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第一篇放射物理基础1

第一章 物质结构2

第一节 原子2

第二节 原子核2

第三节 原子的质量和能量单位3

第四节 轨道电子的分布4

第五节 原子的能级4

第六节 核力5

第九节 电磁辐射6

第七节 核能级6

第八节 粒子辐射6

第二章 核转换8

第一节 放射性8

第二节 衰变常数8

第三节 放射源的活度9

第四节 半衰期和平均寿命9

第六节 放射平衡11

第五节 放射系列11

第七节 放射性衰变方式13

一、α衰变13

二、β衰变（负、正电子发射）13

三、电子俘获14

四、内转换（同质异能跃迁）15

第八节 核反应15

一、α，P反应15

二、α，n反应16

三、质子轰击16

四、氘轰击16

五、中子轰击16

六、光致蜕变（光核反应）17

七、核裂变17

八、核聚变17

第九节 核素的活化17

第一节 X射线管（阳极、阴极）18

第三章 X射线的产生18

第十节 原子核反应堆18

第二节 X射线产生的物理原理（韧致辐射、特征X线）20

第三节 X线能谱21

第四章 临床应用的放疗设备22

第一节 kV级X线治疗机22

第二节 钴-60治疗机24

一、放射源24

二、线束准直系统24

四、半影的产生及消半影装置25

三、模拟光源25

五、源传输的端效应（End Effect）及校正27

第三节 直线加速器27

一、电子直线加速器的基本结构和系统27

二、电子在直线加速器中的加速过程28

三、加速管结构28

1．行波加速器29

3．磁控管与速调管的区别30

2．速调管30

四、高频功率源30

1．磁控管30

2．驻波加速器30

五、线束偏转系统31

1．90°偏转系统31

2．270°偏转系统32

3．滑雪式偏转系统33

六、直线加速器的附属部件33

1．调制器33

2．自动频率控制系统（AFC）34

3．电子线传输控制34

七、治疗束的稳定性34

八、治疗机头36

第四节 电子回旋加速器和电子同步回旋加速器37

第五节 感应加速器39

第六节 粒子回旋加速器39

一、中子束的产生40

二、质子束的产生41

三、负π介子的产生42

四、粒子的物理和生物特性43

第五章 X线和γ线与物质的相互作用45

第一节 电离概念45

第二节 光子的通量和能量通量46

第三节 光子束的衰减46

一、质量衰减系数、电子和原子衰减系数48

二、能量转移系数48

一、相干散射49

三、能量吸收系数49

第四节 光子同物质的相互作用49

二、光电效应50

三、康普顿效应51

1．康普顿效应的特殊情况51

2．康普顿效应对能量和原子序数的依赖性52

四、电子对的产生53

五、各类作用的相对重要性54

1．湮没辐射54

2．电子对的产生随能量和原子序数而变化54

第六章 电离辐射的测量56

第一节 伦琴56

第二节 自由空气电离室57

第三节 柱型电离室58

一、电离室室壁58

二、有效原子序数59

三、电离室的校准59

四、电离室设计的原则60

第四节 实用柱形电离室60

一、Victoreen型电容电离室60

二、Farmer型电离室60

三、电离室灵敏度61

四、电离室杆效应62

第五节 静电计63

二、平行板电离室64

一、外推电离室64

第六节 特殊电离室64

第七节 离子收集中的具体问题65

一、饱和效应65

二、收集效率65

第八节 电离室极性效应66

第九节 对空气密度和湿度的校正66

第十节 照射量的测量67

第七章 X线的质67

第一节 半值层67

第二节 滤过板68

第三节 半值层的测量69

第四节 平均能量概念69

第八章 吸收剂量的测量和计算70

第一节 基本概念70

一、吸收剂量（Dose）70

二、比释动能（Kerma）70

四、吸收剂量和空气比释动能（Kerma）的关系71

