吸收剂量

电离辐射给予质量为dm的介质的平均授予 的能量dE，定义为吸收剂量，记为D
dE D dm
单位为焦耳/千克,专用名词为戈瑞（Gy） 曾用单位为拉德（rad） 1Gy＝100rad

剂量当量
•
•
• •
生物体内单位质量的组织，从各种射线中 吸收同样多能量，所产生的生物效应有着 非常大的区别 引入一个称为品质因素QF,以比较不同辐射 在引起生物效应方面存在的差异 剂量当量的定义 D为吸收剂量；剂量当量的单位是希沃特 （ Sv）
辐射系统结构示意图
靶 加速电子打靶后产生X射线 均整块 使辐射野内的X射线剂量分布均匀 散射箔 使从加速系统来的集束的电子射线 在一定辐射野内均匀散开 准直器 初步限制辐射的范围 上下光阑 调节辐射野的形状、面积 限光筒 限定电子射线辐射野的范围以及改 善电子射线的均整度 楔形过滤器 在 X 射线辐射野内产生非对称 的楔形剂量分布
•
X线与伽马线与物质的相互作用
•
•
电离概念 中性原子获得正电荷或负电荷的过程 – 直接电离辐射线 电子、质子和 等带电粒子 – 间接电离辐射线 – 中子和光子 光子与物质的原子相互作用主要通过三种 过程产生高速电子 – 光电效应、电子对效应和康普顿散射

光电效应
– X射线全部能量转移给原子中束缚电子使其从 原子中发射出去，光子本身消失
肿瘤放射物理学
放射治疗物理基础 • 放射治疗的剂量单位 • 放射治疗机
•
放射治疗物理基础
放射治疗与手术及化学治疗一起组成肿 瘤的三大治疗手段 • 要提高肿瘤放射治疗效果，必须提高放 射治疗的增益比 • 最大限度地将射线集中到肿瘤靶区内， 杀死肿瘤细胞；使周围正常组织和器官 少受或免受不必要的照射
放射治疗设备
•
按产生方式分
人工加速治疗装置
放射性核素治疗装置
•
按照射方式分
体外远距离用的外照射治疗机 在人体腔内或肿瘤组织间近距离照射用的内照射
治疗机
•
精确放射治疗装置，又被称为第三大类
放射治疗机
钴-60治疗机 • 直线加速器 • 近距离治疗机 • 三维适形放射治疗/调强放射治疗设备
AC 线性电源
支持结构
加速器基本技术
• 微波功率源 Microwave Power sources • 加速结构 Acceleration structures
• 射束传输系统 Beam transport systems • 支持结构 Support structures
电子束偏转 - 90
Magnet Pole

后装治疗机
近距离照射（Brachytherapy）是指将放射源 连同施用器置放于人体天然腔管内或将细 针管植入瘤体内再导入放射源的放疗技术 治疗范围主要包括鼻咽癌、食道癌、乳腺 癌、直肠癌、支气管肺癌、胆管癌、胰腺 癌、前列腺

后装治疗机常用的放射源

最适合于近距离放疗的γ线发射体的选择原 则 – 在组织中必须有足够的穿透能力 – 辐射防护处理难度不应太大 – 半衰期不应过长 – 要能加工成微型源 – 铱-192是目前较理想的放射源

直线加速器
•
利用微波电磁 场 加速电子， 并使其具有直线 轨 道，直接输 出电子或经转换 为X射线，供放 射治疗用
•
按其能量范 围，医用电子 直线加速器分 为低、中、高三 类
医用电子直线加速器能量范围
X射线能量范围 及能量分档
低能机
电子射线能量范 围及能量分档 无
应用范围 深部肿瘤 深部肿瘤、 部分表浅肿瘤
模拟机
传统的模拟过程
图像上所有信息叠加在一个 2D平面上，很难精确定义靶 区和关键器官
定位根据平面X光片上的骨性 标记、术后银夹和造影剂来完 成
CT 模拟机



配有激光定位系统及定位 软件的专用CT扫描仪 直接由CT定义靶区和等 中心位置 无需常规X线模拟定位机
CT取代X光机作模拟的优点
o
Energy Spread
Position Change
Angular Change

