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1、第四章 放射源和放射治疗机,第一节 放射源的种类及其照射方式,放射治疗用的放射源主要有三类：,（1）放出、射线的放射性同位素。 （2）产生不同能量的X射线的X射线治疗机和各类加速器。 （3）产生电子束、质子束、中子束、负介子束及其它重粒子束的各类加速器。,（1）外照射：位于体外一定距离，集中照射人体某一部位，称为体外远距离照射，简称外照射。 （2）近距离照射：将放射源密封直接放入被治疗的组织内或放入人体天然腔内，如舌、鼻咽、食管、宫颈等部位进行照射，称为组织间照射和腔内照射，简称近距离照射。,基本的照射方式有两种：,第一类放射源可以作为体内近距离、体外远距离两种照射；第二、三类放射源只能作体外
2、照射用。,（1）近距离照射，其放射源活度较小（几个mCi10Ci），而且治疗距离较短（5mm5cm）。 （2）体外照射，其放射线的能量大部分被准直器、 限束器等屏蔽，只有少部分到达组织。近距离照射则相反，其放射线的能量大部分被组织吸收。 （3）体外照射，其放射线必须经过皮肤和正常组织才能到达肿瘤，肿瘤剂量受到皮肤和正常组织耐受剂量的限制，为了得到高的均匀的肿瘤剂量，需要选择不同能量的射线和采用多野照射技术。,近距离照射和体外照射相比有四个区别：,（4）由于受距离平方反比定律的影响，在腔内组织间近距离照射中，离放射源近的组织剂量相当高，离放射源远的组织剂量较低，因此其靶区剂量分布的均匀性远比体外
3、照射的差，临床应用必须慎重，防止靶区内有剂量过高或过低的情况发生。（近距离照射时，其靶区剂量分布的均匀性受距离平方反比定律的影响要比体外照射时大。）,放射射线：、除镭外，放疗中使用的放射性同位素均为人工放射性同位素。除钴-60和铯-137外，所有这些同位素只用于近距离照射。,第二节 近距离治疗用放射性同位素源,镭-226是一种天然的放射性同位素，它不断衰变为放射性气体氡。其半衰期为1590年，临床应用的镭是它的硫酸盐，封在各种形状的铂铱合金封套内。1毫克镭经0.5毫米铂铱过滤后，距离镭源1cm处每小时的照射量是8.5R。其能谱复杂，平均能量为0.83MeV。,一、镭-226源（226Ra）,由
4、于镭的获得困难，放射性强度低，只能作近距离照射。长期以来，镭一直用作内照射。但由于其半衰期过长，衰变过程中产生氡气，若氡气逸出会造成环境污染，且其射线最高能量可达3.8MeV，需要厚的防护层等缺点，所以在医学上逐渐被钴-60、铯-137等人工放射性同位素代替。,铯-137是人工放射性同位素，放射，其能量为单能，为0.662MeV，半衰期为33年。距1mCi铯-137源1cm处，每小时照射量为3.26R。因此，1mCi铯-137相当于0.4毫克镭当量。铯-137在组织内具有镭相同的穿透能力和类似的剂量分布，其物理特点和防护方面比镭优越，是取代镭的最好同位素。,二、铯-137源（137Cs）,钴-
5、60也是一种人工放射性同位素，其半衰期为5.27年。其放出两种能量的射线分别为1.17MeV和1.33MeV，因此射线的平均能量为1.25MeV。在组织内的剂量分布也与镭源相似，可以作为镭源的替代物，制成钴针、钴管等。由于其放射性活度高，而且容易得到，因此在作近距离照射时，多用作高剂量率的腔内照射。,三、钴-60源（60Co）,铱-192源是一种人工放射性同位素，它是铱-191在核反应堆中经热中子照射轰击而生成的不稳定的放射性同位素，其能谱比较复杂，平均能量为0.36MeV。由于铱-192的射线能量范围使其在水中的指数衰减率恰好被散射建成所补偿，在距离5cm的范围内任意点的剂量率与距离平方的乘