三、照射量和空气比释动能（Kerma）的关系71

第二节 由照射量计算吸收剂量72

一、空气介质中的吸收剂量72

二、任意介质中的吸收剂量72

三、用电离室在空气中刻度吸收剂量73

四、用电离室在介质中测量照射量换算吸收剂量74

一、阻止本领75

二、有效测量点75

第三节 Bragg-Gray空气腔理论75

第九章 吸收剂量的其它测量方法76

第一节 量热法76

第二节 化学剂量测定法77

第三节 固体剂量仪78

一、热释光（TLD）剂量仪78

1．原理78

2．TLD的种类及各自的特点79

3．TLD使用要点81

（1）退火处理81

（3）能量响应82

（2）超线性82

（4）衰退效应83

（5） 本底信号83

（6）元件的清洁处理83

（7）TLD在不同介质中的吸收剂量转换83

4．TLD的刻度84

5．TLD剂量仪的QA-QC84

二、胶片剂量测定方法85

三、半导体探头在辐射测量和放疗中的应用86

1．半导体探头的物理特性86

2．P型和N型探头88

3．半导体剂量计在临床中的应用88

第十章 剂量刻度规程AAPM TG21和IAEA TRS277及其应用90

一、测量装置及其参数的记录90

二、Nx-Ngas和Nk-ND的转换95

4．IAEA规程中电离室电荷收集效率校正因子P596

3．AAPM规程中电离室电荷收集效率校正因子Ajon96

1．射线在空气中的平均电离功?/e96

2．照射量单位制换算常数K96

5．AAPM规程中电离室及平衡帽对钴-60γ线的衰减和散射校正因子Awall97

6．IAEA规程中t电离室及平衡帽对钴-60γ线的衰减和散射校正因子Katt97

7．IAEA规程中电离室及平衡帽材料与空气不完全等效校正因子Km99

8．AAPM规程中电离室及平衡帽材料与空气不完全等效校正因子KAAPM99

9．AAPM规程中吸收剂量中Kerma的碰撞份额校正因子βwall101

三、水中吸收剂量的测定（X线部分）102

1．仪表读数Mu和M102

2．电离室电荷收集效率校正因子Pion/PS102

3．平均阻止本领率Smed,air/（L/ρ）med,air102

4．电离室壁和气腔对水模体电子通量的扰动校正因子Pu/Pwqll103

5．Prepl AAPM位移校正因子104

4．Pcel106

2．Pu和Pwall·Prepl106

3．两规程中水对空气的阻止本领率比（Sw,air）U和（L/P）water106

四、水中吸收剂量的测定（电子线部分）106

6．Pcel IAEA电离室中心极校正因子106

1．电子线测量深度106

5．PS与Pion108

五、肌肉组织水中吸收剂量的确定108

第二篇临床剂量学110

第一章 临床剂量学基本概念（一）111

第一节 体模和人形体模111

第二节 百分深度剂量（PDD）113

一、PDD的定义113

二、射线品质和深度对PDD的影响113

三、剂量建成效应（Build-up）114

四、照射大小和形状对PDD的影响115

五、源～体表距（SSD）对PDD的影响116

二、TAR随能量，深度和照射野大小的变化118

三、反向散射因子（BSF）118

第三节 组织～空气比（TAR）118

一、TAR与距离因素无关118

四、TAR和PDD的转换关系式119

五、不同SSD条件下PDD的换算（TAR方法）119

六、旋转照射中的剂量计算120

七、散射空气比（SAR）120

八、不规则野的剂量计算（Clarkson＇s法）120

第一节 剂量计算有关参数125

一、准直器散射校正因子（Sc）125

第二章 临床剂量学基本概念（二）125

二、体模散射校正因子（Sp）和总散射因子（Sc,p）126

第二节 组织体模比（TPR）和组织～最大剂量比（TMR）127

一、TPR的定义127

二、TMR的特性127

三、散射最大剂量比（SMR）128

第三节 临床处方剂量计算129

一、加速器治疗（固定SSD照射、等中心照射）129

