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第一章 原子物理基础 1

1.1 原子核的基本特性 1

1.2 原子结构 1

1.2.1 原子结构的基本定义 1

1.2.2 原子的卢瑟福模型 3

1.2.3 氢原子的波尔模型 3

1.2.4 多电子原子 4

1.2.5 原子核结构 5

1.2.6 原子光谱 5

1.2.7 原子核的稳定性 6

1.3 中子 7

1.4 质量和能量的关系 8

1.5 自然界的四种基本力 8

1.6 基本物理常数与关系式 9

1.7 核结合能：质量亏损 10

1.8 反物质 10

1.9 核子和粒子的特性 11

1.10 放射性现象 12

1.11 放射性衰变的计算 12

1.12 活度 13

1.13 半衰期 14

1.14 平均寿命 15

1.15 衰变方式 15

1.15.1 α衰变 16

1.15.2 电磁衰变 16

1.15.3 β衰变 16

1.16 衰变示意图 18

1.17 放射性平衡 20

1.17.1 长期平衡 20

1.17.2 瞬间平衡 20

1.18 放射性核素的产生 21

1.18.1 裂变副产物 21

1.18.2 中子活化 22

1.18.3 粒子加速器 23

第二章 电离辐射物理量与单位 25

2.1 物理量与单位 25

2.2 电离辐射 26

2.3 标量辐射物理量 26

2.3.1 粒子数和辐射能 26

2.3.2 通量和能量通量 27

2.3.3 注量和能量注量 27

2.3.4 注量率和能量注量率 28

2.3.5 粒子辐射和能量辐射 28

2.4 矢量辐射物理量 29

2.4.1 矢量粒子辐射和矢量能量辐射 29

2.4.2 矢量注量率和矢量能量注量率 29

2.4.3 矢量注量和矢量能量注量 29

2.5 相互作用系数及相关的物理量 30

2.5.1 反应截面 30

2.5.2 质量衰减系数 31

2.5.3 能量转移系数 31

2.5.4 质能转移系数 32

2.5.5 线性阻止本领 32

2.5.6 质量阻止本领 33

2.5.7 质量散射本领 33

2.5.8 线性能量转移 33

2.5.9 辐射化学产额 34

2.5.10 气体中电离产额 34

2.5.11 在气体中形成每个离子对所消耗的平均能量 34

2.6 能量转换 35

2.6.1 比释动能 35

2.6.2 比释动能率 36

2.6.3 照射量 36

2.6.4 照射量率 38

2.6.5 比转换能 38

2.6.6 比转换能率 38

2.7 能量的沉积 39

2.7.1 能量沉积 39

2.7.2 授予能 39

2.7.3 线性能量 39

2.7.4 比能 40

2.7.5 吸收剂量 40

2.7.6 吸收剂量率 41

2.8 放射性 41

2.8.1 衰变常数 42

2.8.2 活度 42

2.8.3 空气比释动能率常数 42

2.9 带电粒子平衡 42

2.10 剂量建成与皮肤保护 42

2.11 空气中吸收剂量 44

2.12 根据照射量计算介质中的剂量 45

2.13 自由空间中的剂量 46

第三章 X射线产生技术与基本原理 49

3.1 简介 49

3.2 X射线管 49

3.3 治疗用X射线管 52

3.4 X射线影像 52

3.4.1 X射线影像的形成 52

3.4.2 胶片和屏 53

3.4.3 透光率与阻光率 54

3.4.4 光学密度 54

3.5 X射线发生器 54

3.6 数字X射线影像 55

3.7 X射线产生微观物理学 55

3.7.1 特征X射线 55

3.7.2 轫致辐射 56

3.8 X射线光谱 57

3.9 X射线产生效率 59

3.10 轫致辐射的方向依赖性 59

3.11 X射线衰减 60

3.11.1 射束散射和平方反比定律 60

3.11.2 物质引起的衰减 61

3.12 半价层 62

3.13 质量衰减系数 63

3.14 伦琴和X射线的发现 63

第四章 辐射与物质的相互作用 67

4.1 辐射的分类与特性 67

4.1.1 电磁辐射 67

4.1.2 粒子辐射 68

4.1.3 电离性能 68

4.2 光子与物质之作用 69

4.2.1 相干散射 69

4.2.2 光电效应 70

4.2.3 康普顿散射 70

4.2.4 电子对产生 72

4.2.5 光致核反应 73

4.2.6 总质量吸收系数 73

4.3 带电粒子与物质的相互作用 73

4.3.1 电子与物质的相互作用 74

4.3.2 电子与轨道电子的相互作用 75

4.3.3 电子与原子的相互作用 75

4.3.4 辐射能量损失率和射程 76

4.3.5 阻止本领 77

4.3.6 射程 78

4.3.7 产生离子对所需的平均能量 79

4.3.8 重带电粒子作用和布喇格峰 80

4.4 中子与物质的相互作用 80

4.5 光子相互作用实例：5.0 MeV的光子在水中的历程 81

4.6 蒙特卡罗算法 82

4.7 微观生物损伤 83

第五章 外照射光子束剂量学 87

5.1 等剂量图 87

5.2 皮肤轮廓 89

5.2.1 等剂量线平移法 90

5.2.2 有效SSD法 90

5.2.3 组织空气比法 91

5.3 平行对穿野 92

5.3.1 等剂量分布叠加 93

5.3.2 射束权重 93

5.4 楔形板 94

5.4.1 楔形野 96

5.4.2 楔形板穿射因子 97

5.4.3 楔形板置入时剂量率的计算 97

5.5 多射束 97

5.6 剂量体积说明与报告 99

5.7 患者剂量分布评估 100

5.8 弧形或旋转照射 103

5.9 表面剂量 104

5.10 组织填充物 105

5.11 射束扰流板 106

5.12 组织补偿器 106

5.13 组织非均匀性 107

5.14 射野衔接 110

5.15 患者定位和固定装置 113

5.16 剂量组成 116

5.17 百分深度剂量 117

5.18 dm对射野大小和SSD的依赖性 120

5.19 组织空气比 120

5.20 反向散射因子和峰值散射因子 121

5.21 组织模体比和组织最大剂量比 121

5.22 等效方野 122

5.23 线性插值法 123

5.24 时间和MU数设定 124

5.25 归一化条件 125

5.26 机头散射和模体散射 126

