放疗设备学复习题共26页.docx

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放疗设备学复习题共26页

《放射治疗设备》

中山大学新华学院11生物医学工程11111020关邵翔2014-5-22

1.国外与国内分别在什么时间开始有了放射治疗技术？

国外：

1896，国内：

20世纪30年代

2.放射治疗的方式有几种？

3.放射治疗设备经过了那几个发展阶段？

4.目前，国际上最著名的医用电子直线加速器的生产厂商是哪几家？

美国瓦立安公司（Varian）；瑞典医科达公司（Elekta）；德国西门子公司（Siemens）；

5.简述放射源和放射线的类型与特点。

6.哪些射线是“直接致电离辐射”？

哪些射线是“间接致电离辐射”，各有什么特点？

带电粒子（包括电子）都是“直接致电离辐射”。

直接致电离辐射的射线都具有明显的“射程”。

电子射程近（浅）；质子与重粒子射程远（深），并且深度可调。

质子与重粒子具有“布拉格峰”特性。

光子与中子是“间接致电离辐射”。

间接致电离辐射的射线没有明显的“射程”。

间接致电离辐射的能量越高，最大剂量点的辐射深度越深，通常用“建成区”来表示间接致电离辐射能量特性。

7.α射线、β射线和γ射线分别是什么射线？

氦核、电子和光子

8.哪种设备是现代放射治疗设备的主流机型？

为什么？

医用直线加速器。

因为：

1.关闭电源后不会发出射线，减少工作人员伤害。

2.可产生高能X射线与高能电子束，射线具有高能量，穿透力强，皮肤剂量低，半影小等优点。

3.近代医用直线加速器可增加更多实用功能，如：

全自动多叶准直器系统,LC、适时影像系统、X刀治疗系统等。

9.举例说明什么是放射性核素？

它们有什么共同特性？

处于不稳定状态（激发态）的同位素称为放射性核素。

特性：

不稳定核素会自发地衰变并同时放出射线。

10.电离辐射与物质的相互作用类型有哪些？

11.简述人工射线装置的放射性原理。

12.为什么不能统一定义各种电离辐射的能量？

请简述各种射线的能量是如何定义的。

中低能X射线的能量：

实践中一般用半价层（halfvaluelaver,HVL）表示中低能X射线的辐射能量。

在描述中低能X射线能量的时候，除了用半价层表示之外，还应该给出管电压的数值和吸收体的同质性系数。

高能X射线的能量：

实践中用加速电场的强度即标称加速电位来定义高能X射线的能量，单位是兆伏（MV），例如：

15MVX-射线。

X线的能谱，并非完全依赖于加速电子的能量，还与加速方式、电子束的偏转方式、准直系统的设计，特别是靶和均整器的材料、形状与厚度等直接相关。

即使加速电场相同，不同的加速器输出的X线辐射深度和作用效果会有大的差别。

所以，需对能量进行定标。

13.简述放射性活度的基本概念与计算方法。

在某一时刻，处在特定能态的一定量的某种放射性核素在单位时间内的衰变量称为该核素的放射性活度A，即A=dN/dt。

14.什么是吸收剂量？

其单位是如何定义的？

吸收剂量D是单位质量的受照射物质吸收的辐射能量。

SI单位是：

焦耳·千克-1，用符号J·kg-1表示，专用名称是“戈瑞”，用符号“GY”表示。

临床上常用的单位是cGy，1Gy＝100cGy。

15.临床上常用吸收剂量的单位是什么？

cGy

16.当量剂量与吸收剂量的单位之间是什么关系？

H=D·Q·N；D-吸收剂量；Q-品质因数，也称为“权重因子”，它是用来描述不同类型和不同能量的射线在相同吸收剂量条件下产生的不同生物效应的的一个修正系数，一般是通过实验获得的近似值，无量纲；N-是待定修正因子，是为今后引入其他修正因素留有余地，也是无量纲，目前指定为1。

