一原子物理的基本概念Word文件下载.docx

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3、原子量：

定义：

4、基本粒子

电子、质子、中子、光子、π介子和其他一些粒子认为是物质结构的基本单元。

其中，光子、电子广泛应用与放射治疗中，质子、中子也可用于放射治疗

二、放射性

1、原子核衰变：

不稳定的核素自发地放出射线，转变成另一种核素，这种现象称为放射性。

这个过程称为放射性衰变。

衰变类型主要有：

1）α衰变：

原子核自发地放射出α粒子（氦的原子核）的转变过程称为α衰变。

2）β衰变：

原子核自发地放射出电子е-或е+正电子或俘获一个轨道电子的转变过程称为β衰变。

3）γ跃迁：

α和β衰变后的子核很可能处于激发态，会以γ射线的形式释放能量跃迁到低能态或基态，这种过程称为γ跃迁。

钴-60、铯-137、铱-192具有β衰变同时具有γ射线

2、放射性度量

放射性衰变公式：

λ为衰变常数，表示单位时间内每个原子核衰变的概率

放射性活度：

一定量的放射性核素在一个很短时间间隔内发生的核衰变数除以该时间间隔之商，公式为：

单位：

贝克勒尔（Bq），A和A0分别是t时刻和初始时刻的放射性活度

放射性核素的半衰期：

放射性核素其原子衰变到初始数目一半是所需的时间称为放射性核素的半衰期（T1/2），半衰期与衰变常数的关系为：

平均寿命：

放射性原子核平均生存的时间。

可表示为：

第二章：

电离辐射与物质的相互作用

基本概念：

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。

间接电离：

不带电粒子通过与物质相互作用产生的带电粒子引起的原子的电离，称为间接电离

电离辐射：

由直接电离粒子或间接电离粒子、或者两者混合组成的辐射称为电离辐射

带电粒子与物质的相互作用

作用方式：

1）与核外电子发生非弹性碰撞

2）与原子核发生非弹性碰撞

3）与原子核发生弹性碰撞

4）与原子核发生核放应

二：

X（γ）射线与物质的相互作用

1、X（γ）射线与物质相互作用的特点：

（1）X（γ）光子不能直接引起物质原子电离或激发，而是首先把能量传递给带电粒子；

（2）X（γ）光子与物质的一次相互作用可以损失起能量的全部或很大一部分，而带电粒子则是通过许多次相互作用逐渐损失其能量；

（3）X（γ）光子束入射到物体时，其强度岁穿透物质厚度近似呈指数衰减，而带电粒子有确定的射程，射程之外观察不到带电粒子。

2、X（γ）射线与物质相互作用的主要过程：

光电效应，康普顿散射，电子对效应

1）几个概念：

截面，线性衰减系数（u），质量衰减系数，线性能量转移系数，质能转移系数

半价层：

X（γ）射线束流衰减到其初始值一半时所需的某种物质的衰减块厚度。

2）相互作用方式：

光电效应：

康普顿散射：

电子对效应：

3）几种相互作用的相对重要性：

临床上相同质量厚度的三种组织对X（γ）射线不同的能量吸收差别。

（1）对于60--150kev低能X射线，骨的吸收比肌肉和脂肪的高得多。

（2）对于150--250kev低能X射线，骨的吸收比肌肉和脂肪的高。

（3）对于钴-60γ射线和2—22Mv高能X射线，单位厚度的骨的吸收仍然比肌肉和脂肪的高

（4）对于22--25MV的高能X射线，骨的吸收比肌肉和脂肪的哨高。

第三章：

X（r）线射野剂量学

人体模型：

1、组织的替代材料（tissuesubstitutes）（模体（phantom））

2、组织填充模体（bolus）

