第二章放射物理学5.6.7.8

放射物理学放射肿瘤学：又称放射治疗学，是主要研究放射线单独或结合其他方法治疗肿瘤的临床学科。

放射治疗是恶性肿瘤最重要的治疗手段之一，其根本目的是治病救人。

最大限度地消灭肿瘤，同时最大限度地保存正常的组织的结构与功能，提高患者的长期生存率和生活质量。

放射治疗学的主要内容有：一，肿瘤放射物理学(研究放射设备的结构，性能以及各种射线在人体的分布规律，探索提高肿瘤剂量，降低正常组织受量的物理方法)二，肿瘤放射生物学（研究射线对肿瘤和正常组织的作用的生物学机制，讨论预测和提高肿瘤放射敏感性，减少正常组织损伤的生物学途径）三，放射肿瘤学临床知识放射物理学：研究放疗设备的结构，性能以及各种射线在人体内的分布规律，探讨提高肿瘤剂量降低正常组织受量的物理方法。

内容：1，治疗机特点2，外照射计剂量学3，电子剂量学4，治疗计划设计原理第一章常用放疗设备第一节X线治疗机1，X线治疗机主要是指利用400KV以下X线治疗肿瘤的装置。

2，400KV以下X线机主用于：体表肿瘤或者浅层淋巴结转移性肿瘤的治疗或预防性照射第二节钴60治疗机1，能量1.25MeV半衰期5.242，钴半影问题（照射野边缘的剂量随着离开中心轴距离增加而发生急剧的变化，这种变化的范围称之为半影）（1）几何半影：由于钴60放射源具有一定尺寸，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。

可以减少源的尺寸，但当减少到一定程度其活性受影响，故临床上可以延长源到准直器的距离（2）穿射半影：由于放射源线束穿过准直器端面厚度不等而造成的剂量渐变分布，这种半影消除方法是采用球面限光筒。

（3）散射半影：即或是点状源和球面限光筒，是几何，穿射半影消失。

照射野边缘仍存在剂量渐变分布，这是由于组织中的散射线造成的。

这种散射线随能量增高而减少，这种半影无法消除，始终存在。

3，临床应用特点：1，穿透力强，提高了深部肿瘤的疗效。

2，钴60射线的建成深度位于皮下5cm皮肤剂量相对少3，物理效应以康普顿效应为主，骨吸收类似软组织吸收，可用于骨后病变治疗4，旁向散射少，放射反应轻5，经济可靠，结构简单，维护方便缺点：需换源，不治疗也有少量的放射线，半影，半衰期短。

二章临床放射物理学基础第一节临床常用放射源、放射治疗机及照射方式一、放射源的种类及照射方式 1.种类①放射性核素衰变α衰变：α粒子是高速运动的氦原子核α衰变的一般反应式：Q代表过程中释放的总能量，又称衰变能，等于母核与生成核的质量差，表现为α粒子的动能和生成核的动能和。

β衰变：β粒子是正（负）电子β-衰变的一般反应式：β+衰变的一般反应式：和υ分别表示反中微子和中微子；Q表示初始核与生成核、发射粒子的质量差。

γ线的产生：处于激发态的原子核跃迁到基态或者较低能态时所发射的射线就是γ射线，它是一种短波长的电磁波。

②X线（后述）③LET射线（后述）2．照射方式①外照射（常规治疗）②腔内或组织间照射（后装治疗）③内照射（口服、静脉注射）二、几种常用的放射性同位素源1.镭-226 半衰期1590年，禁用2.铯-137 半衰期33年，淘汰3.钴-60 半衰期5.24年，应用广泛——远距离照射4.铱-192 半衰期74.5天，是近距离治疗的最佳材料三、X线治疗机 1.X线的产生（原理）2.X线机的分类★四、钴治疗机1.优点：①透射力强，剂量分布比较均匀；②保护皮肤，最大吸收剂量点在皮下0.5cm处；③骨与软组织有同等的吸收剂量；④旁向散射小⑤经济可靠2.缺点：①几何半影大；②半衰期短；③防护要求高；五、医用加速器(一)分类：电子感应加速器、电子回旋加速器和电子直线加速器(二）电子直线加速器1.原理（了解）:微波电场加速电子使之提高能量2.基本结构：电子枪、加速器[磁控管（速调管）]、初级准直器、偏转线圈、次级准直器、钨靶（散射箔）和监测电离室等等。

