肿瘤放射物理学-物理师资料-肿瘤放射物理学-物理师资料-1.1-放射治疗简介
肿瘤学-肿瘤的肿瘤放射物理学
全部
能量
射程
没有射程这一概念，强度随穿透物质厚度 有确定的射程，在射程
近似呈指数衰减
之外观察不到带电粒子
X(γ)射线与物质的相互作用
Ø 光电效应：光子与原子内层电子作用 Ø 光电效应作用过程：光子把全部的能量传递给轨道电子，
获得能量电子挣脱原子核束缚成为自由电子（光电子）， 光子消失；放出光电子的原子变成正离子并处于激发态； 外层电子向内层填充产生特征X线或外层(俄歇)电子 Ø 次级粒子：光电子、正离子、特征X光子、俄歇电子
带电粒子与原子核发生弹性碰撞
Ø 当带电粒子能量较低时，才有明显的弹性碰撞 Ø 重带电粒子由于质量比较大，与原子核发生弹性碰撞时
运动方向改变小，散射现象不明显，因此它在物质中的 径迹比较直 Ø 电子质量很小，与原子核发生弹性碰撞时，运动方向改 变可以很大，而且还会与轨道电子发生弹性碰撞，因此 它在物质中的径迹很曲折
带电粒子与原子核外电子发生非弹性碰撞
电离：原子的核外电子因与外界相互作用获得足够 的能量，挣脱原子核对它的束缚，造成原子的电离
Ø 直接电离：由带电粒子通过碰撞直接引起的物质的原 子或分子的电离称为直接电离
Ø 间接电离：不带电粒子通过与物质的相互作用产生带 电粒子引起的原子的电离，称为间接电离
Ø 电离辐射：由带电粒子、不带电粒子、或两者混合组 成的辐射称为电离辐射
Ø 其产生的γ线平均能量1.25MV 相当于4MV左右加速器产 生的X线
普通X线与高能X线、γ射线的比较
1.穿透性 2.皮肤反应 3.组织吸收 4.旁向散射
普通X线
弱，深部剂量低，只适用于 浅部肿瘤治疗
最大剂量吸收在皮肤表面， 皮肤反应重
以光电效应为主，不同组织 之间吸收剂量差别很大，骨 组织损伤大 旁向散射大，射野边缘以外 正常组织受量高，全身反应 较大
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第二节 放射源的种类及照射方式
一、放射源的种类：
1、 γ、 β射线———放射性同位素。
2、普通X射线（KV级）——X线治疗机。 高能X射线（MV级）——加速器。
： 3、根据性质分类 X线与γ线 ——电磁辐射(光子射线） 电子束、质子束、中子束、负π介子束 重 粒子束等——粒子辐射（粒子射线）。
二、放疗的基本照射方式：
A．α衰变、β-衰变和β-衰变 B．β衰变、β-衰变和α衰变 C．β-衰变、α衰变和β-衰变 D．α衰变、β-衰变和α衰变
4.元素X是Y的同位素，分别进行下列衰变 过程:
则下列说法正确的是( ) A C.R比S的中子数多2 D.R的质子数少于
上述任何元素
问答题：
• 1.23892U核经一系列的衰变后变为206 82Pb核, 问:
例如：正常的钴元素和镤元素表示为60Co和 234Pa，它们的同质异能素则表示为60Com和 234Pam等。
3、原子、原子核能级
基态：电子填充壳层时按照从低能到高能的顺序进行，以 保证原子处于最低能量状态,这种状态称为基态。由于内 层电子对外层电子具有屏蔽效应，所以实际电子填充壳层 时，会出现能级交错，而不是按壳层顺序逐个填充。
解：将A0＝111TBq，T1/2＝5.27a，代入
0.693t
AA0et A0e T1/2
当t＝5a，t＝10a时，得
A5a 57.5TBq， A10a 29.8TBq 。
4、递次衰变和放射平衡
递次衰变：放射性核素转变为稳定核素时往往要经 过多次衰变才能完成，这种衰变称为递次衰变。衰变过程
中形成的核素系列称衰变系列。
例： 9 4T 9 3m c t 1/2 6 .0 h 2 9 4T 9 3 c （Eγ=0.141MeV）
肿瘤放射物理学-物理师资料-121 简介
进入21世纪后,随着实时射野影像系统的日益完善和机 载影像系统等治疗室内新的影像模式的商品化，图像引导 放疗( image guided radiation therapy,IGRT)甚至剂量 引导放疗( dose guided radiation therapy,DGRT)等新概 念不断地刷新着放射治疗的新标志。
