高能電子束射野劑量學(xué)

1、蚆第六章高能電子束射野劑量學(xué)芇袂 高能電子束應(yīng)用于腫瘤的放射治療始于50 年代初期。據(jù)估計，當(dāng)前在大的放射治療中心，接受放射治療的患者中， 約 15左右的患者在治療過程中要應(yīng)用高能電子束。放射治療的計劃設(shè)計， 要求在給予靶區(qū)足夠劑量的同時，必須注意保護(hù)正常器官。蒁荿高能電子束的特點：螃 （ 1）對于 x( ) 射線，沿射線入射方向靶體積后方的正常組織，不可避免的會接受到一定程度的輻射劑量，高能電子束則由于具有有限的射程，而可以有效地避免對靶區(qū)后深部組織的照射。這是高能電子束最重要的劑量學(xué)特點。羃 （ 2）但對于高能電子束，因易于散射，皮膚劑量相對較高，且隨電子能量的增加而增加；蝕隨著電子束限光

2、筒到患者皮膚距離的增加，射野的劑量均勻性迅速變劣、半影增寬；螈百分深度劑量隨射野大小特別在射野較小時變化明顯；不均勻組織對百分深度劑量影響顯著；薃拉長源皮距照射時，輸出劑量不能準(zhǔn)確按平方反比定律計算；蝕不規(guī)則射野輸出劑量的計算，仍存在問題。螈羋基于高能電子束的上述特點，它主要用于治療表淺或偏心的腫瘤和浸潤的淋巴結(jié)。芄螂第一節(jié)治療電子束的產(chǎn)生肀 臨床最早使用的電子束多是由電子感應(yīng)加速器產(chǎn)生的，60 年代后期， 醫(yī)用直線加速器逐漸取代了電子感應(yīng)加速器，成為放射治療中產(chǎn)生電子束和高能x 射線的最主要設(shè)備。蚇對于醫(yī)用直線加速器，經(jīng)加速和偏轉(zhuǎn)后引出的電子束，束流發(fā)散角很小，基本是單能窄束，必須加以改造，

3、才能用于臨床。羄治療電子束產(chǎn)生的方法：袃方法之一是利用散射箔展寬電子束。艿根據(jù)電子束易于散射的特點，將其射束展寬。所用散射箔材料的原子序數(shù)和厚度，要依據(jù)電子束能量選擇。散射箔可以有效地將電子束展寬到臨床所需要的最大射野范圍。電子束通過散射箔展寬后，先經(jīng)射線治療準(zhǔn)直器，再經(jīng)電子束限光筒形成治療用射野。x肆電子束經(jīng)x 射線準(zhǔn)直器及電子限光筒壁時，也會產(chǎn)的散射電子，從而改變電子束的角分布并使其能譜變寬，從而改善射野均勻性。它會使其劑量建成區(qū)的劑量顯著增加，但隨限光筒到表面的距離的增加而影響減少。螄將單一散射箔改用為雙散射箔系統(tǒng)，可進(jìn)一步改善電于束的能譜和角分布。第一散射箔的作用，是利用電子穿射時的多

4、重散射，將射束展寬寬；第二散射箔類似于 x 射線系統(tǒng)中的均整器，增加射野周邊的散射線，使整個射線束變得均勻平坦。使用雙散射箔系統(tǒng)，電子束限光筒可不再使用單一散射箔通常采用的封閉筒壁式結(jié)構(gòu)而改用邊框式，此時邊框式限光筒僅起確定射野大小( 幾何尺寸 ) 的作用。蟻薁方法之二是利用電磁偏轉(zhuǎn)原理展寬電子束。蒆可以減少或避免因電子束穿過散射箔時產(chǎn)生的x 射線污染，它采用類似電視光柵式掃描或螺旋式掃描的方法，將窄束電子打散，從而使電于束展寬。其特點是能譜窄，劑量跌落的梯度更為陡峭，較低的線污染等。x 射蒅第二節(jié)電子束射野劑量學(xué)螞蠆一、中心軸百分深度劑量曲線腿 1百分深度劑量曲線的特點芅圖 6 5 示出了模