（了解）*微波源的任务是产生并输出具有一定频率、一定脉冲包络宽度、一定重复频率、功率为一定大小的超高频振荡，加速器磁空管（速调管）决定它的振荡频率，脉冲调制器决定它的脉冲宽度和脉冲功率。

*脉冲调制器的任务是输出一系列振荡器所需要的、具有不定期功率、一定重复频率和一定宽度、波形合适的脉冲电压，它的开关器件是闸流管。

放射治疗物理学目录第一章放射治疗物理基础第一节原子和原子核性质一、一些基本概念二、原子核的大小和质量三、原子核结合能四、原子核的自旋与磁矩五、原子核和核外电子的能级第二节射线与物质的相互作用一、基木粒子的种类和物理特性二、核的稳定性和衰变类型三、放射性度量和放射性核素衰减规律四、常见类型射线与物质的相互作用及定量表达第二章临床放射生物学概论第一节电离辐射对生物体的作用一、辐射生物效应的时间标尺二、电离辐射的直接作用和间接作用第二节电离辐射的细胞效应一、辐射诱导的DNA损伤及修复二、细胞死亡的概念三、细胞存活曲线四、细胞周期时相与放射敏感性五、氧效应及乏氧细胞的再氧合六、再群体化笫三节电离辐射对肿瘤组织的作用一、肿瘤的增殖动力学二、在体实验肿瘤的放射生物学研究中得到的一些结论第四节正常组织及器官的放射效应一、正常组织的结构组分二、早期和晚期放射反应的发生机制三、正常组织的体积效应第五节肿瘤放射治疗的基本原则一、照射范围应包括肿瘤二、要达到基本消灭肿瘤的目的三、保护邻近正常组织和器官四、保护全身情况及精神状态良好第六节提高肿瘤放射敏感性的措施一、放射源的选择二、利用时间-剂量-分割关系三、使肿瘤细胞再分布四、利用氧效应第七节肿瘤放射治疗中生物剂量等效换算的数学模型一、“生物剂量”的概念二、放射治疗屮生物剂量等效换算的数学模型三、外推反应剂量（ERD）概念第三章常用放射治疗设备第一节X线治疗机一、X线的发生二、X线机的一般结构三、X线质的改进四、X射线治疗机的改进第二节医用加速器一、概述二、医用电子直线加速器的加速原理三、医用电子直线加速器的结构四、质子放疗系统第三节远距离^Co治疗机一、叫20源的产生与衰变二、远距离治疗机的一般结构三、60Co治疗机种类四、60Co治疗机的半影种类五、垂直照射相邻照射野的设计六、60c°v射线的优缺点七、6°C0源更换八、Y刀第四节远距离控制的近距离治疗机一、H DR后装治疗设备的组成二、现代后装机具有的优点第五节理想放射源条件一、理想的剂量分布二、能杀灭乏氧细胞三、能杀灭非增殖期细胞（Go期）第六节模拟定位设备一、模拟定位机二、C T模拟定位机三、磁共振模拟机四、P ET-CT模拟机第七节体位固定装置一、一般的头颈部支持系统二、乳腺体位辅助托架三、热塑面网（罩）和体罩四、真空成形固定袋（真空袋）第八节放射治疗局域网络一、局域网络的配置二、放射治疗科网络的信息交换三、L ANTIS系统四、科室网络的安全维护第四章辐射剂量学的基本概念第一节辐射剂量学基本定义一、照射量二、比释动能三、吸收剂量四、有关辐射场的几个基本定义第二节各辐射量Z间的关系一、高能光子在介质中的能量转移和吸收二、电子平衡三、照射量和比释动能的关系四、比释动能和吸收剂量的关系五、吸收剂量和照射量的关系第三节空腔理论一、阻止本领二、阻止本领和吸收剂量的关系三、Bragg-Gray空腔理论四、Spencer-Attix 理论五、空腔理论住电离室剂量测量中的应用第五章射线的测量第一节电离室一、电离室基本原理二、指形电离室三、电离室的工作特性以、特殊电离室五、电离室测量吸收剂量的原理第二节热释光剂量计一、原理二、热释光剂量讣的种类三、热释光剂量计使用四、热释光剂量计的刻度第三节胶片剂量计一、原理二、应用第四节半导体剂量计一、原理二、Mapcheck半导体剂量仪第五节场效应管一、原理二、M