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1、,放射外科治疗系统 核物理基础 上海伽玛星科技发展有限公司,放射性,原子核的衰变 电离辐射 放射性的度量,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，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称为放射性核素。所放出的射线种类可能有射线 、射线、射线，还可能有正电子、质子、中子等其他粒子 。,原子核的衰变（二）, 衰变 原子核自发地放出粒子（射线）的转变过程称为衰变 。粒子也就是氦原子核，它带两个正电核，质量数为 4 。 衰变 原子核自发地放射出电子e- 、正电子e + 或俘获K轨道一个电子的转变过程称为衰变 ；放射出电子e- 称为- 衰变，所
2、发射出的电子称为- 粒子或-射线；放射出正电子e + 称为+ 衰变，所发射出的正电子称为+ 粒子或+射线；俘获K轨道电子的转变过程称为K轨道电子俘获。 衰变和内转换 和衰变后的子核很可能处于激发态，会以放射射线的形式释放能量，跃迁到较低的能态或基态 。这种自发的放射射线过程称为衰变。常用的钴-60源、铯-137 都是既有放射性，又有放射性 。处于激发态的原子核还可能将跃迁的能量直接转移给一个K 轨道的电子，并将K 轨道的电子发射出原子，这种现象称为内转换，发射出的电子称为内转换电子。,电离辐射,按辐射粒子的能量的大小的角度来区分，辐射可分为电离辐射和非电离辐射：凡是与物质直接或间接作用时能使物
3、质电离的一切辐射，均称为电离辐射；有些辐射如红外线、可见光、无线电波、微波等，由于能量低，不能引起物质电离，称为非电离辐射。 按辐射引起电离的过程来区分，辐射又可分为直接电离辐射和间接电离辐射：直接电离辐射是那些有足够大的能量，以致通过碰撞就能引起物质电离的带电粒子，如电子、射线 、质子和粒子等。间接电离辐射是能够释放出直接电离粒子或引起核变化的非带电粒子，如光子、中子等。把体外放射源发射的辐射对人体的照射称为外照射，由进入体内的放射性物质发射的辐射所产生的照射称为内照射。,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
4、式表达为： N = N0e-t,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 1010 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）,放射性核素其原子核数目衰减到原来数目一半
5、所需要的时间称为该放射性核素的半衰期（ T 1/2 ）. T 1/2 的单位可以是秒( s )、分( min )、天 ( d )、年( y )等。放射性核素的衰变常数（）（或半衰期 T 1/2 ） 是与该核素放射性性质有关的特征常数 。不 同的放射性核素具有不同的衰变常数（或半衰期），它不随外界条件和物理、化学状态的不同而改变。60Co的半衰期为5.27年。,辐射防护中常用的辐射量和单位,照射量X X = dQ / dm dQ - 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
6、/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 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
7、(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
8、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。,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,ICRP第60 号出
9、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 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
10、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）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
11、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 2、焦点剂量率 3、辐射野半影和半高宽 4、焦皮比 5、陀螺峰 6、 TPS规划剂量与实测剂量的偏差 7、 TPS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,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、球模固定在治疗床的定位处，
12、通过机械方法使球模中心位于机械中心附近。 2、滚筒分别静止在四个位置，旋转盘转动，辐照胶片。滚筒静止位置与胶片安置平面的对应关系为,3、冲洗胶片，处理数据，根据所得偏差数据调整治疗床在X轴、Y轴和Z轴的座标，使球模中心更趋近于辐照中心。 4、重复2和3的步骤，使x、y、z尽可能小。 5、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,6、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 指型电离室剂量仪 160球模体 温度计 气压计,检测方法,测量时，把指型电离室插入
13、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,检测用具： 球模或体模 胶片 胶片处理系统,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
14、，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,检测用具 球模或体模、胶片、胶片处理系统 检测方法 1、球模或体模固定在治疗床上，在模体中心和模体表面都安置胶片。 2、令模体中心位于等中心处，滚筒与旋转盘同时运转，辐照。 3、 取出胶片，处理分析，分别得出模体中心处剂量DF和模体表面剂量DS，则焦皮比KDF/ DS。,五、陀螺峰测量,检测用具 体模、胶片、胶片处理系统 检测方法 1、体模固定在治疗床上，令模体中心位于辐射野中心处。 2、沿深度位置变化，放置胶片，滚筒与旋转盘同时运转，辐照。 3、处理胶片，统计数
15、据，作出伽玛峰图象。,六、TPS规划剂量与实测剂量的偏差,检测用具 球模或者体模、指型电离室剂量仪 检测方法 1、内置指型电离室的球模或体模安置在治疗床上的负压袋上，固定后，将治疗床板、负压袋、球模或体模一起作CT扫描。 2、TPS软件以球模或体模内的指型电离室顶端为靶点中心，制订治疗计划。 3、 治疗床板在治疗床上复位，指型电离室连接上剂量仪， 按照制订的治疗计划运行机器。 4、 由剂量仪读出实际辐照剂量值，与治疗计划所规划的剂量值比较。,七、TPS规划的等剂量线与实测等剂量线偏差,TPS检验用具 球模或者体模、胶片、胶片处理系统 检验方法 1、内置胶片盒的球模或体模安置在治疗床上的负压袋上，固定后，将治疗床板、负压袋、球模或体模一起作CT扫描。 2、TPS软件以球模或体模内胶片盒中心为靶点中心，制订治疗计划。 3、 治疗床板在治疗床上复位，胶片盒内安置胶片，按照制订的治疗计划运行机器。 4、处理胶片，画出等剂量线，与TPS规划的等剂量线比较。,