5.27 剂量率的计算 127

5.27.1 百分深度剂量计算 127

5.27.2 等中心条件下的计算 128

5.27.3 任意距离处的剂量率 129

5.27.4 PDD和TMR的等效计算 131

5.28 射野形成的方法 131

5.28.1 非对称钨门 132

5.28.2 挡块 132

5.28.3 多叶准直器 134

5.29 对称钨门形成的中心轴射野的剂量率计算 135

5.29.1 挡块射野等效方形野的近似计算方法 137

5.29.2 Clarkson积分法 139

5.30 不规则射野中心轴以外点的剂量率计算 142

5.31 非对称钨门的剂量率计算 143

5.32 挡块区的剂量 144

第六章 辐射探测器及参考剂量仪的校准 147

6.1 引言 147

6.2 模体 147

6.3 气体电离探测器 149

6.3.1 电离室 150

6.3.2 辐射监测电离室 156

6.3.3 电荷的收集与测量 156

6.3.4 正比计数器 158

6.3.5 盖革米勒计数器 158

6.3.6 中子环境测量仪 160

6.4 固体探测器 160

6.4.1 热释光剂量仪 160

6.4.2 胶片 164

6.4.3 二极管 166

6.4.4 MOSFETs 167

6.4.5 聚合物凝胶 168

6.4.6 金刚石探测器 168

6.4.7 闪烁探测器 168

6.5 液态剂量计 168

6.5.1 热量计 168

6.5.2 化学剂量计 169

6.6 探测器阵列 169

6.7 个人剂量仪 169

6.7.1 胶片剂量计 169

6.7.2 热释光剂量计 170

6.7.3 辐射光致发光玻璃剂量计 170

6.7.4 光释光系统 170

6.7.5 直读式个人监测仪 171

6.8 个人剂量计的校准 171

6.9 辐射环境测量仪的校准 172

6.10 治疗水平电离室剂量计检定规程 172

6.11 参考剂量仪校准的基本标准 173

6.11.1 空气比释动能的基本标准 173

6.11.2 水吸收剂量的基本标准 175

6.12 参考剂量仪校准工具 177

6.12.1 X射线校准实验室 177

6.12.2 X射线设备和射束特性 179

6.12.3 准直器 181

6.12.4 60Co设备及射束特性 181

6.12.5 输出率的长期稳定性 182

6.13 参考剂量仪校准设备 182

6.13.1 次级标准剂量计及其特点 182

6.13.2 辅助设备 185

第七章 剂量测量 191

7.1 早期的辐射剂量测量 191

7.2 MV级剂量测量的辐射胶片 195

7.2.1 卤化银胶片的特性 195

7.2.2 点光密度计 197

7.2.3 常用胶片和模体的剂量测量特点 199

7.2.4 胶片校准 200

7.2.5 RIT113放疗胶片剂量验证系统 201

7.3 二极管测量外照射患者的体内剂量 201

7.3.1 硅二极管用作辐射探测器的物理原理 202

7.3.2 二极管结构特征对体内剂量测量的影响 203

7.3.3 晶粒所致依赖 204

7.3.4 探测器结构引起的依赖 206

7.3.5 验收测试 207

7.3.6 校准 208

7.3.7 修正因子 210

7.3.8 二极管体内剂量测量系统的持续QA 211

7.3.9 标准治疗距离其他体内二极管测量的应用 211

7.3.10 TBI二极管体内剂量测量 212

7.3.11 TSET体内剂量测量 212

7.4 IMRT剂量测量工具和技术 212

7.4.1 剂量计 212

7.4.2 二维剂量测量 217

7.4.3 剂量分布的对比和评估 221

7.4.4 模体与测量工具 226

7.5 MV级光子束小野测量 228

7.5.1 横向电子失衡 229

7.5.2 小光野的特征 230

7.5.3 小野测量的设备和方法 234

7.5.4 参考剂量测量 240

7.5.5 相对剂量测量 244

7.6 电离辐射剂量测量的测量质量保证 250

7.6.1 不确定度的评估方法 251

7.6.2 设备控制系统 254

7.6.3 实际应用和建议 255

7.6.4 测量提供商的实际考虑 256

7.6.5 环境因素和设备控制 258

7.6.6 生产商和校准实验室之间的相互影响 259

7.6.7 辐射源包装问题 259

第八章 射束校准 263

8.1 引言 263

8.2 归一化条件 263

8.2.1 60Co的归一化条件 263

8.2.2 直线加速器的归一化条件 263

8.3 光子束校准步骤 264

8.4 电离室校准 264

8.5 射线质 265

8.6 校准条件 267

8.7 射束校准稳定性检查 268

8.8 AAPM TG-21高能光子束剂量校准 268

8.9 DIN 6809-4基于空气比释动能的低能kV级X射线吸收剂量确定 272

8.10 DIN 6809-5基于空气比释动能的中能kV级X射线吸收剂量确定 272

8.11 IAEA 381高能电子束吸收剂量的确定 273

8.12 IAEA TRS 277 X射线和电子线射束校准规程 274

8.13 JJG 589加速器射束校准示例 280

8.14 AAPM TG 21高能电子束剂量校准规程 283

8.15 辐射类型和射线质的描述 284

8.15.1 基于ND,W的公式 284

8.15.2 影响量 285

8.15.3 射线辐射质的修正kQ,Q0 285

8.15.4 电子束交叉校准 285

8.15.5 ND,W与基于NK校准规程的关系 286

8.16 TRS 398 60Coγ射线水吸收剂量的确定 286

8.16.1 剂量测量设备 286

8.16.2 射线质规范 286

8.16.3 水吸收剂量的测量 287

8.16.4 电离室的交叉校准 287

8.16.5 非参考条件下的测量 287

8.16.6 参考条件下水吸收剂量测量的不确定度估计 288

8.16.7 记录单 288

8.17 TRS 398高能光子束水吸收剂量的确定 290

8.17.1 剂量测量设备 290

8.17.2 射线质规范 291

8.17.3 水吸收剂量的测量 294

8.17.4 kQ,Q0值 294

8.17.5 射野电离室的交叉校准 295

8.17.6 非参考条件下的测量 295

