肿瘤放射物理学4资料.ppt

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1、肿瘤放射物理学4第一节第一节 放射源的种类及其照射方式放射源的种类及其照射方式放射治疗用的放射治疗用的放射源放射源主要有三类：主要有三类：（1）放出放出、射线的放射性同位素。射线的放射性同位素。（2）产生不同能量的产生不同能量的X射线的射线的X射线治疗机射线治疗机 和各类加速器。和各类加速器。（3）产生电子束、质子束、中子束、负产生电子束、质子束、中子束、负 介子束及其它重粒子束的各类加速器。介子束及其它重粒子束的各类加速器。（1）外照射外照射：位于体外一定距离，集中照射：位于体外一定距离，集中照射 人体某一部位，称为体外远距离照射，人体某一部位，称为体外远距离照射，简称外照射。简称外照射。（

2、2）近距离照射近距离照射：将放射源密封直接放入被：将放射源密封直接放入被 治疗的组织内或放入人体天然腔内，如治疗的组织内或放入人体天然腔内，如 舌、鼻咽、食管、宫颈等部位进行照舌、鼻咽、食管、宫颈等部位进行照 射，称为组织间照射和腔内照射，简称射，称为组织间照射和腔内照射，简称 近距离照射。近距离照射。基本的基本的照射方式照射方式有两种：有两种：第一类放射源可以作为体内近距离、体外远距离第一类放射源可以作为体内近距离、体外远距离两种照射；第二、三类放射源只能作体外照射用。两种照射；第二、三类放射源只能作体外照射用。（1）近近距距离离照照射射，其其放放射射源源活活度度较较小小（几几个个mCi10

3、Ci），而而且且治治疗疗距距离离较较短短（5mm5cm）。）。（2）体体外外照照射射，其其放放射射线线的的能能量量大大部部分分被被准准直直器器、限限束束器器等等屏屏蔽蔽，只只有有少少部部分分到到达达组组织织。近近距距离离照照射射则则相相反反，其其放放射射线线的的能能量量大大部部分分被被组织吸收。组织吸收。近距离照射和体外照射相比有四个近距离照射和体外照射相比有四个区别区别：（3）体体外外照照射射，其其放放射射线线必必须须经经过过皮皮肤肤和和正正常常组组织织才才能能到到达达肿肿瘤瘤，肿肿瘤瘤剂剂量量受受到到皮皮肤肤和和正正常常组组织织耐耐受受剂剂量量的的限限制制，为为了了得得到到高高的的均均匀匀

4、的的肿肿瘤瘤剂剂量量，需需要要选选择择不不同同能能量量的的射射线和采用多野照射技术。线和采用多野照射技术。（4）由由于于受受距距离离平平方方反反比比定定律律的的影影响响，在在腔腔内内组组织织间间近近距距离离照照射射中中，离离放放射射源源近近的的组组织织剂剂量量相相当当高高，离离放放射射源源远远的的组组织织剂剂量量较较低低，因因此此其其靶靶区区剂剂量量分分布布的的均均匀匀性性远远比比体体外外照照射射的的差差，临临床床应应用用必必须须慎慎重重，防防止止靶靶区区内内有有剂剂量量过过高高或或过过低低的的情情况况发发生生。（近近距距离离照照射射时时，其其靶靶区区剂剂量量分分布布的的均均匀匀性性受受距距离

5、离平平方方反反比比定定律的影响要比体外照射时大。）律的影响要比体外照射时大。）放射射线：放射射线：、除除镭镭外外，放放疗疗中中使使用用的的放放射射性性同同位位素素均均为为人工放射性同位素人工放射性同位素。除除钴钴-60和和铯铯-137外外，所所有有这这些些同同位位素素只只用于用于近距离照射近距离照射。第二节第二节 近距离治疗用放射性同位素源近距离治疗用放射性同位素源 镭镭-226-226是是一一种种天天然然的的放放射射性性同同位位素素，它它不不断断衰衰变变为为放放射射性性气气体体氡氡。其其半半衰衰期期为为15901590年年，临临床床应应用用的的镭镭是是它它的的硫硫酸酸盐盐，封封在在各各种种形

6、形状状的的铂铂铱铱合合金金封封套套内内。1 1毫毫克克镭镭经经0.50.5毫毫米米铂铂铱铱过过虑虑后后，距距离离镭镭源源1cm1cm处处每每小小时时的的照照射射量量是是8.5R8.5R。其其能能谱复杂，平均能量为谱复杂，平均能量为0.83MeV0.83MeV。一、镭一、镭-226源（源（226Ra）由由于于镭镭的的获获得得困困难难，放放射射性性强强度度低低，只只能能作作近近距距离离照照射射。长长期期以以来来，镭镭一一直直用用作作内内照照射射。但但由由于于其其半半衰衰期期过过长长，衰衰变变过过程程中中产产生生氡氡气气，若若氡氡气气逸逸出出会会造造成成环环境境污污染染，且且其其射射线线最最高高能能

