腫瘤放射物理學基礎（簡體書）

本書內容包括物理學基礎、 核結構與衰變、核衰變數學原理、近距離放射治療I、光子與物質的相互作用、光子光束，劑量和Kerma、 粒子與物質的相互作用、x射線管和直線加速器、醫用直線加速器、兆伏級光子束、兆伏級光子束：TMR和劑量計算、光子束治療計劃設計一、光子束治療計劃設計二、IMRT和VMAT、兆伏級電子束、輻射測量：電離室、其他輻射測量裝置、質量保證、射線成像、非射線成像、圖像引導放射治療（IGRT）和運動管理、立體定向放療、全身照射（TBI）和全皮膚電子線照射（TSET)、粒子治療、輻射防護、近距離放射治療的應用和放射性藥物、患者安全和質量改進等。適合於相關專業的教材，以及放射腫瘤學住院醫師、專科醫師規範化培訓、腫瘤放療物理師規範化培訓、技師規範化培訓使用，另外可供在職人員自學。

楊瑞杰,北京大學第三醫院腫瘤放療科副主任
國家重點研發計劃首席科學家
中國生物醫學工程學會醫學物理分會理事，教育專業委員會副主任委員
中國醫療器械行業協會醫療人工智能專委會委員
Journal of Applied Clinical Medical Physics雜志副主編
國家食品藥品監督管理總局醫療器械審評中心專家咨詢委員會委員
發表文章100余篇，主持國家重點研發計劃、國家自然基金等項目10余項
國際原子能機構（IAEA）腫瘤放射治療區域合作項目（ RCA ）牽頭國項目協調員
國際電工委員會放療、核醫學和劑量學設備工作組成員（IEC 62/SC 62C/WG 1 Member）

國際首選推薦教材，系統完整，配合全套視頻。教材配備清晰、簡明、美觀的圖表，有測試習題及答案，方便學習和自測。

本教材和系列視頻為學習腫瘤放射物理學提供了一種新的方式。具體包含三個關鍵組成部分： ①教學視頻： 每個視頻長度為10~15分鐘，與教材文本中的特定部分相對應。與教材配合，包含多選題的視頻對於學習者特別有幫助。②教材： 教材遵循以概念為基礎的結構化課程設計。例如，第7章討論了帶電粒子在穿過物質時如何失去能量，第9章則基於這個概念解釋了在直線加速器中光子束是如何產生的。③習題集： 教材包含數百道習題(教師版有答案和解釋)，教學視頻還包括數百個問答題。這些習題集和問答題為讀者提供了一個重要的學習工具，因為物理最好是通過解決實際問題的方式來學習。

本教材內容經過了廣泛的“實地測試”。作為使用超過15年的一本課程教學教材，已經由來自各種背景的大量學員嘗試、測試和完善，學員包括放射腫瘤學住院醫師、醫學生、住院物理師、研究生、放射治療師、劑量師等。本教材廣受學員的深度好評。教材內容非常豐富、適用、易懂和易學，適合不同水平、經驗的人員系統學習，也可以就具體某一章節的內容進行針對性學習。

本教材對教師教學也非常有幫助。教材文本和視頻可以用來開發“翻轉課堂”，開展翻轉教學。學生、教師課前預習，課堂大部分時間進行互動討論和答疑解惑，解決實踐問題。翻轉教學正在成為高級課程主流的教學方法。數據表明，這種主動的學習方法能使學生對教學內容理解得更透徹，並能更好地記憶和掌握。主動學習還能縮小學生之間的成績差距。然而，盡管主動學習有這些優點，但開發這樣高質量的教材需要大量的時間和辛勤的努力。鑒於沒有相應的教材，大多數教師不能有效地開展翻轉教學。本教材很好地解決了這一問題，使教師和學生能夠更容易地進行翻轉教學和主動學習。

本教材的每一章都包含習題集。教師版中有問題答案和詳細的解釋。這也有助於促進學生主動學習。

毫無疑問，學習物理學是很有挑戰性的。但物理學也是一門內容豐富而引人入勝的學科。我希望本教材和系列視頻能激發讀者的學習興趣，並幫助讀者深入地學習，最終為患者提供更高質量的照護。對我來說這份努力是非常值得的。