百分深度剂量分布：

1、相关概念：

1）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。

2）源皮距 

（SSD）：

放射源到模体表面照射野中心的距离

3）源轴距 

（SAD）：

放射源到机架旋转轴或机器等中心的距离

4）源瘤距 

（STD）：

放射源沿射野中心到肿瘤内所考虑的点的距离

2、百分深度剂量（PDD）：

射野中心轴上某一深度d处的吸收剂量率Dd与参考点深度d0处剂量率Dd0的百分比

3、建成效应：

从表面到最大剂量深度区域称为剂量建成区域，此区域内，剂量随深度的增加而增加，高能射线一般都有建成区域存在。

4、以下物理原因造成剂量建成区百分深度剂量的变化：

1）百分深度剂量随射线能量变化；

2）射野面积和形状对百分深度剂量影响：

设矩形野的长、宽分别为a,b；

方形野的边长为s，根据面积/周长比相同的方法有：

3）源皮距对百分深度剂量的影响：

对于不同源皮距下的百分深度剂量的比值为：

两百分深度剂量比，称为F因子。

F为源皮距，dm为最大百分深度剂量处的源距。

D为某点的源距。

对于低能X射线，一般用（F+1）/2代替F因子。

近似将一种源皮距的百分深度剂量换算为另一种源皮距的百分深度剂量。

第三节组织空气比

1、组织空气比及影响因素：

组织空气比定义：

TAR=Dt/Dta

式中Dt为肿瘤中心（旋转中心）处小体积软组织中的吸收剂量率；

Dta为同一空间位置空气中一小体积软组织内的吸收剂量率。

组织空气比的影响因素

2、反散因子：

定义为射野中心轴上最大剂量深度处的组织空气比：

BSF=TAR（dm,FSZdm）或BSF=Dm/Dma

式中FSZdm为深度dm处的射野大小；

Dm，Dma分别为射野中心轴上最大剂量深度处模体内和空气中的吸收剂量率。

反向散射决定于患者身体的厚度、射线能量及射野面积和形状。

但与源皮距无关。

反向散射影响因素

3、

组织空气比与百分深度剂量的关系；

4、不同源皮距百分深度剂量的计算——组织空气比法

5、旋转治疗剂量计算

6、散射空气比（SAR）：

模体内某一点的散射剂量率与该点空气中吸收剂量率之比。

第四节组织最大剂量比

1、原射线和散射线

模体中任一点的剂量为原射线和散射线剂量贡献之和。

2、射野输出因子和模体散射因子

射野输出因子定义为射野在空气中的输出剂量率与参考射野（一般为10cm*10cm）在空气中的输出剂量率之比。

此处定义的射野输出因子就是准直器散射因子Sc

模体散射因子（Sp）定义为：

射野在模体内参考点（一般在最大剂量点）深度处的剂量率与准直器开口不变时参考射野（10cm*10cm）在同一深度处剂量率之比。

总散射校正因子（ＳC,P）：

准直器和模体的散射线造成的总散射校正因子。

Sp（FSZ）＝ＳC,P/OUF=ＳC,P/Sc

因上述Sc和Sp的测量只对方形野，矩行野通过转换为方型野，对于钴机，这种转换是完全正确的，对于直线加速器，则需考虑其他影响后，有：

s=（1+K）ab/（Ka+b），其中，K=Kx/KY=（L1x/L2x）/（L2Y/L1Y），s为方形射野的边长。

对于不规则射野，可用投影原理和Clarkson积分方法求得。

３、组织模体比和组织最大剂量比

组织模体比（TPR）定义为模体中射野中心轴上任意一点的剂量率与空间同一点模体中射野中心轴上参考深度（t0）处同一射野的剂量率之比

式中Dd为模体中射野中心轴上深度d处的剂量率;

Dt0为空间中同一位置参考深度处的剂量率率;

参考深度t0通常取5cm或10cm.