5、體內(nèi)電子束中心軸百分深度劑量的基本特性及有關(guān)參數(shù)。螃袈有關(guān)參數(shù)：蠆 ds ：入射或表面劑量，以表面下0.5mm處的劑量表示；羆 dm：最大劑量點劑量；薁 r100：最大劑量點深度；膀 dx：電子束中 x 射線劑量；肈 rt （ r85 ）：有效治療深度，即治療劑量規(guī)定值( 如 85 dm) 處的深度；螆 r50： 50dm或半峰值處的深度（ hvd）；薂 rp：電子束的射程；艿 rq：百分深度劑量曲線上，過劑量跌落最陡點的切線與dm水平線交點的深度。蕆蒆高能電子束的百分深度劑量分布，大致可分為四部分：劑量建成區(qū)、高劑量坪區(qū)、劑量跌落區(qū)和線污染區(qū)。x 射蚄與高能x( ) 射線相比，高能電子束的劑

6、量建成效應(yīng)不明顯，表現(xiàn)為：表面劑量高，一般都在7585以上，并隨能量增加而增加；隨著深度的增加，百分深度劑量很快達(dá)到最大點；然后形成高劑量“坪區(qū)”。這主要是由于電子束在其運動徑跡上，很容易被散射，使得單位截面上電子注量增加。蟻劑量趺落是臨床使用高能電子束時極為重要的一個概念。用劑量梯度g表示，袇記為g=rp/(r p-rq) 。該值一般在2.0 2.5之間。膇任何醫(yī)用加速器產(chǎn)生的電子束都包含有一定數(shù)量的一長長的“拖尾” 。電子束在經(jīng)過散射箔、監(jiān)測電離室、x 射線，從而表現(xiàn)為百分深度劑量分布曲線后部有x 射線準(zhǔn)直器和電子限光筒裝置時，與這些物質(zhì)相互作用，產(chǎn)生了x 射線。蒁對采用散射箔系統(tǒng)的醫(yī)用直

7、線加速器，x 射線污染水平隨電子束能量的增加而增加。蝿莆 2. 百分深度劑量的影響因素蚃（ 1）能量的影響薂袈可以看出，電子束百分深度劑量分布隨電子束能量的改變有很大變化。螅基本特點是：由于電子束易于散射，所以隨著射線能量的增加，表面劑量增加，高劑量坪區(qū)變寬，劑量梯度減小，x 射線污染增加，電子束的臨床劑量學(xué)優(yōu)點逐漸消失。為了充分發(fā)揮高能電子束的臨床劑量學(xué)優(yōu)點，臨床中應(yīng)用的高能電子束，能量應(yīng)在4 25 mev 范圍。蒃薄（ 2）照射野的影響芀低能時，因射程較短，射野對百分深度劑量的影響較小；葿對較高能量的電子束，因射程較長，使用較小的照射野時，相當(dāng)數(shù)量的電子被散射出照射野，百分深度劑量隨射野的

8、變化較大。當(dāng)照射野增大時，較淺部位中心軸上電子的散射損失被照射野邊緣的散射電子補(bǔ)償逐漸達(dá)到平衡，百分深度劑量不再隨射野的增加而變化。一般條件下，當(dāng)照射野的直徑大于電子束射程的二分之一時，百分深度劑量隨照射野增大而變化極微。膄莁（ 3）源皮距的影響莈 如圖 6-10 ，所示。袈羄當(dāng)源皮距不同時，百分深度劑量的一些主要參數(shù)的變化規(guī)律，主要表現(xiàn)為：當(dāng)限光筒至皮膚表面的距離增加時，表面劑量降低，最大劑量深度變深，劑量梯度變陡，x 射線污染略有增加，而且高能電子束較低能電子束變化顯著。造成這一現(xiàn)象的主要原因，是由于電子束有效源皮距的影響和電子束的散射特性。由于電子束百分深度劑量隨源皮距變化的這一特點，要

