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1、放射治疗与核医学放射防护与质量控制检测技术福建省职业病与化学中毒预防控制中心 金益和（培训教材）一、电离辐射医学领域的应用自1895年、1896年伦琴和贝克勒尔相继发现X射线和放射性铀以来,电离辐射在各行各业的应用中，当数其在医学领域的应用历史最久、普及最广、影响最大。从应用射线的性质而言,电离辐射在现代医学领域中，已发展为相对独立的X射线诊断学、核医学和放射肿瘤学三大现代医学学科。这些学科在疾病预防与诊断治疗中发挥了独特作用，已成为现代医学不可缺少的重要组成部分。随着社会和经济的发展，我省电离辐射的医学应用也得到了飞速的发展。但是，电离辐射应用无疑是一把双刃剑，其在造福于人类的同时，也存在着
2、放射性损害的危险。电离辐射医学应用的安全性与最终诊疗效果取决于卫生行政部门的监督管理,医院自主的行政与业务管理,放射诊疗医师、物理剂量人员和放射治疗技师的综合素质,电离辐射设备技术性能等等综合水平。为了保证放射卫生监督与卫生技术服务工作的质量与水平，所有相关的卫生监督与卫生技术服务工作人员都应对电离辐射医学应用分类及内容有一个“框架式”的理解。图1.1为电离辐射医学应用的示意图。上一章已详细讲解了X 射线诊断学，本章主要介绍放射肿瘤学和临床核医学。电 离 辐 射 的 医 学 应 用X 射线诊断学临床核医学放射肿瘤学(放疗)近距放疗远距放疗治疗诊断数字化传 统腔内管内g射线敷贴腔内插植放射药物扫
3、描机像机SPECTPETX-CTDSADRCR透视摄影造影X射线间组织电子束朮中敷贴中子重粒子影像医学介入放射学超声影像学磁共振影像学 图1.1 电离辐射医学应用的示意图二、 放射肿瘤学与临床核医学简介（一） 放射肿瘤学1、概述放射肿瘤学（radiation oncology）也称为放射治疗学，是主要研究放射线单独或结合其他方法治疗肿瘤的临床学科，是放射学和肿瘤学的交叉科学。放射治疗是恶性肿瘤最重要治疗手段之一，其根本目的是治病救人，最大限度地消灭肿瘤，同时最大限度地保存正常组织的结构与功能，提高患者的长期生存率和生活质量。近年来随着分子生物学、计算机、电子技术的进步，放射肿瘤学已进人快速发展
4、的新阶段。X线和镭两种射线源的发现为人类诊治肿瘤奠定了基础。镭被发现后不久，人们就认识到放射线的生物学效应，1898年就治愈了第一例患者。由于受当时科学水平的制约，放射生物学的发展严重滞后于临床，直到1922年用X线治愈了晚期喉癌并且没有并发症，才确立了放射治疗的临床地位。20世纪50年代初成功研制了钴60治疗机，标志着“千伏时代”的结束和“兆伏时代”的开始，成倍提高了肿瘤放射治疗的疗效。1955年斯坦福大学安装了直线加速器，逐渐成为放疗设备的主流，与钴机相比虽然疗效提高不大，但明显减轻了放疗副作用。20世纪70年代以来，随着电子技术、计算机的发展，模拟机、CT、MR、治疗计划系统相继问世，进
5、一步提高了临床放疗精度。20世纪80年代放射源微型化及电脑软件发展为后装治疗注入了活力，现已应用于宫颈癌、鼻咽癌、食管癌、肺癌及软组织肿瘤等，成为外照射的重要补充。在瑞典外科学家Leksel l968年发明刀的基础上，美国学者Larsson和意大利学者Colomb 1985年发明了X-刀，扩大了放疗的临床范围，明显提高了部分病变的疗效。近年来，逆向治疗计划系统和调强适形治疗能够在三维方向上形成令人满意的放射剂量分布，为人类克服肿瘤提供了全新的手段，也代表着2l世纪放射肿瘤学的发展方向。 我国放疗事业发展迅速，并已形成一定特色。解放前仅有2个放疗中心，现已有200余家放疗单位，并能制造钴-60机