相应的散射线部分定义为散射模体剂量比（SPR）.。

由于TPR，SPR的定义形式与前述的TAR,SAR的类似，所以性质相同。

组织最大剂量比：

4、散射最大剂量比（SMR）：

模体中射野中心轴上任意一点的散射线剂量率与空间同一点模体中射野中心轴上最大剂量点处有效原射线剂量率之比，

第五节等剂量分布与射野离轴比

1、等剂量分布：

将模体中百分深度剂量相同的点连接起来，即成等剂量曲线。

等剂量分布曲线特点：

源皮距和放射源大小对钴－60射线剂量分布的影响：

射野平坦度和对称性：

是描述射野剂量分布特性的一个重要指标

射野平坦度：

射野对称性：

加速器X射线束射线质变化规律；

射线质在准直器轴线上最硬,随离轴距离增大逐渐变软。

射野离轴比（OAR）：

对钴-60治疗机，认为剂量率稳定，处方剂量通过SSD或SAD处的剂量率表示表示成时间，单位为s。

加速器剂量计算：

SSD照射（通常SSD=100cm）：

当标定的刻度为1MU=1cGy时，有靶区剂量DT计算处方剂量Dm，单位为MU，

式中FSZ为表面射野大小，FSZ0为等中心处的射野大小，二者的关系为FSZ=FSZ0（SAD/SSD），如果射野输出因子OUF在SAD测量，同时，SSD=SAD时，则式中的FSZ=FSZ0。

SSD因子则表示为

式中SCD为校准测量时源到电离室中心的距离，如果测量是在标称源皮距处进行，则SSD因子=1

等中心给角照射；

等中心照射，一般用TMR值，如果加速器测量仍按上述方法校准，则SAD技术的处方剂量Dm由下式计算：

式中SAD因子定义为：

（其中，SCD为源到电离室中心的距离）

1、钴-60剂量计算：

上述方法适用于任何类型的治疗机。

2、离轴点剂量计算——Day氏法：

第七节：

不规则射野

除方形射野、矩形野和圆形野以外的其他任何形状的射野，称之为不规则射野。

不规则射野是根据病变部位的形状或保护重要器官等治疗的需要，在规则射野中加射野挡块形成的。

挡块对射野剂量影响有：

（1）挡块的漏射和散射（散射贡献很小）改变了规则射野原射线和有效原射线的剂量分布；

（2）改变了模体内散射线的范围和散射条件。

对于挡块的第一项影响，可用它的穿射因子对原射线和有效原射线的离轴比因子进行修正，对于第二项影响，则可用第四节中的方法计算。

第八节：

楔形照射野

为适应临床治疗的需要，通常在射线束的途径上加特殊滤过器或吸收挡块，对线束进行修整，获得特定形状的剂量分布。

楔形滤过板（简称楔形板）是最常用的一种滤过器。

图：

1、楔形野等剂量分布与楔形角

按照ICRU50号报告，楔形板对平野剂量的修正作用，用楔形角表示。

并且楔形角应定义在某一参考深度处。

楔形角随深度增加愈来愈小，入射线能量愈低，随深度变化愈大，反之，随深度变化愈小。

定义的楔形角在临床上应该有一定的意义，，即应选定适当的深度作为参考深度，但这个深度没有统一意见。

ICRU24号报告建议用10cm作为楔形角的定义深度。

传统用的楔形角为150，300，450，600

2、楔形因子：

楔形板不仅改变了平野的剂量分布，也使射野的输出剂量率减少，楔形因子（Fw）定义为加和不加楔形板时射野中心轴上某一点剂量率之比：

楔形因子一般用测量方法求得

加入楔形板后，楔形野的百分深度剂量等于相同大小射野的不加楔形板时平野的百分深度剂量PDD平与楔形因子Fw之比。

3、一楔合成：

由于楔形板的用途的扩展，传统的四种楔形板不够用，现代新型直线加速器上均装有一楔合成楔形板。

所谓一楔合成，就是将一个楔形角较大如取楔形角等于600的楔形板作为主楔形板，按一定的剂量比例与平野轮流照射。

合成00--600间任意楔形角的楔形板。

设主楔形板的楔形角为n合成后的楔形角为，则二者的关系为：

其中