OSFET探测器的特性第六节剂量的标定一、射线质的测定二、射线吸收剂量的标定第六章光子照射剂量学第一节原射线与散射线一、原射线二、散射线第二节平方反比定律第三节百分深度剂量一、照射野及有关名词定义二、百分深度剂量第四节射野输出因子和模体散射因子一、射野输出因子二、模体散射校正因子第五节组织空气比一、组织空气比定义二、源皮距对组织空气比的影响三、射线能量、组织深度和射野大小对组织空气比的彫响四、反向散射因子五、组织空气比与百分深度剂量的关系六、不同源皮距百分深度剂量的计算一一组织空气比法七、旋转治疗屮的剂量计算八、散射空气比第六节组织最大比一、组织模体比和组织最大剂量比二、散射最大剂量比第七节等剂量线一、等剂量线二、射野离轴比第八节组织等效材料一、组织替代材料二、组织替代材料间的转换三、模体四、剂量准确性要求第九节人体曲而和组织不均匀性的修正一、均匀模体和人体之间的差别二、人体曲面的校正第十节不均匀组织（骨、肺）校正一、射线衰减和散射的修正二、不均匀组织屮的吸收剂量三、组织补偿第十一节楔形野剂量学一、楔形野等剂量分布与楔形角二、楔形因子三、一楔合成四、楔形板临床应用方式及其计算公式五、动态楔形野第十二节不规则射野剂量学第十三节临床剂量计算一、处方剂量二、加速器剂量计算三、钻-60剂量计算四、离轴点剂量计算一一Day氏法第七章电子线照射剂量学第一节电子线中心轴深度剂量分布一、中心轴深度剂量曲线的基木特点二、有效源皮距及平方反比定律三、彫响电子线百分深度剂量的因素四、电子线的输出因子第二节电子线剂量学参数一、电子线的射程二、电子线能量参数三、电子线的离轴比四、电子线的均整度、对称性及半影五、电子线的等剂量线分布特点第三节电子线的一般照射技术一、电子线处方剂量ICRU参考点二、能量和照射野的选择三、射野形状及铅挡技术四、电子线的补偿技术五、电子线的斜入射修正六、电子线的组织不均匀修正和边缘效应七、电子线的射野衔接技术第四节电子线的特殊照射技术一、电子线旋转照射技术二、电子线全身皮肤照射三、电子线术中照射第八章近距离放射治疗剂量学第一节近距离放疗概述一、近距离放射治疗的设备和相关技术二、近距离放疗的常用核素第二节近距离放疗的剂量计算一、单个粒子源的剂量计算方法二、临床多粒子源植入的扰动影响三、组织异质情况下的剂量修正第三节近距离放疗的临床应用和剂量体系一、粒子源植入治疗的临床应用二、粒子源植入的临床剂量体系第九章中子近距离照射剂量学第一节钿中子与制中子相对生物学效应一、钢屮子二、^cf的相对生物效应(RBE)三、屮子近距离治疗的优势第二节钏中子治疗技术一、'叱彳中子后装治疗机(中子刀)简介二、中子刀适应症及禁忌症第三节钿中子治疗的剂量分布一、模体二、确定漩Cf中子束、Y射线吸收剂量分布的探测器三、确定^Cf中子、Y吸收剂量分布的理论方法第四节中子的防护一、中子后装机的辐射防护性能二、患者的辐射防护三、医护人员的辐射防护四、公众的辐射防护五、安全管理第十章临床常用技术和应用第一节挡块一、挡块的厚度二、低熔点铅技术三、挡块制作第二节组织补偿一、组织填充物二、组织补偿器三、电子束的补偿技术第三节多叶准直器一、多叶准直器的基本结构二、多叶准直器的安装位置第四节楔形野一、楔形板二、楔形角与楔形因子三、一楔合成四、动态楔形野第五节独立准直器第十一章临床常用放疗方案第一节放疗临床对剂量学的要求一、提高治疗比二、实现临床剂量学四原则第二节照射技术和射野设计原理一、体外照射技术的分类及其优缺点二、射线及其能量的合理选择三、高能X射线的射野设计原则四、相邻野设计五、不对称射野笫三节临床常见肿瘤放射治疗方案一、鼻咽癌常规照射野设计二、肺癌