肿瘤放射物理学基础

本教材和系列视频为学习肿瘤放射物理学提供了一种新的方式。具体包含三个关键组成部分： ①教学视频： 每个视频长度为10~15分钟，与教材文本中的特定部分相对应。与教材配合，包含多选题的视频对于学习者特别有帮助。②教材： 教材遵循以概念为基础的结构化课程设计。例如，第7章讨论了带电粒子在穿过物质时如何失去能量，第9章则基于这个概念解释了在直线加速器中光子束是如何产生的。③习题集： 教材包含数百道习题(教师版有答案和解释)，教学视频还包括数百个问答题。这些习题集和问答题为读者提供了一个重要的学习工具，因为物理最好是通过解决实际问题的方式来学习。

本教材内容经过了广泛的“实地测试”。作为使用超过15年的一本课程教学教材，已经由来自各种背景的大量学员尝试、测试和完善，学员包括放射肿瘤学住院医师、医学生、住院物理师、研究生、放射治疗师、剂量师等。本教材广受学员的深度好评。教材内容非常丰富、适用、易懂和易学，适合不同水平、经验的人员系统学习，也可以就具体某一章节的内容进行针对性学习。

本教材对教师教学也非常有帮助。教材文本和视频可以用来开发“翻转课堂”，开展翻转教学。学生、教师课前预习，课堂大部分时间进行互动讨论和答疑解惑，解决实践问题。翻转教学正在成为高级课程主流的教学方法。数据表明，这种主动的学习方法能使学生对教学内容理解得更透彻，并能更好地记忆和掌握。主动学习还能缩小学生之间的成绩差距。然而，尽管主动学习有这些优点，但开发这样高质量的教材需要大量的时间和辛勤的努力。鉴于没有相应的教材，大多数教师不能有效地开展翻转教学。本教材很好地解决了这一问题，使教师和学生能够更容易地进行翻转教学和主动学习。

本教材的每一章都包含习题集。教师版中有问题答案和详细的解释。这也有助于促进学生主动学习。

毫无疑问，学习物理学是很有挑战性的。但物理学也是一门内容丰富而引人入胜的学科。我希望本教材和系列视频能激发读者的学习兴趣，并帮助读者深入地学习，最终为患者提供更高质量的照护。对我来说这份努力是非常值得的。

本书内容包括物理学基础、 核结构与衰变、核衰变数学原理、近距离放射治疗I、光子与物质的相互作用、光子光束，剂量和Kerma、 粒子与物质的相互作用、x射线管和直线加速器、医用直线加速器、兆伏级光子束、兆伏级光子束：TMR和剂量计算、光子束治疗计划设计一、光子束治疗计划设计二、IMRT和VMAT、兆伏级电子束、辐射测量：电离室、其他辐射测量装置、质量保证、射线成像、非射线成像、图像引导放射治疗（IGRT）和运动管理、立体定向放疗、全身照射（TBI）和全皮肤电子线照射（TSET)、粒子治疗、辐射防护、近距离放射治疗的应用和放射性药物、患者安全和质量改进等。适合于相关专业的教材，以及放射肿瘤学住院医师、专科医师规范化培训、肿瘤放疗物理师规范化培训、技师规范化培训使用，另外可供在职人员自学。

杨瑞杰,北京大学第三医院肿瘤放疗科副主任
国家重点研发计划首席科学家
中国生物医学工程学会医学物理分会理事，教育专业委员会副主任委员
中国医疗器械行业协会医疗人工智能专委会委员
Journal of Applied Clinical Medical Physics杂志副主编
国家食品药品监督管理总局医疗器械审评中心专家咨询委员会委员
发表文章100余篇，主持国家重点研发计划、国家自然基金等项目10余项
国际原子能机构（IAEA）肿瘤放射治疗区域合作项目（ RCA ）牵头国项目协调员
国际电工委员会放疗、核医学和剂量学设备工作组成员（IEC 62/SC 62C/WG 1 Member）