H是当量剂量。

17.临床剂量学的基本原则是什么？

1.放射线必须对准所要治疗的病灶区域即“靶区”。

照射区域的入射形状必须与病灶形状一致，潜在转移区也要包括在照射区域之内。

2.靶区的剂量分布要与病灶的立体形态尽量保持一致，靶区要达到90%以上的剂量分布，即90％等剂量曲线包及靶区，而靶区内的剂量分布梯度不能超过±5%。

3.能量的选择和照射野的设计应尽量提高治疗区域剂量，要尽量降低照射区正常组织受量。

4.保护病灶周围重要器官免受照射，至少不能使它们接受超过其允许耐受量的范围。

18.PDD、SSD、SAD分别代表什么意思？

百分深度剂量（PercentDepthDose,PDD）定义为标准照射条件下（射野10cm×10cm，SSD＝100cm）,射野中心轴上某一深度（d）处的吸收剂量（Dd）与参考点深度（d0）处吸收剂量（Dd0）之比的百分数。

一般参考点深度（d0）选在最大剂量点深度（dm）处。

源皮距（SourceSkinDistance，SSD ）表示射线源到体模表面照射野中心的距离。

源轴距（SourceAxisDistance，SAD）,表示射线源到机架旋转轴或机器等中心处的距离。

19.简述临床剂量学的主要内容。

1.选用人体组织等效材料，模拟人体组织环境，间接测量剂量分布。

2.通过测量各种条件对PDD的影响，估算实际照射条件下人体组织的剂量分布特性。

3.根据不同的照射模式，定义并测量剂量计算因子。

4.制订治疗计划，计算处方剂量。

5.采取各种方法，进行剂量验证。

6.临床剂量学的其他内容。

20.简述放射卫生防护工作的基本原则及其含义。

1．放射实践的正当化（justificationofradiologicalpractice）；任何伴有电离辐射的实践，所获得的利益，包括经济的以及各种有形、无形的社会、军事及其它效益，必须大于所付出的代价，包括基本的生产代价、辐射防护代价以及辐射所致损害的代价等，这种实践才是正当的，被认为是可以进行的。

2．放射防护的最优化（optimisationofradiologicalprotection）；任何电离辐射的实践，应当避免不必要的照射。

任何必要的照射，在考虑了经济、技术和社会等因素的基础上，就保持在可以合理达到的最优水平。

在谋求最优化时，应以最小的防护代价，获得最佳的防护效果，不能追求无限的降低剂量。

3．个人剂量和危险度限制（individualdoseandriskslimits）。

所有实践带来的个人受照剂量必须低于当量剂量限值标准。

21.放射卫生防护一般采取哪几项措施？

为什么？

1）时间防护：

尽量缩短受照时间（原因是辐射剂量与受照时间成正比）；

2）距离防护：

增大与辐射源的距离（照射剂量率与距离平方呈反比）；

3）屏蔽防护：

人与源之间设置防护屏蔽（β辐射常用低原子序数的铝或有机玻璃；X、γ射线采用高原子的铅、铁或混凝土）

22.电场的两种基本形态及其产生原理是什么？

医用电子直线加速器采用的是什么特性的电场？

电场的形态可分为“无旋场”和“有旋场”两类。

“无旋场”，是指电场有头有尾，从正电荷出发，到负电荷终止；而“有旋场”是一种封闭的、无头无尾的电场。

有旋电场是通过磁场感应而产生的，当磁场强度随时间变化时，就会在磁场的垂直面上感应出涡旋电场。

医用电子直线加速器采用的是（动态无旋）的电场

23.电子加速器的类型有哪些？

1）按照加速器原理分为：

直流高压型加速器、谐振型加速器、感应型加速器

2）按照加速器路径可以分为：

直线加速器和回旋加速器

3）按照加速能量可以分为：

低能加速器、中能加速器、高能加速器

24.CT模拟定位机的功能有哪些？

1.提供肿瘤和周围各器官的清晰CT影像；

2.提供组织不均匀性校正，提供了复杂的计算机软件，能够实现影像的三维重建，设计照射野，并将射野的三维分布结果叠加在影像上，利用激光定位系统完成对治疗条件的虚拟模拟；