7、量量可可达达3.8MeV，需需要要厚厚的的防防护护层层等等缺缺点点，所所以以在在医医学学上上逐逐渐渐被被钴钴-60、铯铯-137等等人人工工放放射射性性同位素代替。同位素代替。铯铯-137-137是是人人工工放放射射性性同同位位素素，放放射射，其其能能量量为为单单能能，为为0.662MeV0.662MeV，半半衰衰期期为为3333年年。距距1mCi1mCi铯铯-137-137源源1cm1cm处处，每每小小时时照照射射量量为为3.26R3.26R。因因此此，1mCi1mCi铯铯-137-137相相当当于于0.40.4毫毫克镭当量。克镭当量。铯铯-137-137在在组组织织内内具具有有镭镭相相同同

8、的的穿穿透透能能力力和和类类似似的的剂剂量量分分布布，其其物物理理特特点点和和防防护护方方面比镭优越，是取代镭的最好同位素。面比镭优越，是取代镭的最好同位素。二、铯二、铯-137源（源（137Cs）钴钴-60也也是是一一种种人人工工放放射射性性同同位位素素，其其半半衰衰期期为为5.27年年。其其放放出出两两种种能能量量的的射射线线分分别别为为1.17MeV和和1.33MeV，因因此此射射线线的的平平均均能能量量为为1.25MeV。在在组组织织内内的的剂剂量量分分布布也也与与镭镭源源相相似似，可可以以作作为为镭镭源源的的替替代代物物，制制成成钴钴针针、钴钴管管等等。由由于于其其放放射射性性活活度

9、度高高，而而且且容容易易得得到到，因因此此在在作作近近距距离离照照射射时时，多多用用作作高高剂量率的腔内照射。剂量率的腔内照射。三、钴三、钴-60源（源（60Co）铱铱-192源源是是一一种种人人工工放放射射性性同同位位素素，它它是是铱铱-191在在核核反反应应堆堆中中经经热热中中子子照照射射轰轰击击而而生生成成的的不不稳稳定定的的放放射射性性同同位位素素，其其能能谱谱比比较较复复杂杂，平平均均能能量量为为0.36MeV。由由于于铱铱-192的的射射线线能能量量范范围围使使其其在在水水中中的的指指数数衰衰减减率率恰恰好好被被散散射射建建成成所所补补偿偿，在在距距离离5cm的的范范围围内内任意点

10、的剂量率与距离平方的乘积近似不变。任意点的剂量率与距离平方的乘积近似不变。四、铱四、铱-192源（源（192Ir）此此外外铱铱-192的的粒粒状状源源可可以以做做得得很很小小，使使其其点点源源的的等等效效性性好好，便便于于计计算算。半半衰衰期期为为74.5d，故故铱铱-192源源是是较较好好的的放放射射源源，主主要要用用于于高高剂剂量量率率的的腔腔内内照照射射和和组组织织间间插插植植。距距1mCi的的铱铱-192源源1cm处处的的每每小小时时照照射射量量为为4.9R，铱铱-192源源的的半半价价层层为为24mmPb，是是较较容容易易防防护护的放射源。的放射源。碘碘-125，半半衰衰期期59.6

11、d，射射线线能能量量2735KeV，平平 均均 能能 量量 28keV，半半 价价 层层 为为0.025mmPb。由由于于其其射射线线的的能能量量较较低低，适适用用于于插插植植治治疗疗。通通常常做做成成粒粒状状源源，用用于于高高、低低剂剂量量率率的的临临时时性性或或永永久久性性插插植植治治疗疗。其其与与铱铱-192源源相相比比，其其缺缺点点是是制制备备粒粒源源需需要要特特定定设设备备、价价格格比比铱铱-192源源贵贵，而而且且其其剂剂量量分分布布明明显显依依赖赖于于被被插插植植组组织织的的结结构构。组组织织的的不不均均匀匀性性将将显显著著影影响响碘碘-125插插植植时时的的剂剂量量分分布布，用

12、用常常规规治治疗疗计计划划系系统统计计算算得得到到的的结结果果将将不不可可靠靠，这这是是因因为为常常规规治疗计划系统是假定组织为均一水样。治疗计划系统是假定组织为均一水样。五、碘五、碘-125源源 近十多年来，近距离治疗的较大进展是近十多年来，近距离治疗的较大进展是开发使用光子能量位于开发使用光子能量位于23100keV范围内范围内的放射性同位素。如钯的放射性同位素。如钯-103（）、镅）、镅-241（）、钐）、钐-145（）、镱）、镱-169（）等。）等。六、新型近距离治疗用放射源六、新型近距离治疗用放射源 开开发发于于80年年代代初初，主主要要用用于于永永久久性性插插植植治治疗疗，对对细细

13、胞胞倍倍增增时时间间不不足足5d的的肿肿瘤瘤的的治治疗疗不不仅仅具具有有较较高高的的生生物物效效应应剂剂量量，而而且且治治疗疗后后肿肿瘤瘤的的残残存存细细胞胞数数较较少少。钯钯-103的的光光子子平平均均能能量量为为21keV，与与碘碘-125的的28keV接接近近，具具有易于防护的特点，有易于防护的特点，半衰期为半衰期为17d。钯钯-103 最最早早由由耶耶鲁鲁大大学学开开发发出出来来，用用于于妇妇科科肿肿瘤瘤的的治治疗疗。半半衰衰期期为为432.2a，光光子子能能量量60keV。其其在在源源中中垂垂面面的的剂剂量量分分布布类类似似于于铱铱-192，但但其其半半价价层层值值较较小小，易易于于