6、、直线加速器、后装机、模拟定位机等仪器，引进和自己设计生产了X-刀、-刀等先进设备。附着我省的改革开放，放射治疗工作得到了突飞猛进的发展。短短的10年间，从80年代初的只有2、3家医院开设放射治疗专业科室，至今已有近20家医院设有放射治疗中心或科室。当然也带来放射卫生监督与放射卫生技术服务的一系列问题。2、放射肿瘤学组成及工作与研究内容 一般认为，放射肿瘤学由三大专业学科综合而成，即：放射物理学、放射生物学和临床放射肿瘤学。（1）放射物理学A治疗计划系统的使用与研究。治疗计划系统是计算机和现代影像技术发展的结晶，将患者的CT、MR图像通过数字化仪输入计算机后，模拟不同方式的内照射、外照射、多孤
7、旋转照射，在计算机屏幕上精确显示靶区及邻近正常组织、关键器官受量，选择最佳方案。三维显示功能的开发使图像更为精确、逼真。B模拟定位及CT模拟机性能提高。将CT、模拟机、TPS功能集于一身，使放疗方案的设计、选择、验证更为准确、迅速、方便。C开展适形调强治疗及立体放射治疗。通过不同平面的多弧旋转调强治疗使剂量分布更接近理想化水平，更有效地消灭肿瘤，保护正常组织，扩大放射治疗的应用范围，调强适形照射可以进一步提高肿瘤疗效。D 高线性能量传递射线应用于临床，以提高腮腺肿瘤、软组织肿瘤、脊索瘤等肿瘤的疗效，国内快中子加速器已应用于临床。（2）放射生物学A放射敏感性预测，分子生物学的发展为放射敏感性预测
8、提供了新途径，在分子水平研究射线与基因表达、信号传递的关系，但目前尚未发现可靠的标志基因。B基因治疗，利用转基因方法把能够提高肿瘤放射敏感性的基因转移到肿瘤细胞内，从而提高肿瘤的放疗疗效，探索新的放射增敏途径。(3)临床放射肿瘤学除了吸收放射物理、放射生物学成果外，主要侧重于研究：C 时间、剂量因子，这是一项具有重要临床意义的工作。超分割、后程加速超分割提高了部分肿瘤的疗效。D综合治疗，研究放射治疗与手术、化疗、中医中药、生物治疗、热疗相结合的综合治疗，探索各种常见肿瘤的综合治疗方法，以期进一步提高疗效。3、放射治疗基本形式（1） 放射治疗辐射源放射治疗所用的辐射源主要有三种：放射性同位素所放
9、出的射线；常压X射线治疗机和各类加速器产生的不同能量的X射线；各类加速器产生的电子束、中子束和其他一些重粒子。（2） 放射治疗的基本形式放射治疗按放射源与病变的距离可分为远距离治疗和近距离治疗。A远距离治疗又称外照射。是指放射源位于体外一定距离的照射。它又可分为：固定源皮距、固定源轴和旋转照射技术。远距离照射的主要特点是受照靶区内剂量相对均匀。B近距离治疗又称为内照射。是指放射源位于体内或紧贴的照射。它可分为：腔内、管内、组织间插入、术中和敷贴治疗五大类。其主要特点是各部位剂量大小与距放射源距离的平方呈反比，故受照靶区内剂量不均匀。以上两种治疗方式可单独使用，也可互为补充手段。4、 放射治疗常
10、用设备（1）X射线治疗机 基本原理与设备结构与X射线诊断机相似（2）钴60治疗机 A基本原理 利用放射性同位素60-钴发射出的射线治疗肿瘤。B基本结构 图2.1所示为钴-60治疗机的基本结构，其由机头（钴源、遮线器装置、准直器系统）、机架、平衡锤、治疗床、控制台等。图2.1 远距钴60治疗机外形图C主要质控技术指标：机械及 几何参数（表4.1）、照射野特性（表.2）、剂量测量及控制系统。D临床应用特点 与X线治疗机相比60-钴治疗机的特点是：a. 射线穿透力强，提高了深部肿瘤疗效；b. 皮肤反应较轻，这主要是因为60-钴射线的建成深度位于皮下5mm处，皮肤剂量相对少；c. 与物质的作用以康普顿