3.将影像扫描、计划设计和计划模拟的功能集成到同一套系统上。

25.三维治疗计划系统有哪三项基本功能？

1.图像处理功能2.剂量计算功能3.计划评估功能

26.低熔点铅的成分有哪些？

有什么特点？

主要成分：

铅26.7%、铋50%、锡13.3%、铬10%

特点：

1.熔点低，70℃，便于浇铸成形；

2.密度较高，约为9.4g/cm3（达到纯铅密度的83%），符合临床需要；

3.常温下硬度比纯铅高，成形的铅挡块不容易变形。

27.剂量验证设备有哪些？

常用的放射治疗验证分析设备有：

热释光剂量计、胶片剂量仪、多通道半导体剂量仪、射野影像系统等等。

28.现代体内放射治疗设备为什么叫做后装机？

目前的内照射都是采用近距离后装治疗机进行近距离放射治疗，所以现代体内放射治疗设备主要是指近距离后装治疗机，简称“后装机”。

29.现代后装机采用的是什么放射源？

其半衰期是多少？

换一次放射源大约能用多长时间？

现代近距离后装治疗机使用的放射源是放射性同位素“铱-192（192Ir）”，半衰期只有74天，大约半年时间就需要更换新源。

30.光子射线、电子射线的平坦度和对称性都不能超过多少？

光子射线的平坦度和对称性都不能超过±3%；

电子射线的平坦度不能超过±5%，电子射线的对称性不能超过±2%

31.现代高能医用电子直线加速器有哪两种加速方式？

各采用什么样的整体结构形式？

为什么？

行波和驻波。

行波医用电子直线加速器是“滚筒形”结构，之所以设计为“滚筒形”，是因为高能行波加速管比较长，其长度可达2.5m，按滚筒形设计是其最佳结构方案；

驻波医用电子直线加速器采用的是“支臂形”结构。

原因：

高能筑波加速管比较短，空间上允许做成支臂结构。

32.简述医用电子直线加速器的基本工作原理。

在“高压脉冲调制系统”的统一协调控制下，一方面，“微波源”向加速管内注入微波功率，建立起动态加速电场；另一方面，“电子枪”向加速管内适时放射电子。

只要注入的电子与动态加速电场的相位和前进速度（行波）和交变速度（驻波）都能保持一致，那么，就可以得到所需要的电子能量。

如果被加速后的电子直接从辐射系统的“窗口”输出，就是高能电子射线，若为打靶之后输出，就是高能X线。

33.从整体结构上看，行波加速器与驻波加速器主要有哪些不同点？

1.行波加速管较长（一般是2.5m左右），驻波加速管较短（1.5m左右）；

2.行波加速器的微波源只适合选择体积较小的“磁控管”，它可以与机架一起转动；驻波加速器既可以选“磁控管”，也可以选择“速调管”；

3.行波加速管的微波电磁场只有前进波，没有反射波，需要设置微波“吸收负载”。

驻波加速管既有前进波，也有反射波，共同形成“驻波”，不需要“吸收负载”；

4.行波加速管辐射头的垂直距离较短，驻波加速器辐射头的垂直距离较长；

5.行波加速器是通过“波纹管”的伸缩来移动“偏转室”，从而实现X线与电子线的转换，驻波加速器是通过移动“靶-窗转换器”来实现的；

6.行波加速器主要是采用改变微波功率的方式来转换光子能量。

驻波加速器是通过“能量开关”技术来转换光子能量；

7.行波加速器采用改变微波频率的方式来调节电子射线的输出能量，驻波加速器是采用改变微波注入功率的方式来调节电子射线的输出能量；

8.驻波加速器在微波源与驻波加速管之间加了一个四端口环流器，起到隔离及吸收全反射功率，行波加速器虽然也有隔离器，但为了防止功率不匹配时影响微波源的正常工作，但隔离功率比驻波小得多。