8.17.7 参考条件下水吸收剂量测量的不确定度评估 296

8.17.8 记录单 297

8.18 AAPM TG-51高能光子束水吸收剂量的校准 298

8.19 AAPM TG-51剂量计算示例 301

8.20 DIN 6800-2高能光子束水吸收剂量的校准 302

8.21 TRS 398高能电子束水吸收剂量的确定 303

8.21.1 剂量测量设备 304

8.21.2 射线质规范 304

8.21.3 测量水中吸收剂量 305

8.21.4 非参考条件下的测量 306

8.21.5 塑料模体的使用 306

8.21.6 参考条件下测量水中吸收剂量预估的不确定度 306

8.21.7 记录单 310

8.22 AAPM TG-51高能电子束水吸收剂量的确定 312

8.23 DIN 6800-2高能电子束水吸收剂量的确定 315

8.23.1 R50和zref的确定 315

8.23.2 kE＝k′E·k″E的确定 315

8.23.3 其他深度（非zref处）剂量测量 316

8.24 TRS 398低能量kV级X射束水吸收剂量的确定 316

8.24.1 剂量测量设备 316

8.24.2 射线质说明 317

8.24.3 水中吸收剂量的测量 318

8.24.4 kQ,Q0值 318

8.24.5 参考条件下水中吸收剂量测量的不确定度估计 318

8.24.6 记录单 318

8.25 TRS 398中能kV级X射束水吸收剂量的确定 320

8.25.1 剂量测量设备 320

8.25.2 射线质说明 321

8.25.3 水中吸收剂量的测量 321

8.25.4 kQ,Q0值 322

8.25.5 记录单 322

8.26 TRS 398质子束水吸收剂量的确定 323

8.26.1 剂量测量设备 323

8.26.2 射线质说明 324

8.26.3 水中吸收剂量的测量 324

8.26.4 参考条件下水中吸收剂量测量的不确定度估值 325

8.26.5 记录单 328

8.27 TRS 398重离子束水吸收剂量的确定 329

8.27.1 剂量测量设备 330

8.27.2 射线质描述 330

8.27.3 水中吸收剂量测量 330

8.27.4 kQ,Q0值 331

8.27.5 非参考条件下的测量 332

8.27.6 记录单 332

第九章 外照射放射治疗 337

9.1 放射治疗历史回顾 337

9.1.1 放射治疗的早期发展 337

9.1.2 辐射治疗潜力的发现 337

9.1.3 Niels Finsen和光线疗法 338

9.1.4 伦琴治疗法 338

9.1.5 镭治疗的进一步发展和使用 339

9.1.6 镭放射治疗 339

9.2 适形放射治疗的发展 344

9.3 光子束的特性 345

9.4 放射治疗中的强度调节 350

9.4.1 IMRT照射技术 351

9.4.2 逆向治疗计划 355

9.4.3 逆向计划问题 358

9.4.4 案例分析：前列腺癌 360

9.4.5 基于射野尺寸的优化 360

9.4.6 物理计划验证 361

9.4.7 全身剂量和屏蔽 363

9.5 医用电子直线加速器 363

9.5.1 空腔磁控管的发明 368

9.5.2 微波功率源 368

9.5.3 注入系统 370

9.5.4 治疗头 370

9.5.5 直线加速器辅助子系统 373

9.5.6 联锁和安全系统 374

9.5.7 治疗床 375

9.5.8 MLC 375

9.6 60Co远距治疗系统 376

9.7 粒子加速器 379

9.7.1 电子感应加速器 379

9.7.2 回旋加速器 379

9.7.3 电子回旋加速器 380

9.8 自适应放射治疗 380

9.8.1 ART的定义 380

9.8.2 自适应放射治疗的实现方式 382

9.8.3 离线ART放射治疗 382

9.8.4 实时ART放射治疗 382

9.9 Brain Lab M3系统 383

9.10 螺旋断层放疗系统 383

9.10.1 TomoTherapy Hi·ART系统的基本组成 384

9.10.2 TomoTherapy工作步骤 384

9.10.3 TomoTherapy治疗的照射原理 385

9.10.4 螺旋断层放疗系统的质量保证 387

9.10.5 质量保证的检测方法 391

9.10.6 QA记录单 396

9.11 4D放射治疗系统VERO 400

9.11.1 VERO基本结构与技术参数 400

9.11.2 日常QA 402

9.12 全身照射 402

9.12.1 全身照射临床分类 403

9.12.2 全身照射适应症 403

9.12.3 全身照射技术现状 403

9.12.4 全身照射技术 403

9.12.5 处方剂量点 404

9.12.6 全身照射系统的临床测试 404

9.12.7 全身照射的质量保证 405

9.13 术中放射治疗 405

9.13.1 术中放射治疗的物理和临床要求 405

9.13.2 术中放射治疗的分类和技术 406

9.13.3 术中照射系统的临床测试 406

9.13.4 术中放射治疗质量保证 406

9.13.5 术中放疗设备 406

9.13.6 直肠腔内放射治疗 409

9.14 其他肿瘤物理治疗技术 410

9.14.1 氩氦刀 411

9.14.2 激光治疗 411

9.14.3 射频治疗 412

9.14.4 细胞膜电穿孔 412

9.14.5 超声聚焦治疗 412

9.14.6 热疗 413

9.14.7 电化学治疗 413

9.15 放射治疗简史 413

第十章 试运转 419

10.1 引言 419

10.2 放射治疗计划系统的试运转 419

10.2.1 常见错误 419

10.2.2 患者解剖结构表达 419

10.2.3 外照射射束计划：设备功能与射束 425

10.2.4 光子束试运转 429

10.2.5 电子束试运转 433

10.2.6 运行测试 434

10.2.7 绝对剂量和相对剂量 435

10.3 计划评估工具 437

10.3.1 剂量显示 438

10.3.2 剂量体积直方图 438

10.4 TPS试运转：常规外照射治疗技术测试 439

10.4.1 常规外照射技术测试模体 439

10.4.2 解剖结构和输入测试示例 441

10.4.3 剂量测量的测试案例 442

10.4.4 临床试运转测试举例 450