11、效应为主，骨吸收类似于软组织吸收，可用于骨后病变治疗；d.旁向散射少，放射反应轻；e.经济可靠、维修方便；f.缺点是需换源，不治疗时亦有少量放射线。（3）医用直线加速器图2.2 医用直线加速器外形图图2.3 医用直线加速器基本原理A基本原理 是利用微波电场沿直线加速电子然后发射电子线或X线、治疗肿瘤的装置。 在真空加速管的一端安置电子源和微波输入装置，另一端安置可移动的靶。微波束由交变的正负电位峰构成，并以光的速度沿管移动，注入管中的电子被正电位峰吸引并被负电位峰排斥得以加速，加速后的电子可以直接被引出治疗病变，也可以先打靶发射X线来治疗病变。 B基本结构 主要由加速管、微波功率源、微波功率传
12、输系统、电子枪、束流系统、真空系统、恒温冷却系统、治疗床、控制系统等构成。 C主要质控技术指标 机械及几何参数（表4.1）、照射野特性（表4.2）、剂量测量及控制系统。D临床应用特点 与60-钴治疗机相比，直线加速器的特点是：A.能发射不同能量的电子线，便于治疗浅表部位病变，同时有效保护深部组织，用于乳腺术后胸壁照射不至于损伤肺；B.可根据病变部位选择一定能量的X线，对于体部病变也能达到较理想的剂量分布；C.设野方便、照射野均匀性好；D.便于改装成X-刀；E.缺点是维修相对复杂。（4）模拟定位机模拟定位机是利用X射线成像原理，并经影像增强器处理后可以得到更为清晰的图像，来模拟各类治疗机治疗时照
13、射部位、范围，以保证放射治疗的质量。（5）近距离后装治疗机图2.4 模拟定位机基本结构 近距离治疗是与远距离治疗相对而言的，它主要包括腔内、管内照射、组织间插植、术中置管、术后照射和敷贴照射。近距离照射已有很长历史，1898年居里夫人发现镭以后，在1905年即进行了第一例镭针插植，20世纪30年代Paterson和Parker建立了镭针插植规则以及剂量计算方法，使组织间照射成为有效的照射手段之一。70年代以后铱源逐步代替了镭，80年代现代近距离治疗技术取代了传统的近距离治疗，安全、准确、可靠、操作方便、便于防护。现代近距离治疗特点：A.放射源微型化，以达到身体各部位的肿瘤；B.高活度放射源形成
14、高剂量率治疗，缩短了照射时间又减轻了病人的负担；C.计算机治疗计划设计可提高治疗的质量并能优化治疗方案。(6)剂量仪、计划系统、水箱这类仪器是放射治疗科室进行治疗计划的设计、应用质量保证的必备仪器。（二）核医学1、概述核医学(nuclear medicine)是用放射性核素诊断、治疗疾病和进行医学研究的医学学科。一级学科属临床医学。在我国将核医学分为实验核医学和临床核医学两大部分，实际上这两部分内容是不能截然分开的。 核医学是一门新兴学科，是伴随放射性核素的发现和核技术在医学的应用发展起来的，核医学发展可以追溯到1895年，与放射治疗的起源是一致的。但由于天然放射性核素钋、镭等半衰期较长或质量
15、数较大或射线不适合显像等而不能用于人体内。直到1934年Joliet和Curie研制成功用人工方法生产放射性核素，才真正揭开了放射性核素临床应用的序幕。此后10年间是核医学发展的初期阶段并奠定了核医学学科发展方向。 在仪器方面，1949年发明了第一台闪烁扫描机，揭开了核医学显像诊断的序幕。HalAngel在1950年研制了井型晶体闪烁计数器，用于体外放射性样品测量，1957年研制了碘化钠晶体和针孔准直器的照相机，可以一次性成像，开创了核医学显像的新纪元。放射性核素发射式计算机断层显像(emission computedtomography，ECT)与XCT几乎是同时问世的。1963年Kuhl和Edwards研制了第一台单光子发射式计算机断层显像(single photon emission computed tomography，SPECT)。断层显像可