14、防防护护，加加之之其半衰期较长，有较好的性价比。其半衰期较长，有较好的性价比。镅镅-241 常常做做成成与与碘碘-125相相同同的的规规格格，用用于于组组织织间间插插植植。它它通通过过电电子子俘俘获获产产生生3845keV的的特特征征X射射线线和和61keV的的微微量量射射线线，平平均均能能量量为为41keV，半半衰衰期期为为340d。在在水水中中的的剂剂量量分分布布界界于于碘碘-125和和镭镭的的替替代代同同位素之间。位素之间。钐钐-145 亦亦 以以 电电 子子 俘俘 获获 的的 方方 式式 产产 生生 49.8307.7keV范范围围的的X射射线线和和射射线线，其其平平均均能能量量为为9

15、3keV，半半衰衰期期为为32d。镱镱-169是是由由镱镱-168经经中中子子轰轰击击后后得得到到的的，由由于于其其中中子子俘俘获获截截面面大大，可可产产生生高高放放射射性性比比活活度度的的镱镱-169源源。其其剂剂量量分分布布优优于于钯钯-103和和碘碘-125，由由于于其其会会产产生生308keV的的光光子子，因因此此不不适适合用作永久性插植。合用作永久性插植。镱镱-169 常常规规和和新新近近发发展展的的近近距距离离治治疗疗用用放放射射源源，按按其其物物理理特特性性，能能量量可可分分为为200keV2MeV、60keV 200keV、及及 小小 于于 等等 于于50keV三段。三段。七、

16、近距离治疗用放射源的比较七、近距离治疗用放射源的比较（1）200keV200keV2MeV2MeV能能量量段段：所所有有同同位位素素均均为为镭镭的的替替代代同同位位素素，其其物物理理特特征征是是剂剂量量率率常常数数基基本本不不变变，不不随随能能量量和和组组织织结结构构的的影影响响；在在5cm范范围围内内，剂剂量量分分布布基基本本遵遵守守平平方方反反比比定定律律。但但半半价价层层随随能能量量降降低低显显著著减减小小。镭镭疗疗所所建建立立的的剂剂量量学学体体系系可可移移植植到到此此能能量量段段的的同同位素。位素。（2）6060200keV200keV能能量量段段：射射线线与与生生物物组组织织的的相

17、相互互作作用用基基本本上上是是服服从从康康普普顿顿弹弹性性散散射射规规律律，而而散散射射光光子子的的建建成成基基本本上上补补偿偿了了原原射射线线在在组组织织中中的的衰衰减减，剂剂量量率率常常数数开开始始随随能能量量和和组织结构变化。组织结构变化。（3）低低于于40keV40keV以以下下，光光电电效效应应占占主主要要地地位位，剂剂量量率率常常数数随随射射线线能能量量和和组组织织结结构构的的变变化化更更大大，射射线线的的生生物物效效应应对对能能量量的的依依赖赖性性提提示示我我们们，镭镭疗疗及及其其镭镭的的替替代代核核素素在在临临床床上上积积累累的的经经验验即即组组织织剂剂量量效效应应数数据据，不

18、不能能直直接接用用于于这这些些低低能能的的同同位位素素治治疗疗，同同时时相相应应的的治治疗疗计划系统应使用相应的剂量计算模型。计划系统应使用相应的剂量计算模型。过过去去曾曾经经用用镭镭制制成成射射线线敷敷贴贴器器，用用于于治治疗疗表表浅浅病病变变，但但由由于于镭镭还还有有很很强强的的放放射射性性，所所以以镭镭作作源源应应用用不不理理想想。后后来来发发展展了了锶锶-90射射线线敷敷贴贴器器。锶锶-90以以28a的的半半衰衰期期衰衰变变成成钇钇-90，后后者者再再以以64a的的半半衰衰期期变变成成锆锆-90。锶锶-90射射线线的的最最高高能能量量为为0.54MeV，而而钇钇-90能能产产生生穿穿透

19、透力力更更强强，最最高高能能量量为为2.27MeV的的射射线线。由由于于射射线线在在组组织织中中有有一一定定射射程程，尽尽管管锶锶-90射射线线能能量量不不均均匀匀，但但锶锶-90射射线线敷敷贴贴器器造造成成的的百百分分深深度度剂剂量量曲曲线线较较镭制镭制射线敷贴器要好。射线敷贴器要好。八、锶八、锶-90同位素同位素源源 锎锎-252目目前前用用于于腔腔内内治治疗疗的的较较好好的的中中子子源源。其其半半衰衰期期为为2.65a，发发射射裂裂变变中中子子，中中子子平平均均能能量量为为2.35MeV，同同时时也也发发射射射射线线，剂量计算和测量相对比较复杂。剂量计算和测量相对比较复杂。九、锎九、锎-

