最新:肿瘤放射物理学第五章 放射源和放射治疗机文档资料.ppt
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1、2023/5/1,1,一、放射源的种类与照射方式,放疗使用的放射源主要有三类:放出、射线的放射性同位素产生不同能量的X射线的X射线治疗机和各类加速器产生电子束、质子束、中子束、负 介子束,以及其它重粒子束的各类加速器,2023/5/1,2,两种基本照射方式:外照射:位于体外一定距离,集中照射人体某一部位,叫体外远距离照射,简称外照射;近距离照射:将放射源密封直接放入被治疗的组织内或放入人体的天然腔内,如舌、鼻咽、食管、宫颈等部位进行照射,叫做组织间照射和腔内照射,简称近距离照射,2023/5/1,3,还有一种情形,利用人体某种器官对某种反射性同位素的选择性吸收,将该种放射性同位素通过口服或静脉
2、注入人体内进行治疗,如利用碘-131治疗甲状腺癌、磷-32治疗癌性胸水等,称为同位素治疗。,2023/5/1,4,近距离照射与体外照射的四个基本区别:1、近距离照射,其放射源的活度较小,由几十个MBq(几个mCi)到大约400GBq(10Ci),而且治疗距离较短,约在5mm到5cm之间;2、体外照射,其放射线的能量大部分被准直器、限束器等屏蔽,只有少部分能达到组织。近距离则相反,大部分能量被组织吸收。,2023/5/1,5,3、体外照射,其放射线必须经过皮肤和正常组织才能达到肿瘤,肿瘤剂量收到皮肤和正常组织耐受量的限制,为得到高的均匀的肿瘤剂量,需要选择不同能量的射线和采用多射野照射技术。4、
3、由于距离平方反比定律的影响,在腔内组织间近距离照射中,离放射源近的组织剂量相当高,距放射源远的组织剂量较低,靶区剂量分布的均匀性远比外照射的差。,2023/5/1,6,二、常用放射性同位素源,放射性同位素放射、三种射线。放疗主要使用和 两种射线,而且应用射线较多。放疗中使用的放射性同位素,除镭以外都是人工放射性同位素,并且除了钴60和铯137以外,所有这些同位素只用于近距离照射。,2023/5/1,7,1、镭226源(226Ra),镭226是一种天然放射性同位素,不断衰变为放射性气体氡,然后再经过一系衰变,最后变成铅的稳定同位素。镭的半衰期为1590年,氡的半衰期为3.8天,在衰变过程中放出、
4、三种射线。临床使用的是镭的硫酸盐,装在各种形状的铂铱合金封套内。由于镭源的各种缺点,已经在医学上禁用,由其它人工放射性同位素取代。,镭石:含有镭元素的天然矿石。,2023/5/1,8,2023/5/1,9,居里夫妇,2023/5/1,10,居里夫人在实验室,2023/5/1,11,缺点:镭的能谱复杂,最高能量达3.8MeV,需要厚的防护层;半衰期长,衰变过程中产生氡气,如操作不小心使镭管破损,氡气逸出,会造成污染;并且镭的生物半衰期长,体内停留时间长,短时间内不能消除,特别是使骨髓损伤严重,因此原则上镭在医学上应该禁用。,2023/5/1,12,2、铯137源(137Cs),铯137源是人工放
5、射性同位素,是由核反应堆的副产品加工得到的。它发出的射线是0.662MeV的单能射线,半衰期为33年。无论从源本身的物理特点或从放射防护的观点上看,铯-137比镭优越。铯137源主要应用于低剂量率(LDR)后装机。,2023/5/1,13,衰变137Cs 137Ba,Cs原子序数:55Ba(钡)原子序数:56,137Ba*,2023/5/1,14,3、钴60源(60Co),钴60源也是一种人工放射性同位素,是用无放射性的金属钴59在反应堆中经过热中子轰击生成的不稳定的放射性同位素。钴60核内的中子不断转变为质子并放出能量为0.31MeV的-射线,核中过剩的能量以辐射的形式释放出来。钴60的射线