二、钴-60机治疗131

三、不规则野治疗131

一、不规则野简化为有效长方形野132

二、野内离轴点剂量132

四、独立准直器和非对称野132

第四节 剂量计算中其它近似处理方法132

三、野外某点处的剂量133

第三章 二维剂量分布和射线束的改造134

第一节 等剂量线134

一、等剂量线图（Isodose Chart）及其影响因素134

二、离轴比概念、灯光野与射线野的一致性135

三、等剂量线的获取136

二、挡铅（Block）137

1．程控热丝切割器137

第二节 射线束的改造（Beam Modifier）137

一、均整器（Flatness Filter）137

2．多叶准直器138

三、等效组织填充物（Bolus）138

四、补偿板（Compensator）和线束强度调制器（Modulator）139

1．缺额组织补偿板（Missing Tissue Compensator）139

（1）减厚因子（RF）139

（2）有效衰减系数法（μeff）140

五、楔形滤过板（Wedge Filter）141

2．剂量补偿板和线束调强滤过板（Dose Compensator Beam Modulator）141

1．楔形角（θ）142

2．楔形因数（FW）143

3．非对称楔形野的楔形因数（FW＇）143

4．X线能量对楔形野物理参数的影响143

（1）动态楔形板144

（2）电动楔形板144

5．楔形板的类型144

6．楔形野的应用原则145

7．楔形滤过板的设计和加工146

第四章 放射治疗临床剂量学组织及照射技术147

第一节 临床剂量学组织147

第二节 医用放射物理人员的职责、地位和作用149

第三节 治疗单的内容和举例149

第四节 治疗计划剂量学原则150

一、共面照射158

1．两野同轴对穿野158

第五节 常规照射技术158

2．两野交角照射159

3．两野相邻野组合，野间距设计159

4．三野组合照射161

5．四野组合照射163

6．X线旋转照射163

（一）Clarkson Cunningham方法164

一、淋巴系统‘Mantle’和Inverted‘Y’野照射及剂量学方法164

第六节 特殊照射技术及其剂量学方法164

二、非共面照射164

（二）Wrede不规则野近似计算法165

（三）线性回归经验公式165

（四）等效长方野近似法166

（五）计算机计划系统167

二、乳腺癌照射技术、辅助器械及剂量学步骤167

（一）体位168

（二）射野布局和定位（摆位）168

3．乳腺切线野169

2．腋窝野169

1．锁骨上前野169

4．内乳野173

（三）剂量计算和治疗计划174

1．剂量计算174

2．治疗计划设计（Bolus的使用、楔形板的使用、肺组织的校正、内乳野与切线野的衔接、采用X线、电子束混合175

三、中枢神经系统（CNS）肿瘤外照射技术及剂量学方法177

（一）典型照射技术178

（二）脑垂体瘤的定位和照射178

1．照射野的设计及处方剂量179

（三）髓母细胞瘤放疗常规179

2．模拟定位机定位步骤180

3．射野间距的确定181

4．剂量计算举例181

5．全脊髓照射的射线选择182

四、TBI和FTBI照射技术及剂量学要点183

（一）近年来TBI照射技术发展新动向183

（二）照射条件和剂量参数的测定184

（四）入射量（Di）和出射量（De）184

（三）人体体中面的剂量测量方法185

（五）由肺腹吸收剂量比推算各阶段剂量分配186

（七）单次和多次照射187

（八）剂量资料的完整性及综合测量手段187

（六）总处方量和剂量率的选定187

第五章 治疗计划系统（TPS）剂量算法及技术进展191

第一节 对非规则体表及非均质组织的校正191

一、校正非规则体表对体模离轴点P的剂量影响191

1．有效SSD方法191

2．TAR比值法191

二、校正非均质组织对体模内选定点P的剂量影响192

3．等剂量线平移法192

