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简明放射治疗物理学手册 版权信息
- ISBN：9787030717627
- 条形码：9787030717627 ; 978-7-03-071762-7
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>>
简明放射治疗物理学手册 内容简介
本书阐述了肿瘤放射治疗中的基本物理知识及其在临床实践中的应用。内容涵盖放射物理基础、剂量学的辐射量及单位、电离辐射的测量、X射线和电子束剂量的校准、放射源与放射治疗机、放射生物学、外照射的剂量计算、光子线外照射计划的设计与执行，以及近距离放疗技术、现代放射治疗技术、放射治疗的质量保证和放射治疗的辐射防护与安全等，内容全面且实用性强。 本书适合放疗物理师、技师、医生、工程技术人员、放疗设备研发人员及放疗物理学相关专业的学生等阅读使用。
简明放射治疗物理学手册 目录
目录
第1章 放射物理基础 1
1.1 原子和原子核结构 1
1.2 电离辐射与物质的相互作用 4
1.3 带电粒子与物质的相互作用 4
1.4 光子与物质的相互作用 6
第2章 剂量学的辐射量及单位 11
2.1 引言 11
2.2 剂量学的名词定义 11
2.3 光子注量与剂量学常用物理量的关系 15
2.4 带电粒子平衡 18
2.5 阻止本领与比转换能 21
2.6 空腔理论 22
第3章 电离辐射的测量 29
3.1 比释动能 29
3.2 吸收剂量 29
3.3 剂量测量与标准化 30
3.4 标准实验室剂量测量系统 31
3.5 BRAGG-GRAY空腔理论 34
3.6 临床常见电离室 35
3.7 电离室的校准 38
3.8 替代剂量测量系统 39
3.9 其他剂量测量系统 46
3.10 常用剂量测量系统的比较总结 49
第4章 X射线和电子束剂量的校准 52
4.1 校准设备 52
4.2 高能光子束的校准 54
4.3 高能电子束的校准 57
4.4 低能千伏 X射线的校准 61
4.5 中能千伏 X射线的校准 64
第5章 放射源与放射治疗机 69
5.1 放射性同位素源与近距离治疗机 69
5.2 放射治疗中常见的治疗设备 71
5.3 医用电子直线加速器 74
第6章 放射生物学 85
6.1 电离辐射对生物大分子的作用原理 85
6.2 正常组织的放射生物学 89
6.3 放射治疗的时间剂量分割模式 94
第7章 外照射的剂量计算 100
7.1 概述 100
7.2 百分深度剂量 100
7.3 组织空气比 105
7.4 组织昀大剂量比 108
7.5 等剂量分布与射野离轴比 110
7.6 处方剂量计算 114
7.7 人体表面和组织不均匀性的修正 117
7.8 常用光子束剂量计算算法 121
7.9 常用电子束剂量计算模型 122
第8章 光子线外照射计划的设计与执行 125
8.1 肿瘤放射治疗的医学影像图像 125
8.2 肿瘤靶区的定义 129
8.3 正常组织的耐受剂量与肿瘤的致死剂量 131
8.4 二维治疗计划 133
8.5 三维适形放疗计划的设计 134
8.6 三维适形调强放疗计划的设计 138
8.7 放射治疗计划的评估 144
第9章 近距离放疗技术 149
9.1 近距离放射源 149
9.2 近距离放射源涉及的物理量及单位 150
9.3 剂量学系统 151
9.4 剂量分布 152
9.5 剂量优化 154
9.6 现代近距离放疗技术 155
9.7 高剂量率近距离放疗的质量保证 156
第10章 现代放射治疗技术 159
10.1 立体定向放射治疗 159
10.2 三维适形放射治疗 165
10.3 调强放射治疗 166
10.4 图像引导放射治疗 172
10.5 术中放疗技术 175
第11章 放射治疗的质量保证 179
