放射肿瘤学/物理学/治疗机器
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放射治疗治疗机器
- 接触治疗机
- 40-50 keV
- 用 0.5-1.0 毫米铝过滤以去除非常低的能量（束硬化）
- SSD = 2cm
- 5 毫米处的深度剂量为 50%
- 浅层治疗机
- 50-150 keV
- 用 1-4 毫米铝过滤以去除非常低的能量（束硬化）
- SSD = 20 厘米
- 1-2 厘米处的深度剂量为 50%
- 正压治疗机
- 150-300 keV
- 用 1-4 毫米铜过滤
- SSD = 50 厘米，场 20 x 20 厘米
- 5-7 厘米处的深度剂量为 50%
- 主要治疗机器 <1950 年代
- 远距离治疗机（钴）
- 1951 年推出
- 钴-60 衰变产生两个能量分别为 1.17 MeV 和 1.33 MeV 的光子
- 剂量率 >150 cGy/分钟
- SSD = 80 厘米，场 40 x 40 厘米
- 10 厘米处的深度剂量为 50%
- 半衰期 5.28 年，大约每 5 年需要更换一次源
- 源胶囊的 2 厘米尺寸会导致光束的半影很宽（特别是与 4 毫米的直线加速器源尺寸相比）
- 感应加速器
- 1940 年开发，主要用于物理实验
- 治疗能量高达 45 MeV（尽管感应加速器的最大能量约为 300 MeV）
- 庞大的尺寸、高成本和低剂量率阻碍了其广泛应用
- 直线加速器（直线加速器）
- 1953 年用于临床实践
- 请参阅 X 射线产生部分了解更多详细信息
- 目前是现代放射肿瘤学中的主要治疗机器
- SSD = 100 厘米，场 40 x 40 厘米
- 一台机器可以产生多种不同的光子束能量，并且也可以在电子模式下工作
- 微波加速器
- 1972 年用于临床实践
- 线性加速电子（类似于直线加速器），但使用固定磁场（类似于回旋加速器）将它们限制在内。电子在越来越大的轨道上移动，并选择所需的能量进行提取和光子产生
- 与直线加速器相比，微波加速器结构简单、体积小、能量选择方便。光束本身具有较小的能量散布、光束发散和尺寸
- 商业医疗能量高达 50 MeV
- 加速重带电粒子（质子、重离子、氘核，用于产生中子束）
- 1930 年代开发用于物理研究；1960 年代用于临床实践
- 粒子在两个 D 形半圆柱之间以圆形轨道加速，使用固定磁场和可变半径轨道
- 质子能量 >200 MeV 才能获得足够的穿透深度
- 约 50 MeV 的氘核能量足以产生中子束
- 加速重带电粒子（质子、重离子、氘核，用于产生中子束）
- 与回旋加速器类似，但使用可变磁场和固定半径轨道
- 洛玛琳达拥有第一个专门的质子治疗设施
- 电子伏特 (eV) - 放射肿瘤学中使用的能量单位。静止电子在经过 1 伏特电场加速后获得的动能。加速距离无关紧要，因为较短的距离会产生更强的电场，从而导致更大的加速。光束能量的量度
- X 射线产生分两步进行
- 1 - 电子加速
- 2 - 这些电子与金属靶碰撞，将它们的能量转换为 X 射线
- 2A - 轫致辐射（在诊断能量下占 80%，在治疗能量下占 99%）
- 2B - 特征 X 射线产生通过电离（在诊断能量下占 20%，在治疗能量下占 1%）
诊断和治疗 X 射线在电子加速方面有所不同；与靶碰撞和 X 射线产生基本上相同
- 诊断 X 射线电子加速
- 金属灯丝（钨）用作自由电子的来源。灯丝被加热以释放更多自由电子每单位时间
- 灯丝放置在真空中，以防止空气分子与自由电子相互作用。派热克斯玻璃用于承受高温
- 施加高压以产生合适的 X 射线
- 治疗 X 射线电子加速
- 待续...
- 电子与金属靶碰撞（以及 X 射线的产生）
- 轫致辐射（辐射）
- 进入的负电子被带正电的原子核吸引，导致方向改变
- 方向改变要求电子损失能量，以 X 射线光子的形式辐射出去
- 弯曲越大，能量损失越大，产生的 X 射线能量越高
- 180 度弯曲会导致所有入射电子能量转换为 X 射线。这是最大光束能量。诊断 X 射线在 10-150 keV 范围内
- 产生不同能量的 X 射线光谱，作为不同电子以不同方式弯曲的函数
- 最常产生最低能量的 X 射线，但许多 X 射线在设备中被过滤掉
- 该过程效率不高，仅将约 1% 转换为可用的电磁辐射 (X 射线)，而剩余的 99% 转换为无用的电磁辐射 (热量)
- 入射电子能量越高，它越有可能被转换为 X 射线而不是热量
- 特征 X 射线（电离）
- 入射电子击出一个 K 或 L 壳层电子，在该壳层中产生空位
- 然后，较高壳层电子“跃迁”到该空位，在此过程中以电磁辐射 (光子) 的形式释放多余的能量
- 这种辐射对于给定元素是特征性的（因为它是壳层能级差异的函数），因此称为特征辐射
- 特征 X 射线作为一系列峰值产生，具体取决于源壳层和靶壳层之间的差异
- 对于钨，这些峰值位于 59.3 keV (L1->K)、58.0 keV (L2->K) 和 67.2 (M->K)。L 壳层不可见
- 特征 X 射线的能量不会随着电压的改变而改变，因为它们是不同壳层能量的函数，是由电子“跃迁”到空轨道位置而引起的
- 由于 X 射线作为复杂光谱产生，因此光谱的有效能量定义为与实际光谱在水中具有相同穿透力的单一能量。对于 keV 能量的钨，它大约是 1/2.2 (45%)。对于 MeV 能量的钨，它大约是 1/3
- 轫致辐射（辐射）
- 钴-60 伽马射线产生
- 待续...