34.加速管有哪两种加速模式？

请简述它们的基本理论模型。

35.加速管内建立行波电场的理论基础是什么？

36.什么是“盘荷波导”？

加速管为什么要设计为“盘荷波导”结构？

“盘荷波导”是指在圆波导中周期性地设置带中孔的圆形金属模片的圆波导管。

该设计是为了适当的干扰改变斜射波与反射波的合成条件，从而使相速度降下来，达到同步加速电子的目的。

37.加速管内不同加速段的电子速度是不相同的，怎样才能保证行波电场始终满足“同步加速条件”？

38.电子处于行波电场的什么相位才能进行有效加速？

为什么？

39.行波加速管为什么要设计“相聚束器”？

40.什么是加速管的“工作模式”，不同工作模式加速管的盘荷间距是如何确定的？

41.为什么说行波加速管是“色散系统”？

什么参数是影响色散特性的主要因素？

42.行波加速管的电场强度与什么因素有关？

作为成品行波加速管来讲，可以怎样改变加速能量？

43.在行波加速管内，微波功率具有什么样的传输规律？

为什么？

44.驻波加速电场是如何建立起来的？

与行波加速电场相比，驻波加速电场有什么明显特点？

建立驻波电场的基本方法，是将盘荷波导加速管的两端分别联接“短路面”，让注入加速管的微波P在加速管内形成正向行波和反向行波，并双向反射。

45.简述驻波加速管的基本工作原理。

作为π模工作的驻波加速管，相邻腔内的电场强度总是这样交替变换，幅度则随着时间逐渐由小变大，再由大变小，周而复始。

如果在1#腔的电场强度由负变正的瞬间注入一个电子，则电子在前进的同时，电场强度不断增加，电子不断获得能量，电场强度达到峰值时，电子也正好到达1#加速腔的中央位置，之后电场强度开始下降，电子依靠惯性在后半腔中飞行；当电子进入2#腔的瞬间，相邻加速腔的电场强度方向正好翻转，这时，1#腔内电场强度变为负值，2#腔内的电场强度变为正值，电子又在2#腔内被继续加速获得更高的能量。

当相邻加速腔的电场强度方向再次翻转时，电子又进入了下一个电场强度为正值并不断增加的加速腔内。

这样，尽管相邻加速腔电场强度的大小和方向一直交替变换，但电子却一直处于加速相位，所以，电子能量可以得到持续增加，直至达到我们所期望的电子能量。

这就是驻波加速管的基本工作原理。

46.为什么说驻波加速管是单色结构？

为什么驻波加速管对微波频率的要求更加严格？

对特定工作模式的驻波加速管而言，它只能工作于单一的微波震荡频率，频率偏离之后，不但场强降低，还会破坏驻波形成条件，从而破坏同步加速条件，所以，驻波加速管只能工作在单一微波频率上，这说明驻波加速管是单频微波器件.

47.行波和驻波加速管的参数有哪些？

特性阻抗一般有多少？

48.什么是加速管的工作特性？

加速管的工作特性包括哪些内容？

概念：

加速管的工作特性是指加速管输出参数随输入参数的变化关系.

