放射物理学概述
第一节 放射物理学概述
一、电离辐射
电离辐射有两大类：电磁辐射和粒子辐射。
1.粒子辐射包括电子、质子、中子、负π介子和氦、碳、氮、氧、氖等重粒子，除去中子不带电外，所有其他粒子都带电。它们的物理特点之一就是在组织中具有一定的射程，即达到一定深度后，辐射能量急剧降为零，形成Bragg峰。这一特点在临床治疗中有重要意义，位于射程以外的组织可以免受辐射的作用，认识这点有利于保护肿瘤周围的正常组织。
2.电磁辐射由X线和γ线组成，前者由X线治疗机和各类加速器产生，后者在放射性同位素蜕变过程中产生，目前临床上常用的有60Co、137Cs、192Ir。
3.光子和物质作用的物理效应产生3种效应：光电效应、康普顿效应、电子对效应。
二、放射剂量单位
放射治疗中常用的放射线剂量单位为吸收剂量，即单位质量所吸收的电离辐射能量，按照SI单位制吸收剂量单位为戈瑞（Gray），以符号Gy表示，1Gy=1J/kg，1Gy=100cGy。R（伦琴）则为照射量的单位，1R=2.58x10-4C/kg。
三、放射治疗剂量学原则
1.肿瘤剂量要求准确，照射野应对准锁定的靶区。
2.肿瘤治疗区域内，剂量分布要均匀，剂量变化梯度不能超过±5%，即要达到90%以上的剂量分布。
3.射野设计要尽量提高治疗区内剂量及降低照射区周围正常组织的剂量。
4.保护肿瘤周围重要器官免受照射，至少不能使它们接受超过其允许耐受剂量范围。
四、放射源与放射治疗设备
放射使用的放射源现共有三类：①放射性同位素发出的α、β、γ射线；②X 线治疗机和和各种加速器产生的不同能量的X线；③各种加速器产生的电子束、质子束、中子束、负π介子束及其他重粒子束等。除此之外，还有一种利用同位素治疗，既利用人体不同器官对某种放射性同位素的选择性吸收，将该种放射性同位素注入体内进行治疗，如131I治疗甲状腺癌。(https://www.daowen.com)
1.X线治疗机 可分为X线治疗机（10～60KV）、浅层治疗机X线（60～160KV）和深部X线治疗机（180～400KV）等不同能量射线。X线治疗机的缺点是能量低，穿透力弱，皮肤受量大，现已较少使用。
2.医用加速器 有电子感应加速器和电子直线加速器。前者输出高能电子束，后者输出高能电子束（8～14MeV，主要针对浅表层肿瘤）和高能X线（4～10MV，穿透力强，皮肤受量少）。医用加速器中用得最多技术发展最快的是电子直线加速器。
3.60Co治疗机 60Co在衰变中释放的γ线平均能量为1.25MeV，和一般深部X线机相比，具有以下优点：①穿透力强，深部剂量较高，适用深部肿瘤治疗；②最大剂量点在皮下5mm，所以皮肤反应轻；③在骨组织中的吸收量低，因而骨损伤轻；④旁向散射少，射野外组织量少，全身积分量低；⑤与加速器相比，结构简单，维修方便，经济可靠。其不足之处是存在着半影问题。造成60Co机半影问题的原因有三种，即几何半影、穿射半影和散半影。半影的存在造成射野剂量的不均匀性。前两种半影是由机器设计造成的。采用复式限光筒或在限光筒与病人皮肤上放遮挡块，可以相对消除几何半影；采用同心球面遮光机可以相对消除穿射半影。目前，60Co治疗机有固定式和螺旋式两种类型。
4.放射性核素 226Ra为天然放射源，因其半衰期长，现已为人工放射性核素60Co、137Cs、192Ir所替代。放射性核素可放射α、＆szlig、γ三种射线，临床上＆szlig射线仅用于治疗表浅肿瘤，γ射线为放射治疗的主要放射源，能量1.25MeV。
5.模拟定位机 是一种类似X射线诊断机的设备，可以模拟放射治疗机各种机械参数，用于肿瘤定位、验证和照射野的证实。
6.治疗计划系统（TPS）利用电子计算机进行放射治疗计划的设计，主要是进行照射方式、剂量分布及治疗方案的优化，提高放射治疗计划的质量。
五、X线的剂量学特点
临床实践中应用的X线按其能量高低可分为：①接触X线或浅层X线，10～125KV，适用于治疗皮肤表面或皮下1cm以内病变。②深部X线，125～400KV，适用于治疗体内浅部病变。③高压X线，400KV～1MV。④高能X线，2～50MV，主要由电子直线加速器产生，为目前放射治疗中最为广泛应用的治疗设备，它可治疗体内各个部位的肿瘤。X线能量增加穿透能力亦增加，高能X线骨吸收与软组织吸收相近，最大剂量点在皮下，有保护皮肤作用。
六、基本照射方法
临床上常用的照射方法有两大类：近距离放射和远距离放射。
1.近距离放射时把密封的放射源置于需要治疗的组织内（组织间照射）或人体天然腔内（腔内照射）。常用的放射源如137Cs、192Ir和60Co等。近距离治疗的优点是可在肿瘤组织内给以高剂量照射，而周围正常组织的受量小，低剂量率持续照射还具有某些生物学上的优点；缺点是靶区内剂量分布不均匀，治疗的容积不宜太大，其应用也受到解剖部位的限制。因此，近距离治疗主要用于对肿瘤局部的加量照射，在多数情况下要与外照射配合使用。
2.远距离照射时，照射装置远离病人，放射线必须经过体表皮肤及体内正常组织，然后才能达到肿瘤组织，也称为外照射。这是目前放射治疗中应用最多的照射方式。外照射的临床剂量学的原则是：①靶区的剂量要求准确；②靶区内剂量分布要均匀，最高剂量与最低剂量的差异不能超过10%；③应尽量提高治疗区域内剂量，尽量使周围正常组织的剂量减少至最低程度；④尽可能不照射或少照射肿瘤周围的重要器官，如脊髓、眼、肾等，其照射剂量不能超过其耐受量。
（蔡晓军 袁选举）