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1、放射外科治疗系统放射外科治疗系统 核物理基础核物理基础上海伽玛星科技发展有限公司上海伽玛星科技发展有限公司放射性放射性 原子核的衰变原子核的衰变 电离辐射电离辐射 放射性的度量放射性的度量 原子核的衰变（一）原子核的衰变（一）某些不稳定的核素会自发地放出某种射线，某些不稳定的核素会自发地放出某种射线，转变为另一种核素，这种现象称为放射性，这转变为另一种核素，这种现象称为放射性，这个过程称为放射性衰变。具有这种特性的核素个过程称为放射性衰变。具有这种特性的核素称为放射性核素。所放出的射线种类可能有称为放射性核素。所放出的射线种类可能有射线射线、射线、射线、射线，还可能有正电子、质射线，还可能有正
2、电子、质子、中子等其他粒子子、中子等其他粒子 。原子核的衰变（二）原子核的衰变（二）衰变衰变 原原子子核核自自发发地地放放出出粒粒子子（射射线线）的的转转变变过过程程称称为为衰衰变变。粒粒子子也也就就是是氦原子核，它带两个正电核，质量数为氦原子核，它带两个正电核，质量数为 4。衰变衰变 原原子子核核自自发发地地放放射射出出电电子子e-、正正电电子子e+或或俘俘获获K K轨轨道道一一个个电电子子的的转转变变过过程程称称为为衰衰变变 ；放放射射出出电电子子e-称称为为-衰衰变变，所所发发射射出出的的电电子子称称为为-粒粒子子或或-射射线线；放放射射出出正正电电子子e e +称称为为+衰衰变变，所所
3、发发射射出出的的正正电电子子称称为为+粒子或粒子或+射线；俘获射线；俘获K K轨道电子的转变过程称为轨道电子的转变过程称为K K轨道电子俘获。轨道电子俘获。衰变和内转换衰变和内转换 和和衰衰变变后后的的子子核核很很可可能能处处于于激激发发态态，会会以以放放射射射射线线的的形形式式释释放放能能量量，跃跃迁迁到到较较低低的的能能态态或或基基态态 。这这种种自自发发的的放放射射射射线线过过程程称称为为衰衰变变。常常用用的的钴钴-60-60源源、铯铯-137-137 都都是是既既有有放放射射性性，又又有有放放射射性性 。处处于于激激发发态态的的原原子子核核还还可可能能将将跃跃迁迁的的能能量量直直接接转
4、转移移给给一一个个K K 轨轨道道的的电电子子，并并将将K K 轨轨道道的的电电子子发发射射出出原原子子，这这种种现现象象称称为为内内转转换换，发发射射出出的的电电子子称称为为内内转转换换电子电子。电离辐射电离辐射按按辐辐射射粒粒子子的的能能量量的的大大小小的的角角度度来来区区分分，辐辐射射可可分分为为电电离离辐辐射射和和非非电电离离辐辐射射：凡凡是是与与物物质质直直接接或或间间接接作作用用时时能能使使物物质质电电离离的的一一切切辐辐射射，均均称称为为电电离离辐辐射射；有有些些辐辐射射如如红红外外线线、可可见见光光、无无线线电电波波、微波等，由于能量低，不能引起物质电离，称为非电离辐射。微波等
5、，由于能量低，不能引起物质电离，称为非电离辐射。按按辐辐射射引引起起电电离离的的过过程程来来区区分分，辐辐射射又又可可分分为为直直接接电电离离辐辐射射和和间间接接电电离离辐辐射射：直直接接电电离离辐辐射射是是那那些些有有足足够够大大的的能能量量，以以致致通通过过碰碰撞撞就就能能引引起起物物质质电电离离的的带带电电粒粒子子，如如电电子子、射射线线、质质子子和和粒粒子子等等。间间接接电电离离辐辐射射是是能能够够释释放放出出直直接接电电离离粒粒子子或或引引起起核核变变化化的的非非带带电电粒粒子子，如如光光子子、中中子子等等。把把体体外外放放射射源源发发射射的的辐辐射射对对人人体体的的照照射射称称为为
