本书是应当前肿瘤精准放射治疗中剂量测量工作的临床实践、科研、教学的实际需求而编写的。本书共分为十二章，内容主要有肿瘤放射治疗概述，肿瘤放射治疗剂量测量学的重要概念及应用，常见剂量测量设备，常规直线加速器设备验收，直线加速器物理数据采集及计划系统数据建模，直线加速器常规剂量学质控项目，TomoTherapy物理数据采集及常规QA，CyberKnife系统物理数据采集及常规QA，质子治疗系统物理数据采集及常规QA，Unity物理数据采集及常规QA，IMRT计划剂量验证，肿瘤放射治疗相关政策法规等。 本书旨在为广大放射治疗从业人员了解、学习、应用及研究剂量测量提供一本全面的系统化专业教材，可供从事本专业的医师、物理师、学生学习。

第一章肿瘤放射治疗概述
　　放射治疗（放疗）是指用放射线（X射线、β射线、γ射线、质子束、重离子束及中子束等）治疗恶性肿瘤（及部分良性病变）的临床治疗方法。在给予肿瘤精确剂量照射的同时，尽可能保护周围正常组织，达到根治肿瘤、延长患者生存时间、保证患者生活质量的目的。可以接受放疗的肿瘤包括人体各部位实体肿瘤及部分血液系统肿瘤。
　　除上述根治性目的外，放疗在缓解疼痛和减轻压迫症状等姑息性治疗及与外科联合保留器官功能的综合治疗中发挥了重要作用。据估计，约70%的肿瘤患者在病程不同阶段需要放疗，部分肿瘤可由放疗治愈。
　　世界卫生组织（WHO）于1999年发布了Tubiana等的报告，约45%的恶性肿瘤可治愈，其中手术治愈22%，放疗治愈18%，化学药物治疗治愈5%。这仅是20世纪放疗在恶性肿瘤治疗中的贡献。进入21世纪，随着计算机技术和医学影像学的进步，放疗新设备及技术不断涌现，对肿瘤照射更精准，正常组织得到了更好的保护，放疗在肿瘤治疗中的作用和地位日趋重要且不可替代。
　　第一节肿瘤放射治疗发展简史
　　放射治疗发展经历了从简单二维普通放疗到高精确度、高效率的三维适形调强放疗、图像引导放疗、自适应放疗的历程，放疗的精确度、安全性及疗效不断提升。
　　本节将对放疗技术、放疗设备、放射生物学等的发展史做一个简单回顾。放疗是从19世纪末发现X射线和镭以后不久开始的，在20世纪中期以后真正成为一种治疗恶性肿瘤的常规手段。
　　1895年11月，德国物理学家伦琴发现了X射线。在伦琴宣布该发现后仅一两个月，Schiff和Freund医师就建议用X射线治疗一些疾病，并于1896年用X射线治疗了第1例皮肤癌患者。
　　1896年，法国科学家贝克勒尔发现了铀盐放射性。在随后的科学实验中，科学家注意到，长时间接触电离辐射，皮肤会出现红斑、皮炎甚至溃疡，这被认定是电离辐射引起的生物反应，这种生物反应引起了医师关注。
　　1896年11月，维也纳皮肤科医师Leopold Freund，首先用X射线治疗一例色素性多毛痣病例，患者是一个4岁女孩，病变从背部一直延伸到两臂上部，长达36cm。经过分上下两部分的X射线照射，其毛发脱落，治疗后未再复发，但反复发生皮肤溃疡，愈合很慢。1973年，K.H.Karcher医师见到这位77年前经过X射线治疗的患者，她已82岁，有1个儿子和孙子，除因溃疡形成的瘢痕影响了脊柱发育外，她身体健康，并无其他异常。
　　1898年12月26日，法国物理学家居里夫妇从沥青矿中提炼出天然放射性核素镭（226Ra），并首次提出“放射性”概念。
　　1899年，人们第一次在斯德哥尔摩用电离辐射治疗癌症。在以后数年内，不断有放疗有效的病例报道，形成了一股放疗热潮，电离辐射适用于治疗几乎所有的慢性疾病。直到1912年，有科学家在肯定其临床价值的同时，也意识到放疗危险的一面，并联合提出了研制专业放疗设备、研究电离辐射的质和量及其测量方法、规范放疗工作的想法。
　　1899年，由于对放射损伤及防护一无所知，一名研究人员因超量接触放射线而发生手部皮肤放射性损伤现象。1902年截肢，1903年因转移癌致死，成为首例有报道的放射线致死病例。
