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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-QC 84

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P5 96

3．AAPM规程中电离室电荷收集效率校正因子Ajon 96

1．射线在空气中的平均电离功?/e 96

2．照射量单位制换算常数K 96

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Awall 97

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Katt 97

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Km 99

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KAAPM 99

9．AAPM规程中吸收剂量中Kerma的碰撞份额校正因子βwall 101

三、水中吸收剂量的测定（X线部分） 102

1．仪表读数Mu和M 102

2．电离室电荷收集效率校正因子Pion/PS 102

3．平均阻止本领率Smed,air/（L/ρ）med,air 102

4．电离室壁和气腔对水模体电子通量的扰动校正因子Pu/Pwqll 103

5．Prepl AAPM位移校正因子 104

4．Pcel 106

2．Pu和Pwall·Prepl 106

3．两规程中水对空气的阻止本领率比（Sw,air）U和（L/P）water 106

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Pion 108

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P 201

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-226 241

2．铱Ir-192 242

3．钴Co-60 243

4．铯Ca-137 244

5．金Au-198 245

6．碘I-125 245

7．锶Sr-90 246

8．钽Ta-182 247

二、新型放射源 247

1．镅 Am-241 247

2．钯Pd-103 248

4．镱Yt-169 249

3．钐Sm-145 249

三、中子源 锎Cf-252 250

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