高能电子束射野剂量学

1、蚆第六章高能电子束射野剂量学芇袂 高能电子束应用于肿瘤的放射治疗始于50 年代初期。据估计，当前在大的放射治疗中心，接受放射治疗的患者中， 约 15左右的患者在治疗过程中要应用高能电子束。放射治疗的计划设计， 要求在给予靶区足够剂量的同时，必须注意保护正常器官。蒁荿高能电子束的特点：螃 （ 1）对于 x( ) 射线，沿射线入射方向靶体积后方的正常组织，不可避免的会接受到一定程度的辐射剂量，高能电子束则由于具有有限的射程，而可以有效地避免对靶区后深部组织的照射。这是高能电子束最重要的剂量学特点。羃 （ 2）但对于高能电子束，因易于散射，皮肤剂量相对较高，且随电子能量的增加而增加；蚀随着电子束限光

2、筒到患者皮肤距离的增加，射野的剂量均匀性迅速变劣、半影增宽；螈百分深度剂量随射野大小特别在射野较小时变化明显；不均匀组织对百分深度剂量影响显著；薃拉长源皮距照射时，输出剂量不能准确按平方反比定律计算；蚀不规则射野输出剂量的计算，仍存在问题。螈芈基于高能电子束的上述特点，它主要用于治疗表浅或偏心的肿瘤和浸润的淋巴结。芄螂第一节治疗电子束的产生肀 临床最早使用的电子束多是由电子感应加速器产生的，60 年代后期， 医用直线加速器逐渐取代了电子感应加速器，成为放射治疗中产生电子束和高能x 射线的最主要设备。蚇对于医用直线加速器，经加速和偏转后引出的电子束，束流发散角很小，基本是单能窄束，必须加以改造，

3、才能用于临床。羄治疗电子束产生的方法：袃方法之一是利用散射箔展宽电子束。艿根据电子束易于散射的特点，将其射束展宽。所用散射箔材料的原子序数和厚度，要依据电子束能量选择。散射箔可以有效地将电子束展宽到临床所需要的最大射野范围。电子束通过散射箔展宽后，先经射线治疗准直器，再经电子束限光筒形成治疗用射野。x肆电子束经x 射线准直器及电子限光筒壁时，也会产的散射电子，从而改变电子束的角分布并使其能谱变宽，从而改善射野均匀性。它会使其剂量建成区的剂量显著增加，但随限光筒到表面的距离的增加而影响减少。螄将单一散射箔改用为双散射箔系统，可进一步改善电于束的能谱和角分布。第一散射箔的作用，是利用电子穿射时的多

4、重散射，将射束展宽宽；第二散射箔类似于 x 射线系统中的均整器，增加射野周边的散射线，使整个射线束变得均匀平坦。使用双散射箔系统，电子束限光筒可不再使用单一散射箔通常采用的封闭筒壁式结构而改用边框式，此时边框式限光筒仅起确定射野大小( 几何尺寸 ) 的作用。蚁薁方法之二是利用电磁偏转原理展宽电子束。蒆可以减少或避免因电子束穿过散射箔时产生的x 射线污染，它采用类似电视光栅式扫描或螺旋式扫描的方法，将窄束电子打散，从而使电于束展宽。其特点是能谱窄，剂量跌落的梯度更为陡峭，较低的线污染等。x 射蒅第二节电子束射野剂量学蚂虿一、中心轴百分深度剂量曲线腿 1百分深度剂量曲线的特点芅图 6 5 示出了模

5、体内电子束中心轴百分深度剂量的基本特性及有关参数。螃袈有关参数：虿 ds ：入射或表面剂量，以表面下0.5mm处的剂量表示；羆 dm：最大剂量点剂量；薁 r100：最大剂量点深度；膀 dx：电子束中 x 射线剂量；肈 rt （ r85 ）：有效治疗深度，即治疗剂量规定值( 如 85 dm) 处的深度；螆 r50： 50dm或半峰值处的深度（ hvd）；薂 rp：电子束的射程；艿 rq：百分深度剂量曲线上，过剂量跌落最陡点的切线与dm水平线交点的深度。蒇蒆高能电子束的百分深度剂量分布，大致可分为四部分：剂量建成区、高剂量坪区、剂量跌落区和线污染区。x 射蚄与高能x( ) 射线相比，高能电子束的剂