影像引导放射治疗（IGRT）是一种四维的放射治疗技术，它 在三维放疗技术的基础上加入了时间因数的概念，充分考虑了解 剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间的位移误差，如呼吸和 蠕动运动、日常摆位误差、靶区收缩等引起放疗剂量分布的变化 和对治疗计划的影响等方面的情况，在患者进行治疗前、治疗中 利用各种先进的影像设备对肿瘤及正常器官进行实时的监控，并 能根据器官位置的变化调整治疗条件使照射野紧紧“追随”靶区， 使之能做到真正意义上的精确治疗。
（4）全自动运行，无须操作人员进出机房。治疗床、机械臂 均可在控制室进行遥控。
（5）所有IGRT图像不仅能在治疗室内在线使用，也可在网络 上的工作站查看分析。
IGRT放疗系统
IGRT不应该仅仅被认为是在治疗室内用机载影像系统扫出 一组锥形束CT( cone beam CT,CBCT)图像,它也应该是一个流程 而不仅仅是一种照射技术。 IGRT 为近年开展起来的新技术，是 解决摆位误差、呼吸运动、组织结构形变、位移等多种因素引起 的照射误差最为有效的方法。它通过将高分辨率成像设备集成于 直线加速器上，在治疗前后即时采集图像，确定靶区和敏感组织 的位置、位移、形变等情况。精确引导摆位治疗，最大限度减少 照射野的偏离，尤其适合临近敏感器官如椎旁肿瘤、鼻咽癌等定 位精度要求高的肿瘤。对于受呼吸运动影响较大的胸腹部肿瘤， 结合呼吸门控系统将会得到更好的治疗效果。
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
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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
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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
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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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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/
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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）
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放射物理学
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。
肿瘤放射治疗学
2020/12/13
4
3
相 对 剂2 量
1
1 8 5 M e v 质 子 及 6 5 M e v π 介 子 深 度 剂 量 曲 线
2020/12/13
贯穿于放射肿瘤科研和临床治疗的两项原则
最大限度地提高肿瘤局部控制剂量，消灭肿瘤细胞 ， 同时最大限度地保护周围正常组织和邻近重要器官 。
在不造成正常组织严重晚期损伤的前提下，尽可能 提高肿瘤的局部控制剂量。 在不造成正常组织严重急性放射反应的前提下，尽 量保持疗效而缩短总治疗时间。
2020/12/13
二、放射源和放射治疗设备
• 放射源的种类
• 放射性核素蜕变产生的α、β、γ射线 ，主要是γ射线
• X线治疗机和各类型加速器产生不同 能量的X射线
• 各类加速器产生的电子束，质子束 ，中子束等
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• 放射治疗方式
• 外照射（远距离照射） 近距离照射 内用 同位素治疗
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放射学 Radiology
放射学 radiology