1．等剂量线平移法193

2．TAR比值法（有效路径长度法）193

3．TAR幂指数法（Batho Low方法）194

4．等效TAR方法（ETAR）195

第二节 用于TPS的剂量计算模式（X线部分）196

一、解析法196

1．Sterling/Pfalzner＇s两维模型196

2．Van de Geijn表达式197

二、矩阵法198

1．笛卡儿坐标点阵198

2．扇形线和辐射线阵列198

3．递减线阵列198

三、半经验公式199

1．Clarkson方法199

2．原射线离轴系数P201

四、微分散射空气比（dSAR）202

五、治疗计划系统中对非均质组织的处理204

六、蒙特卡罗方法207

七、不同校正方法的对比209

第三节 治疗计划设计系统的技术进展和新课题209

一、优化209

二、剂量体积直方图（DVH）210

三、放射生物学模型210

四、逆向计划设计和逆向调强放射治疗211

五、TPS新技术及相关课题212

六、ICRU对放疗名词学的重新定义213

第六章 电子线剂量学215

第一节 电子线与物质的相互作用216

一、与电子线能量损失有关的物理概念216

1．碰撞损失（电离和激发）216

3．极化效应216

4．阻止本领216

5．吸收剂量216

二、电子束在介质中的散射216

2．辐射损失（轫致辐射）217

第二节 电子线能量的表述和测量218

一、最大几率能量218

二、平均能量219

三、能量随体模深度的变化219

第三节 电子线吸收剂量的刻度219

第四节 电子线的剂量学特点219

一、中心轴深度剂量曲线219

三、电子线平坦度和对称性220

二、等剂量曲线的特征220

四、射野大小对剂量参数的影响221

五、射野等效转换223

六、电子束的源点，有效源皮距概念223

七、X线污染（X-ray Contamination）224

第五节 电子线在临床中的应用224

一、能量和射野尺寸的选择225

二、限光筒与体表之间的空气气隙以及线束斜入射的影响225

三、组织不均匀性影响（Tissue Inhomogeneities）227

四、体表填充物（Bolus）和吸收体（Absorbers）的影响228

五、电子束相邻野的设计228

第六节 电子线射野的成形（Shaping）228

一、低熔点铅电子窗228

二、透射剂量随挡铅厚度的变化228

三、挡铅对剂量率的影响229

四、内屏蔽概念229

第七节 电子线全身照射（TSEI）的剂量学方法231

一、TSEI照射涉及的物理剂量参数和测试技术231

二、水箱体模测量232

三、形体模实测234

1．体表剂量均匀度的测定234

2．多野照射的体内剂量分布235

四、TSEI治疗的剂量表达方式235

1．处方剂量系数235

2．SMD剂量235

1．电子线能量和穿射力的变化236

三、治疗计划中需考虑的因素236

二、直接测量法236

一、积分求和236

第八节 电子线弧形旋转照射236

2．射野宽度的选择237

3．等中心的确定237

4．人体不规则性的考虑237

5．当旋转弧范围内靶深度不等时的处理238

6．当平行旋转轴方向靶深度不等时的处理238

7．体表限束铅窗238

1．半衰期239

第七章 近距离放射治疗的物理基础239

第一节 概述239

2．能量240

3．射线类型240

第二节 近距离放疗使用的放射源241

一、常用放射源241

1．镭Ra-226241

2．铱Ir-192242

3．钴Co-60243

4．铯Ca-137244

5．金Au-198245

6．碘I-125245

7．锶Sr-90246

8．钽Ta-182247

二、新型放射源247

1．镅 Am-241247

2．钯Pd-103248

4．镱Yt-169249

3．钐Sm-145249

三、中子源 锎Cf-252250

第三节 近距离放疗涉及的物理量及单位252

