1、放射物理學(xué)基礎(chǔ)第六章 高能電子束射野劑量學(xué) 高能電子束應(yīng)用于腫瘤的放射治療始于上世紀(jì)50年代初期。 據(jù)估計(jì)約15的患者在治療過程中要應(yīng)用高能電子束。 計(jì)劃設(shè)計(jì)要求在給予靶區(qū)足夠劑量的同時(shí)，必須注意保護(hù)正常器官。加速器偏轉(zhuǎn)磁鐵散射片電子束治療鎢靶均整器擴(kuò)大和均勻射野X射線治療加速器治療機(jī)產(chǎn)生的射線 對(duì)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，才能用于臨床。 第一節(jié) 治療電子束的產(chǎn)生改造方法主要有兩種：利用散射箔展寬電子束。利用電磁偏轉(zhuǎn)原理展寬電子束。方法之一：利用散射箔展寬電子束 根據(jù)電子束易于散射的特點(diǎn)，將其射束展寬。所用散射箔材料的原子序數(shù)和

2、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)x射線治療準(zhǔn)直器，再經(jīng)電子束限光筒形成治療用射野。 電子束經(jīng)x射線準(zhǔn)直器及電子限光筒壁時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生散射電子，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，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。 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(shí)的多重散射，將射束展寬；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(gè)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

3、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(shí)邊框式限光筒僅起確定射野大小(幾何尺寸)的作用。 可以減少或避免因電子束穿過散射箔時(shí)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(diǎn)是能譜窄，劑量跌落的梯度更為陡峭，較低的x射線污染等。方法之二：利用電磁偏轉(zhuǎn)原理展寬電子束。第二節(jié) 電子束射野劑量學(xué)高能電子束的特點(diǎn)：（1）高能電子束具有有限的射程，可以有效地避免對(duì)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(diǎn)；（3）隨著電子束限光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；（2）易于散射，皮膚劑量相對(duì)較高，且隨電子能

4、量的增加而增加；（4）百分深度劑量隨射野大小特別在射野較小時(shí)變化明顯；（5）不均勻組織對(duì)百分深度劑量影響顯著；（6）拉長源皮距照射時(shí)，輸出劑量不能準(zhǔn)確按平方反比定律計(jì)算；（應(yīng)考慮有效源皮距）（7）不規(guī)則射野輸出劑量的計(jì)算，仍存在問題。 基于高能電子束的上述特點(diǎn)，它主要用于治療表淺或偏心的腫瘤和浸潤的淋巴結(jié)。 一、中心軸百分深度劑量曲線1、百分深度劑量曲線的特點(diǎn) 圖6-5示出了模體內(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)。 Ds：入射或表面劑量，以表面下處的 劑量表示；Dm：最大劑量點(diǎn)劑量；R100：最大劑量點(diǎn)深度；Dx：電子束中x射線劑量；Rt（R85）：有效治療深度，即治療劑量規(guī)定 值

5、(如85Dm)處的深度；有關(guān)參數(shù)：R50：50Dm或半峰值處的深度（HVD）；Rp：電子束的射程；Rq：百分深度劑量曲線上，過劑量跌落最陡 點(diǎn)的切線與Dm水平線交點(diǎn)的深度。 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)x射線污染區(qū) 與高能x()射線相比，高能電子束的劑量建成效應(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(diǎn)；然后形成高劑量“坪區(qū)”。這主要是由于電子束在其運(yùn)動(dòng)徑跡上，很容易被散射，使得單位截面上電子注量增加。 劑量趺落是臨床使用高能電子束時(shí)極為重要的一個(gè)概念。 記為，G=Rp/(R

6、p-Rq)該值一般在之間。用劑量梯度G表示: 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X射線，從而表現(xiàn)為百分深度劑量分布曲線后部有一長長的“拖尾”。 電子束在經(jīng)過散射箔、監(jiān)測(cè)電離室、x射線準(zhǔn)直器和電子限光筒裝置時(shí)，與這些物質(zhì)相互作用，產(chǎn)生了X射線。 對(duì)采用散射箔系統(tǒng)的醫(yī)用直線加速器，x射線污染水平隨電子束能量的增加而增加。 （1）能量的影響2、百分深度劑量的影響因素 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。 基本特點(diǎn)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(diǎn)逐漸消失。 電子束能量愈低，電子束