10.5 加速器射束数据试运转 451

10.5.1 加速器射束数据试运转 451

10.5.2 模体材料和探测器 451

10.5.3 扫描系统设置 455

10.5.4 光子束数据 463

10.5.5 电子束 468

10.5.6 射束数据的处理 470

10.5.7 试运转中需要注意的问题 471

10.6 IMRT试运转：多家医疗机构的计划和剂量测量对比 472

10.6.1 模体 473

10.6.2 电离室测量 473

10.6.3 复合胶片测量 473

10.6.4 单射野测量 474

10.6.5 测试：计划条件和测量说明 474

10.6.6 结果 477

10.6.7 实际应用测试案例 480

第十一章 治疗计划系统与计划评估 485

11.1 引言 485

11.2 放射治疗计划过程 486

11.3 放射治疗计划系统的描述 488

11.3.1 硬件 488

11.3.2 软件 488

11.3.3 ICRU参考点和ICRU参考剂量 491

11.3.4 DVH的临床相关性 491

11.3.5 剂量均匀度和剂量适形度 493

11.3.6 临床和生物学评估参数 494

11.3.7 等效均匀剂量 496

11.3.8 单系统和多系统 496

11.3.9 第三方软件 497

11.4 计算算法 497

11.4.1 解剖数据的处理和显示 498

11.4.2 射束或辐射源相关工具 500

11.4.3 外照射放射治疗中剂量的计算 500

11.4.4 IMRT计算中的优化 502

11.5 非均匀介质中剂量计算数据的对比 506

11.5.1 气腔 506

11.5.2 肺 507

11.5.3 骨和高密度介质 508

11.5.4 CT值变化的影响 509

11.5.5 放射外科射束中的非均匀性影响 510

11.5.6 多射束照射中的非均匀性影响 510

11.5.7 实际测量数据 511

11.5.8 数据趋势 517

11.5.9 IMRT中非均匀影响 517

11.5.10 总结及建议 518

11.6 体积的定义 521

11.6.1 肿瘤区 521

11.6.2 临床靶区 523

11.6.3 内靶区体积 525

11.6.4 计划靶区体积 525

11.6.5 危及器官 526

11.6.6 计划危及器官 528

11.6.7 治疗区 529

11.6.8 其他危及体积 529

11.7 正常器官的耐受剂量与肿瘤致死剂量 529

11.7.1 常规放射治疗中正常器官的耐受剂量 529

11.7.2 常规放射治疗中肿瘤的致死剂量 529

11.7.3 立体定向体部放射治疗中正常器官的剂量限值 529

11.8 蒙特卡罗方法在放疗剂量计算中的应用 531

11.8.1 蒙特卡罗方法的定义和历史背景 531

11.8.2 电子和光子传输的MC模拟 533

11.8.3 基于MC方法的剂量计算综述 535

11.8.4 方差缩减和效率提高的方法 536

11.9 加速器和患者体内辐射传输的MC模拟 537

11.9.1 现有的MC程序 537

11.9.2 加速器治疗头模拟 539

11.9.3 直线加速器治疗头建模 542

11.9.4 基于MC算法的患者剂量计算 544

11.9.5 MC方法计算出的剂量分布和临床结果之间的关系 551

11.10 TPS的QA 551

11.10.1 验证 551

11.10.2 DVH和优化 552

11.11 质量评估 552

11.11.1 不确定度 552

11.11.2 偏差 552

11.11.3 误差 552

11.11.4 错误 552

11.12 TPS的质量标准和参考数据 553

11.12.1 质量标准 553

11.12.2 参考数据 553

11.12.3 剂量计算的误差 553

11.12.4 置信限值 554

11.13 质量保证管理 555

11.13.1 质量管理程序 555

11.13.2 治疗计划质量保证计划 555

11.13.3 治疗计划系统中物理师职责 555

11.13.4 人员 556

11.13.5 设备 556

11.13.6 人员的训练和培训 556

11.13.7 计算机系统的管理和保密 556

11.13.8 方案、程序和文件 557

第十二章 物理质量保证和患者安全 561

12.1 简介 561

12.2 质量保证要求 561

12.2.1 直线加速器 563

12.2.2 质量保证项目和检测频率 569

12.2.3 AAPM TG 142医用加速器QA 569

12.2.4 NRC质量保证规定 572

12.2.5 剂量测量工具 576

12.3 用于IMRT验证的剂量测量系统 576

12.3.1 电离室 576

12.3.2 X射线胶片、辐射变色胶片与计算机X射线成像 579

12.3.3 二维探测器阵列 583

12.3.4 EPID 586

12.3.5 凝胶剂量计 588

12.3.6 3D矩阵剂量验证 588

12.4 MLC与治疗计划系统性能验证 591

12.4.1 MLC检测 591

12.4.2 静态IMRT 593

12.4.3 动态IMRT 594

12.5 治疗过程中的实时验证 594

12.5.1 DAVID系统的测量原理 595

12.5.2 典型射野的测量示例 596

12.6 IMRT数据分析 598

12.7 应用于IMRT验证的独立剂量计算 601

12.7.1 蒙特卡罗算法 601

12.7.2 其他方法 603

12.8 患者QA 604

12.8.1 物理图表检查 604

12.8.2 每周物理图表检查 604

12.8.3 射野成像 604

12.8.4 体内剂量测量 605

12.9 特定患者的QA程序 606

12.9.1 治疗前验证 606

12.9.2 体内剂量测量 615

12.10 放射治疗中呼吸运动的管理 619

12.10.1 呼吸运动的幅度和测量 619

12.10.2 呼吸运动管理的常见问题 623

12.11 独立剂量计算的概念 623

12.11.1 QA程序和流程 623

12.11.2 IDC实际应用 624

12.12 剂量测量公差限制和干预限度 624

12.12.1 剂量测量公差限度的确定 625

12.12.2 干预限度概念 625

12.12.3 干预限度概念在临床中的应用 626