第2章核結構與衰變
2.1核結構與能量學
2.1.1核結構與命名法
2.1.2同位素圖與結合能
2.1.3核衰變與能量釋放
2.1.4同位素命名法
2.2核衰變類型
2.2.1β-衰變
2.2.2β 衰變
2.2.3β衰變： 產生和半衰期
2.2.4α衰變
2.2.5其他衰變類型
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習題

第3章核衰變中的數學
3.1指數衰減
3.1.1指數式衰減導論
3.1.2活度和活度單位
3.1.3半衰期
3.1.4平均壽命
3.2同位素的平衡
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習題

第4章近距離治療
4.1近距離治療放射源和同位素
4.1.1常用同位素： 低劑量率/高劑量率近距離治療
4.1.2低劑量率放射源的設計
4.1.3高劑量率放射源的設計
4.1.4其他形式的近距離治療
4.2近距離治療照射量和劑量
4.2.1照射量
4.2.2近距離治療放射源的照射量率
4.2.3平方反比衰減
4.2.4TG43公式和空氣比釋動能強度
4.2.5TG43劑量計算公式
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習題

第5章光子與物質的相互作用
5.1低能光子
5.1.1相干散射
5.1.2光電效應過程
5.1.3光電效應： 相互作用概率
5.2高能光子的相互作用
5.2.1康普頓散射
5.2.2康普頓散射： 相互作用概率
5.2.3康普頓散射： 方向依賴性
5.2.4電子對產生
5.2.5相互作用截面： 綜合考慮
5.2.6光核反應
5.3參考信息： 光子數據
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習題

第6章光子束，劑量與比釋動能
6.1射束衰減與能譜
6.1.1光子束： 指數衰減
6.1.2半價層和什值層
6.1.3康普頓效應對原子序數的依賴性
6.1.4射束硬化與衰減
6.1.5射束硬化： 對半價層的影響
6.2劑量和比釋動能
6.2.1光子束的劑量和比釋動能
6.2.2電子平衡與建成效應
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習題

第7章粒子與物質的相互作用
7.1輻射能量損失
7.1.1引言： 帶電粒子相互作用
7.1.2阻止本領
7.1.3輻射阻止本領： 質量和原子序數依賴性
7.2碰撞能量損失
7.2.1電子的碰撞阻止本領
7.2.2質子的能量損失
7.2.3帶電粒子的路徑
7.3中子能量損失及LET
7.3.1中子
7.3.2傳能線密度及相對生物效應
7.4其他參考信息： 帶電粒子數據
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習題

第8章X射線管與直線加速器
8.1X射線管
8.1.1電子加速與能量
8.1.2X射線管： 物理過程
8.1.3陽極設計和材料
8.1.4X射線管能譜
8.2直線加速器射線產生
8.2.1兆伏級射線產生的原理
8.2.2射頻波下電子加速
8.2.3直線加速器的波導
8.2.4微波系統
8.2.5偏轉磁鐵和靶
8.2.6直線加速器靶材內X射線的產生
8.2.7直線加速器的射線能量
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習題

第9章醫用直線加速器
9.1直線加速器準直系統
9.1.1C型臂直線加速器的幾何結構
9.1.2直線加速器治療機頭的組成部分
9.1.3直線加速器的電子束
9.1.4射束適形裝置
9.1.5多葉準直器設計
9.1.6半影
9.1.7多葉準直器葉片間漏射和凹凸槽效應
9.1.8C型臂直線加速器準直系統
9.2直線加速器系統
9.2.1螺旋斷層放射治療系統
9.2.2射波刀系統
9.2.3磁共振引導直線加速器
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習題

第10章兆伏級光子束
10.1兆伏級光子束的基本性質
10.1.1百分深度劑量
10.1.2建成區和dmax
10.1.3PDD： 能量和射野面積
10.1.4射野離軸劑量分布和半影
10.1.5射野離軸劑量分布的平坦度
10.2兆伏級光子束： 在患者體內的效應
10.2.1皮膚保護的物理原理
10.2.2皮膚保護的依賴關係
10.2.3組織補償物
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習題

第11章兆伏級光子束： TMR和劑量計算
11.1PDD和TMR
11.2監測跳數計算
11.2.1MU計算公式
11.2.2MU計算實例
11.2.3延長源皮距時的MU計算
11.2.4使用PDD計算MU
11.2.5等效方野
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習題