　　1900年，科学家开始用226Ra治疗皮肤癌。
　　1901年，科学家用226Ra进行首例脑间质内治疗。
　　1902年，在已知X射线致癌之后的第3年，X射线被应用于治疗皮肤癌。放射线致癌与治癌概念在同一历史年代出现。
　　1903年，Strebel等把一根导管插入肿瘤，将放射性226Ra送到肿瘤内进行治疗，开创了手工后装组织间插植近距离放疗的先河。
　　1903年，Bell提出将放射性粒子植入治疗肿瘤的建议。
　　1905年，居里夫人与Damlos和Dominici发明了将226Ra用铂金封成管状线源治疗皮肤癌和宫颈癌的方法，开创了近距离敷贴放疗和腔内放疗新技术的先河。
　　1906年，人们发现电离辐射仅对一部分病种及病例有效，也发现了一些治疗后的放射性损伤，因当时没有可靠的放疗设备，无法测量电离辐射的质和量，公众和大部分医师对放疗失去了信心，认为电离辐射非常危险。放疗从热潮跌入低谷。
　　1906年，Trebondeau基于照射大鼠睾丸的效应试验，提出了基本的放射生物学法则，即有丝分裂活动旺盛、形态上分化低的细胞对射线更敏感，这条法则直到20世纪60年代才做了大幅度修订。同年，Bergorin提出了细胞和组织对放射的敏感性问题，即细胞和组织的放射敏感性与其分裂活动成正比，并与其分化程度成反比。
　　1910年，美国科学家Coolidge研制成钨丝热阴极X射线管。
　　1913年，美国科学家Coolidge研制出了140kVX射线机，人类首次制造出可控制质和量的射线。
　　1914年，瑞典科学家Forssell等创立了近距离治疗的斯德哥尔摩法。
　　1914年，德国科学家Schwarz提出了分次照射和治疗比的理论。
　　1920年，美国科学家Coolidge建立了放射线剂量测量方法，并制定出了放射剂量的单位伦琴（R）。
　　1920年，我国北平协和医院（现称北京协和医院）安装了浅层X射线治疗机。
　　1922年，美国科学家Coolidge研制出了200kVX射线机用于放疗，以后还研制出了800kV和1000kV深部X射线机，进一步扩大了应用范围。X射线管和X射线机的发明为放疗提供了千伏（kV）级X射线放疗。kV级X射线能量较低，其*大剂量位于皮肤表面，由于皮肤等正常组织剂量的限制，深部肿瘤很难获得足够的处方剂量。
　　1922年，巴黎国际肿瘤大会上，Coutard和Hautant报道了放射线治愈晚期喉癌的病例，从而确立了放疗在肿瘤治疗中的地位。
　　1923年，等剂量线分布图首次应用在放疗计划中。
　　1923年，上海医院安装了200kV深部X射线治疗机。同年，北京协和医院有了500mg镭及放射性氡发生器。
　　1924年，Failla首次倡导将含有氡气的金属离子永久性置入肿瘤组织内，开始了正规的近距离治疗。
　　1927年，北京协和医院放射科聘用美籍放射物理师，我国第一次有了专业放射物理师。
　　1930年，英国Paterxon和Parker建立了曼彻斯特系统，描述了组织间插植的剂量分布规律，推动了近距离放疗的发展。
　　1931年，美国Vande Graff发明电子静电加速器。
　　1934年，Joliot Curie发明人工放射性。
　　1934年，Coutard发明分割照射技术，其与等剂量线分布技术共同成为放疗的基本规范，一直沿用至今。
　　1936年，Moottramd等提出了氧在放射敏感性中的重要性，开启了放疗作用机制和放射生物学研究的新时代。与此同时，物理学界建立了放射物理剂量单位——伦琴，使得人类对放射线的测量有据可循，并有了“量”的概念。
　　1937年，美国New YorkMemorial Hospital纽约纪念医院和英国St Bartholomew医院安装了1兆电子伏（1MeV）电子静电加速器，后来提高到2.5MeV，还采用过2MV共振变压器来提供兆伏（MV）级X射线治疗。因这类高压装置体积庞大，不适合医院使用而停止生产，未获得深入发展。