9、求臨床應(yīng)用中，除非特殊需要， 應(yīng)保持源皮距不變，否則要根據(jù)實際的臨床使用條件，具體測量百分深度劑量有關(guān)參數(shù)的變化。蒂螁二、電子束的等劑量分布羋高能電子束等劑量分布的顯著特點為：隨深度的增加，低值等劑量線向外側(cè)擴(kuò)張，高值等劑量線向內(nèi)側(cè)收縮，并隨電子束能量而變化。蚅 特別是能量大于7mev以上時后一種情況更為突出。如圖6-11 所示。蒄衿 除能量的影響外，照射野大小也對高值等劑量線的形狀有所影響。如圖 6-12 所示，其 90等劑量線的底部形狀，由弧形逐漸變得平直。螇蒞造成原因：主要是電子束易于散射的特點。芁節(jié)三、電子束射野均勻性及半影定義和描述電子束照射野均勻性、平坦度和半影的特定平面：如圖6-

10、13 所示通過1膆r85 深度與射野2中心軸垂直的平面。膅莃 電子束射野均勻性表示：均勻性指數(shù)u 90/ 50 （ icru建議）。其數(shù)值等于特定平面內(nèi)90與 50等劑量2分布曲線所包括的面積之比。100cm 以上的照射野，此比值應(yīng)大于0.70 ，即沿射野邊和對角線方向90，50等劑量線的邊長之比l90 l50o 85，同時必須避免在該平面內(nèi)出現(xiàn)峰值劑量超過中心劑量的3的劑量“熱點” ，它所包括的面積的直徑應(yīng)小于2cm。莀 電子束的物理半影p80/20 ，由特定平面內(nèi)80與 20等劑量曲線之間的距離確定。一般條件下， 當(dāng)限光筒到表面距離在5 cm以內(nèi)，能量低于10mev的電子束，半影約為10

11、12mm；能量為10 20mev的電子束， 半影約為8 10mm；而當(dāng)限光筒到表面距離超過10cm時，半影可能會超過15mm。薆袆四、電子束的“虛源”及有效源皮距莄“虛源”：加速管中一窄束加速的電子束，經(jīng)偏轉(zhuǎn)穿過出射窗、散射箔、 監(jiān)測測電離室、 限束系統(tǒng)等而擴(kuò)展成一寬束電子束，好像從某一位置( 或點 ) 發(fā)射出來， 此位置( 或點 ) 稱為電子束的“虛源”位置。如圖6 14 所示。蒈艿影響虛源位置的因素很多，對同一能量的電子束，射野大小亦會影響它的位置。因此，不能用虛源到表面的距離去準(zhǔn)確校正延長源皮距后輸出劑量的變化。實際臨床上，用的是電子束有效源皮距。蚆測量電子束有效源皮距的方法是，將電離室

12、放置于水模體中射野中心軸上量大劑量點深度dm。首先使電子束限光筒接觸水表面，測得電離室讀數(shù)i 0，然后不斷改變限光筒與水表面之間的空氣間隙g，至約 20cm，得到相對不同空氣間隙g 的一組數(shù)據(jù) i g，如果電子束的輔出劑量率隨源皮距的變化循平方反比定律，則有：i 0fdm2膁gi gfdm袁或i 0g1i gfdm蚈 由i 0 相對于 g 可作一直線，則有效源皮距 f 等于：i g莆 f1dm直線斜率芃罿第三節(jié)電子束治療的計劃設(shè)計膈袃根據(jù)電子束的射野劑量學(xué)的基本特點，臨床應(yīng)用時應(yīng)注意兩個方面的問題：莄一是照射時應(yīng)盡量保持射野中心軸垂直于入射表面，并保持限光筒端面至皮膚的正確距離。莂這是由于電子