20、252中子源中子源小结：小结：1、放射源的种类和照射方式、放射源的种类和照射方式（掌握）（掌握）2、近近距距离离治治疗疗用用放放射射源源（了了解解半半衰衰期期，平平均能量）均能量）重点掌握：重点掌握：钴钴60源，铱源，铱192源源3、近距离治疗用放射源比较、近距离治疗用放射源比较（理解）（理解）X射射线线治治疗疗机机曾曾经经在在放放射射治治疗疗中中广广泛泛使使用用，但但在在20世世纪纪的的五五、六六十十年年代代后后，逐逐渐渐被被高高能能治治疗疗机机所所取取代代。尽尽管管如如此此，X射射线线治治疗疗机机由由于于其其固固有有的的一一些些特特点点，如如与与高高能能治治疗疗机机比比较较，设设计计和和操

21、操作作简简单单，价价格格比比较较低低，适适合合治治疗疗浅浅表表部部位位的的肿肿瘤瘤等等，在在中中小型的放射治疗中心仍有使用价值。小型的放射治疗中心仍有使用价值。第三节第三节 X射线治疗机射线治疗机 高高速速电电子子撞撞击击靶靶物物质质时时，产产生生碰碰撞撞和和辐辐射射两两种种损损失失，前前者者主主要要是是产产生生热热，后后者者主要是产生主要是产生X射线。二者之比为：射线。二者之比为：第三节第三节 X射线治疗机射线治疗机一、一、X射线的产生及其能谱射线的产生及其能谱 式中式中T T是高速运动的电子的动能（是高速运动的电子的动能（MeVMeV）；）；Z Z是靶物质的原子序数。是靶物质的原子序数。例

22、如，例如，250KV的低能的低能X射线治疗机，靶材料钨，则射线治疗机，靶材料钨，则 T250keV0.25MeV Z74 辐辐射射损损失失只只电电子子能能量量损损失失的的2，碰碰撞撞损损失失占占98，以以热热量量的的形形式式出出现现，所所以以一一般般低低能能X射射线治疗机要有靶的冷却装置。线治疗机要有靶的冷却装置。对对于于能能量量较较高高的的加加速速器器产产生生的的X射射线线，由由于于电电子子的的动动能能很很高高，电电子子能能量量的的大大部部分分产产生生X射射线线，只只有有小小部部分分产产生生热热，所所以以高高能能电电子子加加速速器器一一般般不需要冷却装置。不需要冷却装置。辐射产生辐射产生X射

23、线，主要是两种方式：射线，主要是两种方式：（1）特征辐射）特征辐射 高高速速运运动动的的入入射射电电子子与与靶靶材材料料原原子子的的内内层层轨轨道道电电子子相相互互作作用用。内内层层轨轨道道电电子子获获得得动动能能，脱脱离离原原轨轨道道成成为为自自由由电电子子，这这时时外外层层轨轨道道电电子子发发生生轨轨道道跃跃迁迁，补补充充到到内内层层轨轨道道的的空空位位，并并以以电电磁磁辐辐射射的的形形式式辐辐射射其其能能量量。这这一一机机制制产产生生的的X射射线线称称为为特特征征辐辐射射，其其能能量量正正好好等等于于发发生生跃跃迁迁的轨道能级差。的轨道能级差。（2）韧致辐射）韧致辐射 高高速速运运动动的

24、的电电子子，靠靠近近靶靶材材料料原原子子的的原原子子核核附附近近，由由于于原原子子核核库库仑仑力力的的作作用用，电电子子运运动动受受阻阻，改改变变方方向向，并并伴伴有有电电磁磁辐辐射射损损失失能能量量，即即产产生生X射射线线。与与单单能能量量的的特特征征X射射线线不不同同，韧韧致致辐辐射射X射射线线的的能能量量，可可以以是是最最小小直直至至入入射射电电子子的的初初始始动动能能，即即具具有有连连续续能能谱谱。电电子子与与物物质质相相互互作作用用，发发生生韧韧致致辐辐射射的的几几率率与与靶靶材材料料原原子子序序数数的的平平方方成成正正比比，也也就就是是说说，韧韧致致辐辐射射更更容容易易发生在高原子

25、序数靶物质中发生在高原子序数靶物质中。有有两两种种成成分分。轫轫致致辐辐射射形形式式的的能能谱谱是是连连续续的的，是是X X射射线线谱谱中中的的主主要成分。要成分。为为了了获获得得满满意意的的能能谱谱分分布布，往往往往要要加加些些滤滤过过，把把低能成分去掉。低能成分去掉。X射线的能谱射线的能谱治疗机的分类治疗机的分类 按按X射线机球管电压和线束特点，基本分为：射线机球管电压和线束特点，基本分为：（1）接接触触治治疗疗机机：管管电电压压2050KV，治治疗疗距距离离即即靶靶到到皮皮肤肤距距离离10cm或或更更小小，治治疗疗深深度仅为度仅为12mm。（2）浅浅层层治治疗疗机机：管管电电压压5015