6、量建成效应不明显，表现为：表面剂量高，一般都在7585以上，并随能量增加而增加；随着深度的增加，百分深度剂量很快达到最大点；然后形成高剂量“坪区”。这主要是由于电子束在其运动径迹上，很容易被散射，使得单位截面上电子注量增加。蚁剂量趺落是临床使用高能电子束时极为重要的一个概念。用剂量梯度g表示，袇记为g=rp/(r p-rq) 。该值一般在2.0 2.5之间。膇任何医用加速器产生的电子束都包含有一定数量的一长长的“拖尾” 。电子束在经过散射箔、监测电离室、x 射线，从而表现为百分深度剂量分布曲线后部有x 射线准直器和电子限光筒装置时，与这些物质相互作用，产生了x 射线。蒁对采用散射箔系统的医用直

7、线加速器，x 射线污染水平随电子束能量的增加而增加。蝿莆 2. 百分深度剂量的影响因素蚃（ 1）能量的影响薂袈可以看出，电子束百分深度剂量分布随电子束能量的改变有很大变化。螅基本特点是：由于电子束易于散射，所以随着射线能量的增加，表面剂量增加，高剂量坪区变宽，剂量梯度减小，x 射线污染增加，电子束的临床剂量学优点逐渐消失。为了充分发挥高能电子束的临床剂量学优点，临床中应用的高能电子束，能量应在4 25 mev 范围。蒃薄（ 2）照射野的影响芀低能时，因射程较短，射野对百分深度剂量的影响较小；葿对较高能量的电子束，因射程较长，使用较小的照射野时，相当数量的电子被散射出照射野，百分深度剂量随射野的

8、变化较大。当照射野增大时，较浅部位中心轴上电子的散射损失被照射野边缘的散射电子补偿逐渐达到平衡，百分深度剂量不再随射野的增加而变化。一般条件下，当照射野的直径大于电子束射程的二分之一时，百分深度剂量随照射野增大而变化极微。膄莁（ 3）源皮距的影响莈 如图 6-10 ，所示。袈羄当源皮距不同时，百分深度剂量的一些主要参数的变化规律，主要表现为：当限光筒至皮肤表面的距离增加时，表面剂量降低，最大剂量深度变深，剂量梯度变陡，x 射线污染略有增加，而且高能电子束较低能电子束变化显著。造成这一现象的主要原因，是由于电子束有效源皮距的影响和电子束的散射特性。由于电子束百分深度剂量随源皮距变化的这一特点，要

9、求临床应用中，除非特殊需要， 应保持源皮距不变，否则要根据实际的临床使用条件，具体测量百分深度剂量有关参数的变化。蒂螁二、电子束的等剂量分布芈高能电子束等剂量分布的显著特点为：随深度的增加，低值等剂量线向外侧扩张，高值等剂量线向内侧收缩，并随电子束能量而变化。蚅 特别是能量大于7mev以上时后一种情况更为突出。如图6-11 所示。蒄衿 除能量的影响外，照射野大小也对高值等剂量线的形状有所影响。如图 6-12 所示，其 90等剂量线的底部形状，由弧形逐渐变得平直。螇莅造成原因：主要是电子束易于散射的特点。芁节三、电子束射野均匀性及半影定义和描述电子束照射野均匀性、平坦度和半影的特定平面：如图6-

10、13 所示通过1膆r85 深度与射野2中心轴垂直的平面。膅莃 电子束射野均匀性表示：均匀性指数u 90/ 50 （ icru建议）。其数值等于特定平面内90与 50等剂量2分布曲线所包括的面积之比。100cm 以上的照射野，此比值应大于0.70 ，即沿射野边和对角线方向90，50等剂量线的边长之比l90 l50o 85，同时必须避免在该平面内出现峰值剂量超过中心剂量的3的剂量“热点” ，它所包括的面积的直径应小于2cm。莀 电子束的物理半影p80/20 ，由特定平面内80与 20等剂量曲线之间的距离确定。一般条件下， 当限光筒到表面距离在5 cm以内，能量低于10mev的电子束，半影约为10