12.13 统计分析 627

12.13.1 试运转数据的数据库应用 627

12.13.2 治疗的数据库应用 628

12.13.3 剂量偏差的归一化 629

12.14 射束模拟与剂量计算 629

12.14.1 能量注量模拟 630

12.14.2 剂量模拟 634

12.14.3 带电粒子污染模拟 636

12.15 放疗中呼吸运动的管理 637

12.15.1 运动环绕技术 637

12.15.2 呼吸门控技术 638

12.15.3 呼吸抑制技术 641

12.15.4 腹部压迫式浅呼吸 643

12.15.5 肿瘤实时追踪技术 644

12.16 新开展治疗技术的质控 645

12.17 模具室安全 646

12.18 患者安全 646

12.19 放射治疗事故 646

12.19.1 直线加速器的校准错误 647

12.19.2 HDR事故 647

12.19.3 故障54 648

12.19.4 60Co过量辐射 648

12.19.5 法国Epinard放疗事故 648

12.19.6 《纽约时报》收集的辐射事故 648

12.19.7 工作中所经历和了解的放疗过错 650

12.20 流程质控单示例 651

第十三章 影像在放射治疗中的角色 659

13.1 引言 659

13.2 数字图像 659

13.3 传统模拟机 661

13.4 计算机断层扫描 663

13.4.1 CT机的发展 664

13.4.2 CT影像重建 666

13.4.3 CT值和HU 667

13.4.4 数字重建放射影像 668

13.4.5 虚拟模拟 669

13.4.6 4D CT 669

13.5 磁共振成像 670

13.6 影像融合／配准 672

13.7 超声成像 673

13.8 功能性成像／代谢成像 674

13.9 射野影像 675

13.9.1 射野片 676

13.9.2 电子射野成像装置 676

13.10 图像引导放射治疗 677

13.11 室内kV级X射线成像 679

13.11.1 室内kV成像的历史回顾 679

13.11.2 临床工作流程 681

13.11.3 滑轨式断层成像系统 683

13.11.4 天花板／落地式平面kV成像系统 685

13.11.5 机架式kV成像系统 686

13.11.6 混合kV系统 689

13.11.7 带有移动CT的CBCT 690

13.11.8 质子治疗中应用的kV成像 690

13.11.9 有双探测器的双X射线管 691

13.11.10 kV和MV能量成像 691

13.11.11 数字断层合成图像 692

13.11.12 CBCT一般质量保证 692

13.12 影像引导放射治疗中成像剂量的管理 693

13.12.1 射波刀 693

13.12.2 Novalis ExacTra系统 693

13.12.3 呼吸关联的4D CT 693

13.12.4 kV锥形束CT 693

13.12.5 MVCT 694

13.12.6 C形臂X光透视机 695

13.12.7 Varian OBI和Elekta synergy XVI 695

13.12.8 专用室内X光透视 695

13.12.9 模拟成像系统 696

13.12.10 影像剂量转换为有效剂量 696

13.13 非放射线成像定位和摆位系统 698

13.13.1 非放射线成像和摆位系统的基本原理 698

13.13.2 商业上可用的非放射定位／追踪系统 701

13.13.3 试运转 703

13.13.4 质量保证 704

13.14 CT模拟机的质量保证及频率 706

13.14.1 患者标记／定位激光 706

13.14.2 治疗床和台面 708

13.14.3 机架倾斜 709

13.14.4 定位像 709

13.14.5 准直 709

13.14.6 像素值的随机不确定性 709

13.14.7 系统不确定性——射野均匀度 709

13.14.8 CT值与电子密度 710

13.14.9 空间完整性 711

13.14.10 空间分辨率 711

13.14.11 对比度分辨率 711

13.14.12 CT剂量测量 712

13.14.13 治疗床水平度 712

13.14.14 CT模拟机激光QA示例 713

13.14.15 CT模拟机QA检测记录示例 714

13.15 PET/CT在肿瘤放射治疗计划中的作用 715

13.15.1 针对肿瘤的放射性药物 716

13.15.2 PET在非小细胞肺癌放疗计划中的应用 717

13.15.3 PET设备及质量控制 721

13.15.4 PET检查的辐射剂量和辐射防护 723

第十四章 射波刀 729

14.1 引言 729

14.2 射波刀的基本组成 730

14.2.1 目标定位系统 730

14.2.2 靶区追踪系统 730

14.2.3 数据管理系统 731

14.2.4 MultiPlan治疗计划系统和医生工作站 731

14.2.5 直线加速器系统 731

14.2.6 机械手系统 733

14.2.7 治疗床 733

14.2.8 射波刀其他组件 735

14.2.9 紧急停止 736

14.2.10 患者安全区和接近探测程序 737

14.3 射波刀的试运转 738

14.3.1 试运转仪器 738

14.3.2 加速器激光与射野一致性检查 738

14.3.3 CT密度模型 739

14.3.4 射束试运转 739

14.3.5 蒙特卡罗剂量计算的射束数据的获取 744

14.3.6 直线加速器绝对剂量校准 745

14.3.7 CT几何精确性检查 747

14.3.8 单射束QA 747

14.4 金标植入 748

14.4.1 金标植入原则 748

14.4.2 金标规格 748

14.4.3 CT引导下金标植入 749

14.4.4 CT引导下单针两颗金标植入 752

14.4.5 超声引导下金标植入 754

14.4.6 电磁导航气管镜下肺内金标植入 755

14.4.7 金标移位 755

14.5 患者体位固定与影像扫描条件 757

14.5.1 患者体位固定 757

14.5.2 扫描准则 757

14.6 治疗计划系统 758

14.6.1 剂量计算算法 758

14.6.2 射线追踪算法 758

14.6.3 生成DRR影像 759

