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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 MOSFETs167

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QA211

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,Q0285

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 MLC375

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VERO400

9.11.1 VERO基本结构与技术参数400

9.11.2 日常QA402

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QA551

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QA569

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 EPID586

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IMRT593

12.4.3 动态IMRT594

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QA604

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54648

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HU667

13.4.4 数字重建放射影像668

13.4.5 虚拟模拟669

13.4.6 4D CT669

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CBCT690

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 CT693

13.12.4 kV锥形束CT693

13.12.5 MVCT694

13.12.6 C形臂X光透视机695

13.12.7 Varian OBI和Elekta synergy XVI695

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QA747

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ROI792

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QC817

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QA842

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RP851

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－90878

17.3.2 钌－106／铑－106878

17.3.3 钇－90879

17.3.4 磷－32879

17.3.5 其他β放射核素879

17.3.6 钯－103880

17.3.7 镱－169880

17.3.8 钐－145880

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SI940

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QA942

18.16.2 患者摆位和位置验证943

18.16.3 影像系统的QA943

18.16.4 常规QA944

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 Tomotherapy1020

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A1047

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B1051

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C1074

C1 患者一般状况评分卡氏（KPS）标准／ECOG1074

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D1077

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E1079

E1 放射治疗中常用的核素1079

E2 近距离放射治疗核素1079