内容：

第一类工作特性—负载特性，包括三项：

（1）能量-负载特性、

（2）功率-负载特性、（3）强度-负载特性；

第二类工作特性—功率特性，包括三项：

（1）能量-功率特性、

（2）功率-功率特性、（3）强度-功率特性；

第三类工作特性—频率特性，包括三项：

（1）能量-频率特性、

（2）功率-频率特性、（3）强度-频率特性。

49.请根据负载特性曲线分析束流负载变化时输出参数的变化规律。

50.要改变加速管的输出能量时，一般从哪几个要素入手，为什么？

“加速电场”、“束流负载”、“同步条件”。

“加速电场”、“束流负载”、“同步条件”是一台医用电子直线加速器得以稳定运行的三大基本要素，因此，要改变射线能量，必须从这三大要素入手。

51.行波加速管一般是采取什么措施来转换高能X-射线与低能X-射线的？

通过偏转系统来筛选所设定的输出能量。

52.驻波加速管可以采取哪两类措施来转换高能X-射线与低能X-射线？

方式一：

通过偏转系统来筛选所设定的输出能量。

方式二：

“能量开关”技术。

53.为什么行波加速管可以通过“跳频”来改变电子线的输出能量，而驻波加速管不可以？

驻波结构的加速管容许微波频率的变化范围较小。

驻波结构的加速管只有一个工作频率点。

驻波加速管单位长度的能量增益较高，故整体结构较短，但能谱较差，对微波频率的稳定性要求较高，能量的改变与调节相对困难一些等特点。

54.医用加速器的核心部件“三管一枪”代表什么？

55.医用电子直线加速器一般采用哪个频段的微波？

其波长是多少？

医用电子直线加速器一般采用S波段2998MHz或2856MHz（波长10cm）的微波频率，所以可称之为S波段医用电子直线加速器。

微波是频率（波长）介于红外线与无线电波之间的一种电磁波，其频率范围大约是3×105～3×102MHz（对应的波长范围是1～1000mm）。

56.微波的基本特点有哪些？

1.高频特性2.短波特性3.散射特性4.穿透性5.量子特性

57.微波源有那两种类型？

两者的主要区别是什么？

微波源的类：

磁控管（Magnetron）——是集微波产生与功率放大于一体的大功率微波器件。

速调管（Klystron）——是一种微波功率放大器件，其前端必须配备可以产生小功率微波源的微波驱动器（RFDriver），两者共同构成大功率微波源。

58.微波在波导管中传播时的相波长λg与在自由空间传播时的自由波长λ之间是什么关系？

为什么微波在波导管内传输时的相速度会大于光速？

59.磁控管系统包括哪几个部分？

各起什么作用？

磁控管系统的基本结构包括管体和管外磁铁两大部分，而管体又可分为阴极和阳极两个主要部分。

管外磁铁的作用是：

为管体提供轴向磁场，是磁控管微波震荡系统不可或缺的重要组成部分。

一般来讲，小功率的磁控管多是采用永久磁铁，大功率的磁控管多是采用电磁铁。

管体是：

微波产生与发射的主体结构；实践中，当谈到磁控管的时候，往往就是特指管体部分。

60.磁控管的振荡频率是由什么因素决定的？

磁控管的微波频率调节原理，一般是在阳极的谐振腔中插入一根金属杆来干扰内部的谐振条件以改变微波频率，通过调节插入深度，就可以在一定范围内得到不同频率的微波。

61.在磁控管没有轴向磁场的情况下，是否可以施加径向高电压？

不可以施加径向高电压。

B0=0时，R无穷大，电子沿直线全部打到阳极上，这就是只加径向直流电压，不加轴向磁场时的情况。

由于这时大量高速电子打到阳极上，会引起温度剧增，因此，无轴向磁场时是不允许施加直流电压的！

62.何谓磁控管的工作特性？

通常，是在负载匹配的情况下，以阳极工作电压为纵坐标，以阳极工作电流为横坐标，由生产厂家通过实验测量并据实绘制“等磁通曲线”、“等功率曲线”和“等效率曲线”。

63.通常情况下，应该如何选择磁控管的工作点？

一般来讲，工作点应选定在工作特性曲线图上工作区域的右上方比较合适。

64.什么是磁控管的负载特性？

磁控管的负载特性，是指输出功率与输出频率随微波负载阻抗匹配情况而变化的基本规律。

65.速调管系统包括哪几个部分？

各起什么作用？

速调管系统主要由微波射频驱动器（RFDriver）、速调管（Klystron）和套在管外的聚焦线圈三大部分构成。

微波射频驱动器：

向速调管注入微波。

速调管：

是一个微波功率放大器。

聚焦线圈：

对高速运动的电子产生更大的径向群聚作用。

66.简述速调管的基本工作原理？

当速调管工作时，首先要注入低功率微波源，让四个谐振腔受激产生谐振。

这时，由电子枪注入的初始电子束流处于相对松散的状态，当这些电子高速运动经过输入腔槽口时，只要相位合适，必然会通过能量交换来加强腔内的初始振荡功率，而电子本身的动能会降低，其结果是处于正半周的电子被减速。

同样原因，处于负半周的电子会被加速。

在经过“漂移管”时，前边的电子和后边的电子会进一步向一齐靠拢，这种电子向一起汇聚的现象称为电子的“群聚”效应。

当达到最后一个谐振腔，即输出腔时，可将“群聚”电子团看成一个个携带巨大电量与能量的小“电子球”，这些球与球之间的距离正好就是电磁振荡的一个周期，于是，就可以在最后一个腔的出口处输出频率由驱动器确定、而功率被巨幅放大的微波能量。