6、外外照照射射，由由进进入入体体内内的的放放射射性性物物质质发发射射的的辐辐射射所所产产生生的的照射称为内照射。照射称为内照射。放射性度量（一）放射性度量（一）一定量的放射性核素在单位时间内发生的核衰变次数称为放射性活度，放射性原子核的衰变服从指数衰减规律。用公式表达为：N=N0e-t 放射性度量（二）放射性度量（二）放射性活度的国际单位是贝可勒尔（Bq），即每秒有一个原子发生衰变称为 1 Bq。衍生单位有MBq(106 Bq),GBq(109Bq),TBq(1012Bq)。再此以前使用的放射性活度单位是居里（Ci）。这些单位之间的关系可表示为：1 Ci=3.7 1010 衰变/秒=3.7 10
7、10 Bq 1 Bq=1 衰变/秒=2.703 10-11 Ci 单位质量放射性核素样品的放射性活度称为比放射性活度，其单位一般是 TBq/g ,Ci/g 等。放射性度量（三）放射性度量（三）放放射射性性核核素素其其原原子子核核数数目目衰衰减减到到原原来来数数目目一一半半所所需需要要的时间称为该放射性的时间称为该放射性核素的半衰期（核素的半衰期（T T 1/21/2 ）.T T 1/2 1/2 的的单单位位可可以以是是秒秒(s s)、分分(min min)、天天 (d d)、年年(y y)等等。放放射射性性核核素素的的衰衰变变常常数数（）（或或半半衰衰期期 T 1/2）是与该核素放射性性质有关
8、的特征常数是与该核素放射性性质有关的特征常数。不。不同同的的放放射射性性核核素素具具有有不不同同的的衰衰变变常常数数（或或半半衰衰期期），它它不不随随外外界界条条件件和和物物理理、化化学学状状态态的的不不同同而而改改变变。60Co的半衰期为的半衰期为5.27年。年。辐射防护中常用的辐射量和单位辐射防护中常用的辐射量和单位照射量X X=dQ/dmdQ-在质量dm 的一个体积元中，当光子产生的全部电子（正负电子）均被阻止于空气中时，在空气中形成的一种符号的离子总电荷的绝对值。照射量X的国际单位是库仑每千克，用库仑/千克（c/kg）表示。过去使用单位是伦琴（R）简称为伦。1 R=2.58 10-4
9、c/kg =8.76 10 3 J/kg 吸收剂量(D)是当电离辐射与物质相互作用时，用来表示单位质量的物质吸收电离辐射能量大小的物理量。吸收剂量的国际单位是焦耳每千克(J/kg)，单位的专用名称是戈瑞,用Gy 表示。以前使用的专用单位是拉德 rad。1 Gy=1 J/kg=100 rad 在电子平衡条件下，1 伦琴X 或 射线传递给1 千克干燥空气中次级电子的总能量为8.7610-3 焦耳，因此。在空气中同样条件下，照射量与吸收剂量的关系为：Da=8.7610-3 X (Gy)当量剂量等于某一组织或器官所接受的平均剂量D，经辐射质为R的辐射权重因子加权处理的吸收剂量。修正后的吸收剂量能更好地
10、和辐射引起的有害效应联系起来。当量剂量用公式表示如下：HT=D WR -当量剂量，国际单位为（J/kg），专用名称为希沃特（Sv）。1Sv=1 J/kg 以前使用的剂量当量的专用单位为雷姆 rem。1 Sv=100 rem 辐射的来源及其水平 当今，人类受到照射的辐射源主要有两类：天然辐射源和人工辐射源。天然辐射通常称为天然本底辐射，是迄今人类在正常生活条件下，受到电离辐射照射的最主要来源。天然辐射对人造成的平均年当量剂量约为 2 mSv,其中内照射约比外照射高1倍。其次是人类自身的社会活动，包括经济、军事、医疗等的活动产生和使用的各种人工辐射源的照射。就人工辐射而言，其中医疗辐射为主要来源。
11、辐射防护的基本原则和标准实践的正当性原则:在拟进行能产生辐射的实践时,先应进行代价和利益的分析,只有当进行这实践获得的利益大于所付出的代价时,才认为这一辐射实践是正当的.防护的最优化原则:辐射防护最优化设计过程，实质上是设计最容易达到的即可节省投入，又可有效的降低剂量的方法。考虑到社会和经济因素之后,使受照射剂量降低到合理地最低程度,而不是越低越好。个人剂量限制:所指的是对个人所受照射的限制.剂量限制剂量限制ICRP第60 号出版物建议的剂量限制 应用 剂量限制 职业照射 公众照射 有效剂量 20 mSva-1 在规定的5年内平均 1 mSva-1 眼晶体 150 mSv 15 mSv 皮肤