6、能量有1.17MeV 和1.33MeV两种,平均能量为1.25MeV,它的半衰期是5.27年。,2023/5/1,15,Ni:镍,2023/5/1,16,钴-60放出的射线能量低,易于被容器吸收;射线平均能量为1.25MeV,比镭略高,可作为镭的代用品。由于它与铯137相比半衰期短且能量高,所以作腔内照射辐射源不如铯137。,2023/5/1,17,4、铱192源(192Ir),铱192也是一种人工放射性同位素,是由铱191在反应堆中经热中子轰击生成的。铱192的能谱比较复杂,射线平均能量为0.36MeV。铱192粒状源可以做得很小,使其点源的特性好,便于剂量计算。其半衰期为74.2天。373
7、70GBq(110Ci)的高活度的铱-192普遍用于高剂量率(HDR)的后装治疗。,2023/5/1,18,Ir,原子序数77Pt,铂,原子序数78Os,锇,原子序数76,2023/5/1,19,铱-192高剂量率后装治疗机,2023/5/1,20,2023/5/1,21,2023/5/1,22,三、X线治疗机,产生X射线一般需要以下几个条件:电子源真空盒加速电场靶,2023/5/1,23,(补充)辐射损失式中:m:入射粒子静止质量;E:入射粒子能量;z:入射粒子电荷Z:靶物质原子序数;N:单位质量靶物质中的原子数1)辐射损失与入射带电粒子的m2成反比,轻带电粒子的辐射损失比重带电粒子的辐射损
8、失大得多(如相同质量的电子的辐射损失要比质子大一百万倍),而重带电粒子的韧致辐射引起的能量损失可以忽略。,2023/5/1,24,式中:m:入射粒子静止质量;E:入射粒子能量;z:入射粒子电荷Z:靶物质原子序数;N:单位质量靶物质中的原子数2)辐射损失与Z2成正比,说明重元素物质中的韧致辐射损失比轻物质大;,(补充),2023/5/1,25,式中:m:入射粒子静止质量;E:入射粒子能量;z:入射粒子电荷Z:靶物质原子序数;N:单位质量靶物质中的原子数3)辐射损失与入射粒子能量成正比,这与电离损失的情况不同。上述能量损失(电离损失+辐射损失)用“阻止本领”描述。,(补充),2023/5/1,26
9、,X射线机示意图,how x ray works.flv,2023/5/1,27,X射线球管,里面包括阳极靶和阴极灯丝,真空度为10-610-7托,真空的目的是为了避免电子在打击靶前损失能量,真空被破坏则X线球管也会损坏;阳极由粗大的铜棒和小钨靶组成。钨原子序数大,熔点高,作X射线靶很合适。铜散热快,能及时传走靶上的热。,2023/5/1,28,用钨作灯丝,发射电子的能力强。调节灯丝电流可以改变X射线管电流mA。X射线机的管电流是指由阳极通向阴极的电流,用mA表示,代表X射线的强度。X射线机的阳极加有几百kV的高压作为电子的加速电场。高压用kV表示,代表X射线的峰值能量。控制系统可以看作是一系
10、列的开关。,2023/5/1,29,1、特征辐射和轫致辐射,轫致辐射:当运动的电子靠近原子核时由于库仑引力的吸引可能会偏离其原来的路径,并以轫致辐射的形式丢失能量。高速运动的电子与原子核之间相互作用的结果。轫致辐射的光子的能谱是连续的,最高达到电子的初始能量,它是X射线谱中主要成分。轫致辐射光子的发射方向取决于入射电子能量。当电子动能增大时,X射线的发射方向越趋向前。,2023/5/1,30,特征X射线具有动能E0的电子与靶原子相互作用,可能从不同的壳层击发出轨道电子,由此损失能量。击出壳层电子后轨道中产生空位,外层轨道电子将下跳、并填充空位同时以电磁辐射形式辐射能量,这就是所谓的特征辐射。特
11、征辐射是以不连续方式辐射能量的。如果跃迁涉及从L层到K层的电子,那么所发射的光子能量将等于hv EKEL,式中EK、EL分别为K层L层的电子结合能。,2023/5/1,31,韧致辐射和特征辐射示意图,轫致辐射,特征辐射,2023/5/1,32,经滤过的X射线能谱,2023/5/1,33,2、滤过板的作用,从X射线机中产生的X射线有从零到峰值(X射线机管电压)的一系列能量,其低能部分对治疗毫无用处并且产生高的皮肤剂量。要适应治疗需要,就必须改进X射线能谱,去掉低能部分,保留有用的高能X射线。滤过板就可以起到这样的作用,经过滤过的X射线比原来的平均能量高。适当选择滤过板才能达到预期的光束硬度和可接