11、12mm；能量为10 20mev的电子束， 半影约为8 10mm；而当限光筒到表面距离超过10cm时，半影可能会超过15mm。薆袆四、电子束的“虚源”及有效源皮距莄“虚源”：加速管中一窄束加速的电子束，经偏转穿过出射窗、散射箔、 监测测电离室、 限束系统等而扩展成一宽束电子束，好像从某一位置( 或点 ) 发射出来， 此位置( 或点 ) 称为电子束的“虚源”位置。如图6 14 所示。蒈艿影响虚源位置的因素很多，对同一能量的电子束，射野大小亦会影响它的位置。因此，不能用虚源到表面的距离去准确校正延长源皮距后输出剂量的变化。实际临床上，用的是电子束有效源皮距。蚆测量电子束有效源皮距的方法是，将电离室

12、放置于水模体中射野中心轴上量大剂量点深度dm。首先使电子束限光筒接触水表面，测得电离室读数i 0，然后不断改变限光筒与水表面之间的空气间隙g，至约 20cm，得到相对不同空气间隙g 的一组数据 i g，如果电子束的辅出剂量率随源皮距的变化循平方反比定律，则有：i 0fdm2膁gi gfdm袁或i 0g1i gfdm蚈 由i 0 相对于 g 可作一直线，则有效源皮距 f 等于：i g莆 f1dm直线斜率芃罿第三节电子束治疗的计划设计膈袃根据电子束的射野剂量学的基本特点，临床应用时应注意两个方面的问题：莄一是照射时应尽量保持射野中心轴垂直于入射表面，并保持限光筒端面至皮肤的正确距离。莂这是由于电子

13、束的等剂量分布曲线极易受到诸如人体曲面、斜入射和空气间隙的影响。薇二是一些重要剂量学参数， 必须进行实际测量， 得到所使用的机器类型和具体照射条件下的实验数值，为临床作计划设计时提供参考。薃 百分深度剂量、输出剂量等，会随照射条件的改变发生较大的变化，这些变化虽然可以采用数学的方法进行校正，但必须进行实际测量。肁蒀一、能量和照射野的选择羇如前所述，电子束的表面剂量较高，很快到达最大剂量点深度后，进入剂量“坪区” ，至射程末端，剂量急剧跌落。因此，不同能量的电子束具有确定的不同的有效治疗深度。电子束的这一剂量分布特点，决定了临床用它来治疗表浅的、 偏体位一侧的病变时，具有高能 x( ) 射线所不

14、能及的突出优点： 单野照射，靶区剂量均匀，靶区后正常组织和器官剂量很小。莄根据电子束百分深度剂量随深度变化的规律，电子束的有效治疗深度(cm) 约等于1 31 4 电子束的能量 (mev)。膃临床中电子束能量的选择，一般应根据靶区深度，靶区剂量的最小值及危及器官可接受的耐受剂量等因素综合考虑。 如果靶区后部的正常组织的耐受剂量较高， 可以 90等剂量线包括靶区来选择电子束的能量；如果靶区后部的正常组织的耐受剂量低，如乳腺癌的术后治疗，往往以保证胸壁和肺的界面处百分深度剂量不超过80 ( 甚至 70左右 ) 来选择射线能量，以尽量减少肺组织的受量。薈选择照射野大小的原则，应确保特定的等剂量曲线完

15、全包围靶区。电子束高值等剂量曲线，随深度增加而内收，在小野时此现象尤为突出因此，表面位置的照射野，应按靶区的最大横径而适当扩大。根据l90 l500.85 的规定，所选电子束射野应至少等于或大于靶区横径的1.18 倍。并在此基础上，根据靶区最深部分的宽度的情况将射野再放0.5 1.0cm 。莆肄二、电子束的斜入射校正芄电子束治疗经常遇到的一个问题是，由于患者治疗部位皮肤表面的弯曲，或由于摆位条件的限制，致使电子束限光筒的端面不能很好平行和接触于皮肤表面，引起空气间隙和形成电子束的斜入射，导致电子束等剂量分布曲线的畸变。羁袅校正方法：袄参照图 6-22a ，设 d （f ， d）为电子束垂直入射