一、源的外观活度（Aapp）252

二、照射量率常数（ГΔ）252

三、空气比释动能常数（Гδ）252

第四节 源的刻度方法253

一、4π（井式）电离室测量法253

（一）测量源在水中的照射量率，经电离常数（Г）换算源的外观活度254

二、指型电离室方法、测量装置及误差评估254

（二）测量空气照射量率转换参考空气比释动能率257

第五节 近距离放疗的剂量学系统260

一、组织衰减及散射校正260

1．Meisberger多项式260

2．Van Kleffens Star公式260

3．Webb Fox公式261

二、传统组织间插植的巴黎剂量学系统及步进源等效模拟261

三、妇瘤腔内照射剂量学系统264

第六节 外照射与内照射临床剂量学基本概念的异同266

一、疗前准备、施源器置放及护理措施268

第七节 近距离放疗临床剂量学步骤268

二、靶区定位、施源器及解剖结构空间重建270

三、剂量参考总设置273

第八节 计算源在各个驻留位的照射时间和优化处理276

一、计算源在各个驻留位的照射时间276

1．剂量分布优化概念279

2．奇异值排除法279

二、剂量分布优化概念及方法279

3．多项式拟合法281

4．几何优化法283

5．多项式参数法与几何优化法的结合284

第九节 近距离放疗技术及计划设计中的注意事项285

一、腔内、管内照射技术286

二、组织间插植照射和模板技术287

三、手术中置管术后照射289

二、近距离治疗的土建防护设计及其它的防护措施290

一、非准直密封源防护标准290

四、敷贴治疗(Mould)290

第十节 近距离放疗的辐射防护设计290

第十一节 近距离放疗的质量保证和质量控制体系291

一、治疗机的QA-QC措施293

二、治疗计划系统的QA-QC措施295

三、临床施治的QA-QC措施296

第十二节 组织间插植治疗中剂量和体积参数的表述298

一、体积和平面299

1．显在瘤区（GTV）299

2．临床靶区（CTV）299

3．计划靶区（PTV）299

4．治疗体积（TV）299

5．中心平面299

二、剂量分布的描述299

1．一般概念299

5．平均中心剂量（MCD）300

4．最小靶剂量（MTD）300

3．处方量300

2．插植中一个或多个平面的剂量分布300

6．低剂量区303

7．剂量均匀度参数303

8．其它剂量分布表示法303

三、时间剂量因子304

四、近距离放疗病历报告的内容306

第一节 辐射防护涉及的物理量和SI单位制307

第八章 辐射防护307

第二节 辐射防护标准的原则和概念308

一、防护目的308

二、放射防护的基本原则308

1．放射实践的正当化308

2．放射防护的最优化308

3．个人剂量限值308

三、放射防护相关的新概念308

1．随机效应、危险度、计权因子及有效剂量当量（HE）308

四、国际放射防护标准的进展309

2．非随机效应及其年剂量当量限值309

第三节 医用加速器辐射防护标准311

一、对有用线束内杂散辐射限制311

二、有用线束外泄漏辐射限制312

第四节 加速器机房的辐射防护土建设计313

一、防护设计的一般考虑313

二、X线主、次屏蔽和屋顶厚度的计算314

三、测量结果315

四、对16MV X线产生的光中子的防护316

第五节 模拟机机房的辐射防护土建设计319

第六节 辐射防护用监测器319

1．气体电离319

2．固体探测仪320

3．胶片效应321

第九章 世纪之交放疗技术的跃迁321

第一节 立体放射外科（SRS）321

一、立体放射外科（SRS）起源及其发展概述322

三、不同照射技术的评估方法328

二、精度指标及其保障328

四、X刀所需的基本物理数据、小野剂量学330

五、治疗步骤333

六、治疗计划设计要点335

第二节 立体放射治疗（SRT）336

第三节 3D 适形放射治疗（3DCRT）与多叶准直器（MLC）337