第1章基础物理学
1.1波和粒子
1.1.1电磁波
1.1.2粒子
1.1.3波粒二象性
1.2原子结构
1.2.1原子结构与库仑定律
1.2.2原子的量子(玻尔)模型
1.2.3量和单位
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第2章核结构与衰变
2.1核结构与能量学
2.1.1核结构与命名法
2.1.2同位素图与结合能
2.1.3核衰变与能量释放
2.1.4同位素命名法
2.2核衰变类型
2.2.1β-衰变
2.2.2β 衰变
2.2.3β衰变： 产生和半衰期
2.2.4α衰变
2.2.5其他衰变类型
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第3章核衰变中的数学
3.1指数衰减
3.1.1指数式衰减导论
3.1.2活度和活度单位
3.1.3半衰期
3.1.4平均寿命
3.2同位素的平衡
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第4章近距离治疗
4.1近距离治疗放射源和同位素
4.1.1常用同位素： 低剂量率/高剂量率近距离治疗
4.1.2低剂量率放射源的设计
4.1.3高剂量率放射源的设计
4.1.4其他形式的近距离治疗
4.2近距离治疗照射量和剂量
4.2.1照射量
4.2.2近距离治疗放射源的照射量率
4.2.3平方反比衰减
4.2.4TG43公式和空气比释动能强度
4.2.5TG43剂量计算公式
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第5章光子与物质的相互作用
5.1低能光子
5.1.1相干散射
5.1.2光电效应过程
5.1.3光电效应： 相互作用概率
5.2高能光子的相互作用
5.2.1康普顿散射
5.2.2康普顿散射： 相互作用概率
5.2.3康普顿散射： 方向依赖性
5.2.4电子对产生
5.2.5相互作用截面： 综合考虑
5.2.6光核反应
5.3参考信息： 光子数据
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第6章光子束，剂量与比释动能
6.1射束衰减与能谱
6.1.1光子束： 指数衰减
6.1.2半价层和什值层
6.1.3康普顿效应对原子序数的依赖性
6.1.4射束硬化与衰减
6.1.5射束硬化： 对半价层的影响
6.2剂量和比释动能
6.2.1光子束的剂量和比释动能
6.2.2电子平衡与建成效应
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第7章粒子与物质的相互作用
7.1辐射能量损失
7.1.1引言： 带电粒子相互作用
7.1.2阻止本领
7.1.3辐射阻止本领： 质量和原子序数依赖性
7.2碰撞能量损失
7.2.1电子的碰撞阻止本领
7.2.2质子的能量损失
7.2.3带电粒子的路径
7.3中子能量损失及LET
7.3.1中子
7.3.2传能线密度及相对生物效应
7.4其他参考信息： 带电粒子数据
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第8章X射线管与直线加速器
8.1X射线管
8.1.1电子加速与能量
8.1.2X射线管： 物理过程
8.1.3阳极设计和材料
8.1.4X射线管能谱
8.2直线加速器射线产生
8.2.1兆伏级射线产生的原理
8.2.2射频波下电子加速
8.2.3直线加速器的波导
8.2.4微波系统
8.2.5偏转磁铁和靶
8.2.6直线加速器靶材内X射线的产生
8.2.7直线加速器的射线能量
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第9章医用直线加速器
9.1直线加速器准直系统
9.1.1C型臂直线加速器的几何结构
9.1.2直线加速器治疗机头的组成部分
9.1.3直线加速器的电子束
9.1.4射束适形装置
9.1.5多叶准直器设计
9.1.6半影
9.1.7多叶准直器叶片间漏射和凹凸槽效应
9.1.8C型臂直线加速器准直系统
9.2直线加速器系统
9.2.1螺旋断层放射治疗系统
9.2.2射波刀系统
9.2.3磁共振引导直线加速器
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第10章兆伏级光子束
10.1兆伏级光子束的基本性质
10.1.1百分深度剂量
10.1.2建成区和dmax
10.1.3PDD： 能量和射野面积
10.1.4射野离轴剂量分布和半影
10.1.5射野离轴剂量分布的平坦度
10.2兆伏级光子束： 在患者体内的效应
10.2.1皮肤保护的物理原理
10.2.2皮肤保护的依赖关系
10.2.3组织补偿物
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第11章兆伏级光子束： TMR和剂量计算
11.1PDD和TMR
11.2监测跳数计算
11.2.1MU计算公式
11.2.2MU计算实例
11.2.3延长源皮距时的MU计算
11.2.4使用PDD计算MU
11.2.5等效方野
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第12章光子束治疗计划： 第一部分
12.1剂量计算算法和组织不均匀性
12.1.1剂量计算： 比释总能及剂量核
12.1.2治疗计划系统射束模型
12.1.3治疗计划系统剂量计算算法
12.1.4组织不均匀性： 肺
12.1.5组织不均匀性： 骨
12.2兆伏级光子束的治疗计划
12.2.1采用多射野的治疗计划
12.2.2楔形板治疗计划
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第13章光子束治疗计划： 第二部分
13.1体积定义和剂量体积直方图
13.1.1ICRU的体积定义
13.1.2AAPM第263号报告的命名
13.1.3靶区边缘外扩
13.1.4处方的标准
13.1.5剂量体积直方图
13.1.6适形指数
13.1.7点剂量处方与体积剂量处方
13.2计划质量、肿瘤控制率和正常组织并发症概率
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第14章调强放疗和容积旋转调强放疗
14.1调强放疗和容积旋转调强放疗的实施
14.1.1调强放疗的基本原理
14.1.2调强放疗的实施方法
14.1.3调强放疗的其他实施方法
14.2逆向计划
14.2.1正向计划与逆向计划
14.2.2成本函数和优化
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第15章兆伏级电子束
15.1兆伏级电子束的物理学基础和百分深度剂量
15.1.1电子束治疗简介
15.1.2射束的产生和能谱
15.1.3电子束PDD
15.1.4能量和射野尺寸对 PDD 的影响
15.1.5光子污染
15.2治疗射束的特性
15.2.1电子束半影
15.2.2准直系统和 SSD的影响 
15.2.3射野衔接
15.2.4斜入射和人体曲面的影响
15.2.5电子束照射组织不均匀性的影响
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第16章辐射测量： 电离室
16.1剂量测量简介
16.1.1电离室的工作原理