13、束的等劑量分布曲線極易受到諸如人體曲面、斜入射和空氣間隙的影響。薇二是一些重要劑量學(xué)參數(shù)， 必須進(jìn)行實際測量， 得到所使用的機(jī)器類型和具體照射條件下的實驗數(shù)值，為臨床作計劃設(shè)計時提供參考。薃 百分深度劑量、輸出劑量等，會隨照射條件的改變發(fā)生較大的變化，這些變化雖然可以采用數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行校正，但必須進(jìn)行實際測量。肁蒀一、能量和照射野的選擇羇如前所述，電子束的表面劑量較高，很快到達(dá)最大劑量點深度后，進(jìn)入劑量“坪區(qū)” ，至射程末端，劑量急劇跌落。因此，不同能量的電子束具有確定的不同的有效治療深度。電子束的這一劑量分布特點，決定了臨床用它來治療表淺的、 偏體位一側(cè)的病變時，具有高能 x( ) 射線所不

14、能及的突出優(yōu)點： 單野照射，靶區(qū)劑量均勻，靶區(qū)后正常組織和器官劑量很小。莄根據(jù)電子束百分深度劑量隨深度變化的規(guī)律，電子束的有效治療深度(cm) 約等于1 31 4 電子束的能量 (mev)。膃臨床中電子束能量的選擇，一般應(yīng)根據(jù)靶區(qū)深度，靶區(qū)劑量的最小值及危及器官可接受的耐受劑量等因素綜合考慮。 如果靶區(qū)后部的正常組織的耐受劑量較高， 可以 90等劑量線包括靶區(qū)來選擇電子束的能量；如果靶區(qū)后部的正常組織的耐受劑量低，如乳腺癌的術(shù)后治療，往往以保證胸壁和肺的界面處百分深度劑量不超過80 ( 甚至 70左右 ) 來選擇射線能量，以盡量減少肺組織的受量。薈選擇照射野大小的原則，應(yīng)確保特定的等劑量曲線完

15、全包圍靶區(qū)。電子束高值等劑量曲線，隨深度增加而內(nèi)收，在小野時此現(xiàn)象尤為突出因此，表面位置的照射野，應(yīng)按靶區(qū)的最大橫徑而適當(dāng)擴(kuò)大。根據(jù)l90 l500.85 的規(guī)定，所選電子束射野應(yīng)至少等于或大于靶區(qū)橫徑的1.18 倍。并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)靶區(qū)最深部分的寬度的情況將射野再放0.5 1.0cm 。莆肄二、電子束的斜入射校正芄電子束治療經(jīng)常遇到的一個問題是，由于患者治療部位皮膚表面的彎曲，或由于擺位條件的限制，致使電子束限光筒的端面不能很好平行和接觸于皮膚表面，引起空氣間隙和形成電子束的斜入射，導(dǎo)致電子束等劑量分布曲線的畸變。羈裊校正方法：襖參照圖 6-22a ，設(shè) d （f ， d）為電子束垂直入射

16、模體時有效源皮距為f ，深度 d 處的劑量。斜入射時，0設(shè)空氣間隙為g，斜入射角為 ( 入射點切線與射野中心軸的交角) ，則深度 d 處的劑量 d(f+g ， d) 為：fd2肁 d ( f g, d) d0 ( f , d)ggof ( , d )fg d聿 式中 of ( , d) 定義為斜入射校正因子，表示射線束垂直入射與斜入射的劑量比值。其值由表61 給出，表中的相對深度用實際深度d 與電子束射程 rp的比值表示，射程 rp 的值約等于 e(mev) 2 的值。蕿薅利用電子束的筆形束模型，可以對對電子束斜入射進(jìn)行較為精確的校正。肅蒁三、組織不均勻性校正羈在不均勻性組織如骨、肺和氣腔中，