12、受的强度。,2023/5/1,34,使用滤过板时应注意的问题:不同能量范围的X射线用不同的滤过板,140kV以下的用铝,140kV以上的用铜或铜加铝复合滤过;同一管电压的X射线,滤过板不同,所得X射线半价层也不同;,2023/5/1,35,使用复合滤过板时要注意放置的次序,沿射线方向,应先放置原子序数大的,后放置原子序数小的;这样放置的主要目的是为了滤掉滤板本身产生的特征谱线,同时也滤掉低能部分X射线;从理论上来说,滤过越多,谱线分布对治疗越好,但是过多的滤过会大大降低射线强度,不经济,应该综合考虑。,2023/5/1,36,3、半价层,一般用半价层(HVL)来表示中低能X射线质,它可以通过X
13、()射线光子束贯穿某种介质时减弱的程度来定义和确定。临床上使用的半价层定义为使入射X射线光子的强度或注量率减低一半时所需要的某种材料吸收体的厚度,它与线性吸收(线性衰减)系数的关系:HVL0.693/因为依赖于射线质和吸收体的材料,所以用某种材料的半价层值就可以表示射线穿射介质的本领,即可以用它表示X()射线的射线质。,2023/5/1,37,临床剂量学中,一般应结合X射线机管电压的大小和所使用的滤过板,用铝或铜材料的厚度来表示半价层,如2mmAl,0.5mmCu等。半价层相同的射线质,其X射线的能谱不一定相同,百分深度剂量分布也可能不同。因此,中低能X射线质除半价层表示外,还应给出管电压。为
14、了获得临床需要半价层的X射线质,用改变X射线机管电压和相应滤过板的不同组合通过测量达到。,2023/5/1,38,四、钴60治疗机,1、组成一个密封的钴60放射源 一个源容器和防护机头 具有开关的遮线器装置具有定向限束的准直器支持机头的治疗机架,用来调节线束方向治疗床计时器及运动控制系统辐射安全及联锁系统,2023/5/1,39,2023/5/1,40,钴60治疗机的组成结构,2023/5/1,41,2023/5/1,42,2、钴60 射线的特点,钴60源 射线的半衰期为5.27年,平均每月大约衰变1%。钴60 射线平均能量为1.25MeV。优点:穿透力强:高能射线通过吸收介质时的衰减率比低能
15、X线低,因此高能射线剂量随深度变化比低能X线慢,就是说高能X线有较高的的百分深度剂量,由于百分深度剂量高,所以钴-60治疗时射野设计比低能X线简单,剂量分布也比较均匀。,2023/5/1,43,保护皮肤:钴-60射线最大能量吸收发生在皮肤下4-5mm深度,皮肤剂量相对较小,引起的皮肤反应比X线轻的多。骨和软组织有同等的吸收剂量:低能X线,由于光电效应占主要优势,骨中每伦琴剂量吸收比软组织大得多。而对于钴-60射线,康普顿效应占主要优势,因此每单位剂量的吸收在每克骨中与软组织近似相同。钴-60这一优点保证了当射线穿过正常骨组织时,不引起骨损伤;另一方面,由于骨和软组织有同等吸收能力,在一些组织交
16、界面处,等剂量曲线形状变化较小,治疗剂量较精确。,2023/5/1,44,(补充)光电效应总截面 ph Zn/(h)3(n=44.8)康普顿效应截面与z成正比。,2023/5/1,45,旁向散射小钴-60射线的次级射线主要向前散射,射线几何线束以外的旁向散射比X线小得多,剂量下降快。因此保护了射野边缘外的正常组织和降低了全身的积分剂量。经济、可靠、结构简单、维护方便。,2023/5/1,46,2、钴60机半影的种类及产生原因,半影就是射野边缘剂量随离开中心轴距离的增加而急剧变化的范围,通常用P90%10%或P80%20%表示。钴60治疗机的半影包括:几何半影穿射半影散射半影,2023/5/1,
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