12、500 mSv 50 mSv 手与足 500 mSv -防护外照射的一般方法时间防护 距离防护屏蔽防护有关标准 lICRP 60号出版物 2GB8703辐射防护规定 3GB4792放射卫生防护基本标准 4YY0096的钴60远距离治疗机 5GB9706-17-1999医用电气设备 第2部分：射束治疗设备专用安全要求 6.GB/16136-1995 远距治疗室设计的放射防护要求 7.GB 16362-1996体外射束放射治疗中患者的放射卫生防护标准 窄束射线在物质中的衰减规律 设屏蔽层是介质均匀，厚度为R，密度为，那麽单能射线在此物质穿过后，被测点加屏蔽层前后探测器所测到的射线计数率（照射量率）
13、将符合下式：N=N0 e-R N0，N -分别为加屏蔽层前后探测器所测到的射线计数率（照射量率）；-为该单能光子在密度为的物质中的线衰减系数。宽束射线在物质中的衰减规律 实际上，射线大多数为宽束辐射。在屏蔽层中发生散射的光子，也可穿过屏蔽层到达被测点，这便是宽束情况。考虑到散射的影响，宽束射线在物质中的衰减可用下式表示：N=N0 B e-R 式中：B-累积因子，它是描述散射光子的物理量。在实践中，累积引子的计算是比较复杂的，通常可以使用查表法、泰勒或泊松经验公式求得。对点源的屏蔽计算 直接用公式N=N0 B e-R 计算 利用减弱倍数计算利用半减弱厚度计算 GMX-I型陀螺旋转式钴60放射外科
14、治疗系统剂量参数测试方案 1、机械等中心与辐射野中心的偏差机械等中心与辐射野中心的偏差 2、焦点剂量率、焦点剂量率3、辐射野半影和半高宽、辐射野半影和半高宽4、焦皮比、焦皮比5、陀螺峰、陀螺峰6、TPSTPS规划剂量与实测剂量的偏差规划剂量与实测剂量的偏差7 7、TPSTPS规划等剂量线与实测等剂量线的偏差规划等剂量线与实测等剂量线的偏差 一、机械等中心与辐射野中心的偏差机械等中心与辐射野中心的偏差 检测用具检测用具球模及其支架胶片扫描仪显影定影设备计算机球模及其支架测量采用的坐标系 检测方法1、球球模模固固定定在在治治疗疗床床的的定定位位处处，通通过过机机械械方方法法使使球球模模中中心位于机
15、械中心附近。心位于机械中心附近。2 2、滚滚筒筒分分别别静静止止在在四四个个位位置置，旋旋转转盘盘转转动动，辐辐照照胶胶片片。滚筒静止位置与胶片安置平面的对应关系为滚筒静止位置与胶片安置平面的对应关系为 滚筒静止位置滚筒静止位置0度度180度度90度度270度度胶片所处平面胶片所处平面XOZXOZYOZYOZ所测所测偏差偏差x，zx，zy，zy，z3 3、冲冲洗洗胶胶片片，处处理理数数据据，根根据据所所得得偏偏差差数数据据调调整整治治疗疗床床在在X X轴轴、Y Y轴轴和和Z Z轴轴的的座座标标，使使球球模模中中心心更更趋趋近近于于辐辐照照中中心。心。4 4、重复、重复2 2和和3 3的步骤，使
16、的步骤，使x x、yy、zz尽可能小。尽可能小。5 5、滚筒分别在四个位置以最大振动角度振动，旋转盘转、滚筒分别在四个位置以最大振动角度振动，旋转盘转动，辐照胶片。摆动对称法线角度与胶片安置平面的动，辐照胶片。摆动对称法线角度与胶片安置平面的对应关系为对应关系为 振动对称法线角度与胶片安置平面的对应关系为 摆摆动动对对称称法法线线0度度90度度180度度270度度胶胶片片X XO OZ ZX XO OY YY YO OZ ZX XO OZ ZX XO OY YY YO OZ ZX XO OZ ZX XO OY YY YO OZ ZX XO OZ ZX XO OY YY YO OZ Z所所测测偏