常规照射野设计三、食管癌常规照射野设计第十二章三维适形放射治疗及调强放射治疗第一节三维适形放疗的发展过程第二节3DCRT工作流程、计划工具一、体模制作二、计划CT扫描与数据传输三、轮廓勾画四、计划设计和评价五、计划验证六、三维适形放疗的临床应用第三节立体定向放射外科和立体定向放射治疗一、立体定向放射外科二、立体定向放射治疗笫以节调强放射治疗一、IMRT的工作流程和基本概念二、IMRT实施方法三、IMRT的优点四、IMRT的可能潜在问题五、IMRT的剂量验证第五节 调强放射治疗的临床应用举例一、 鼻咽癌的调强放射治疗二、 前列腺癌的调强放射治疗三、 肺癌的调强放射治疗第十三章治疗计划系统和治疗计划评估 第一节治疗计划系统概念和历史简介一、 治疗计划系统概念二、 治疗计划系统的发展历史三、 两维和三维治疗计划系统的比较 第二节治疗计划的剂量学原则及靶区剂量规定一、 肿瘤致死剂量与正常组织耐受剂量二、 临床剂量学四项原则 第三节外照射靶区剂量学规定治疗目的 参考点和坐标系 体积的定义 対剂量报告的一般性建议 剂量归一点 吸收剂量二、四、五、八、第六节近距离放射治疗剂量算法近距离治疗特点近距离治疗类型和放射源空间重建近距离主耍剂量计算方法192Ir 放射源的数学模型 近距离照射的剂量优化第七节外照射剂量计算算法一、 剂量计算算法的临床实现进程二、 剂量计算算法第八节 治疗计划系统的设计和体系结构一、 基本组成二、 单个治疗计划工作站系统三、 多工作站系统四、 辅助部件五、 第三方软件六、 治疗计划系统的发展七、 系统说明书二、 四、五、八 第四节TPS 中的图像和图像处理技术一、 放射治疗计划中使用的图像技术二、 图像处理第五节治疗计划设计过程体位固定治疗计划设计放射治疗计划评估治疗计划的验证治计划的执行调强放射治疗的TPS 剂量验证 二、 四、 五、 六、第九节治疗计划系统的验收一、验收内容二、与剂量无关的项目三、外照射野光子剂量计算四、电子线剂量计算五、后装治疗六、数据传输第十节治疗计划系统的质量保证一、系统文件和人员培训二、系统定期QA项目三、患者治疗计划检查第十四章放射治疗的质量保证QA和质量控制QC 第一节QA和QC的目的及重要性第二节放射治疗对剂量准确度的要求一、靶区剂量的确定二、对剂量准确度的要求三、影响剂量准确性的因素第三节外照射治疗物理质量保证内容一、外照射治疗机、模拟机和辅助设备二、等中心及指示装置三、照射野特性的检查四、剂量测量和控制系统五、治疗计划系统六、治疗安全第四节近距离治疗QA内容一、放射源二、污染检查三、遥控后装机QA四、治疗的质量控制第五节QA、QC的管理要求一、部门QA的主要内容二、国家QA的主要内容第十五章发展中的图像引导放射治疗第一节三维适形放射治疗第二节调强放射治疗第三节图像引导放射治疗一、放射治疗实施前影像二、治疗室内图像引导和投照三、图像引导放射治疗四、4维放射治疗第四节剂量引导放疗和循变放疗一、剂量引导放射治疗二、循变放射治疗第十六章放射防护第一节电离辐射的生物效应一、放射损伤机理二、放射生物效应的类型三、影响放射生物效应的主要因素四、辐射对组织、器官的损伤效应第二节放射防护目的与标准一、放射防护的目的二、放射防护应遵守的三项基本原则三、人工照射类型四、放射防护标准第三节外照射防护基本措施一、工作场所区域划分二、减少外照射剂量的三项措施第四节医用电离辐射防护一、医院的防护职责二、医疗照射的正当性判断三、医疗照射的防护最优化四、医疗照射的指导水平与剂量约束章名为小三宋体加粗节名为小四宋体加粗正文为五号宋体加粗一、加粗(一)加粗有必要时1.加粗有必要时(1)a.(a)数字为timenewman公式为(1-1)。

