肿瘤放射物理学-物理师资料-7.3 放射源的定位技术
肿瘤放射治疗知识点放疗的原理与技术
肿瘤放射治疗知识点放疗的原理与技术肿瘤放射治疗是一种常见的肿瘤治疗方法，通过利用高能射线对肿瘤组织进行破坏，达到治疗的目的。
本文将介绍放疗的原理和常用技术，并对放疗的优势和局限性进行探讨。
一、放疗的原理放疗原理是基于射线对肿瘤细胞的杀伤作用。
放射线的主要作用是通过杀伤或损伤肿瘤细胞的DNA，从而抑制其生长和分裂，使细胞死亡。
放射线可以直接损伤DNA分子，也可以通过间接效应产生自由基和其他活性氧物质，从而对细胞基因和膜进行损伤。
二、放疗的技术1. 传统放疗技术传统放疗技术主要包括外照射和内照射两种方式。
外照射即从体外用射线照射肿瘤，可以通过调整射线的方向和强度来精确照射肿瘤，并最大限度减少对周围正常组织的损伤。
内照射则是将放射源置入体内，直接照射肿瘤。
可以通过放射源的选择和放射源的放置位置来控制射线照射的范围和强度。
2. 三维适形放疗技术三维适形放疗技术是近年来发展起来的一种放疗技术。
相比传统放疗技术，三维适形放疗技术具有更高的精确性和准确性。
它可以利用计算机对肿瘤进行三维重建和定位，然后通过调整放射线的方向和强度，对肿瘤进行更加精确地照射。
这样可以最大限度减少对正常组织的损伤，并提高肿瘤治疗的效果。
3. 调强放疗技术调强放疗技术是一种基于计算机控制的放疗技术。
它通过人工调整射线的衰减和强度分布，实现对肿瘤的精确照射。
调强放疗技术可以根据肿瘤的形状和位置进行个体化的治疗计划，从而最大限度地提高放疗的准确性和治疗效果。
三、放疗的优势和局限性放疗作为一种常见的肿瘤治疗方法，具有以下几个优势：1. 非侵入性：放疗是从体外照射，避免了开刀手术对患者身体的压力和伤害。
2. 精确性高：通过三维适形放疗技术和调强放疗技术，可以精确照射肿瘤，减少对正常组织的损伤。
3. 可辅助治疗：放疗可以与手术、化疗等治疗方法联合使用，提高综合治疗效果。
然而，放疗也存在一些局限性：1. 副作用：尽管放疗可以精确照射肿瘤，但仍然无法完全避免对正常组织的损伤。
理解放射治疗在肿瘤放射物理中的应用
理解放射治疗在肿瘤放射物理中的应用一、肿瘤放射物理的基本概念肿瘤放射物理是肿瘤学中一个重要的分支，主要通过放射治疗来抑制和杀死癌细胞。
它通过使用高能量电离辐射，如X光、质子或中子束，以及其他形式的辐射治疗来摧毁癌细胞，从而达到控制和治疗肿瘤的目的。
其中，放射治疗技术中的一种关键方法是放射源在体内或体外释放出放射性物质，这就是放射治疗中的“放射源”。
二、了解放射治疗中的放射源选择1. 选择合适的辐射种类：在肿瘤放射物理领域，医生会根据患者情况和癌细胞类型选择不同类型的辐射。
常见的辐射包括电子束（electron beam）、γ 射线（gamma radiation）以及质子束加速器等。
2. 放射源选址标准：选择放置放射源具有至关重要的意义。
最常见方法是将核素注入体内，在患者身上感到最大限度地集中对组织进行照射。
放射源的选择应该根据癌细胞的类型、大小和位置来确定，以最大限度地提高放射治疗的准确性和有效性。
三、放射治疗中的具体方法1. 放射治疗计划：放射治疗师将患者CT扫描图像导入到计算机软件上，通过对肿瘤区域的三维模拟，制定出个体化的治疗计划。
该计划需要考虑到肿瘤的位置、大小以及周围正常组织器官的分布。
这样可以减少对健康组织造成损伤，同时增加对肿瘤的轻松控制。
2. 放射源定位和稳定：在实施放射治疗之前，需要精确地确定和稳定放射源的位置。
这一步骤通常通过图像引导系统（image guidance system）来实现，例如X光或CT扫描设备。