16、模体时有效源皮距为f ，深度 d 处的剂量。斜入射时，0设空气间隙为g，斜入射角为 ( 入射点切线与射野中心轴的交角) ，则深度 d 处的剂量 d(f+g ， d) 为：fd2肁 d ( f g, d) d0 ( f , d)ggof ( , d )fg d聿 式中 of ( , d) 定义为斜入射校正因子，表示射线束垂直入射与斜入射的剂量比值。其值由表61 给出，表中的相对深度用实际深度d 与电子束射程 rp的比值表示，射程 rp 的值约等于 e(mev) 2 的值。蕿薅利用电子束的笔形束模型，可以对对电子束斜入射进行较为精确的校正。肃蒁三、组织不均匀性校正羈在不均匀性组织如骨、肺和气腔中，

17、电子束的剂量分布会发生显著变化，应对其校正。通常采用的校正方法为等效厚度系数法 (cet 法 ) 。假设某种不均匀组织的厚度为 z，它对电子束的吸收的等效水的厚度为 z cet，其中 cet由不均匀组织对水的相对电子密度求得。 如果计算位于厚度为 z 的不均匀性组织后的2某一点深度 d 处的剂量， 应先计算该点的等效深度fd校正 (f为有效源deff，然后经平方反比定律defff皮距 ) ，可得到该点剂量。 deff 的计算公式为：莅 deff=d z cet z=d z（ cet 1)袀 人体骨组织的 cet 值的范围为 l.l( 疏松骨 )-1.65( 致密骨 )。对肺组织， 实验表明，其

18、 cet 值乎均约为0.5，并依赖于在肺组织中的深度。薀校正不均匀组织对剂量分布的影响的较精确的计算方法是，使用以多级散射理论为基础的计算模型，如笔形束模型等。莇肅四、电子束的补偿技术羂 电子束的补偿技术用于：补偿人体不规则的外轮廓；减弱电子束的穿透能力；3 提高皮肤剂量。蚈 图 6-29 示出胸壁照射的示例：不加补偿时，肺前缘的剂量较高(80)，并有一高剂量区(139 ) ；沿胸壁填加补偿材料，并有意增加高剂量区位置处补偿材料的厚度，既降低了肺前缘的受量，又减弱了高剂量区的剂量。螇螆临床常用的补偿材料有石蜡、聚苯乙烯和有机玻璃，石蜡易于成形，能很紧密地敷贴于人体表面，避免或减少补偿材料与皮肤

19、间的空气间隙，常被用作类似胸壁照射时的补偿材料。聚苯乙烯和有机玻璃可制成不同厚度的平板，在一些特殊照射技术中，如电子束全身皮肤照射，用它作电子束能量的衰减材料时，因其有效原子序数较低，不会增加因轫致辐射产生的x 射线成分。羃肀五、电子束照射野的衔接技术芆 （ 1）电子束照射野衔接的基本原则薆根据射线束宽度随深度变化的特点，在皮肤表面相邻野之间，或留有一定的间隙，或使两野共线，最终使其 50等剂量曲线在所需深度相交，形成较好的剂量分布。螀 具体采取何种方式衔接，要依据所使用的电子能量的电于射野的等剂量分布情况，图 6-30 示出了 7mev和 16mev 电子束两野衔接或量叠、或共线、或间隔时，

20、等剂量曲线分布的情况。腿蚆注意的地方是，用于确定相邻射野衔接方式的等剂量曲线，一般是在均匀模体内测得的。由于患者曲面及体内组织的影响，剂量分布会因人而有所变化，建议在整个治疗过程中，经常变换其衔接位置，以避免固定位置衔接造成过高或过低的剂量。芇 （ 2）电子束和x （）射线照射野的衔接袂临床中，特别是在头颈部肿瘤的治疗时，会遇到这种衔接问题。采用的方法一般采用两照射野在皮肤表面共线相交。这会使得x （）射线照射野一侧出现剂量热点，电子束一侧出现剂量冷点。其原因是由于电子束照射野产生的侧向散射。剂最的冷、热点还同时受到电子束源皮距的影响，源皮距延长，空气间隙的增加，使得电子束等剂量曲线变得较标称