放射诊断学 (diagnostic radiology)
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放射治疗学 (therapeutic radiology)
核医学 (nuclear medicine)
放射治疗学
• 放射物理学：研究各种放射源的性能和特点， 治
结果 确立放射治疗在临床肿瘤学中的地位 1932. 在临床实践累积的基础上 库塔医生提出传统的时 2020/12/13 间 — 剂量分割照射方式
物理师在肿瘤治疗中的角色
物理师在肿瘤治疗中的角色摘要：放射治疗是一种利用电离辐射杀死或者控制肿瘤的治疗手段，是常用的治疗癌症的三大方法之一。
放射治疗团队包括放疗医师、放疗物理师、放疗剂量师、放疗治疗师、工程师以及护士。
国内，放射剂量师的工作也由物理师完成。
从机房设计、购买设备、设计治疗计划到实施治疗，放疗物理师都是不可或缺的一部分。
放疗物理师是医生的协助者、计划的设计者、设备的检测者、治疗过程的监督者。
1概述放射治疗是一种利用电离辐射杀死或者控制肿瘤的治疗手段。
放疗物理师是放射治疗不可或缺的一部分。
放疗物理师的工作包括临床、研究与教学。
在临床方面，物理师建立完整的质控体系，保证患者得到最有效的治疗。
从原始的普放，到如今的IMRT、VMAT、SBRT，放疗技术在飞快的发展，这与放疗物理师的潜心研究密切相关。
只有不断的学习引进新技术，才能为患者带来越来越好的治疗效果。
放疗的是极其复杂的，物理师在不断的学习的同时需要承担培养新进物理师的责任。
2建立放疗科2.1筹建放疗科与其他治疗方式相比，放疗适用于全身的各种肿瘤。
治疗过程简单，无伤疤，副反应小，患者后期生活质量明显改善。
基于放疗的治疗效果，越来越多的肿瘤患者倾向于放射治疗，同样的，越来越多的医院开始建设放疗科，实施放射治疗。
由于放射是利用射线杀死肿瘤细胞，放射机房建设的是否合适直接关乎放疗医护人员的身体健康。
2.1.1开设放疗科的流程放疗物理师需要了解开设放射治疗科室的具体流程，比如，开设放疗科对医院环境、人员以及设备等各方面的要求；开展放疗科需要的证书以及提前准备的材料。
只有掌握开设放疗科的流程，才能协助医院有效快速的实施开设放疗科的工作。
2.1.2建设机房机房的位置、布局、防护都有特定要求。
比如，如果将机房建设在地理位置较低的地方，雨天容易造成积水、室内潮湿，加速器无法正常运转。
布局时需要考虑全面，除了治疗室、控制室还需考虑制模室、会议室、以后扩建等各种问题。
至于防护，机房建设需要考虑机房的材料、墙体厚度等问题。
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3、放射治疗的种类 3.1 按放射源与病变的距离分： 远距离照射：外照射
治疗时放射源位于人体外一定距离，集中照射人体某一部位。其工 具是深部X线机、60Co机、加速器（X线治疗、电子线治疗、质子、中 子、重粒子治疗等）
外照射（美国瓦里安Clinac21EX 直线加速器）
放射治疗简介
肿瘤治疗现状
当前影响我国人民群众身体健康的主要有心脑血管疾病、恶性肿瘤、 糖尿病、慢性呼吸系统疾病等
国家癌症中心最新完成的中国恶性肿瘤流行情况分析报告显示，2015 年全国恶性肿瘤发病约392.9万人，死亡约233.8万人，这意味着平均 每天超过1万人被确诊为癌症。同时，随着恶性肿瘤发病数持续上升， 我国每年所需的相关医疗花费超过2200亿元。报告显示，10多年来， 我国恶性肿瘤发病率每年保持约3.9％的增幅，死亡率每年保持2.5％ 的增幅。
约60-70%的恶性肿瘤病人在病程中的某一阶段要使用放疗。
放疗疗效肯定,据1998年WHO统计, 目前有45%的恶性肿瘤可以治愈 (手术治愈22%,放疗治愈18%,化疗治愈5%)。
口咽、舌根、扁桃体癌的放疗治愈： 37%～53%
上颌窦、鼻腔筛窦癌：
38%～40%
早期的舌癌、鼻咽和宫颈癌：
与此同时，磁控管或速调 管经波导管将高功率的微 波送入加速管，电子束被 加速到所需要的能量。
加速器 加速器治疗机产生的射线
偏转磁铁
钨靶
散射片
均整器
扩大和均匀射野
电子束治疗
X射线治疗
5、放疗中的一些基本概念 放射线对生物体的作用