26、0KV，HVL约约为为18mm铝铝，治治疗疗距距离离1030cm，治疗深度一般到治疗深度一般到5mm。（3）深深部部治治疗疗机机：管管电电压压约约150300KV，治治疗疗距距离离3040cm，HVL约约为为13mm铜铜，治疗深度一般到治疗深度一般到2cm。低低能能部部分分对对治治疗疗是是毫毫无无用用处处的的，且且容容易易产产生高的皮肤剂量。生高的皮肤剂量。设设法法去去掉掉低低能能部部分分，而而保保留留较较高高能能量量的的X射射线线，过过滤滤板板可可以以起起到到这这样样的的作作用用。选选择择合合适适的的过过滤滤板板使使其其对对低低能能部部分分比比高高能能部部分分吸吸收收的的多多，这这样样改改进

27、进后后的的X射射线线比比原原来来的的X射射线线其其平平均均能能量量要高，即半价层高。要高，即半价层高。二、二、X射线质的改进射线质的改进过滤板的作用过滤板的作用（1）140kV以以下下的的用用铝铝，140kV以以上上的的用用铜或铜加铝或用复合滤过。铜或铜加铝或用复合滤过。（2）同同一一管管电电压压的的X射射线线，过过滤滤板板不不同同，所得所得X射线的半价层不同。射线的半价层不同。使用过滤板时，应注意的几点：使用过滤板时，应注意的几点：（3）使使用用复复合合过过滤滤板板时时，应应注注意意放放置置次次序序，沿沿射射线线方方向向，先先放放原原子子序序数数大大的的，后后放放原原子子序序数数小小的的。这

28、这样样放放置置的的目目的的是是为为了了滤滤掉掉滤滤板板本本身身产产生生的的特特征征谱谱线线，同同时时也也达达到到滤滤掉掉低低能能部分的目的。部分的目的。（4）不不是是滤滤过过越越多多越越好好。虽虽然然滤滤过过越越多多，谱谱线线分分布布对对治治疗疗越越好好，但但过过多多的的滤滤过过会会使使X射线强度大大降低，不合算。射线强度大大降低，不合算。产产生生X射射线线的的一一般般条条件件是是什什么么？主主要要是是：电子源、靶、真空盒、加速电场。电子源、靶、真空盒、加速电场。三、三、X射线机的一般构造射线机的一般构造（1）X射射线线球球管管里里包包括括阳阳极极靶靶和和阴阴极极灯灯丝丝。真真空空度度为为10

29、-610-7 Torr（托托），1Torr13Pa。抽抽真真空空的的目目的的是是为为了了避避免免电电子子在在打打击击靶靶前前与与空空气气作作用用，损损失失能能量量。如如果果真真空空被被破破坏坏，则则X射射线线管管被被破破坏坏。使使用用时时应应注注意意不不要要一一开开机机就就突突然然加到高加到高kV，高，高mA，而要从低到高逐渐上升。，而要从低到高逐渐上升。（2）阳极是由粗而大的铜棒和小钨靶组成。阳极是由粗而大的铜棒和小钨靶组成。钨的原子序数大，熔点高，作钨的原子序数大，熔点高，作X射线靶射线靶 很合适。铜散热快，能及时将靶上的热很合适。铜散热快，能及时将靶上的热 带走。带走。（3）用钨丝作灯丝

30、，发射电子能力强。用钨丝作灯丝，发射电子能力强。（4）X射线机的阳极加几百射线机的阳极加几百kV的高压作为电的高压作为电 子的加速电场，它代表子的加速电场，它代表X射线的峰值能量。射线的峰值能量。小结：小结：1、X射线的产生机制射线的产生机制2、滤过板的作用及使用、滤过板的作用及使用3、X射线机的结构射线机的结构 1951年年，加加拿拿大大建建成成第第一一台台钴钴-60远远距距离离治治疗疗机机。目目前前，我我国国已已能能批批量量生生产产性性能较好的旋转式钴能较好的旋转式钴-60治疗机。治疗机。第四节第四节 钴钴-60治疗机治疗机平均能量、半衰期平均能量、半衰期特点：特点：（1）穿穿透透力力强强

31、，深深部部剂剂量量较较高高，适适用用于于治疗较深部肿瘤。治疗较深部肿瘤。（2）在在剂剂量量建建成成区区皮皮肤肤的的吸吸收收剂剂量量低低，最最大剂量点在皮下大剂量点在皮下0.5cm，皮肤反应轻。，皮肤反应轻。一、钴一、钴-60射线的特点射线的特点（3）骨和软组织有同等的吸收剂量骨和软组织有同等的吸收剂量 低低能能X射射线线：光光电电吸吸收收占占主主要要优优势势（u/与与（hv）3成成反反比比，与与Z33.8成成正正比比），骨骨中中每伦琴剂量吸收比软组织大得多。每伦琴剂量吸收比软组织大得多。钴钴-60射射线线：康康普普顿顿吸吸收收占占主主要要优优势势（uc/和和uc,tr/与与Z近近似似无无关关）