医学影像物理学第一章X射线物理一：名词解释1.实际焦点：灯丝发射的电子，经聚焦加速后撞击在阳极靶上的面积称为实际焦点。

2.有效焦点：X射线管实际焦点的投影称为有效焦点。

3.X射线强度：是指单位时间内通过垂直于X射线传播方向上的单位面积上的光子数量与能量乘积的总和。

4.足跟效应（阳极效应）：愈靠近阳极，X射线强度下降愈多的现象。

5.光电效应：X射线光子与物质原子的轨道电子发生相互作用，把全部能量传递给这个电子，电子挣脱原来束缚成为自由电子。

原子的电子轨道出现一个空位而处于激发态，它将通过发射特征X射线或俄歇电子的形式很快回到基态，这个过程称为光电效应。

6.康普顿效应：当入射X射线光子和原子内一个轨道电子发生相互作用时，光子损失一部分能量并改变运动方向，电子获得能量而挣脱原子，这个过程称为康普顿效应。

7.电子对效应：当X射线光子从原子核旁经过时，在原子核库仑场的作用下形成一对正负电子，这个过程称为电子对效应。

8.X射线的质（线质）：表示X射线的硬度，即穿透物质本领的大小。

二：简答1.产生X射线需要哪些条件？电子源、高速电子流、X射线靶。

2.影响X射线管有效焦点大小的因素有哪些？靶倾角θ、实际焦点长度A。

3.影响X射线能谱的因素：(1)从阴极向阳极加速的电子不是都具有峰值动能，这与整流和高压发生器的类型有关。

(2)诊断X射线管靶相对比较厚。

(3)低能的X射线更容易被靶自身吸收。

(4)外部滤过几乎总是加在X射线管组件上，这些附加滤过会选择性的从线束中滤掉低能X射线。

4.影响X射线强度的因素：（1）靶物质的原子序数（2）管电流（3）管电压（4）过滤物质5.X射线与物质相互作用的类型：主要类型：光电效应，康普顿效应，电子对效应。

次要类型：有相干散射，光核反应等。

6.产生硬X射线和软X射线需要哪些条件？硬X射线：管压U增大、靶原子序数增大、滤过物质增大。

软X射线：管压U减小、靶原子序数减小、X射线管壁薄。

三：计算题：1.X射性管，管电压10kV，求最短波长。

1 第二章剂量学原理，量和单位2.1 绪论兴趣点的辐射测量和辐射效应的研究需要不同的辐射场特性。

辐射剂量学涉及在给定介质中测量直接或间接电离辐射能量沉积的方法。

为描述射线束，定义了许多量和单位，最常使用的剂量学的量和单位如下所示。

本节也给出空腔理论的简单讨论，用于计算介质中剂量计的响应。

2.2 光子注量和能量注量下列量用于描述单能电离射线束：粒子注量、能量注量、粒子注量率和能量注量率。

这些量通常用于描述光子束，也可用于描述带电粒子束。

•粒子注量Φ是d N 除以d A 的商，此处d N 是入射在横截面积d A 的球体上粒子数： dN dA Φ= (2.1) 注量的单位为m -2。

使用横截面积d A 的球体以最简单方式描述了只考虑每个粒子垂直方向上的面积dA 这一事实，因此粒子注量与辐射入射角无关。

•平面粒子注量是通过平面单位面积的粒子数目，因此依赖于粒子束的入射角度。

•能量注量ψ是d E 除以d A 的商，此处d E 是入射在横截面d A 的球体的辐射能量： dE dA Φ= (2.2) 能量注量的单位是J/m 2。

可以用下列关系式通过粒子注量计算能量注量：dN E E dAψ==Φ (2.3) 此处E 是粒子能量，d N 是能量为E 的粒子数目。

几乎所有现实的光子或粒子束都是多能的，并且上面定义的概念需要适用于这些射束。

粒子注量谱和能量注量谱的概念分别替代了粒子注量和能量注量。

它们分别定义为： ()()E d E E dE ΦΦ≡ (2.4) 及 ()()()E d d E E E E dE dE ψΦψ≡= (2.5) 此处()E E Φ及()E E ψ分别是能量为E 的粒子注量谱和能量注量谱的微分。

图2.1显示一个 kVp 值为250 kV 和附加1 mm 铝及1.8 mm 铜（靶材料：钨；固有滤过：2mm 铍）的中能X 射线机产生的光子注量和能量注量谱。

在连续韧致辐射谱上双尖形表示钨靶中产生的 K α 及 K β 特征X 射线。