这可以确保辐射能够准确引导至靶标区域，并最大程度地减少对周围正常组织的伤害。
3. 辐射剂量测量与调整：在实施放射治疗过程中，监测和调整辐射剂量是非常重要的。
医生需要确保辐射剂量可以完全覆盖肿瘤区域，同时最大限度地减少对周围正常组织的伤害。
这通常通过放疗设备上的监测器来实时监控辐射剂量，并根据患者的体位或病情等因素进行调整。
四、放射治疗安全与影响1. 放射治疗安全性：放射治疗是一项复杂而精确的任务，需要医生和技术人员具备专业知识和丰富经验。
肿瘤放射物理学基础
基本措施
1.时间防护 尽量缩短受照时间 2.距离防护 增大与辐射源的距离 3.屏蔽防护 人与源之间设置防护屏障
能量和照射野的选择
常用能量 4~25Mev
能量与治疗深度的关系 E = 3d+2~3Mev
照射野 电子束射野≥靶区横径的1.18倍
近距离照射剂量学
剂量学特点 放射源周围的剂量分布按照与放射
源之间的距离的平方而下降，即平方反 比定律。 基本特征 肿瘤剂量 高而不均匀，而邻 近正常组织受量低
近距离治疗的主要特点
康普顿效应：
当光子与原子内
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，电子获得能量而脱 离原子，这种现象叫做 康普顿效应。在 0.03~25MeV的范围占 优势，骨和软组织的吸 收剂量相近
电子对效应：
入射光子能量 大于1.02MV时，光 子可以与原子核相 互作用，使入射光 子的全部能量转化 成为具有一定能量 的正电子和负电子 ，这就是电子对效 应。在25~100MeV 的范围占优势。
任何物质。
名词解释
放射源（S） 一般规定为放射源前表面 的中心，或产生辐射的靶面中心。
照射野 射线束经准直后垂直通过模体的 范围。
临床剂量学中规定模体内50%等剂量线 的延长线交于模体表面的区域定义为照射野 的大小
参考点 规定模体表面下射野中心轴 上某一点作为剂量计算或测量参考的点。 400kV以下X射线参考点取在模体表面，对 高能X（γ）射线参考点取在模体表面下射 野中心轴上最大剂量点位置
60Co治疗机
原理：利用放射性同位素60Co发射出的γ 射线治疗肿瘤，平均能量1.25MeV，与一 般深部X射线机相比有一下特点
特点：①能量较高，射线穿透力强；② 皮肤反应轻；③康普顿效应为主，骨吸 收类似于软组织吸收；④旁向散射少， 放射反应轻；⑤经济可靠，维修方便。
肿瘤放射治疗学的物理基础
1、 放射性同位素发射出的α、β和γ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）
熟悉内容：
临床常用放射源的物理特性、远距离
60Co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
四、近距离后装治疗机
半影较60Co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4~50MeV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
形成治疗用照射野。
医用电子直线加速器两种治疗模式
(医学课件)放疗的定位技术
总结词：安全性高 总结词：多模态影像融合 总结词：适应症广泛
详细描述：脑瘤放疗定位技术特别注重保护周围正常脑 组织，通过精确的定位和剂量控制，降低对周围脑组织 的损伤，提高治疗的安全性。
详细描述：脑瘤放疗定位技术将MRI、CT和PET等多种 影像模态进行融合，更准确地反映肿瘤的位置、大小和 形态，为制定精确的放疗计划提供依据。