32、，因因此此在在同同等等条件下骨和软组织吸收的剂量近似相同。条件下骨和软组织吸收的剂量近似相同。（4）旁向散射小旁向散射小 次级射线主要向前散射，因此射野边缘次级射线主要向前散射，因此射野边缘外次级射线旁向散射小，保护了射野边缘外外次级射线旁向散射小，保护了射野边缘外的正常组织。的正常组织。（5）与与24MV加速器产生的加速器产生的X线性能相似，线性能相似，但结构简单、成本低、维修方便、经济可靠。但结构简单、成本低、维修方便、经济可靠。一般由以下部分组成：一般由以下部分组成：一个密封的钴一个密封的钴-60放射源；放射源；一个源容器及防护机头；一个源容器及防护机头；开关的遮线器装置；开关的遮线器装

33、置；定向限束的准直器；定向限束的准直器；支持机头的治疗架，用以调节线束方向；支持机头的治疗架，用以调节线束方向；治疗床；治疗床；计时器和运动控制系统；计时器和运动控制系统；辐射安全及联锁系统。辐射安全及联锁系统。二、一般结构二、一般结构与结构有关的几个问题：与结构有关的几个问题：（1）钴钴-60源防护源防护 根据根据ICRP推荐，当钴推荐，当钴-60源处于关闭位置源处于关闭位置时，距源时，距源1m处，各方向的平均照射量率应小于处，各方向的平均照射量率应小于2mR/h，且不应有超过，且不应有超过10mR/h的地方。的地方。据此，对于千居里级的钴据此，对于千居里级的钴-60治疗机，防护治疗机，防护

34、需要将其衰减到需要将其衰减到10-6，需近似，需近似20个半价层。个半价层。通常源容器用钨或铀合金，源容器周围用通常源容器用钨或铀合金，源容器周围用铅，外面用钢作套。铅，外面用钢作套。2300Ci钴钴-60源衰减到源衰减到1.510-6所需的材料厚度所需的材料厚度材料材料密度密度（g/cm3)HVL(cm)厚度厚度（cm）铅铅11.41.2726.0钨合金钨合金16.71.020.518.00.918.5铂铂18.70.6613.5（2）遮线器遮线器（射线截断装置）（射线截断装置）开启时，射线束通过一定方向射出进行治疗；开启时，射线束通过一定方向射出进行治疗；关闭时，射线束被截断，只有少部分射

35、线漏出。关闭时，射线束被截断，只有少部分射线漏出。源源固固定定，插插入入防护材料方式防护材料方式源源运运动动，抽抽屉屉式或旋转式式或旋转式（3）准直器系统准直器系统目的：目的：是限定照射野大小以适应治疗需要。是限定照射野大小以适应治疗需要。根据根据ICRP推荐，应使漏出的射线量不超过有用推荐，应使漏出的射线量不超过有用照射量的照射量的5，不低于，不低于4.5个半价层。个半价层。例如，钴例如，钴-60射线，用铅做成的准直器应不低射线，用铅做成的准直器应不低于于4.51.275.7cm，一般取，一般取6cm。实际治疗机中，多数准直器厚度比此厚度大，实际治疗机中，多数准直器厚度比此厚度大，使漏射线剂

36、量不超过有用剂量的使漏射线剂量不超过有用剂量的1，以减少穿，以减少穿射半影。射半影。使半影最小使半影最小一级准直器，固定，一级准直器，固定，限定最大照射野。限定最大照射野。二级准直器，可调，二级准直器，可调，复式结构，减少几何复式结构，减少几何半影。末端两对叶片半影。末端两对叶片为伸缩式。治疗鼻咽为伸缩式。治疗鼻咽癌，可以降低双侧眼癌，可以降低双侧眼球晶体剂量。球晶体剂量。半影半影(penumbra)：射野边缘剂量随离开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。临床中心轴距离的增加而急剧变化的范围。临床上有三种原因造成钴上有三种原因造成钴-60治疗机有半影。治疗机有半影。三、钴三、钴

37、-60半影半影产产生生原原因因：由由于于源源具具有有一一定定尺尺寸寸，射射线线被被准准直直器器限限束束后后，射射野野边边缘缘诸诸点点分分别别受受到到面面积积不不等等的的源源的的照照射射，造造成成剂剂量量由由高高到到低低的的渐渐变变分布。分布。消消除除方方法法：要要消消除除这这类类半半影影，只只有有减减少少源源的的尺尺寸寸，但但当当减减少少到到一一定定尺尺寸寸时时源源的的活活度度受受到到影影响响，故故临临床床上上治治疗疗病病人人时时，可可以以采采用用延延长源到准直器的距离长源到准直器的距离这一方法。这一方法。几何半影几何半影产产生生原原因因：即即使使是是点点状状源源，由由于于准准直直器器端端面面