11.1 概述 179
11.2 MV级治疗的质保措施 182
11.3 定位装置的质量保证 188
11.4 剂量测量仪器的质量保证 190
11.5 治疗计划系统的质量保证 191
11.6 患者计划剂量验证 193
11.7 放疗计划的实施与核对 195
第12章 放射治疗的辐射防护与安全 198
12.1 辐射效应 198
12.2 辐射防护的物理量及单位 200
12.3 辐射背景介绍 201
12.4 辐射防护相关标准与法律法规 202
12.5 防护措施 206
12.6 辐射水平的监测 208
第1章 放射物理基础 1
1.1 原子和原子核结构 1
1.2 电离辐射与物质的相互作用 4
1.3 带电粒子与物质的相互作用 4
1.4 光子与物质的相互作用 6
第2章 剂量学的辐射量及单位 11
2.1 引言 11
2.2 剂量学的名词定义 11
2.3 光子注量与剂量学常用物理量的关系 15
2.4 带电粒子平衡 18
2.5 阻止本领与比转换能 21
2.6 空腔理论 22
第3章 电离辐射的测量 29
3.1 比释动能 29
3.2 吸收剂量 29
3.3 剂量测量与标准化 30
3.4 标准实验室剂量测量系统 31
3.5 BRAGG-GRAY空腔理论 34
3.6 临床常见电离室 35
3.7 电离室的校准 38
3.8 替代剂量测量系统 39
3.9 其他剂量测量系统 46
3.10 常用剂量测量系统的比较总结 49
第4章 X射线和电子束剂量的校准 52
4.1 校准设备 52
4.2 高能光子束的校准 54
4.3 高能电子束的校准 57
4.4 低能千伏 X射线的校准 61
4.5 中能千伏 X射线的校准 64
第5章 放射源与放射治疗机 69
5.1 放射性同位素源与近距离治疗机 69
5.2 放射治疗中常见的治疗设备 71
5.3 医用电子直线加速器 74
第6章 放射生物学 85
6.1 电离辐射对生物大分子的作用原理 85
6.2 正常组织的放射生物学 89
6.3 放射治疗的时间剂量分割模式 94
第7章 外照射的剂量计算 100
7.1 概述 100
7.2 百分深度剂量 100
7.3 组织空气比 105
7.4 组织昀大剂量比 108
7.5 等剂量分布与射野离轴比 110
7.6 处方剂量计算 114
7.7 人体表面和组织不均匀性的修正 117
7.8 常用光子束剂量计算算法 121
7.9 常用电子束剂量计算模型 122
第8章 光子线外照射计划的设计与执行 125
8.1 肿瘤放射治疗的医学影像图像 125
8.2 肿瘤靶区的定义 129
8.3 正常组织的耐受剂量与肿瘤的致死剂量 131
8.4 二维治疗计划 133
8.5 三维适形放疗计划的设计 134
8.6 三维适形调强放疗计划的设计 138
8.7 放射治疗计划的评估 144
第9章 近距离放疗技术 149
9.1 近距离放射源 149
9.2 近距离放射源涉及的物理量及单位 150
9.3 剂量学系统 151
9.4 剂量分布 152
9.5 剂量优化 154
9.6 现代近距离放疗技术 155
9.7 高剂量率近距离放疗的质量保证 156
第10章 现代放射治疗技术 159
10.1 立体定向放射治疗 159
10.2 三维适形放射治疗 165
10.3 调强放射治疗 166
10.4 图像引导放射治疗 172
10.5 术中放疗技术 175
第11章 放射治疗的质量保证 179
11.1 概述 179
11.2 MV级治疗的质保措施 182
11.3 定位装置的质量保证 188
11.4 剂量测量仪器的质量保证 190
11.5 治疗计划系统的质量保证 191
11.6 患者计划剂量验证 193
11.7 放疗计划的实施与核对 195
第12章 放射治疗的辐射防护与安全 198
12.1 辐射效应 198
12.2 辐射防护的物理量及单位 200
