肿瘤放射治疗学的物理基础ppt课件.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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：,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,1998,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,60,Co,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。,1,226,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）,2,60,钴（,60,Co,）,60,Co,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（,137,Cs,）,目前主要用于替代镭源进行,近距离放射治疗,。,137,Cs,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,5,198,金（,198,Au,）,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。,6,125,碘（,125,I,）,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（,60,2,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。,252,Cf,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,名 称,符 号,射线种类,平均能量（,MeV,）,半衰期,镭,-226,226,Ra,0.83,1590a,钴,-60,60,Co,1.25,5.3a,銫,-137,137,Cs,0.662,33a,铱,-192,192,Ir,0.38,74.5d,金,-198,198,Au,0.412,2.7d,碘,-125,125,I,0.28,60.2d,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,200,400,千伏，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,60,C0,治疗机,远距离,60,C0,治疗机,自从,20,世纪,50,年代由加拿大首先生产,60,Co,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,60,Co,治疗机大约有,500,台。,60,Co,治疗机的基本构造特点,60,Co,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,60,Co,治疗机已不在生产,60,Co,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,60,Co,治疗机头,1,60,Co,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,60,Co,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,60,Co,源脱落。,60,Co,治疗机头,线束的组成成分：,60,Co,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,）,60,Co,所释放的,粒子被不锈钢封套吸收，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,。,60,Co,治疗机的半影,2,60,Co,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,60,Co,治疗机半影：,几何半影,穿射半影,散射半影,60,C0,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：,60,Co,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,60,Co,治疗机的临床应用特点,60,Co,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,60,Co,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,60,Co,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,1,X,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特点,与,60,Co,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,60,Co,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（,192,Ir,或,60,Co,、,137,Cs,）,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,192,Ir,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,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,60,Co,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,LET,10KeV,m,时为高,LET,射线。,当,LET10KeV,m,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：,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：,14,30MeV,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。,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：,100,500MeV,质子线束的特点：,?,质子为带电粒子，具有电离峰型 吸收曲线，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：,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。,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（,D,d,）与参考点深度吸收剂量（,D,0,）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。,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=28,10/,（,8+10,）,=8,9cm,。,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）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,D,m,，是由分配到的肿瘤量,D,0,，经查百分深度剂量（,PDD,）后计算得出：,因,PDD,=D,0,/D,m,所以,D,m,=D,0,PDD,。,60,Co,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,D,d,与空间同一位置上自由空气吸收剂量,D,fs,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,D,d,与空间同一点体模中照射野中心轴上最大剂量点处的吸收剂量,D,m,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、,26,7,铅、,10,0,镉、,13,3,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,=,（,1/2,）,n,=0.05,n =ln20/ln2 =4.32,即需要,4,5,5,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=D,dw,D,d,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（,D,dw,）与开野时参考点处吸收剂量（,D,m,）之比。根据定义，楔形野的百分深度剂量,PDD,Ww,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,60,o,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,=60,o,），合成后的楔形野的楔形角为,，二者的关系为：,式中,K,为平野和,n,主楔形野的肿瘤剂量配比，即：,式中,D,n,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（,D,d,）与参考点深度吸收剂量（,D,0,）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（,D,m,）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,D,T,，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,D,m,，单位为,cGy,。,靶区剂量（,D,T,）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（,D,T,），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，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,D,T,，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