第四节 3D适形逆向设计调强照射（3D IMRT）340

一、NOMOS孔雀系统340

二、利用加速器MLC实现调强342

三、其它调强方式342

四、典型逆向计划设计（IP）过程343

第十章 等效生物剂量转换的放射生物学基础343

第一节 影响肿瘤和正常组织放射反应性的生物学因素343

一、影响肿瘤放射反应性的生物学因素343

1．亚致死损伤的修复343

2．周期内细胞时相的再分布344

3．氧效应及乏氧细胞的再氧合344

二、放疗中应如何注意从生物学角度考虑正常组织的合理防护问题345

4．再群体化345

1．早反应、晚反应组织与分次剂量的关系346

2．早反应组织、晚反应组织与总治疗时间的关系346

第二节 如何根据辐射剂量～生物效应的量效关系设定处方剂量346

一、如何用LQ公式进行常规分割与非常规分割的生物等效换算347

二、HDR近距离治疗与LDR近距离治疗的生物等效换算347

1．低剂量率近距离治疗348

2．高剂量率后装技术348

2．晚反应靶组织被晚反应正常组织所包绕，如脑膜瘤349

3．早反应靶组织包埋在晚反应正常组织中，如低分化的星型细胞瘤349

3．脉冲近距离治疗349

1．晚反应肿瘤靶组织包埋在晚反应正常组织中，如动静脉畸形（AVM）349

三、X（γ）线立体定向照射X（γ刀）时的生物等效换算349

4．早反应靶组织被晚反应正常组织所包绕，如脑转移瘤350

附录：LQ公式的生物学概念及应用351

一、LQ公式的提出351

2．LQ模型的生物学原理352

1．模型设计的主导思想352

二、LQ模型的生物学概念352

三、LQ公式的应用353

1．LQ公式在放射生物学研究中的应用353

2．LQ公式与分次放疗355

第十一章 质量保证（QA）360

第一节 概述360

2．剂量分布自动扫描装置361

1．电离室和静电计（剂量仪）361

一、辐射剂量仪及辅助仪表的质保措施361

第二节 质量保证系统的内容361

3．辅助仪表器具362

4．相对剂量测量仪表362

二、MV级治疗机的质保措施362

1．辐射防护362

2．其它连锁362

3．机械检测项目362

4．辐射线的对中校核364

5．线束剂量刻度365

6．X线束特征参数的校验366

7．电子线特徵参数的校验368

三、模拟定位机的QA措施369

1．机械参数校准369

2．辐射安全措施369

3．X线束的性能370

四、治疗计划设计系统（TPS）371

1．TPS的运行程序、文件和用户培训371

4．胶片处理装置的质保措施371

2．产生不确定度的原因和误差允许限度372

3．QA检测内容372

第十二章 血管腔内近距离治疗预防血管成形术后再狭窄374

第一节 再狭窄机制及放疗的作用376

第二节 血管腔内近距离治疗的放射性同位素376

第三节 血管腔内放射治疗的观察指标378

第四节 Ir-192放射活性颗粒带379

第五节 β线导管系统380

第六节 Guidant血管腔内近距离治疗系统381

第七节 Nucletron冠脉系统382

第八节 充液β放射性同位素系统384

第九节 AngioradTM系统385

第十节 Schneider-Sanerwein腔内放疗系统386

第十一节 绝缘液体BETA源气囊放射施用系统（RadiantTM）387

第十二节 Nucletron周缘血管近距离治疗系统387

第十三节 临床研究进展388

第一节 立体定向适形放疗的分类和内涵391

第十三章 STAR-2000立体定向适形放疗（SCRT）及血管内近距离照射治疗计划系统391

第二节 立体定向适形放疗的技术基础与发展392

第三节 立体定向适形放疗的基本流程395

第四节 立体定向适形放疗的影像定位系统395

第五节 立体定向适形放疗的工作站计划系统396

第六节 立体定向适形放疗的摆位治疗系统399

第七节 需特别关注的几个问题400

第八节 STAR-2000血管内近距离照射治疗计划系统402

第十四章 习题集406