21、条件下的更加弯曲，冷，热点剂量区域变宽。蒁 图 6-31 显示 9mev 电子束和6mvx 射线照射野在皮肤表面共线衔接时的剂量分布。荿螃 （3）靶区范围较大，治疗深度不同时，如图 6 32 所示，在两个照射野相邻的边缘，放置用聚苯乙烯等组织替代材料制成的楔形板，改变射野边缘的剂量分布，使包括衔接部位的整个靶区的剂量分布均匀。羃蚀总结：决定相邻照射野是否共线或留有间隙，前提是使靶区剂量分布尽量均匀。由于电子束治疗的肿瘤大多位于表浅部位，治疗的深度较浅，同时在治疗区域内往往没有重要的敏感器官存在，因此，在注意了可能会出现的剂量热点的位置、范围后，如若临床可以接受，则电子束的相邻照射野（包括与 x

22、 （）射线照射野相邻） ，就可在皮肤表面共线衔接。螈薃六、电子束照射野的铅挡技术蚀临床应用中，为适合靶区的形状并保护周围的正常组织，一般用附加铅块改变限光筒的标准照射野为不规则野。附加铅块可固定在限光筒的末端，也可直接放在患者体表被遮挡位置。螈 1、铅挡厚度的确定芈 图 633 示出不同能量电子束在铅介质中的衰减情况。可以看出，铅厚度的微小变化，都会对电子束的剂量有很大的影响。如果挡铅厚度过薄，因其散射增加的部分可能会大于衰减的部分，使得剂量不仅不会减少，反而会有所增加。芄一般情况下，铅挡厚度应略大于所需要的最小铅厚度值。但在有些情况下，特别在射野内遮挡时，如照射眼睑部位的肿瘤，为保护晶体，铅

23、挡过厚使用起来不方便，而取最小铅厚度值的临界值。螂肀铅挡厚度的正确选择，要依据不同能量的电子束在铅挡材料中的穿射曲线来进行。穿射曲线的测量，一般采用平行板电离室，在固体模体内进行，由于穿射剂量的最大贡献主要发生在表浅部位，因此测量深度不应超过 5mm。另外。测量应在宽束条件下，以适应临床使用的所有照射野。蚇 图 6-34 给出完全阻止穿射电子所需铅的厚度与入射电子束最大可几能量的关系曲线。显示，最低的铅挡厚度 (以 mm 为单位 ) 应是电子束能量 (以 mev 为单位 )数值的二分之一。同时从安全考虑，可将铅挡厚度再增加 l mm 。羄袃 2、电子束的内遮挡艿 如图 6 35 示，用电子束治

24、疗某些部位的病变，如嘴唇、耳翼等，常需要用内遮挡以保护正常组织。这会在铅挡和组织接触的界面处产生电子束的反向散射，使其界面处的剂量大约增加30 70 (在 4 20mev 的能量范围内)。肆螄 电子束反向散射的强弱用电子反向散射因子ebf(electron backscatter factor ， ebf) 表示，定义为组织遮挡界面处的剂量与均匀组织中同一位置剂量之比，由下述经验公式给出：蚁 ebf10.735e 0.05 ez薁 图 6 36 显示不同能量和遮挡介质的电子反向散射因子。它随遮挡介质的有效原子序数z 的增高而增大，随界面处电子平均能量的增加而减小。因此，临床上为消弱这一效应的影响，作内遮挡时，在铅挡与组织之间加入一定厚度的低原子序数材料，如有机玻璃等。此类型材料本身产生的反向散射低，同时可以吸收铅挡所产生的反向散射。考虑反向散射电子的射程，用于界面间填塞的低原于序数材料的质量厚度为 2g cm-2 左右。蒆蒅 3、铅挡对剂量参数影响蚂 图 6 38 和图