14.6.4 图像导入与融合 759

14.6.5 轮廓勾画 759

14.6.6 配准 760

14.6.7 计划设计 760

14.6.8 虚拟视窗 761

14.6.9 手动剂量计算与核对 761

14.6.10 射线追踪算法与MC算法计算结果对比 761

14.6.11 分靶区计划设计 762

14.7 射波刀的物理质控 764

14.7.1 每日QA项目 764

14.7.2 每月QA项目 766

14.7.3 季度QA项目 767

14.7.4 年度QA项目 767

14.7.5 自动质量保证测试 767

14.7.6 端到端测试 769

14.7.7 肺追踪精度验证模体 770

14.7.8 胶片剂量测量 771

14.7.9 射波刀QA案例 771

14.8 射波刀的流程质控 773

14.8.1 患者基本信息登记 773

14.8.2 金标植入 773

14.8.3 体位固定 774

14.8.4 CT定位 774

14.8.5 靶区勾画和处方剂量 774

14.8.6 计划设计和授权 774

14.8.7 质量保证 774

14.8.8 治疗执行 775

14.8.9 正确性检查 775

14.8.10 患者资料归档 775

14.9 射波刀精度的相关测试 775

14.9.1 脊柱辅助摆位条件下金标追踪的精度检测 775

14.9.2 利用仿真人模体检测脊柱追踪精度 777

14.9.3 仰卧与俯卧位计划设计中肺体积受量的对比 779

14.10 射波刀的验收测试 780

14.10.1 直线加速器系统 780

14.10.2 Iris子系统测试 781

14.10.3 自动更换准直器系统测试 781

14.10.4 安全子系统 781

14.10.5 Multiplan测试 781

14.10.6 紧急断电检查 781

14.10.7 端到端测试 781

14.11 射波刀的追踪系统 782

14.11.1 6D颅骨追踪系统 782

14.11.2 金标追踪 782

14.12 金标追踪中成像与追踪参数 788

14.12.1 影像获取间隔时间 788

14.12.2 成像参数 788

14.12.3 算法参数 788

14.12.4 基本算法参数 788

14.12.5 金标追踪算法 789

14.12.6 刚性误差 789

14.12.7 金标间隔阈值 791

14.12.8 共线性阈值 791

14.12.9 x轴配对公差 791

14.12.10 金标可信度 791

14.12.11 金标追踪范围 791

14.12.12 手动移动金标ROI 792

14.12.13 金标追踪模式中金标监控 792

14.12.14 单颗金标追踪 792

14.12.15 金标在体内的稳定时间 792

14.12.16 放射性粒子应用于金标追踪 793

14.13 脊柱追踪系统 793

14.13.1 概述 793

14.13.2 脊柱配准参数 793

14.13.3 脊柱配准操作过程 793

14.13.4 脊柱配准错误案例 794

14.14 同步呼吸追踪系统 795

14.15 肺追踪系统 796

14.16 射波刀绝对剂量校准示例 798

第十五章 立体定向放射治疗 803

15.1 引言 803

15.1.1 聚焦照射的起始：1905年巴黎 803

15.1.2 机械式聚焦照射的到来：1915年 804

15.1.3 1919年镭炮诞生 804

15.1.4 聚焦式镭炮：1925年 804

15.1.5 利用摄影胶片进行剂量测量：1926年 805

15.1.6 镭聚焦照射治疗脑部肿瘤：1931年 805

15.2 立体定向放射手术 805

15.3 伽马刀 808

15.4 伽马刀射线束参数的测量 810

15.4.1 单射束离轴比 810

15.4.2 线性衰减系数 810

15.4.3 总输出剂量 810

15.4.4 相对头盔准直器系数 811

15.4.5 计时器修正 811

15.4.6 照射位置的准确性 811

15.4.7 质量保证和质量控制 811

15.4.8 其他性能测试 812

15.5 基于直线加速器的放射手术 813

15.6 APEX外置式SRT系统 816

15.6.1 APEX立体定向放疗外置多元限束系统的QA和QC 817

15.6.2 APEX立体定向放疗外置多元限束系统的质控项目检测方法 817

15.6.3 辐射特性质量控制 818

15.6.4 光野与辐射野一致性质量控制 818

15.6.5 治疗计划系统质量控制 819

15.7 定位影像 819

15.8 治疗计划 819

15.8.1 直线加速器 819

15.8.2 γ刀 820

15.8.3 剂量分布评估 820

15.8.4 剂量学 820

15.9 国产γ刀 820

15.9.1 OUR头部γ刀 820

15.9.2 MASEP头部γ刀 821

15.9.3 OUR-QGD体部γ刀 822

15.9.4 玛西普GMBS型体部γ刀 825

15.9.5 海博公司SGS型超级γ刀 825

15.9.6 月亮神γ刀 826

15.9.7 圣爱HOLY·γ-SRRS全身γ刀 837

15.9.8 陀螺旋转式γ刀 841

15.10 头部伽马刀的剂量检测 842

15.11 OUR体部γ刀QA 842

15.11.1 测量工具 842

15.11.2 焦点剂量率 843

15.11.3 γ刀机械中心与辐射野中心的重合性 843

15.11.4 准直器选择 844

15.11.5 计划剂量与实际测量剂量的偏差检测 844

15.11.6 辐射野半影宽度 844

15.11.7 辐射野尺寸 844

15.11.8 穿过准直体的泄漏剂量率 844

15.11.9 计时器线性和计时精度 845

15.11.10 治疗床检测 845

第十六章 电子线放射治疗 849

16.1 引言 849

16.2 电子线能量 849

16.3 电子与吸收介质的相互作用 851

16.4 实际射程RP 851

16.5 电子线限光筒 853

16.6 射野形成 855

16.7 治疗射程 857

16.8 平坦度和对称性 857

16.9 建成区 858

16.10 X射线本底 858

16.11 剂量梯度 859

16.12 倾斜入射 859

16.13 电子束剂量率计算 860

16.14 平方反比定律 862