6、积近似不变。,四、铱-192源（192Ir）,此外铱-192的粒状源可以做得很小，使其点源的等效性好，便于计算。半衰期为74.5d，故铱-192源是较好的放射源，主要用于高剂量率的腔内照射和组织间插植。距1mCi的铱-192源1cm处的每小时照射量为4.9R，铱-192源的半价层为24mm铅，是较容易防护的放射源。,碘-125，半衰期59.6d，射线能量2735KeV，平均能量28keV，半价层为0.025mmPb。由于其射线的能量较低，适用于插植治疗。通常做成粒状源，用于高、低剂量率的临时性或永久性插植治疗。其与铱-192源相比，其缺点是制备粒源需要特定设备、价格比铱-192源贵，而且其剂量
7、分布明显依赖于被插植组织的结构。组织的不均匀性将显著影响碘-125插植时的剂量分布，用常规治疗计划系统计算得到的结果将不可靠，这是因为常规治疗计划系统是假定组织为均一水样。,五、碘-125源,近十多年来，近距离治疗的较大进展是开发使用光子能量位于23100keV范围内的放射性同位素。如钯-103（103Pd）、镅-241（241Am）、钐-145（145Sm）、镱-169（169Yb）等。,六、新型近距离治疗用放射源,开发于80年代初，主要用于永久性插植治疗，对细胞倍增时间不足5d的肿瘤的治疗不仅具有较高的生物效应剂量，而且治疗后肿瘤的残存细胞数较少。钯-103的光子平均能量为21keV，与碘
8、-125的28keV接近，具有易于防护的特点，半衰期为17d。,钯-103,最早由耶鲁大学开发出来，用于妇科肿瘤的治疗。半衰期为432.2a，光子能量60keV。其半价层值较小，易于防护，加之其半衰期较长，有较好的性价比。,镅-241,常做成与碘-125相同的规格，用于组织间插植。它通过电子俘获产生3845keV的特征X射线和61keV的微量射线，平均能量为41keV，半衰期为340d。在水中的剂量分布界于碘-125和镭的替代同位素之间。,钐-145,以电子俘获的方式产生49.8307.7keV范围的X射线和射线，其平均能量为93keV，半衰期为32d。镱-169是由镱-168经中子轰击后得到
9、的，由于其中子俘获截面大，可产生高放射性比活度的镱-169源。其剂量分布优于钯-103和碘-125，由于其会产生308keV的光子，因此不适合用作永久性插植。,镱-169,常规和新近发展的近距离治疗用放射源，按其物理特性，能量可分为200keV2MeV、60keV200keV、及小于等于50keV三段。,七、近距离治疗用放射源的比较,（1）200keV2MeV能量段：所有同位素均为镭的替代同位素，其物理特征是剂量率常数基本不变，不随能量和组织结构的影响；在5cm范围内，剂量分布基本遵守平方反比定律。但半价层随能量降低显著减小。镭疗所建立的剂量学体系可移植到此能量段的同位素。 （2）60200k
10、eV能量段：射线与生物组织的相互作用基本上是服从康普顿弹性散射规律，而散射光子的建成基本上补偿了原射线在组织中的衰减，剂量率常数开始随能量和组织结构变化。,（3）低于40keV以下：光电效应占主要地位，剂量率常数随射线能量和组织结构的变化更大，射线的生物效应对能量的依赖性提示我们，镭疗及其镭的替代核素在临床上积累的经验即组织剂量效应数据，不能直接用于这些低能的同位素治疗，同时相应的治疗计划系统应使用相应的剂量计算模型。,过去曾经用镭制成射线敷贴器，用于治疗表浅病变，但由于镭还有很强的放射性，所以镭作源应用不理想。后来发展了锶-90射线敷贴器。锶-90以28a的半衰期衰变成钇-90，后者再以64
11、a的半衰期变成锆-90。锶-90射线的最高能量为0.54MeV，而钇-90能产生穿透力更强，最高能量为2.27MeV的射线。由于射线在组织中有一定射程，尽管锶-90射线能量不均匀，但锶-90射线敷贴器造成的百分深度剂量曲线较镭制射线敷贴器要好。,八、锶-90同位素源,锎-252目前用于腔内治疗的较好的中子源。其半衰期为2.65a，发射裂变中子，中子平均能量为2.35MeV，同时也发射射线，剂量计算和测量相对比较复杂。,九、锎-252中子源,小结：1、放射源的种类和照射方式 2、近距离治疗用放射源 3、近距离治疗用放射源比较,与肿瘤患者治疗有关的常有设备:主要有各种内外照射治疗机、模拟定位机和治