17、電子束的劑量分布會發(fā)生顯著變化，應(yīng)對其校正。通常采用的校正方法為等效厚度系數(shù)法 (cet 法 ) 。假設(shè)某種不均勻組織的厚度為 z，它對電子束的吸收的等效水的厚度為 z cet，其中 cet由不均勻組織對水的相對電子密度求得。 如果計算位于厚度為 z 的不均勻性組織后的2某一點深度 d 處的劑量， 應(yīng)先計算該點的等效深度fd校正 (f為有效源deff，然后經(jīng)平方反比定律defff皮距 ) ，可得到該點劑量。 deff 的計算公式為：蒞 deff=d z cet z=d z（ cet 1)袀 人體骨組織的 cet 值的范圍為 l.l( 疏松骨 )-1.65( 致密骨 )。對肺組織， 實驗表明，其

18、 cet 值乎均約為0.5，并依賴于在肺組織中的深度。薀校正不均勻組織對劑量分布的影響的較精確的計算方法是，使用以多級散射理論為基礎(chǔ)的計算模型，如筆形束模型等。莇肅四、電子束的補(bǔ)償技術(shù)羂 電子束的補(bǔ)償技術(shù)用于：補(bǔ)償人體不規(guī)則的外輪廓；減弱電子束的穿透能力；3 提高皮膚劑量。蚈 圖 6-29 示出胸壁照射的示例：不加補(bǔ)償時，肺前緣的劑量較高(80)，并有一高劑量區(qū)(139 ) ；沿胸壁填加補(bǔ)償材料，并有意增加高劑量區(qū)位置處補(bǔ)償材料的厚度，既降低了肺前緣的受量，又減弱了高劑量區(qū)的劑量。螇螆臨床常用的補(bǔ)償材料有石蠟、聚苯乙烯和有機(jī)玻璃，石蠟易于成形，能很緊密地敷貼于人體表面，避免或減少補(bǔ)償材料與皮膚

19、間的空氣間隙，常被用作類似胸壁照射時的補(bǔ)償材料。聚苯乙烯和有機(jī)玻璃可制成不同厚度的平板，在一些特殊照射技術(shù)中，如電子束全身皮膚照射，用它作電子束能量的衰減材料時，因其有效原子序數(shù)較低，不會增加因軔致輻射產(chǎn)生的x 射線成分。羃肀五、電子束照射野的銜接技術(shù)芆 （ 1）電子束照射野銜接的基本原則薆根據(jù)射線束寬度隨深度變化的特點，在皮膚表面相鄰野之間，或留有一定的間隙，或使兩野共線，最終使其 50等劑量曲線在所需深度相交，形成較好的劑量分布。螀 具體采取何種方式銜接，要依據(jù)所使用的電子能量的電于射野的等劑量分布情況，圖 6-30 示出了 7mev和 16mev 電子束兩野銜接或量疊、或共線、或間隔時，

20、等劑量曲線分布的情況。腿蚆注意的地方是，用于確定相鄰射野銜接方式的等劑量曲線，一般是在均勻模體內(nèi)測得的。由于患者曲面及體內(nèi)組織的影響，劑量分布會因人而有所變化，建議在整個治療過程中，經(jīng)常變換其銜接位置，以避免固定位置銜接造成過高或過低的劑量。芇 （ 2）電子束和x （）射線照射野的銜接袂臨床中，特別是在頭頸部腫瘤的治療時，會遇到這種銜接問題。采用的方法一般采用兩照射野在皮膚表面共線相交。這會使得x （）射線照射野一側(cè)出現(xiàn)劑量熱點，電子束一側(cè)出現(xiàn)劑量冷點。其原因是由于電子束照射野產(chǎn)生的側(cè)向散射。劑最的冷、熱點還同時受到電子束源皮距的影響，源皮距延長，空氣間隙的增加，使得電子束等劑量曲線變得較標(biāo)稱

21、條件下的更加彎曲，冷，熱點劑量區(qū)域變寬。蒁 圖 6-31 顯示 9mev 電子束和6mvx 射線照射野在皮膚表面共線銜接時的劑量分布。荿螃 （3）靶區(qū)范圍較大，治療深度不同時，如圖 6 32 所示，在兩個照射野相鄰的邊緣，放置用聚苯乙烯等組織替代材料制成的楔形板，改變射野邊緣的劑量分布，使包括銜接部位的整個靶區(qū)的劑量分布均勻。羃蝕總結(jié)：決定相鄰照射野是否共線或留有間隙，前提是使靶區(qū)劑量分布盡量均勻。由于電子束治療的腫瘤大多位于表淺部位，治療的深度較淺，同時在治療區(qū)域內(nèi)往往沒有重要的敏感器官存在，因此，在注意了可能會出現(xiàn)的劑量熱點的位置、范圍后，如若臨床可以接受，則電子束的相鄰照射野（包括與 x