第12章光子束治療計劃： 第一部分
12.1劑量計算算法和組織不均勻性
12.1.1劑量計算： 比釋總能及劑量核
12.1.2治療計劃系統射束模型
12.1.3治療計劃系統劑量計算算法
12.1.4組織不均勻性： 肺
12.1.5組織不均勻性： 骨
12.2兆伏級光子束的治療計劃
12.2.1採用多射野的治療計劃
12.2.2楔形板治療計劃
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習題

第13章光子束治療計劃： 第二部分
13.1體積定義和劑量體積直方圖
13.1.1ICRU的體積定義
13.1.2AAPM第263號報告的命名
13.1.3靶區邊緣外擴
13.1.4處方的標準
13.1.5劑量體積直方圖
13.1.6適形指數
13.1.7點劑量處方與體積劑量處方
13.2計劃質量、腫瘤控制率和正常組織並發症概率
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習題

第14章調強放療和容積旋轉調強放療
14.1調強放療和容積旋轉調強放療的實施
14.1.1調強放療的基本原理
14.1.2調強放療的實施方法
14.1.3調強放療的其他實施方法
14.2逆向計劃
14.2.1正向計劃與逆向計劃
14.2.2成本函數和優化
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習題

第15章兆伏級電子束
15.1兆伏級電子束的物理學基礎和百分深度劑量
15.1.1電子束治療簡介
15.1.2射束的產生和能譜
15.1.3電子束PDD
15.1.4能量和射野尺寸對 PDD 的影響
15.1.5光子污染
15.2治療射束的特性
15.2.1電子束半影
15.2.2準直系統和 SSD的影響
15.2.3射野銜接
15.2.4斜入射和人體曲面的影響
15.2.5電子束照射組織不均勻性的影響
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習題

第16章輻射測量： 電離室
16.1劑量測量簡介
16.1.1電離室的工作原理
16.1.2Farmer電離室
16.1.3平行板電離室
16.1.4圓柱形電離室的比較
16.1.5小尺寸電離室的應用
16.2劑量測量規程
16.2.1劑量校準規程
16.2.2校準和輻射質轉換
16.2.3電荷修正因子
16.2.4參考深度的規定
16.2.5電子束劑量測量
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習題

第17章其他輻射測量設備
17.1半導體
17.1.1劑量測量的物理原理
17.1.2半導體的優點和局限性
17.1.3用於掃描和小射野劑量測量的半導體
17.1.4在體劑量測量用半導體
17.1.5絕對劑量與相對劑量測量
17.2發光劑量計
17.2.1發光劑量計的原理和操作
17.2.2發光劑量計的優點和局限性
17.3膠片
17.3.1放射性膠片
17.3.2膠片校準
17.3.3放射自顯影膠片
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習題

第18章質量保證
18.1質量保證的原理
18.1.1瑞士奶酪事故模型
18.1.2示例： 質量保證和風險
18.2直線加速器的質量保證
18.2.1簡介和報告
18.2.2劑量測試
18.2.3機械測試
18.3針對患者的質量保證
18.3.1用於調強放療質量保證的設備
18.3.2針對患者質量保證的其他方法
18.3.3調強放療質量保證的參考和標準
18.3.4質量保證： 計劃和治療單的審核
18.4完整劑量學系統的質量保證
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習題

第19章放射影像學
19.1放射成像的基本原理
19.1.1對比度
19.1.2分辨率
19.1.3電子射野影像裝置探測器和像素化
19.1.4噪聲和照射量
19.1.5散射
19.1.6醫學數字成像與通信
19.2計算機斷層掃描
19.2.1CT重建的基礎知識
19.2.2霍恩斯菲爾德單位
19.2.3扇形束采集
19.2.4CT圖像質量
19.2.5錐形束CT
19.2.6CT偽影
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習題