16.15 内挡块 863

16.16 等剂量曲线 863

16.17 非均匀性的影响 864

16.18 射野衔接 865

16.19 电子线的特殊照射技术 866

16.19.1 电子线旋转照射 866

16.19.2 电子线全身皮肤照射 867

16.19.3 电子线术中放疗 868

16.20 三维剂量计算和治疗计划 868

16.21 电子线治疗的处方、记录和报告 868

16.21.1 肿瘤靶区 869

16.21.2 临床靶区 869

16.21.3 计划靶区 869

16.21.4 PTV勾画 870

16.21.5 治疗区 870

16.21.6 适形指数 871

16.21.7 照射区 871

16.21.8 危及器官 871

16.21.9 危及器官计划靶区 871

第十七章 近距离放射治疗 875

17.1 引言 875

17.2 放射性活度回顾 875

17.3 放射源 876

17.3.1 锶－90／钇－90 878

17.3.2 钌－106／铑－106 878

17.3.3 钇－90 879

17.3.4 磷－32 879

17.3.5 其他β放射核素 879

17.3.6 钯－103 880

17.3.7 镱－169 880

17.3.8 钐－145 880

17.4 近距离放射治疗释源器 880

17.5 辐射源强度及照射量率常数 880

17.6 照射量率与剂量率之间计算 882

17.7 剂量分布的确定 884

17.7.1 粒子源和线源剂量分布表达式 884

17.7.2 β射线剂量分布的计算 885

17.8 辐射源强度的规定 886

17.9 TG-43剂量测量 886

17.10 暂时性植入和永久性植入的累积剂量 887

17.11 植入源的剂量计算系统 887

17.11.1 点源 888

17.11.2 线性排列 888

17.11.3 平面和立体插植 889

17.12 宫颈癌的腔内治疗 891

17.13 水平垂直表 892

17.14 放射源的定位 893

17.15 高剂量率遥控后装式治疗机 893

17.16 医用γ射线后装近距离治疗辐射源检定规程 895

17.17 低能光子线和β射线粒子源的剂量测量 896

17.17.1 参考吸收剂量率 896

17.17.2 含有活度 897

17.17.3 参考空气比释动能率 897

17.17.4 源的均匀性 898

17.18 低能光子源校准 898

17.19 外推电离室 899

17.19.1 再结合 900

17.19.2 发散 900

17.19.3 温度和压力 900

17.19.4 反向散射校正 900

17.19.5 不确定度 900

17.20 广角自由空气电离室 901

17.20.1 复合效应 902

17.20.2 过滤器中的衰减 902

17.20.3 源到孔的空气衰减 902

17.20.4 孔到WAFAC的空气衰减 902

17.20.5 孔的平方反比校正 902

17.20.6 湿度校正 902

17.20.7 电离室内的光子散射 902

17.20.8 源支架的散射校正 902

17.20.9 电离室内电子损失校正 902

17.20.10 孔穿射校正 902

17.20.11 外部光子散射（建成）校正 902

17.20.12 不确定度 903

17.20.13 模体 903

第十八章 质子及带电粒子放射治疗 907

18.1 引言 907

18.2 质子及质子治疗的潜在优势 907

18.3 质子治疗加速器 909

18.3.1 回旋加速器 910

18.3.2 同步加速器 914

18.4 不同能量射束的产生和选择 916

18.5 质子侧面射束的扩展和射野形成 917

18.5.1 被动散射 917

18.5.2 主动扫描 919

18.6 常规射束传输技术 919

18.7 动态射束传输技术 920

18.7.1 振荡射束 923

18.7.2 重绘 923

18.8 特殊治疗技术 924

18.8.1 眼部病灶治疗 924

18.8.2 立体定向放射外科和放射治疗 924

18.9 质子治疗的剂量计算和治疗计划 925

18.9.1 非均匀性的影响 925

18.9.2 阻止本领的确定 925

18.9.3 蒙特卡罗治疗计划 926

18.10 剂量分布 926

18.11 射束特性与参数 927

18.11.1 射束特性 927

18.11.2 射束参数 927

18.12 IBA ProteusPLUSTM质子治疗系统 929

18.13 典型加速器的运行参数 930

18.14 质子治疗的放射生物学 931

18.14.1 微剂量学及线性能量传递 931

18.14.2 已发表的质子RBE值回顾 933

18.14.3 通用RBE值的使用 937

18.14.4 剂量规范 938

18.15 重带电粒子的能量损失 938

18.15.1 高能重带电粒子的能量损失 939

18.15.2 比电离SI 940

18.15.3 核阻止本领 940

18.15.4 低能重带电粒子的能量损失 940

18.15.5 布喇格相加法则 940

18.15.6 重离子的核阻止本领 941

18.15.7 重离子的电子阻止本领 941

18.16 质子射束的校准和日常质量保证 942

18.16.1 束流传输系统的QA 942

18.16.2 患者摆位和位置验证 943

18.16.3 影像系统的QA 943

18.16.4 常规QA 944

18.17 未来的发展 945

第十九章 分子肿瘤学与肿瘤放射生物学基础 949

19.1 引言 949

19.2 细胞 949

19.2.1 细胞增殖及其调控 950

19.2.2 细胞周期与细胞分裂 950

19.2.3 细胞衰老和死亡 951

19.3 肿瘤发病中的多因素、多步骤和多阶段的特点 952

19.3.1 肿瘤发生的二阶段学说 952

19.3.2 肿瘤发生的多因素多阶段理论 953

19.3.3 肿瘤发生的多因素多阶段模型 954

19.4 肿瘤发生中的遗传因素 954

19.4.1 肿瘤的遗传因素 954

19.4.2 肿瘤的家族聚集性 955

19.5 肿瘤发生中的环境因素 955

19.5.1 细胞癌变的化学因素 956

19.5.2 致癌物与促癌物 957

19.5.3 导致细胞癌变的物理因素 958