辐射系统 辐射系统的 作用是使从 加速系统产 生的辐射符 合放射治疗 的特殊要求
X射线辐射系统 A-限光筒 C-准直器 J-光阑 M-反射镜 W-楔形过滤器 电子射线辐射系统 F-散射箔 I-电离室 P-均整块 T-靶
CT机产生的是断层图像 在TPS上通过几何重建方法，将一系列CT断 层图像重建成数字X光平片（数字重建透视 图DRR/DCR 新产生的DRR上叠加医生在CT断层上勾画 的靶区轮廓和关键器官，从而使得DRR包 含了大量的三维信息

治疗计划系统 TPS
能量选择 照射技术选择

等中心照射、共面照射、非共面照射 对称野、非对称野
组织
双链修复
间 期 死 亡
急 性 反 应
慢 性 反 应
潜在致死性损伤
放射治疗的剂量单位 照射量 • 吸收剂量 • 剂量当量
•
照射量

X（）射线的照射量的定义
dQ E dm
公式中dQ是当射线在质量为dm的干燥空气 中形成的任何一种符号（正或负）离子的 总电量 单位为库仑/千克，曾用单位伦琴 1伦琴＝2.58×10－4库仑/千克
肿瘤放射物理学
南通大学附属医院放射治疗科 汤乐民
放射肿瘤学 Radiation Oncology
•
研究和应用高能放射线治疗肿瘤的原理 和方法的临床治疗学科
– 肿瘤放射物理学/Radiation Physics/ – 肿瘤放射生物学/Radiation Biology/ – 放射治疗技术学/Radiation Technology/ – 临床肿瘤学/Clinical Oncology/

康普顿散射
– 入射光子与物质原子较外层电子作用时，光子 把部分能量传给电子，使其脱离原子成为反冲 电子，而光子自身的能量减少，改变运动方向

电子对效应
– 当入射光子的能量＞1.022MeV时，光子在原 子核场的作用下可能转化为正负电子对
布拉格峰
电离对靶分子的间接作用与直接作用
•
直接作用 在电离被生物物质吸收时，直接和细胞关 键靶DNA作用，靶的原子被电离或激发， 从而启动一系列反应导致生物改变
4~6 MeV，1档
中3~5档
高能机
6~10 MeV，15~25 MeV，1档
5~25 MeV 5~8档
同上
直线加速器系统
电子枪 控 制 系 统 加速器波导
屏蔽 偏转系统
高压脉冲
微波脉冲
RF
剂量系统 准直器
功率源 调制器 高压脉冲 用于治疗的电子束或X线束
•
间接作用 射线在细胞内可和另一原子或分子相互作 用产生自由基，可扩散一定距离，达到一 个关键的靶并造成损伤
靶分子的损伤与修复
靶分子 电离 氧 单链断裂 错误 复制 诱发自由基 击出电子 乏氧 双链断裂 固定 电子 转移 时相 增 殖 期 死 亡 致死性损伤
致畸 致癌
单 链 复 制 亚致死性损伤
时相
•
钴-60治疗机

钴-60治疗机（60Co Teletherapy System）是 利用放射性同位素60Co衰变过程中放射出的 γ射线对恶性肿瘤进行放射治疗的设备， 用来治疗深部肿瘤 钴-60的半衰期约为5.24年


Β-衰变伴生两条能量分别为1.17和1.33MeV 的γ射线，平均能量为1.25 MeV
钴-60治疗机基本结构
• 钴-60治疗机由控 制电路系统、钴 源及源输送机构、 准直器、光学部 分、治疗床、臂 架和底座等部分 构成
钴源及输送机构
准直器
控 制 电 路
光学系统
治疗床
臂架
钴-60治疗机

钴-60治疗机的钴源因衰变其放射性强度会 逐渐降低，所以需要定期更换
钴-60治疗机比医用电子直线加速器等设备 结构较简单、价格低、维修费用低，所以 是一种普遍使用的放疗设备
三维剂量计算 计划优化

等剂量曲线、剂量体积直方图
多叶光阑 MLC
靶区和危及器官的定义
Critical organ or Organ at risk (OAR) Planning organ at risk volume (PRV)
Gross tumor volume (GTV) Clinical target volume (CTV ) Planning target volume (PTV) Treated volume Irradiated volume
铱-192

铱-192以74.2天的半衰期放射β线而蜕变
铱-192所发射的γ线的平均能量为380KeV 可以制成微型源，其使用形式分别是籽粒 /Seeds、发针/Hairpin、铱丝/Wire以及将籽粒 等间距封存在塑料管内串源/Ribbon
三维适形放射治疗装置
三维影像手段（CT模拟机） 三维治疗计划系统（3D TPS) 直线加速器＋多叶光栅（MLC)