第20章非輻射成像
20.1磁共振成像
20.1.1核自旋與進動
20.1.2信號與自旋翻轉
20.1.3MRI的圖像形成
20.1.4自旋回波： TR與T1加權
20.1.5自旋回波： TE與T2加權
20.1.6反轉恢復脈衝序列
20.1.7MRI圖像的失真與偽影
20.2核醫學與PET成像
20.2.1核醫學成像用放射性同位素
20.2.2單光子發射計算機斷層成像
20.2.3正電子發射斷層成像: 同位素與攝取
20.2.4PET 圖像采集
20.2.5PET: 空間分辨率與信號表征
20.2.6PET： 衰減校正
20.2.7FDG之外用於PET掃描的放射性藥物
20.3超聲
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習題

第21章圖像引導放射治療和運動管理
21.1圖像引導放射治療
21.1.1C形臂直線加速器系統上的錐形束CT
21.1.2基於平面圖像的影像引導放射治療
21.1.3其他影像引導放射治療技術
21.1.4磁共振引導放射治療
21.1.5影像引導放射治療的應用場景
21.1.6IGRT的普及性、實踐模式和有效性的證據
21.1.7影像引導放射治療和成像系統的質量保證
21.2運動管理
21.2.1分次間和分次內運動
21.2.2呼吸運動
21.2.34DCT
21.2.4呼吸和邊緣外擴
21.2.5呼吸門控
21.2.6屏氣治療
21.2.7壓腹技術
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習題

第22章立體定向放療
22.1立體定向放射外科
22.1.1立體定向放射外科治療的實施
22.1.2立體定向放射外科計劃和劑量分布
22.1.3立體定向N形定位系統
22.1.4分次放療
22.1.5立體定向放射外科的質量保證
22.2體部立體定向放射治療
22.2.1體部立體定向放射治療部位和劑量分割方案
22.2.2體部立體定向放射治療計劃設計
22.2.3安全有效開展體部立體定向放射治療的建議
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習題

第23章全身照射和全身皮膚電子束照射
23.1全身照射
23.1.1全身照射： 背景和劑量學目標
23.1.2全身照射的主要特點
23.1.3劑量均勻性
23.1.4全身照射的擺位技術和設備
23.1.5基於在體測量的劑量驗證
23.2全皮膚電子束治療
23.2.1全皮膚電子束治療的背景和劑量學目標
23.2.2全皮膚電子束治療實施和劑量均勻性
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習題

第24章粒子治療
24.1質子治療束流產生的物理學原理
24.1.1概述和臨床適應證
24.1.2歷史概況、發展和成本
24.1.3原始布拉格峰的物理特性
24.1.4展寬布拉格峰
24.1.5補償器輔助束流適形
24.1.6束流適形系統
24.1.7回旋加速器和同步加速器
24.2質子治療計劃、質量保證和離子束
24.2.1質子劑量和相對生物效應
24.2.2質子治療計劃
24.2.3質子治療的質量保證
24.2.4重離子治療
24.2.5重離子束的相對生物效應
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習題

第25章輻射防護
25.1劑量當量和有效劑量
25.1.1劑量當量
25.1.2有效劑量
25.2風險模型、劑量限值和監測
25.2.1BEIR Ⅶ報告： 確定性效應和隨機效應
25.2.2照射限值
25.2.3本底照射
25.2.4照射監測
25.2.5患者出院的標準
25.3屏蔽和監測儀表
25.3.1屏蔽計算公式
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監測儀表
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習題

第26章近距離治療的應用和放射性藥物
26.1平面插植
26.1.1昆比系統： 均勻裝載
26.1.2曼徹斯特系統： 均勻劑量
26.1.3歷史上使用過的系統
26.2前列腺癌近距離治療
26.2.1經直腸超聲引導的低劑量率前列腺癌粒子植入
26.2.2前列腺癌近距離治療的質量保證和安全
26.3高劑量率近距離治療
26.3.1宮頸癌的高劑量率近距離治療： 臨床適應證
26.3.2宮頸癌： 施源器
26.3.3劑量規範系統
26.3.4高劑量率近距離治療的其他應用
26.4放射性核素治療
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習題

第27章患者安全和質量改進
27.1事件學習和根本原因分析
27.1.1錯誤示例和命名
27.1.2瑞士奶酪事故模型
27.1.3根本原因分析
27.2事件學習
27.3失效模式與效應分析
27.3.1失效模式與風險
27.3.2FMEA 流程
27.3.3FMEA 評分系統
27.3.4FMEA與事件學習
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習題

英中對照