12、疗计划系统。,第三节 X射线治疗机,治疗机包括中低能X射线治疗机（KV级治疗机）、高能治疗机（MV级治疗机），目前普通应用的是60Co治疗机、医用加速器等；和近距离治疗中使用的后装治疗机；以及立体定向放射外科和立体定向放射治疗设备。,X射线治疗机曾经在放射治疗中广泛使用，但在20世纪的五、六十年代后，逐渐被高能治疗机所取代。尽管如此，X射线治疗机由于其固有的一些特点，如与高能治疗机比较，设计和操作简单，价格比较低，适合治疗浅表部位的肿瘤等，在中小型的放射治疗中心仍有使用价值。,第三节 X射线治疗机,高速电子撞击靶物质时，产生碰撞和辐射两种损失，前者主要是产生热，后者主要是产生X射线。二者之比为
13、：,第三节 X射线治疗机,一、X射线的产生及其能谱,式中T是高速运动的电子的动能（MeV）；Z是靶物质的原子序数。,例如，250KV的低能X射线治疗机，靶材料钨，则T250keV0.25MeVZ74辐射损失占电子能量损失的2，碰撞损失占98，以热量的形式出现，所以一般低能X射线治疗机要有靶的冷却装置。对于能量较高的加速器产生的X射线，由于电子的动能很高，电子能量的大部分产生X射线，只有小部分产生热，所以高能电子加速器一般不需要冷却装置。,辐射产生X射线，主要是两种方式：（1）特征辐射高速运动的入射电子与靶材料原子的内层轨道电子相互作用。内层轨道电子获得动能，脱离原轨道成为自由电子，这时外层轨道
14、电子发生轨道跃迁，补充到内层轨道的空位，并以电磁辐射的形式辐射其能量。这一机制产生的X射线称为特征辐射，其能量正好等于发生跃迁的轨道能级差。,（2）韧致辐射高速运动的电子，靠近靶材料原子的原子核附近，由于原子核库仑力的作用，电子运动受阻，改变方向，并伴有电磁辐射损失能量，即产生X射线。与单能量的特征X射线不同，韧致辐射X射线的能量，可以是最小直至入射电子的初始动能，即具有连续能谱。电子与物质相互作用，发生韧致辐射的几率与靶材料原子序数的平方成正比，也就是说，韧致辐射更容易发生在高原子序数靶物质中。,有两种成分。轫致辐射形式的能谱是连续的，是X射线谱中的主要成分。为了获得满意的能谱分布，往往要加
15、些滤过，把低能成分去掉。,X射线的能谱,临床用的X射线机根据能量高低分：临界X射线（610kV）、接触X射线（1060kV）、浅层X射线（60160kV）、深部X射线（180400kV）、高压X射线（400kV1MV）以及高能X射线（250MV），高能X射线主要是由各种形式的加速器产生。低能X射线机与钴-60、加速器相比，主要缺点是：百分深度剂量低、能量低、易于散射、剂量分布差等，因此其逐渐被取代。,治疗机的分类按X射线机球管电压和线束特点，基本分为：（1）接触治疗机：管电压2050KV，治疗距离即靶到皮肤距离10cm或更小，治疗深度仅为12mm。（2）浅层治疗机：管电压50150KV，HVL
16、约为18mm铝，治疗距离1030cm，治疗深度一般到5mm。（3）深部治疗机：管电压约150300KV，治疗距离3040cm，HVL约为13mm铜，治疗深度一般到2cm。,低能部分对治疗是毫无用处的，且容易产生高的皮肤剂量。设法去掉低能部分，而保留较高能量的X射线，过滤板可以起到这样的作用。选择合适的过滤板使其对低能部分比高能部分吸收的多，这样改进后的X射线比原来的X射线其平均能量要高，即半价层高。,二、X射线质的改进过滤板的作用,（1）140kV以下的用铝，140kV以上的用铜或铜加铝或用复合滤过。 （2）同一管电压的X射线，过滤板不同，所得X射线的半价层不同。,使用过滤板时，应注意的几点：,（3）使用复合过滤板时，应注意放置次序，沿射线方向，先放原子序数大的，后放原子序数小的。这样放置的目的是为了滤掉滤板本身产生的特征谱线，同时也达到滤掉低能部分的目的。 （4）不是滤过越多越好。虽然滤过越多，谱线分布对治疗越好，但过多的滤过会使X射线强度大大降低，不合算。,