17、偏差差xxzzxxyyyyzzxxzzxxyyyyzzxxzzxxyyyyzzxxzzxxyyyyzz6、冲洗胶片，处理数据，得出滚筒在各个方向振动时的r。二、焦点剂量率检测用具检测用具指型电离室剂量仪指型电离室剂量仪160160球模体球模体温度计温度计气压计气压计检测方法 测量时，把指型电离室插入有机玻璃插板的孔内，插板插入球模中心，球模是安放在定位支架上，治疗床精确地移动到指定空间坐标的位置，保证电离室的测量点与焦点中心很好地重合；主机放在治疗室外，用 20米的长电缆将指针电离室和主机连接好；打开仪器，预热 15分钟，达到热稳定后调零，开始作正式测量。多次重复测量和记录主机的读数，测量现场
18、的温度、湿度和大气压进行修正。三、辐射野半高宽和半影宽度辐射野半高宽和半影宽度检测用具：检测用具：球模或体模球模或体模胶片胶片胶片处理系统胶片处理系统 检测方法检测方法1、把胶片放入暗盒中，再把暗盒插入球模或体模中，使胶片位于XOZ平面；2、随治疗床将球模送入辐射野，确保球模或体模的中心定位于焦点处，令旋转盘转动轴线在Y轴方向，滚筒固定，旋转盘转动，分别采用各种准直器进行辐照；3、胶片（含刻度片）冲洗、读片和数据处理后给出各种准直器的辐射野半高宽和半影宽度。四、焦皮比测量四、焦皮比测量检测用具检测用具球模或体模、胶片、胶片处理系统球模或体模、胶片、胶片处理系统检测方法检测方法1 1、球球模模或
19、或体体模模固固定定在在治治疗疗床床上上，在在模模体体中中心心和和模模体体表表面面都安置胶片。都安置胶片。2 2、令令模模体体中中心心位位于于等等中中心心处处，滚滚筒筒与与旋旋转转盘盘同同时时运运转转，辐照。辐照。3 3、取取出出胶胶片片，处处理理分分析析，分分别别得得出出模模体体中中心心处处剂剂量量D DF F和模体表面剂量和模体表面剂量D DS S，则焦皮比则焦皮比K KD DF F/D/DS S。五、陀螺峰测量五、陀螺峰测量检测用具检测用具体模、胶片、胶片处理系统体模、胶片、胶片处理系统检测方法检测方法 1 1、体体模模固固定定在在治治疗疗床床上上，令令模模体体中中心心位位于于辐射野中心处
20、。辐射野中心处。2 2、沿沿深深度度位位置置变变化化，放放置置胶胶片片，滚滚筒筒与与旋旋转盘同时运转，辐照。转盘同时运转，辐照。3 3、处理胶片，统计数据，作出伽玛峰图象。、处理胶片，统计数据，作出伽玛峰图象。六、六、TPSTPS规划剂量与实测剂量的偏差规划剂量与实测剂量的偏差检测用具检测用具 球模或者体模、指型电离室剂量仪球模或者体模、指型电离室剂量仪检测方法检测方法 1 1、内内置置指指型型电电离离室室的的球球模模或或体体模模安安置置在在治治疗疗床床上上的的负负压压袋袋上上，固定后，将治疗床板、负压袋、球模或体模一起作固定后，将治疗床板、负压袋、球模或体模一起作CTCT扫描。扫描。2 2、
21、TPSTPS软软件件以以球球模模或或体体模模内内的的指指型型电电离离室室顶顶端端为为靶靶点点中中心心，制订治疗计划。制订治疗计划。3 3、治治疗疗床床板板在在治治疗疗床床上上复复位位，指指型型电电离离室室连连接接上上剂剂量量仪仪，按照制订的治疗计划运行机器。按照制订的治疗计划运行机器。4 4、由由剂剂量量仪仪读读出出实实际际辐辐照照剂剂量量值值，与与治治疗疗计计划划所所规规划划的的剂剂量值比较。量值比较。七、TPS规划的等剂量线与实测等剂量线偏差规划的等剂量线与实测等剂量线偏差TPS检验用具检验用具 球模或者体模、胶片、胶片处理系统球模或者体模、胶片、胶片处理系统检验方法检验方法 1 1、内内置置胶胶片片盒盒的的球球模模或或体体模模安安置置在在治治疗疗床床上上的的负负压压袋袋上上，固固定定后后，将将治治疗疗床床板板、负负压压袋袋、球球模模或或体体模模一起作一起作CTCT扫描。扫描。2 2、TPSTPS软软件件以以球球模模或或体体模模内内胶胶片片盒盒中中心心为为靶靶点点中中心心，制订治疗计划。制订治疗计划。3 3、治治疗疗床床板板在在治治疗疗床床上上复复位位，胶胶片片盒盒内内安安置置胶胶片片，按照制订的治疗计划运行机器。按照制订的治疗计划运行机器。4 4、处理胶片，画出等剂量线，与、处理胶片，画出等剂量线，与TPSTPS规划的等剂量线规划的等剂量线比较。比较。