深度劑量隨照射野增大而變化很小。一時，百分深度劑量隨照射野增大而變化很小。 低能時，因射程較短，射野對百分深度劑量的影響較小；低能時，因射程較短，射野對百分深度劑量的影響較小； 對較高能量的電子線，因射程較長，使用較小的照射野對較高能量的電子線，因射程較長，使用較小的照射野時，因相當數量的電子被散射出照射野，中心軸上百分深時，因相當數量的電子被散射出照射野，中心軸上百分深度劑量隨深度增加而迅速減小。度劑量隨深度增加而迅速減小。 五、等劑量曲線分布五、等劑量曲線分布離軸比（OAR）慨念

23、：定義為照射野內任意一點的吸收劑量率與照射野中心軸上同一深度點的吸收劑量率的比值。 高能電子束等劑量分布的高能電子束等劑量分布的顯著特點為：顯著特點為： 隨深度的增加，隨深度的增加， 低值等劑量線向外側擴張，低值等劑量線向外側擴張， 高值等劑量線向內側收縮，高值等劑量線向內側收縮， 并隨電子束能量而變化。并隨電子束能量而變化。 例：表面射野為例：表面射野為7cm7cm7cm,7cm,模體下模體下3cm3cm深度處，深度處，90%90%等等劑量線的寬度僅有劑量線的寬度僅有4cm4cm左左右。右。內收內收外擴外擴電子線的物理半影： 平面內80%-20%等劑量曲線之間的距離。一般小于10Mev為10-12mm,能量10-20ev為8-10mm。半影隨限光筒下端到體表距離的增大而增