38、与与线线束束边边缘缘不不平平行行，使使线线束束穿穿透透厚厚度度不不等等，造成剂量渐变分布。造成剂量渐变分布。消消除除办办法法：使使用用球球面面聚聚焦焦式式准准直直器器（球球面面限限光筒）。光筒）。穿射半影穿射半影产产生生原原因因：即即使使几几何何半半影影和和穿穿射射半半影影“消消失失”，组组织织内内照照射射射射野野的的边边缘缘仍仍存存在在剂剂量量的的渐渐变变分分布布，这这主主要要是是由由于于组组织织中中的的散散射射线线造造成成的的。边边缘缘的的散散射射线线的的总总量量总总是是低低于于射射野野内内任任意意一一点点的的散散射射线线的的量量，同同时时射射野野边边缘缘离离射射野野中中心心越越远远，散射

39、线剂量也越少。散射线剂量也越少。“消消除除”方方法法：无无法法完完全全消消除除，但但会会随随入入射射射射线线的的能能量量增增大大而而减减少少。高高能能X射射线线或或射射线线，散散射射线线主主要要是是向向前前的的，散散射射半半影影小小；低低能能X射射线，散射线呈各向同性，散射半影较大。线，散射线呈各向同性，散射半影较大。散射半影散射半影半影会造成照射射野边缘剂量分布不均匀，临半影会造成照射射野边缘剂量分布不均匀，临床上应设法尽量减少半影。床上应设法尽量减少半影。目前新型的钴目前新型的钴-60治疗机均带有半影消除装置治疗机均带有半影消除装置的的复式复式球面球面形准直器形准直器。因因不不断断衰衰变变

40、，放放射射性性活活度度不不断断减减小小，使使得得患者的治疗时间越来越长。患者的治疗时间越来越长。换源时，特别注意：换源时，特别注意：规格（直径小于或等于旧源）；规格（直径小于或等于旧源）；需需要要重重新新确确定定剂剂量量学学参参数数，主主要要是是源源的的输输出出剂剂量量测测量量、射射野野平平坦坦度度和和对对称称性性测测定定、半半影的测定影的测定等；等；机器本身（特别是机头）的防护检查。机器本身（特别是机头）的防护检查。四、钴四、钴-60源更换源更换1932年提出。年提出。1937年，年，1MV Van de Graaff静电加速器静电加速器；（美国）；（美国）1943年提出。年提出。1949年

41、，年，20MV 感应加速器感应加速器；（高能（高能X射线，高能电子束）（美国）（我国射线，高能电子束）（美国）（我国70年代初）年代初）1944年提出。年提出。70年代初，年代初，22MeV 回旋加速回旋加速器器。（瑞典）。（瑞典）1946年提出。年提出。1952年，年，8MV 直线加速器直线加速器。（英国）（我国（英国）（我国78年）年）第五节第五节 医用电子加速器医用电子加速器三、电子直线加速器三、电子直线加速器 采采用用微微波波电电场场把把电电子子加加速速到到高高能能的的装装置置。要要求求微微波波的的相相位位变变化化要要与与电电子子的的速速度度同同步步匹匹配配，即即要要求求电电磁磁波波电

42、电场场分分量量的的相相位位变变化化在在电电子到达时必须指向前进的方向。子到达时必须指向前进的方向。加加速速管管实实际际上上是是一一个个微微波波波波导导管管，由由一一组组圆圆柱柱形形的的谐谐振振腔腔组组成成，每每个个谐谐振振腔腔的的直直径径为为10cm，长长度度为为2.5cm5cm。建建立立的的电电磁磁场场为为TM010波波，电电场场沿沿轴轴向向分分布布，磁磁场场沿沿横横向向分布。分布。（一）加速原理（一）加速原理图图4-15 射频电子直线加速器中加速电场的建立射频电子直线加速器中加速电场的建立 (a)行波加速行波加速 (b)驻波加速驻波加速 图图4-16相速度、光速、电子的运动速度相速度、光速

43、、电子的运动速度圆盘状光栏圆盘状光栏“盘荷波导管盘荷波导管”间距开始小，后保持不变。间距开始小，后保持不变。行波加速行波加速(a)行波加速行波加速(b)驻波加速驻波加速驻波的产生驻波的产生（调节反射波的相位和速度）（调节反射波的相位和速度）图图4-16耦合腔：一半起耦合和输送微波功率的作用耦合腔：一半起耦合和输送微波功率的作用加速腔：另一半起加速作用加速腔：另一半起加速作用功率消耗比行波的要小功率消耗比行波的要小（利用了行波的反射波）（利用了行波的反射波）同样能量的加速器其长度可以进一步缩短同样能量的加速器其长度可以进一步缩短驻波加速驻波加速(a)行波加速行波加速(b)驻波加速驻波加速 工工作

44、作原原理理：如如下下图图，脉脉冲冲调调制制器器从从外外部部电电源源获获得得能能量量并并转转换换为为脉脉冲冲宽宽度度为为几几微微秒秒、电电压压几几十十千千伏伏的的脉脉冲冲，同同时时加加到到磁磁控控制制管管（或或速速调调管管）和和电电子子枪枪。电电子子枪枪中中的的电电子子经经阳阳极极和和阴阴极极间间的的脉脉冲冲负负高高压压（45kV左左右右）的的作作用用进进入入加加速速管管。与与此此同同时时，磁磁控控管管或或速速调调管管经经波波导导管管将将高高功功率率的的微微波波送送入入加加速速管管，电电子子束束被被加加速速到到所所需需要要的的能能量量后后，经经过过偏偏转转磁磁铁铁偏偏转转，直直接接引引出出（电电