16.1.2Farmer电离室
16.1.3平行板电离室
16.1.4圆柱形电离室的比较
16.1.5小尺寸电离室的应用
16.2剂量测量规程
16.2.1剂量校准规程
16.2.2校准和辐射质转换
16.2.3电荷修正因子
16.2.4参考深度的规定
16.2.5电子束剂量测量
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第17章其他辐射测量设备
17.1半导体
17.1.1剂量测量的物理原理
17.1.2半导体的优点和局限性
17.1.3用于扫描和小射野剂量测量的半导体
17.1.4在体剂量测量用半导体
17.1.5绝对剂量与相对剂量测量
17.2发光剂量计
17.2.1发光剂量计的原理和操作
17.2.2发光剂量计的优点和局限性
17.3胶片
17.3.1放射性胶片
17.3.2胶片校准
17.3.3放射自显影胶片
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第18章质量保证
18.1质量保证的原理
18.1.1瑞士奶酪事故模型
18.1.2示例： 质量保证和风险
18.2直线加速器的质量保证
18.2.1简介和报告
18.2.2剂量测试
18.2.3机械测试
18.3针对患者的质量保证
18.3.1用于调强放疗质量保证的设备
18.3.2针对患者质量保证的其他方法
18.3.3调强放疗质量保证的参考和标准
18.3.4质量保证： 计划和治疗单的审核
18.4完整剂量学系统的质量保证
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第19章放射影像学
19.1放射成像的基本原理
19.1.1对比度
19.1.2分辨率
19.1.3电子射野影像装置探测器和像素化
19.1.4噪声和照射量
19.1.5散射
19.1.6医学数字成像与通信
19.2计算机断层扫描
19.2.1CT重建的基础知识
19.2.2霍恩斯菲尔德单位
19.2.3扇形束采集
19.2.4CT图像质量
19.2.5锥形束CT
19.2.6CT伪影
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第20章非辐射成像
20.1磁共振成像
20.1.1核自旋与进动
20.1.2信号与自旋翻转
20.1.3MRI的图像形成
20.1.4自旋回波： TR与T1加权
20.1.5自旋回波： TE与T2加权
20.1.6反转恢复脉冲序列
20.1.7MRI图像的失真与伪影
20.2核医学与PET成像
20.2.1核医学成像用放射性同位素
20.2.2单光子发射计算机断层成像
20.2.3正电子发射断层成像: 同位素与摄取
20.2.4PET 图像采集
20.2.5PET: 空间分辨率与信号表征
20.2.6PET： 衰减校正
20.2.7FDG之外用于PET扫描的放射性药物
20.3超声
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第21章图像引导放射治疗和运动管理
21.1图像引导放射治疗
21.1.1C形臂直线加速器系统上的锥形束CT
21.1.2基于平面图像的影像引导放射治疗
21.1.3其他影像引导放射治疗技术
21.1.4磁共振引导放射治疗
21.1.5影像引导放射治疗的应用场景
21.1.6IGRT的普及性、实践模式和有效性的证据
21.1.7影像引导放射治疗和成像系统的质量保证
21.2运动管理
21.2.1分次间和分次内运动
21.2.2呼吸运动
21.2.34DCT
21.2.4呼吸和边缘外扩
21.2.5呼吸门控
21.2.6屏气治疗
21.2.7压腹技术
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第22章立体定向放疗
22.1立体定向放射外科
22.1.1立体定向放射外科治疗的实施
22.1.2立体定向放射外科计划和剂量分布
22.1.3立体定向N形定位系统
22.1.4分次放疗
22.1.5立体定向放射外科的质量保证
22.2体部立体定向放射治疗
22.2.1体部立体定向放射治疗部位和剂量分割方案
22.2.2体部立体定向放射治疗计划设计
22.2.3安全有效开展体部立体定向放射治疗的建议
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第23章全身照射和全身皮肤电子束照射
23.1全身照射
23.1.1全身照射： 背景和剂量学目标
23.1.2全身照射的主要特点
23.1.3剂量均匀性
23.1.4全身照射的摆位技术和设备
23.1.5基于在体测量的剂量验证
23.2全皮肤电子束治疗 
23.2.1全皮肤电子束治疗的背景和剂量学目标
23.2.2全皮肤电子束治疗实施和剂量均匀性
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第24章粒子治疗
24.1质子治疗束流产生的物理学原理
24.1.1概述和临床适应证
24.1.2历史概况、发展和成本
24.1.3原始布拉格峰的物理特性
24.1.4展宽布拉格峰
24.1.5补偿器辅助束流适形
24.1.6束流适形系统
24.1.7回旋加速器和同步加速器
24.2质子治疗计划、质量保证和离子束
24.2.1质子剂量和相对生物效应
24.2.2质子治疗计划
24.2.3质子治疗的质量保证
24.2.4重离子治疗
24.2.5重离子束的相对生物效应
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第25章辐射防护
25.1剂量当量和有效剂量
25.1.1剂量当量
25.1.2有效剂量
25.2风险模型、剂量限值和监测
25.2.1BEIR Ⅶ报告： 确定性效应和随机效应
25.2.2照射限值
25.2.3本底照射
25.2.4照射监测
25.2.5患者出院的标准
25.3屏蔽和监测仪表
25.3.1屏蔽计算公式
25.3.2屏蔽示例： 主屏蔽
25.3.3漏射和散射的屏蔽
25.3.4中子屏蔽
25.3.5监测仪表
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第26章近距离治疗的应用和放射性药物
26.1平面插植
26.1.1昆比系统： 均匀装载
26.1.2曼彻斯特系统： 均匀剂量
26.1.3历史上使用过的系统
26.2前列腺癌近距离治疗
26.2.1经直肠超声引导的低剂量率前列腺癌粒子植入
26.2.2前列腺癌近距离治疗的质量保证和安全
26.3高剂量率近距离治疗
26.3.1宫颈癌的高剂量率近距离治疗： 临床适应证
26.3.2宫颈癌： 施源器
26.3.3剂量规范系统
26.3.4高剂量率近距离治疗的其他应用
26.4放射性核素治疗
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第27章患者安全和质量改进
27.1事件学习和根本原因分析
27.1.1错误示例和命名
27.1.2瑞士奶酪事故模型
27.1.3根本原因分析
27.2事件学习
27.3失效模式与效应分析
27.3.1失效模式与风险
27.3.2FMEA 流程
27.3.3FMEA 评分系统
27.3.4FMEA与事件学习
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英中对照