　　1938年，美国Stone开始用回旋加速器进行快中子治疗试验。由于当时缺少对中子生物效应的了解，患者反应严重，快中子治疗停顿了长达20年之久。
　　20世纪40年代后期，科学家们对放射生物学开展了系统研究。
　　1940年，美国Kerst发明了第一台电子感应加速器。
　　1942年，Fermi设计建成了第一个核反应堆。
　　1944年，苏联Veksler提出了电子回旋加速器原理。
　　1946年，美国Wilson提出了质子治疗应用。
　　1947年，英国Fry等及美国Hansen等1948年各自独立发明行波电子直线加速器。
　　1949年，美国应用电子感应加速器进行放疗。
　　1950年，开始用重水型核反应堆获得人工放射性核素60Co，促成了远距离60Co治疗机的问世。同年，加拿大科学家利用反应堆生产的人工放射性核素60Co制成了远距离治疗机。60Co可以发射1.17MeV和1.33MeV两种γ射线，其深度剂量分布与能量2.8Mev的电子加速器相当。
　　1950年，Howard-Flanders等提出了等中心放疗原理。
　　1951年，60Co远距离治疗机开始应用于临床，医生使用60Co远距离治疗机大面积照射霍奇金淋巴瘤，使其成为首*可放疗治愈的血液系统肿瘤，并从此开创了高能射线治疗深部恶性肿瘤的新时代。
　　1951年，瑞典Leksell提出立体定向放射外科原理。
　　1953年，英国Hammersmith医院首次用一台8MeV行波医用电子直线加速器开展放疗。
　　1953年，英国Gray发现了放射中氧效应不久，英国一位放射学家Adams提出了著名的“亲电子理论”。
　　1953年，Howard和Pelc使用放射自显像技术揭示了细胞增殖周期。
　　1954年，Tobias等在美国加利福尼亚大学Lawrence Berkeley实验室进行了世界上首例质子治疗。
　　1955年，Newbery等首次将等中心治疗原理应用于医用电子直线加速器。
　　1955年，Thomlison和Sray报道了对肺癌的组织学研究，从微观角度阐明了供血、供氧条件对肿瘤生物学行为的影响。他们认为在实体瘤内部含有一定数量的乏氧细胞，并推断这可能是放疗失败的原因所在。
　　1956年，Puck和Marcus利用单个哺乳动物细胞可以增殖为集落的能力，发展了与检测细菌存活率相似的接种技术，绘制出历史上第一条离体细胞存活率曲线，阐述了增大剂量使细胞损伤百分比增加、存活概率下降的现象。
　　1956年，谢家麟在美国研制成功了能量*高为45MeV行波医用电子直线加速器。
　　1959年，Elkind和Sufron发现哺乳动物细胞具有在受到亚致死性放射损伤后恢复的能力，对于修复损伤具有重要意义。
　　1959年，英国重新开始研究快中子治疗。
　　1959年，美国的Wright提出了用同步挡块法进行适形放疗的方法。患者坐在一种特制的旋转椅上，挡块固定在一个架子上，与患者同步旋转。利用放射源做水平照射，保证在任何照射位置，经挡块和准直后的射束形状总是与靶区形状一致。
　　1959年，日本Takahashi博士及其同事提出适形放疗原理，并在1965年提出利用多叶准直器实现适形放疗的方法，即当时所谓的“原体照射”。
　　1959年，英国Green首次提出了另一种3D-CRT适形放疗实施方法，称为循迹扫描法。在治疗机架旋转的同时，治疗床也做纵向配合运动，形成一层层连续旋转切片式照射野，使得靶区每个切片的中心总是位于治疗机旋转中心。此技术采用窄束围绕靶区轴向扫描照射，通过控制治疗床运动速度，可使出束时间随照射野大小和组织深度而变化。循迹扫描法能在靶区纵轴方向及其垂直截面内获取与靶区形状一致的高剂量分布，可谓之真正的3D适形放疗。
　　从20世纪60年代起，放疗得到了快速发展，逐渐形成了一门独立的医学学科。
　　1962年，苏联Kapitza提高了电子回旋加速器的加速效率。