放疗定位技术的目的和意义
目的
放疗定位技术的目的是确保放射治疗的高精度和准确性，从 而提高肿瘤的控制率和降低并发症的发生率。通过准确定位 肿瘤位置，可以确保放疗剂量集中于肿瘤区域，避免对周围 正常组织的损伤。
意义
放疗定位技术对于提高放疗效果和患者生存率具有重要意义 。通过精确定位肿瘤位置，可以提高肿瘤的控制率，降低复 发率，同时减少并发症的发生率，提高患者的生活质量。
详细描述：根据患者的具体情况，如肿瘤大小、位置和 分期，制定个体化的放疗方案。通过三维建模技术，将 肿瘤形状和大小准确地反映在放疗计划中。
详细描述：肺癌放疗定位技术采用实时监控技术，确保 放疗过程中肿瘤位置的准确性。如有需要，可对放疗计 划进行实时调整，以适应肿瘤位置的变化。
案例二：脑瘤放疗定位技术实践
神经功能性疾病治疗
01
神经功能性疾病如帕金森病、癫 痫等，也可以通过放疗定位技术 进行治疗。
02
通过精确定位病变区域，放疗可 以有效地调节神经递质分泌、抑 制异常脑电活动等，从而改善患 者的症状和预后。
其他应用场景
其他应用场景包括疼痛治疗、骨关节疾病治疗等。 放疗定位技术也可以用于辅助手术切除肿瘤、缓解癌痛等治疗。
详细描述：脑瘤放疗定位技术适用于多种类型的脑瘤治 疗，如胶质瘤、脑膜瘤等。根据不同肿瘤的特点，采用 不同的定位和剂量控制策略。
肿瘤放射治疗PPT课件【可编辑全文】
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细胞照射后的存活曲线-氧效应
38
正常组织和肿瘤细胞在分次照射 中的4个变化（4R）
肿瘤细胞放射损伤的修复（Repair）
致死性损伤
亚致死性损伤
潜在致死性损伤
肿瘤细胞的再增殖（Regeneration）
残存细胞加速再增殖、G0期细胞进入增殖周期
细胞周期再分布（Redistribution） G2
电
离
辐
电子
射
中子
粒子辐射
质子
加 速
器
负π介子
重粒子LETຫໍສະໝຸດ LET远距离治疗 低
近距离治疗
射 线
高
远距离治疗
射 线
11
放射物理学及放疗设备
1. 电离辐射与物质作用 2. 放射源与放射治疗设备 3. 放射剂量单位 4. 放射治疗剂量学四原则
12
一．电离辐射和物质作用
能够使物质发生电离的射线称为电离辐射线 电离是射线引起物质物理、化学变化及生物效 应的主要机制。 带电粒子辐射: α粒子、β粒子等 非带电粒子辐射：X射线、 γ射线、中子等
疗程时间 影响大
影响大
影响小
总剂量
影响大
影响大
影响大
放疗原则：以较小的分割剂量、在尽可能短的总疗
程内给予一定的总剂量。
照射（重要器官的保护）
Cancer Center 26 SUMS
三 高能电子束临床剂量学特点
射程深度与能量成正比; 一定深度内剂量分布较 均匀，超过一定深度后 剂量迅速下降; 骨、脂肪、肌肉对电子 线吸收差别不显著; 可用单野作浅表或偏心 部位肿瘤的照射。
电子束深度剂量曲线
放射物理学
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放疗的定位技术知识讲解
定位的设备与技术
1、模拟定位机机器结构 机头（X线球管，准直器） 等中心旋转机架 影像增强器 定位床 操作台 影像和数据显示
模拟定位机的功能 为医生和计划设计者提供有关的肿瘤信息 确认靶区和正常器官的运动范围 靶区和正常器官的定位 治疗方案的确定 勾画射野和定位摆位参考标记 拍射野定位片和证实片 确定射野挡块的位置和形状