本书内容包括物理学基础、 核结构与衰变、核衰变数学原理、近距离放射治疗I、光子与物质的相互作用、光子光束，剂量和Kerma、 粒子与物质的相互作用、x射线管和直线加速器、医用直线加速器、兆伏级光子束、兆伏级光子束：TMR和剂量计算、光子束治疗计划设计一、光子束治疗计划设计二、IMRT和VMAT、兆伏级电子束、辐射测量：电离室、其他辐射测量装置、质量保证、射线成像、非射线成像、图像引导放射治疗（IGRT）和运动管理、立体定向放疗、全身照射（TBI）和全皮肤电子线照射（TSET)、粒子治疗、辐射防护、近距离放射治疗的应用和放射性药物、患者安全和质量改进等。适合于相关专业的教材，以及放射肿瘤学住院医师、专科医师规范化培训、肿瘤放疗物理师规范化培训、技师规范化培训使用，另外可供在职人员自学。

杨瑞杰,北京大学第三医院肿瘤放疗科副主任
国家重点研发计划首席科学家
中国生物医学工程学会医学物理分会理事，教育专业委员会副主任委员
中国医疗器械行业协会医疗人工智能专委会委员
Journal of Applied Clinical Medical Physics杂志副主编
国家食品药品监督管理总局医疗器械审评中心专家咨询委员会委员
发表文章100余篇，主持国家重点研发计划、国家自然基金等项目10余项
国际原子能机构（IAEA）肿瘤放射治疗区域合作项目（ RCA ）牵头国项目协调员
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