　　1964年，美国Knapp等发明共振耦合驻波质子直线加速器。
　　1964年，Tubiana提出肿瘤细胞在细胞动力学周期中可处于静止状态或增殖状态，成为放射耐受的生物学基础。将3H标记胸腺嘧啶与癌细胞放在一起培养，观察3H标记胸腺嘧啶结合到细胞周期中的数量，即“标记指数”（LI）来确认。
　　1965年，Ellis提出剂量归一（nominal standard dose，NSD）概念。
　　1968年，Leksell发明了以60Co为辐射源的立体定向放射外科治疗装置，用201个60Co放射源γ辐射，通过准直孔聚焦照射治疗颅内病变，通称γ刀（伽马刀）。
　　20世纪70年代，瑞典Brahme提出三维调强适形放疗（3DC-IMRT），不但要求高剂量分布形状与靶区形状一致，而且要求靶区内剂量分布要符合所设定的要求

目录
第一章 肿瘤放射治疗概述 1
第一节 肿瘤放射治疗发展简史 1
第二节 我国肿瘤放射治疗发展简史及现状 6
第三节 常见放射治疗技术发展概述 7
第二章 肿瘤放射治疗剂量测量学的重要概念及应用 19
第一节 放射治疗剂量学相关概念 19
第二节 放射治疗剂量测量对现代放射治疗的重要性 26
第三节 放射治疗剂量学测量内容及用途概述 26
第三章 常见剂量测量设备 28
第一节 静电计与电离室探测器 28
第二节 阵列测量仪 36
第三节 测量水箱 45
第四节 组织等效材料模体 53
第四章 常规直线加速器设备验收 66
第一节 直线加速器验收 66
第二节 Halcyon加速器验收 84
第五章 直线加速器物理数据采集及计划系统数据建模 91
第一节 TPS数据建模的剂量测量 91
第二节 高剂量率的剂量测量 101
第三节 小野剂量测量及分析 105
第四节 TPS数据建模的基本原理及操作 112
第五节 TPS剂量学预测试 114
第六节 基于蒙特卡罗算法的数据测量 128
第六章 直线加速器常规剂量学质控项目 138
第一节 直线加速器剂量学质控项目 138
第二节 直线加速器剂量学质控项目频度 143
第三节 直线加速器绝对剂量校准 144
第四节 直线加速器剂量学测量流程 152
第七章 TomoTherapy（TOMO）物理数据采集及常规QA 162
第一节 TOMO简介及验收 162
第二节 TOMO剂量学质控工具 173
第三节 TOMO质控流程 178
第四节 患者计划验证 187
第五节 TOMO质控软件 192
第八章 CyberKnife（CK）系统物理数据采集及常规QA 197
第一节 CK系统简介 197
第二节 QA常用工具及设备验收 200
第三节 CK数据采集及建模 205
第四节 CK系统的QA 210
第五节 特定患者CK计划验证 216
第九章 质子治疗系统物理数据采集及常规QA 222
第一节 质子放射治疗概述 222
第二节 质子治疗系统剂量标定常用工具 223
第三节 质子治疗系统验收 231
第四节 质子治疗系统验收调试的数据采集及建模 238
第五节 质子治疗计划系统初始治疗调试验收 241
第六节 质子治疗系统计划验证 243
第十章 Unity物理数据采集及常规 QA 247
第一节 图像引导放射治疗 247
第二节 MR兼容的剂量测量工具 250
第三节 Unity数据采集 253
第四节 Unity输出剂量校准 259
第五节 Unity IMRT计划验证 261
第十一章 IMRT计划剂量验证 265
第一节 IMRT计划设计的基本原理 265
第二节 IMRT剂量验证的必要性 268
第三节 IMRT计划的剂量验证方法 269
第四节 IMRT计划验证实例分析 276
第五节 IMRT QA相关建议和验证失败分析 279
第十二章 肿瘤放射治疗相关政策法规 281
第一节 肿瘤放射治疗技术标准介绍 281
第二节 全国放疗质控专家委员会及其质控体系 285