12.3 辐射背景介绍 201
12.4 辐射防护相关标准与法律法规 202
12.5 防护措施 206
12.6 辐射水平的监测 208
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简明放射治疗物理学手册 节选
第1章放射物理基础 1.1原子和原子核结构 1.1.1组成和原子特性 原子是组成物质独*物理、化学性质的*小单元。原子中心是带正电的原子核，原子核外由在不同层次轨道上运动的电子构成。原子核直径为10.10m量级，由质子和中子构成，其中质子带正电荷，中子不带电，质子和中子质量近似相等，统称为核子。整个原子呈中性状态，不带电。原子核外电子带负电，原子核内的质子数量和核外电子数相等。 原子的基本特征可以用符号ZAX表示，其中Z表示原子序数，A表示原子质量数，即原子核内的核子数，A=Z+N，N为原子核中子数。质子数、中子数、核外电子数和能量状态完全相同的原子的集合称为核素；质子数和核外电子数相同，但中子数不同的核素，互称为同位素，在化学元素周期表中占据相同位置。 根据玻尔的量子理论和量子力学可知，主量子数n、轨道角动量量子数l、轨道方向量子数ml和自旋量子数ms共同决定着核外电子的运动状态。在原子中具有相同n量子数的电子构成一个壳层，*靠近原子核的壳层量子数n=1，被称为K层，其能级*低，K层向外能级依次提高，n=2、3、4、5、6、7的各层分别称为L、M、N、O、P、Q壳层，每个壳层*多可容纳2n2个电子。在同一壳层内，具有相同l量子数的电子构成的次壳层分别用符号s、p、f、g、h、i表示，每个次壳层*多可容纳2l（l+1）个电子。通常情况下，电子填充壳层的规律按照从低能级到高能级的顺序排列，以氢原子（Z=1）、碳原子（Z=6）和氖原子（Z=10）为例（图1.1），氢原子只有一个核外电子，分布在K层，碳原子和氖原子的核外电子在填充完K层后，进而填充L层。更高序数的原子的核外电子将会由低到高依次填充其他能级。 图1.1原子壳层结构 原子核内部也存在类似的壳层结构和能级，核子填充壳层的顺序也遵守从低能级到高能级的规律。原子能量处于*低状态时被称为基态或稳定态，当电子获得能量，从低能级跃迁到高能级时，称原子处于激发态。激发态是一个很不稳定的状态，高能级电子会自发跃迁到低能级，从而迫使激发态原子回到基态，当能级间的差级以电磁辐射的形式发出时，称为特征辐射。如果空位出现在K层上，将产生K系特征辐射；如果L层出现空位，将产生L层特征辐射。由于轨道电子的能级不同，不同元素的特征辐射也不相同。应用特征辐射可进行物质元素构成和含量的探测。 原子质量M的单位为u，1u等于原子质量的。所有元素的原子质量数定义为：A克某元素精确包含NA个原子，其中，即阿伏伽德罗常量。由定义可知，12C的原子质量为12.00u。以u为单位，组成原子各个粒子的质量约为：电子0.00055u；质子1.00727u；中子1.00866u。 1.1.2原子的放射性 自然界中的原子核并非都处于基态，中子数与质子数之间的比例关系、核子数的奇偶性等都将影响核的稳定性。一般来说，原子序数小于82的元素至少存在一种稳定核素，而原子序数大于82的元素都不稳定，不稳定元素将自发地放出射线，变为稳定核素，这种现象称为放射性，这个过程称为放射性衰变，释放的能量称为衰变能。发射出的射线种类可能有α射线、β射线、γ射线，以及正电子、质子、中子等粒子。 放射性核素是通过放射性衰变发射出各种射线的不稳定核素的统称。放射性核素的衰变规律可以用数学方法描述，衰变率（单位时间衰变的原子数）与样本内包含的放射性原子的数目N成正比，即（1.1）式中，λ为衰变常数，表示单位时间内每个原子核衰变的概率，其值大小只与核素本身的特性有关，具有统计学意义，λ值越大，衰减越快。 放射性活度是指放射性核素在很短时间间隔内衰变的个数与该时间间隔之商。