19.6 癌基因与抑癌基因 959

19.6.1 癌基因的分类与激活机制 959

19.6.2 抑癌基因 959

19.7 细胞分化与肿瘤的发生、转移 960

19.7.1 细胞分化和肿瘤发生 960

19.7.2 肿瘤血管生成及分子机制 960

19.7.3 肿瘤转移的分子生物学 960

19.8 电离辐射的初始物理事件 962

19.8.1 自由基的形成 962

19.8.2 辐射对水溶液的作用 963

19.9 细胞存活与修复 964

19.10 人体肿瘤的生长动力学 964

19.11 线性能量传递和相对生物学效应 965

19.11.1 线性能量传递 965

19.11.2 相对生物学效应 966

19.11.3 RBE取决于剂量 967

19.12 辐射生物学效应 967

19.12.1 靶学说 967

19.12.2 靶学说存在的问题 969

19.12.3 线性二次模式 969

19.12.4 致死性及潜在致死性损伤模式 970

19.12.5 线性二次立体模型 970

19.12.6 低剂量超敏现象 971

19.12.7 氧效应 971

19.13 剂量率引起的生物学效应 972

19.13.1 基于剂量率效应的机制 972

19.13.2 离体细胞剂量率效应的举例 973

19.13.3 IMRT与剂量率 974

19.14 低分割和高分割 974

19.15 辐射致癌 975

19.16 组织损伤 977

19.16.1 小肠黏膜 977

19.16.2 皮肤 977

19.16.3 黏膜反应 977

19.16.4 膀胱表皮 977

19.16.5 造血系统 978

19.16.6 肝 978

19.16.7 甲状腺 978

19.16.8 睾丸 978

19.16.9 卵巢 978

19.16.10 神经系统 979

19.16.11 肺 979

19.16.12 肾 980

19.16.13 血管和血管系统 980

19.16.14 骨和软骨 980

19.16.15 在特殊组织和器官中的放射反应 980

第二十章 辐射防护 985

20.1 辐射防护使用的剂量学物理量 985

20.2 个人辐射暴露 986

20.3 辐射生物学效应 988

20.3.1 致癌作用 988

20.3.2 胎儿／胚胎的辐射风险 989

20.3.3 遗传效应 990

20.4 辐射防护原则 990

20.5 NRC规定 990

20.5.1 年剂量限值 990

20.5.2 医疗执照和基本要求 991

20.5.3 书面指令和医疗事件 992

20.5.4 密封放射源医疗事件 992

20.5.5 NRC事件报告 992

20.5.6 近距离放射治疗的辐射防护 993

20.5.7 NRC关于治疗系统的安全预防措施 994

20.6 个人监测 995

20.7 放射性物品的运输和签收 997

20.7.1 包装标签 997

20.7.2 放射性包裹的签收 997

20.8 直线加速器的防护设计 997

20.8.1 主屏蔽 999

20.8.2 次级屏蔽 999

20.8.3 中子 1000

20.8.4 入口 1000

20.8.5 直线性加速器辐射防护测量 1001

20.9 辐射屏蔽的计算方法 1001

20.9.1 主屏蔽 1001

20.9.2 次级屏蔽 1005

20.9.3 门和迷路的设计 1006

20.10 特殊治疗技术的屏蔽 1013

20.10.1 全身照射注意事项 1013

20.10.2 调强放射治疗注意事项 1013

20.10.3 特殊治疗技术的屏蔽计算 1014

20.10.4 时间平均剂量当量率 1015

20.11 特殊考虑 1016

20.11.1 天空照射辐射 1016

20.11.2 侧向散射的光子辐射 1018

20.11.3 激活 1019

20.11.4 臭氧生成 1020

20.11.5 Tomotherapy 1020

20.11.6 射波刀 1021

20.11.7 专用术中放疗装置 1021

20.11.8 钴－60装置 1021

20.12 辐射防护设计示例 1021

20.12.1 设有迷路的常规放疗机房 1021

20.12.2 射波刀治疗室 1040

20.13 医用诊断X射线辐射防护器具装置行业标准 1043

附录 1047

附录A 1047

A1 矩形射野的等效方形野 1047

A2 百分深度剂量数据（4 MV） 1048

A3 百分深度剂量数据（10 MV） 1049

A4 百分深度剂量数据（15 MV） 1049

A5 组织空气比（TAR）数据（6 MV） 1050

A6 组织最大比（TMR）表（10MV） 1050

附录B 1051

B1 散射修正因子 1051

B2 Mevalac-6 MV百分深度剂量 1052

B3 Mevalac-6 MV百分深度剂量（续表） 1054

B4 Mevalac-18 MV百分深度剂量 1056

B5 Mevalac-18 MV百分深度剂量（续表） 1058

B6 Mevalac-6 MV TMR数据 1060

B7 Mevalac-6 MV TMR数据（续表） 1062

B8 Mevalac-18 MV TMR数据 1064

B9 Mevalac-18 MV TMR数据（续表） 1066

B10 Mevalac-6 MV SMR数据 1067

B11 Mevalac-6 MV SMR数据（续表） 1069

B12 Mevalac-6/18 MV离轴比（OARs） 1070

B13 6 MV Mevalac楔形因子WF（d,f'd） 1071

B14 18 MV Mevalac楔形因子WF（d,f'd） 1072

B15 Mevalac电子束百分深度剂量 1073

B16 MeValac电子线dm值 1073

B17 MeValac限光筒因子Se（fa） 1073

附录C 1074

C1 患者一般状况评分卡氏（KPS）标准／ECOG 1074

C2 ECOG全身状况评估标准 1074

C3 ROTG急性放射损伤分级标准 1075

附录D 1077

D1 高能电子束水中z处平均能量？与表面平均能量？的关系 1077

D2 电子束的水对空气阻止本领比（Sw,air）、实际射程（Rp）和水深的关系 1078

附录E 1079

E1 放射治疗中常用的核素 1079

E2 近距离放射治疗核素 1079