22、 （）射線照射野相鄰） ，就可在皮膚表面共線銜接。螈薃六、電子束照射野的鉛擋技術(shù)蝕臨床應(yīng)用中，為適合靶區(qū)的形狀并保護(hù)周圍的正常組織，一般用附加鉛塊改變限光筒的標(biāo)準(zhǔn)照射野為不規(guī)則野。附加鉛塊可固定在限光筒的末端，也可直接放在患者體表被遮擋位置。螈 1、鉛擋厚度的確定羋 圖 633 示出不同能量電子束在鉛介質(zhì)中的衰減情況?？梢钥闯?，鉛厚度的微小變化，都會對電子束的劑量有很大的影響。如果擋鉛厚度過薄，因其散射增加的部分可能會大于衰減的部分，使得劑量不僅不會減少，反而會有所增加。芄一般情況下，鉛擋厚度應(yīng)略大于所需要的最小鉛厚度值。但在有些情況下，特別在射野內(nèi)遮擋時，如照射眼瞼部位的腫瘤，為保護(hù)晶體，鉛

23、擋過厚使用起來不方便，而取最小鉛厚度值的臨界值。螂肀鉛擋厚度的正確選擇，要依據(jù)不同能量的電子束在鉛擋材料中的穿射曲線來進(jìn)行。穿射曲線的測量，一般采用平行板電離室，在固體模體內(nèi)進(jìn)行，由于穿射劑量的最大貢獻(xiàn)主要發(fā)生在表淺部位，因此測量深度不應(yīng)超過 5mm。另外。測量應(yīng)在寬束條件下，以適應(yīng)臨床使用的所有照射野。蚇 圖 6-34 給出完全阻止穿射電子所需鉛的厚度與入射電子束最大可幾能量的關(guān)系曲線。顯示，最低的鉛擋厚度 (以 mm 為單位 ) 應(yīng)是電子束能量 (以 mev 為單位 )數(shù)值的二分之一。同時從安全考慮，可將鉛擋厚度再增加 l mm 。羄袃 2、電子束的內(nèi)遮擋艿 如圖 6 35 示，用電子束治

24、療某些部位的病變，如嘴唇、耳翼等，常需要用內(nèi)遮擋以保護(hù)正常組織。這會在鉛擋和組織接觸的界面處產(chǎn)生電子束的反向散射，使其界面處的劑量大約增加30 70 (在 4 20mev 的能量范圍內(nèi))。肆螄 電子束反向散射的強(qiáng)弱用電子反向散射因子ebf(electron backscatter factor ， ebf) 表示，定義為組織遮擋界面處的劑量與均勻組織中同一位置劑量之比，由下述經(jīng)驗公式給出：蟻 ebf10.735e 0.05 ez薁 圖 6 36 顯示不同能量和遮擋介質(zhì)的電子反向散射因子。它隨遮擋介質(zhì)的有效原子序數(shù)z 的增高而增大，隨界面處電子平均能量的增加而減小。因此，臨床上為消弱這一效應(yīng)的影響，作內(nèi)遮擋時，在鉛擋與組織之間加入一定厚度的低原子序數(shù)材料，如有機(jī)玻璃等。此類型材料本身產(chǎn)生的反向散射低，同時可以吸收鉛擋所產(chǎn)生的反向散射。考慮反向散射電子的射程，用于界面間填塞的低原于序數(shù)材料的質(zhì)量厚度為 2g cm-2 左右。蒆蒅 3、鉛擋對劑量參數(shù)影響螞 圖 6 38 和圖