67.微波传输模式？

矩形波导和圆形波导传输最低模式是什么？

68.行波加速器与驻波加速器的微波传输系统各有什么特点？

两者之间有什么区别？

行波医用电子直线加速都是以磁控管作为微波源。

行波低能医用加速器一般只能输出一个单光子能量，而行波高能医用加速器通常可以输出双光子，并且可以输出多档电子射线。

行波医用加速器的微波传输系统包括微波输入和微波输出两部分。

由于行波电场的反射功率不大，一般的铁氧体部件就能吸收，所以，行波加速器通常只需要配置一只谐振式隔离器就能满足需要。

与行波加速器不同，驻波加速器的微波系统不是分为两段，而是连为一个整体。

驻波加速器的微波能量一般是从加速管中段注入。

驻波加速器上也有吸收负载，但不是接在末端，而是接在四端环流器上，其作用不是吸收剩余微波能量，而是为了吸收失配时的反射波，以避免影响甚至损坏微波源。

系统也必须采用四端口环流器进行隔离。

反射功率也通过端口3联接的大功率吸收负载消耗掉。

69.从微波系统上区分，医用驻波加速器可分为哪两种类型？

各有什么特点？

医用驻波加速器可分为高能和低能两种类型驻波加速器。

低能驻波医用电子直线加速器是采用磁控管（Megnetron）作为微波源，所以常被称为M型驻波加速器。

由于驻波加速管是一个高Q谐振腔，微波频率稍有变化就会引起失谐，容易形成全反射，普通的谐振式隔离器承受不了这么高的反射功率，所以必须采用四端口环流器进行隔离。

反射功率可通过端口3联接的大功率吸收负载消耗掉。

高能驻波医用电子直线加速器多是采用速调管（Klystron）作为微波源，所以常被称为K型驻波加速器。

驻波高能医用电子直线加速器多是配用速调管，不能与机架一起转动，必须配用旋转波导，这是驻波高能医用电子直线加速器微波系统的技术难点之一。

这种系统也必须采用四端口环流器进行隔离。

反射功率也通过端口3联接的大功率吸收负载消耗掉。

70.微波频率自动控制系统的基本结构原理是什么？

要进行微波频率自动控制，首先要进行微波取样，其中包括微波的频率取样和相位取样等。

经过即时鉴频处理再与设定值进行信号比较，并实时显示取样比较结果。

当比较结果处在设定范围内时表示工作正常，不作调整；超出设定范围较小时系统会自动跟踪调节，超差较大时要自动停止工作并即时显示报错信息，以便进行人工检查处理。

71.为什么高能行波加速器采用“自动控相稳频系统”，而高能驻波加速器要采用“自动锁相稳频系统”？

这两类微波频率自动控制系统的主要区别是什么？

驻波加速器微波频率自动控制系统的目的就是为了将微波锁定在加速管的唯一工作频率上，所以，驻波频率自动控制系统又叫作锁相自动稳频系统。

为了保证电子辐射模式下设定的频率和输出能量的精确性与稳定性，现代高能行波医用电子直线加速器多是采用行波控相自动稳频系统。

高能行波加速器采用“自动控相稳频系统”配置的微波源是磁控管，高能驻波加速器要采用“自动锁相稳频系统”配置的微波源是速调管。

72.在M型驻波加速器自动锁相稳频系统中，接在混合环1端的移相器有什么作用？

该移相器可否接在混合环的2端，为什么？

监测入射波信号，起鉴相器的作用。

不可以，因为相移器是为了将检测到的入射波信号相移π/2，以实现混合环的鉴相器功能。

73.简述K型驻波加速器自动锁相稳频系统的基本控制原理。

当系统处于匹配状态时（即微波频率符合加速管的设计频率），不会产生反射波，四端双孔定向耦合器的（3）端检测不到微波信号，3dB耦合器的B口无信号输入，这时相当于同相输入，X端和Y端输出的信号幅值相等，系统不作调节；

失谐时，双向耦合器的（3）端会检测到微波反射信号。

一般来说，反射波与入射波不会是同相位，根据3dB耦合器的异相输入不等幅输出特点，X端和Y端的输出信号必然会随着输入信号相位角的变化而增加或减小；

检测到信号变化之后，后级控制电路和调频电路就可以将微波源的谐振频率拉回到驻波加速管的固有振荡频率，从而实现控相自动稳频锁相目的。

74.波导管内为什么要充气？

一般是充入什么气体？

通常需要多大的充气压力？

目的是防止微波功率传输时可能发生的波导管内打火现象。

充入的气体类型，早期直接泵入压缩空气；现在一般是氮气（N2）、氟里昂（F12）和六氟化硫（SF6）气体。

行波加速器以充入氟利昂气体居多，压力通常可保持在0.15～0.18MPa。

驻波加速器以充入六