模拟机只能提供二维信息（平片）
常规模拟定位机的方式
源皮距（SSD）
S点光源
SSD
床板
等中心（SAD）
食管癌定位举例
布野原则：射野要包括食管 病变，临床估计可能侵犯的 组织和可能转移的淋巴结。 颈上段包括锁骨上淋巴结， 下段接近贲门，必要时要包 括胃左淋巴结。
注意保护颈胸部脊髓，尽量 减少肺组织的照射量
CT模拟定位的过程
1、用热塑膜、乳腺托架或者负压袋固定人体，使人体和定 位板之间的位置相对固定
2、利用激光等系统的十字线标出等中心位置，并标上金属 点
3、行CT扫描，把图像传到计划系统，利用软件进行三维重 建，在图像向上勾画计划靶区
CT模拟定位的不足
1、CT扫描速度<肿瘤运动速度 肿瘤图像被涂抹
定位的放疗地位
定位是放疗的第一个环节
定位中的摆位直接决定着在治疗过程中的摆位重复性，定位摆位 的准确度和舒适度决定着以后的治疗准确性
模拟机定位直接给放疗提供射野大小、SSD的大小 CT定位直接为以后的放疗提供图像基础，定位的精确完整程 度， 决定着整个放疗 定位新技术的应用和推广，如4DCT定位技术，必将提高放疗疗效
放疗的定位技术
定位的概述
放疗的一般过程
放
接收病人
疗
病人
的
同意
肿瘤放射治疗策略——放射物理学基础篇
湖南省邵阳市中医医院/syszyyy/
放射肿瘤治疗学发展历程
仁
和
精
诚
• 1951年，第一台60Co远距离治疗机在加拿大问世。 • 1959年，日本提出了原体照射概念，开创了用多叶准直 器实现适型放射治疗（3D-CRT）的技术，实现了照射野 的形状与病变一致。 • 1960年后开始对中子、质子、重离子等的应用进行研究 （粒子加速器）。 • 1967年，瑞典研发出立体定向放射外科系统（γ 刀）。 • 1968年，美国利用直线加速器实现了非共面多弧度等中 心旋转治疗，即用多个小野从多个方向照射病变，现在即 称为χ 刀。
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2
f 1 d f 1 dm
2
F
常用放射物理学临床应用 （χ/γ 射线的剂量分布）
仁
和
精
诚
湖南省邵阳市中医医院/syszyyy/
湖南省邵阳市中医医院/syszyyy/
常用放射物理学临床应用 （χ /γ 射线的剂量分布）
仁
和
精
诚
• 4.影响PDD的因素： • ①.射线能量对PDD的影响：射线能量越高，其穿透能力 越强，同一深度的PDD值就越大。 • ②.照射野大小及形状对PDD的影响：照射野面积的变化 会引起散射线对射线中心轴处剂量贡献的不同。 ▲照射野面积↑→照射野内对射线中心轴上散射线量↑→同 一深度的PDD值↑（当到达一定面积后，射线边缘的散射 线对中心轴上的剂量贡献↓，并逐渐达到饱和） 临床上经验性的使用等效方野（查表） ▲公式：C=2×ab/（a+b） （C为等效方形野的边长，a和b分别为矩形野的长和宽）
湖南省邵阳市中医医院/syszyyy/
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同理可分别求出相对正位或侧位片P点的坐标y：
y
y 'a
fa Fb z ' fb FaFb x ' z '
或：
y
y 'a
fa Fb x ' fa FaFb x ' z '
如果 fa fb , Fa Fb
以上各式可以得到简化。 如果P点非常接近于等中心，则x’,y’和z’在胶片上的位 移远小于焦点到等中心和胶片到放射源的距离，可直 接用胶片的影像放大系数M，近似确定P点各坐标的值， 即：
第三节 放射源的定位技术