45、子子束治疗）或打靶（束治疗）或打靶（X射线治疗）。射线治疗）。典型的医用行波电子直线加速器典型的医用行波电子直线加速器 治疗头治疗头（与治疗有关的重要附属设备）（与治疗有关的重要附属设备）扩大和均匀射野扩大和均匀射野 对对X射线治疗，在射线路径上加射线治疗，在射线路径上加均整器均整器；对电子束治疗，换成对电子束治疗，换成散射片散射片输输出出剂剂量量由由薄薄壁壁穿穿射射电电离离室室监监测测，其其优优点点可可以减少电子束中的以减少电子束中的X射线污染和能量损失。射线污染和能量损失。（二）（二）X射线、电子束的能量射线、电子束的能量目前市场上主要有目前市场上主要有三种机型三种机型：（1）低能单光子（

46、低能单光子（46MV）直线加速器）直线加速器 （2）低能单光子（）低能单光子（6MV）带电子束直线加速器）带电子束直线加速器 （3）（中）高能单（双）光子带电子束直线加速器）（中）高能单（双）光子带电子束直线加速器 临临床床经经验验证证明明，约约80的的深深部部肿肿瘤瘤 6MV X射射线线可可满满足足要要求求，对对某某些些较较深深部部位位（如如腹腹部部）的的肿肿瘤瘤，使使用较高能量的用较高能量的X射线（如射线（如1618MV）。）。高高能能电电子子束束适适合合治治疗疗较较浅浅的的偏偏体体位位肿肿瘤瘤，其其电电子子能量以能量以420MeV范围较好。靶区后缘深度范围较好。靶区后缘深度16cm。例如

47、，例如，Varian 2100C 6MV、18MV两挡两挡X射线，射线，6MeV、9MeV、12MeV、16MeV、20MeV电子束电子束（三）束流的均整、扩散及准直（三）束流的均整、扩散及准直图图4-19 医用直线加速器治疗头医用直线加速器治疗头（1）X射线的均整射线的均整 靶靶材材料料为为钨钨、铂铂金金等等，厚厚度度要要足足以以完完全全吸收入射的高能电子。吸收入射的高能电子。X射射线线均均整整器器：420MV 范范围围的的X射射线线，使使在在治治疗疗距距离离处处得得到到大大约约3540cm大大小小的的满满足足一一定定平平坦坦度度和和对对称称性性要要求求的的治治疗疗用用射射野野。均整器常用均

48、整器常用铅铅制作。制作。（2）电子束的扩散）电子束的扩散 直直接接引引出出的的电电子子束束大大约约为为直直径径3mm的的笔笔形形束束，必必须须经经散散射射片片将将其其扩扩散散到到满满足足一一定定均匀性的治疗射野范围。均匀性的治疗射野范围。散散射射片片通通常常用用铜铜或或铅铅制制成成，其其厚厚度度选选择择应应使使绝绝大大多多数数电电子子被被散散射射而而不不是是产产生生轫轫致致辐射。辐射。扩扩散散线线圈圈，可可以以减减少少电电子子中中的的X射射线线污污染染，但但是是电电子子要要穿穿过过电电离离室室和和准准直直器器，所所以以仍会有仍会有X射线污染问题。射线污染问题。（3）准直器）准直器 X射线要经过

49、两级准直才到达治疗部位。射线要经过两级准直才到达治疗部位。一一级级准准直直器器位位于于加加速速管管电电子子引引出出窗窗口口下下、大小固定不变，为大小固定不变，为X射线、电子束所共用。射线、电子束所共用。二级准直器是可变的。二级准直器是可变的。电电子子经经引引出出窗窗（X X线线靶靶）一一级级准准直直均均整整或或散散射射或或扫扫描描的的（X射射线线和和电电子子束束）监监测测电电离离室室二二级级或或三三级级准准直直器器 （电电子线限光筒）子线限光筒）患者患者 监监测测电电离离室室：由由几几个个或或一一个个多多电电极极电电离离室室组组成成。多多数数使使用用穿穿射射型型平平板板电电离离室室，其其大大小

50、小应应覆覆盖盖整整个个治治疗疗射射野野，少少数数使使用用指指形形电电离离室室。电电离离室室的的功功能能：是是监监测测X射射线线、电电子子束的剂量率、积分剂量和射野的对称性。束的剂量率、积分剂量和射野的对称性。验收时和平时定期进行测量和校准。验收时和平时定期进行测量和校准。（四）束流的监测（四）束流的监测 注注意意：测测量量和和校校对对只只对对治治疗疗范范围围内内使使用用的的剂剂量量率率有有效效（一一般般剂剂量量率率小小于于或或等等于于1000cGy/min）。）。超超过过此此范范围围时时剂剂量量仪仪不不能能跟跟随随剂剂量量率率的的变变化化而而出出现现错错误误计计数数，造造成成剂剂量量不不准准甚