放射性活度的单位为贝可勒尔（Bq），1Bq定义为每秒一个原子的衰变。（1.2）式中，A0为初始时刻的放射性活度；A为t时刻的放射性活度。 为更好地描述各种核素的衰变特性，引入了“半衰期”和“平均寿命”的概念。放射性核素的半衰期是指放射性原子核数目衰减到起始时刻一半所需要的时间，它与衰变常数λ成反比。不同核素的半衰期差别非常大，有的半衰期长达几十年甚至几千年的时间，有的半衰期只有几天甚至几小时。例如，的半衰期是1590年，的半衰期为7.63年，的半衰期为8天。 平均寿命τ用以描述放射性原子核的平均存在时间，设N0个放射性核素的平均寿命为τ，在时间间隔dt内有寿命为t的dN个原子核发生衰变，则（1.4）由式（1.4）可知，核素的平均寿命τ与衰变常数互为倒数。 1.1.3放射性衰变类型 放射性衰变有3种类型，分别是α衰变、β衰变和γ衰变。 α衰变是指原子核自发地放出α粒子从而变为另一种原子核的过程。衰变后质量数减4，电荷数减2。α衰变可用下式表示：（1.5）式中，X代表衰变前的母核；Y代表衰变后的子核；Q代表衰变能。由质量守恒定律可知，α衰变发生的前提是衰变前后的母核和子核的静止质量之差大于α粒子的静止质量。重核容易发生α衰变，如衰变（图1.2），母核226Ra有94%的可能直接通过发射4.78MeV的α粒子衰变到子核素*终的能量状态（基态），另有6%先通过发射4.59MeV的α粒子衰变到226Rn的较高能态，然后通过异能素的转换衰变到基态。对于每个转换路径，母核素和子核素的基态转换能保持恒定。 β衰变是指原子核自发地放射出电子或正电子e+或俘获一个轨道电子的转变过程。β衰变可分为 衰变、β+衰变及轨道电子俘获，衰变前后母核和子核的电荷数相差为1，可以分别表示为 衰变发射出的电子也称为粒子；表示反中微子；Q表示衰变能。 衰变：（1.8） 衰变发射出的正电子也称为粒子；表示中微子；Q表示衰变能。轨道电子俘获：（1.9）若俘获的电子位于K层，则称为K俘获，同理可有M俘获等。 由质量守恒定律可知，发生 衰变的前提条件是母核的原子质量大于子核；发生.+衰变的前提条件是母核的原子质量大于子核的原子质量与两个电子的静止质量之和；发生轨道电子俘获的前提条件是母核和子核的原子质量之差所对应的能量大于轨道电子结合能。 γ衰变和内转换：α，β衰变后的子核很可能处于激发态，原子核有两种退激方式：一是以γ射线形式释放能量，跃迁到低的能态或者基态，这种跃迁的过程称为γ跃迁；二是原子核的激发能转换给轨道电子，使轨道电子脱离原子核束缚，称为内转换。.衰变的一个例子是由60Co进行 衰变产生激发态的后，再通过发射能量分别为1.17MeV和1.33MeV的两种.射线，跃迁到稳定的。 大部分天然放射性核素都是三种天然放射性衰变系列中的一员。每个系列均由一系列放射性转换组成，它们都由一个长寿命的放射性母核素开始，结束于一种稳定的核素。在诸如地球的封闭环境中，放射性核素和长寿命的母核素之间存在长期平衡，表现出的半衰期和母核素相同。所有天然存在的放射性核素通过发射α粒子和β.衰变。因此，放射性系列的每次转换均将质量数改变4或0，原子序数改变－2和+1。 1.2电离辐射与物质的相互作用 原子的电离是指原子的核外电子在与外界相互作用的过程中获得足够的能量从而挣脱原子核的束缚。当电子、质子、α粒子等带电粒子具有足够动能，且与原子中的电子发生直接碰撞时，将引起原子电离，这个过程称为直接电离，这些带电粒子称为直接电离粒子。而不带电粒子，如光子、中子等，其本身不能使物质直接电离，但在与原子的壳层电子或原子核作用时，将通过碰撞把动能传递给原子轨道电子，从而产生次级粒子，如电子、反冲核等，随后次级电子再与物质中的原子作用，引起原子的电离，这个过程称为间接电离，这些粒子称为间接电离粒子。直接电离和间接电离统称为电离辐射。 1.3带电粒子与物质的相互作用 高能电子穿过介质时，原子轨道电子和原子核进行相互作用。通过碰撞，电子可能损失其动能（碰撞损失和辐射损失）或改变其运动方向（散射）。