为什么要定位？ 在近距离照射中，肿瘤及正常组织的受量直接取决于放射 源在组织中的几何分布。因此准确地测定每个放射源的位 置，是计算剂量分布的前提。
如何定位？（采用x射线照像技术）
采用x射线照像技术的步骤： 1、根据临床要求，按照特定的剂量学系统的布源规则， 确定放射源的几何排列，并按规则将施源器或源导管插 植入靶区。 2、放入假源，经x射线照像后，得到模拟实际照射时源 在靶区内的几何排列。 3、根据源的几何位置，计算剂量分布，选择最佳方案 后换以真源实施照射。
一、正交技术 正交影像定位技术，即正位和侧位成像技术，也称为等 中心照像技术
在模拟机条件下，采用等 中心方法，拍摄两张互相 垂直的影像片，其中心一 般选择在放射源分布的几 何中心。
患者仰卧时
左右 x 上下 y 前后 z
设等中心位置为坐标系的原点
P点为一点源或线源的一 端点（x，y，z） fa和fb分别为正、侧位拍片 时源（即靶焦点）到等中 心的距离；
Fa和Fb分别为源到两胶片 的距离
P点投影坐标 x', y', z '
根据几何学原理:
x x ' fa z z z ' fb x
Fa
Fb
两式相互代入，则
x x ' faFb z ' fb FaFb x ' z '
z z ' fbFa x ' fa FaFb x ' z '
z F F z0 y1 y2 Sz0 F z0 y1 y2 SF
可求得所有源端点的坐标，从 而得到放射源相对治疗部位的 三维位置分布。
三、立体变角技术
利用等中心方式。 机 架 左 右 旋 转 20o － 40o ， 拍 摄两张影像片。 P点相对于原点O的y坐标， 可以按过P点在两张胶片上的 平均位移计算：
y
y1 y2 2
y1 y2 SF F z0
同理也可计算x坐标。
四、放射源定位技术的误差分析
近距离照射剂量学最基本的特点之一是，放射源周围剂量 分布的高梯度变化。这意味着放射源位置计算的微小误差，都 会带来很大的剂量计算的误差。
例如，4cm长的两个线源，间隔1cm排列，2mm的位置误差， 会造成两线源之间的剂量计算值，约20％的偏差。
拍摄影像片时患者体位的运动。 （保持平静浅呼吸）
如支气管管内照射，乳腺癌插植照射
三种方法比较：
正交影像技术的精度要好于后两种方法。 变角和立体—平移技术的影像质量往往好于前一种方法中 的侧位影像。
三种方法可以相互补充，根据临床的实际情况，择优使用。
放射源位置重建： 上述三种放射源定位技术，利用胶片作放射源位置重建时
会产生误差。若使用放射治疗模拟机来摄取x射线影像时，由 于该类型机器有很高的等中心几何精度，因此较胶片提供的几 何数据较为准确. 误差主要来源：
影像片源投影位置数据的准确测量；
（放射源的位置一般可直接从影像片读取，精度取决于影像显 示质量和放大倍数的计算，当前的作法是，将其经数学化仪输入治疗计划 系统，重建自动完成。对此，必要时应将重建结果，如重建线源长度与真 实长度予以比较。 ）
如图7－10所示，X射线管焦点到胶片
的距离为F，假定患者相对X射线管沿y轴 移动距离为S，标记O(置于患者体表或床 面)为原点，其相对胶片的高度为z 0 。 P代表一点源或线源的某一端点。该点的 高度z可通过胶片上相对原点O的位移y1 和y2来计算。按照相似三角形原理，可
得到：
按照; Mb
y y 'a Ma
或
y y 'b Mb
式中
和 M a
Fa fa
Mb
Fb fb
，如果正侧位胶片的几何条件相同，则两
式相等。
二、立体—平移技术
该技术的要点是，摄取的两个影像片为同一方向，只是 中心之间相距一定距离如20cm或更多，它可通过平移患者或x 射线管实现。