1）放射线使生物体组织成分的分子激励或离子化；最终是化学键被切生 成自由基，使机体被损害，这是放射线对生物直接作用的结果，这种方式 是少量的。
体内照射
x线治疗机 60Co远距离治疗机 医用加速器 镭疗（已不用） 现代近距离后装治疗机 中子近距离放射治疗机
X射线治疗机
电子源、靶、真空盒、加速电场
钴-60治疗机
医用加速器
典型的医用行波电子直线加速器 工作原理：脉冲调制器从外部电源获得能量并转换为脉冲宽度为几微秒、电 压几十千伏的脉冲，同时加到磁控制管（或速调管）和电子枪。电子枪中的 电子经阳极和阴极间的脉冲负高压（45kV左右）的作用进入加速管。
放疗时间： 刀口愈合后即开始，最好不超过2-4周
剂量： 40-50Gy
术中放疗：
重要脏器浸润或残留灶 适应症: 病变广泛不能切除
缩小肿瘤,缓解症状 保存脏器功能,对准病灶力争根治 优点: 暴露充分,准确性高 电子线照射,剂量分布均匀,保护正常组织,缩短时间。
4、放射治疗设备 体外照射
上世纪30年代：发明千伏X线治疗机，放射物理学和放射生物学的研究有 了重要发展。
50年代：发明60Co放疗机，开始应用于临床治疗，疗效显著提高。
60～70年代：医用加速器产生，用高能X线和电子线治疗肿瘤。并逐步 取代X线治疗机和60Co放疗机。近距离放疗逐步被减少使用。
60年代末：γ刀、X刀，开创了立体定向放疗技术。放射物理、计算机 和CT技术的高度发展，适形放射治疗、调强放射治疗。
放射治疗
1、什么是放射治疗？ 放射治疗是指用放射性同位素的射线，X线治疗机产生的普通X线，加
速器产生的高能X线，还有各种加速器所产生的电子束、质子、快中 子、负π介子以及其它重粒子等用来治疗癌瘤。 广义的放射治疗既包括放射治疗科的肿瘤放射治疗，也包括核医学科 的内用同位素治疗（如131I治疗甲状腺癌和甲状腺功能亢进，32P治疗 癌性胸水等）。狭义的放射治疗一般仅指前者，即人们一般所称的肿 瘤放射治疗。
2）生物体内含有大量水，放射线首先使水分解，产生反应性非常高的自 由基如H·和·OH等，H·和·OH可产生多种效应如破坏机体各组织细胞等，这是 放射线对生物间接作用的结果。
自由基是指分子、原子或基团中有未配对电子的一类物质
放射敏感性
组织对一定量射线的反应程度，称为放射敏感性，不同组织器官 以及各种肿瘤组织在受到照射后出现变化的反应程度各不相同。
80年代起：计算机控制的近距离后装放疗机问世，形成外放射和近距 离放射共存的局面。
90年代初：采用CT模拟技术,使肿瘤放疗真正达到精确治疗。 98年：国内引进CT模拟技术,开展三维适形（放射高剂量分布与 肿瘤立体形态基本保持一致）放疗
由Eclipse计划系统设计的脑 肿瘤五野调强IMRT治疗计划
传统治疗恶性肿瘤三大手段
综合治疗的重要性:
•手术或放射属局部治疗，对有播散倾向的实体肿瘤，单一手术或放射并不能完全 控制肿瘤。 •化疗是一种全身性治疗，可预防或减少肿瘤的全身播散。 •合理地将三者结合起来对肿瘤进行综合治疗，既可加强肿瘤的局部控制，又可预 防或减少肿瘤的全身播散，从而提高肿瘤的治愈率。
综合治疗： 术前放疗 术后放疗 术中放疗
术前放疗： 适用易于复发的病种： 头颈部中、晚期鳞癌、直肠、食道、宫体癌、 肺癌。 剂量：40-50Gy 放疗后至手术的时间：2-4周
术后放疗：
适应症: 切除不彻底 切缘有癌细胞
淋巴结清扫不彻底
常用： 乳癌根治术后、肺癌、脑瘤、直肠癌 等术后。
86%一94%
食管癌
早期：
80%
中晚期：
8%～16%
国外的早期直肠、喉癌
80%～97%
故此看放疗在肿瘤治疗上是有重要价值的。
肿瘤放疗的历史
肿瘤放疗至今有100多年的历史。从1895年伦琴发现X线，1896年居里 夫妇发现镭后开始。
在放疗初期： 镭管、镭针近距离放疗。适用于位于浅表的肿瘤,或自然 腔道能进入部位的肿瘤,而且对体积较大肿瘤的放射剂量分布不佳,最重要 的缺点是对医护人员的辐射量较大。
近距离照射：内照射 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
腔内、组织间插植、贴敷。
内照射（腔内后装放疗）
粒子源 国内仿制6711型
3.2 按治疗目的分： 根治性放疗：
以放疗为主要手段达到彻底杀灭肿瘤细胞，治愈肿瘤的目的。 姑息放疗疗。