能量损失用阻止本领描述，散射用散射本领描述。 入射电子与原子轨道电子或原子核的碰撞可以是弹性或非弹性。弹性碰撞中，电子改变原来轨迹但不损失能量；非弹性碰撞中，电子改变原来轨迹并将部分能量传递给轨道电子或以轫致辐射方式放射。 具有一定能量的带电粒子入射到靶物质中，与物质原子发生作用，作用的主要方式有四种：①与原子核外电子的非弹性碰撞；②与原子核的非弹性碰撞；③与原子核的弹性碰撞；④与原子核外电子的弹性碰撞。无论哪种作用方式，入射带电粒子都将改变原子状态，发生效应的种类与入射粒子的种类、能量和靶物质的性质、结构相关。 1.3.1带电粒子与核外电子的非弹性碰撞 当带电粒子经过靶物质原子时，在库仑力的作用下，原子轨道电子将受到吸引或排斥从而获得一部分能量，引起原子“电离”或“激发”。轨道电子获得足够的能量时将会引起原子电离，轨道电子摆脱原子核束缚成为自由电子，当原子内壳电子被击出时，外壳电子向内壳跃迁放出特征X射线。当轨道电子获得能量不足以摆脱原子核束缚时，将从低能级跃迁到高能级，此时原子处于激发态。激发态是一个短暂的不稳定态，跃迁到高能级的电子会自发跃迁回低能级，同时释放出特征X射线或俄歇电子，高低能级的差值决定了特征X射线能量或俄歇电子动能。当电离出来的电子仍具有足够的动能时，将继续与靶物质原子相互作用，这些电子称为次级电子或δ电子，由次级电子引起的电离称为次级电离。带电粒子与核外电子的非弹性碰撞导致的电离损失和激发，称为碰撞损失或电离损失。原子激发与电离引起碰撞能量损失，用碰撞（电离）阻止本领描述。 1.3.2带电粒子与原子核的非弹性碰撞 当高速运动带电粒子从原子核附近掠过时，在原子核库仑力作用下骤然减速，带电粒子的一部分动能除了以热能散失外，还会发出X射线辐射，这种辐射称为轫致辐射。由于带电粒子的减速过程是连续的，轫致辐射能谱往往是连续谱。轫致辐射的强度与入射带电粒子的能量、质量及靶物质的核电荷数相关，原子序数高的靶物质中的轫致辐射损失相对较高，重带电粒子产生的轫致辐射远远小于电子。因电子质量小，与原子核碰撞时运动状态改变显著，这种能量损失用辐射阻止本领描述。 1.3.3带电粒子与原子核的弹性碰撞 带电粒子与靶物质原子核发生库仑场相互作用时，带电粒子与原子核发生弹性碰撞，其运动方向与速度发生改变，碰撞后绝大部分能量由散失粒子带走，原子核不激发也不辐射光子，此过程满足动能和动量守恒定律。 1.3.4带电粒子与原子核外电子发生弹性碰撞 带电粒子与靶原子核外电子的弹性碰撞过程中能量和动量守恒，只有很小的能量转移，不足以改变核外电子的能量状态。这种相互作用方式在能量极低（100eV）的电子中才会考虑，对粒子的能量损失贡献很小，一般可忽略。 1.3.5阻止本领 能量损失用阻止本领表述，它包括以下几个方面：①线性碰撞阻止本领：入射带电粒子在靶物质中穿行单位长度路程时电离损失的平均能量（单位：J/m、MeV/cm）；②线性辐射阻止本领：入射带电粒子在靶物质中穿行单位长度路程时辐射损失的平均能量；③质量碰撞阻止本领：等于线性碰撞阻止本领除以靶物质的密度；④质量辐射阻止本领：入射带电粒子在靶物质中穿行单位质量厚度时辐射损失的平均能量；⑤传能线密度：特定能量的带电粒子在靶物质中穿行单位距离时，由能量转移小于某一特定值的历次碰撞所造成的能量损失。 1.3.6射程 入射带电粒子在与物质的连续作用过程中会不断损失动能，*终停止运动（不包括热运动）。粒子从入射点到终止点沿运动轨迹所经过的路程称为路径长度，粒子从入射点到终止点的连线在其初始入射方向上投影的长度称为射程。由于粒子与物质的相互作用是一个随机过程，路径长度和射程是宏观统计量。 1.4光子与物质的相互作用 光子辐射包括X射线与γ射线，与带电粒子不同，光子通过一次碰撞损失大部分或全部能量，光子
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