7、愈易于被散射，散射角愈大，劑量建成更迅速，距離更短。表面劑量相對(duì)于最大劑量點(diǎn)劑量的比值，低能電子束要小于高能電子束。 這一現(xiàn)象的最簡單解釋，如圖6-8所示。對(duì)于相同入射的電子注量(cm-2)，低能電子束的劑量跌落要比高能電子束的更陡。 綜上所述，為了充分發(fā)揮高能電子束的上述特點(diǎn)，臨床中應(yīng)用的高能電子束，其能量應(yīng)在425 MeV范圍。 低能時(shí)，因射程較短，射野對(duì)百分深度劑量的影響較小； 對(duì)較高能量的電子束，因射程較長，使用較小的照射野時(shí)，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變化較大。當(dāng)照射野增大時(shí)，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

8、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(shí)，百分深度劑量隨照射野增大而變化極微。 （2）照射野的影響（3）源皮距 的影響當(dāng)源皮距不同時(shí)，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(shí)，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(diǎn)，要求臨床應(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(shí)際的臨床使用條件，具體測(cè)量百分深度劑量有關(guān)參數(shù)的變化。 高能電子束等劑量分布的顯著特

9、點(diǎn)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。 二、電子束的等劑量分布 特別是能量大于7MeV以上時(shí)，后一種情況更為突出。 除能量的影響外，照射野大小也對(duì)高值等劑量線的形狀有所影響。右圖中，其90等劑量線的底部形狀，由弧形逐漸變得平直。 造成原因：主要是電子束易于散射的特點(diǎn)。 選取一個(gè)特定平面用于定義和描述電子束照射野均勻性、平坦度和半影。三、電子束射野均勻性及半影通過 深度與射野中心軸垂直的平面。 電子束射野均勻性表示：均勻性指數(shù) 100cm2以上的照射野，此比值應(yīng)大于，即沿射野邊和對(duì)角線方向90，50等劑量線的邊長之比L90L50，同時(shí)必須避免在

10、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(diǎn)”，它所包括的面積的直徑應(yīng)小于2cm。（ICRU建議）（面積之比）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1012mm；能量為1020MeV的電子束，半影約為810mm；而當(dāng)限光筒到表面距離超過10cm時(shí)，半影可能會(huì)超過15mm。 電子束的物理半影四、電子束的“虛源”及有效源皮距 “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(cè)測(cè)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(diǎn))發(fā)射出來，此位置(或點(diǎn))稱為電

11、子束的“虛源”位置。 影響虛源位置的因素很多，對(duì)同一能量的電子束，射野大小亦會(huì)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(shí)際臨床上，用的是電子束有效源皮距來準(zhǔn)確校正。 將電離室放置于水模體中射野中心軸上量大劑量點(diǎn)深度dm。 首先，使電子束限光筒接觸水表面，測(cè)得電離室讀數(shù)I0， 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(duì)不同空氣間隙g的一組數(shù)據(jù)Ig，測(cè)量電子束有效源皮距的方法：如果電子束的輸出劑量率隨源皮距的變化循平方反比定律，則有： 或 由 相對(duì)于g可作一直線，則有效源皮距f等于： 電子束有效源皮距隨輻射能量和射野大小而變化。這一

12、變化是由于不同能量和照射野條件下，電子束散射不同的緣故。高能電子束，其劑量分布特點(diǎn)如下：小結(jié)：（1）從皮膚表面到一定的深度，劑量高且分布比較均勻，隨著能量增加，此深度也不斷增加。表面劑量大小依能量不同而不同：能量低，表面劑量低；能量高，表面劑量高。 如7MeV，表面劑量為85；18MeV，表面劑量為98。因而不能保護(hù)皮膚。（2）在一定的深度之后，劑量突然下降。如果臨床醫(yī)生將病變選在80區(qū)域內(nèi)，則病變后正常組織的受量極小。但是隨著能量不斷增加，此特點(diǎn)逐漸消失，對(duì)45MeV電子束，此特點(diǎn)幾乎全部失去。因此，電子加速器的電子能量選得過高是沒有實(shí)際意義的，一般最有用的電子能量選在25MeV以內(nèi)。（3）

13、不同的照射野對(duì)百分深度劑量有影響：低能時(shí)，射野影響較小；高能時(shí)，射野影響很大，即射野增大，深度劑量增加。（4）其等劑量分布曲線的特點(diǎn)：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、射野而變化。 對(duì)于大射野，曲線中心部分與入射表面平行，不論入射面是平的還是彎曲的。這一點(diǎn)對(duì)臨床醫(yī)生考慮不規(guī)則表面入射時(shí)，很有好處。臨床應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意兩個(gè)問題：第三節(jié) 電子束治療的計(jì)劃設(shè)計(jì) （1）照射時(shí)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。 這是由于電子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。 （2）一些重要?jiǎng)┝繉W(xué)參數(shù)，必須進(jìn)行實(shí)際測(cè)

14、量，得到針對(duì)所使用的機(jī)器類型和具體照射條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)值，為臨床作計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)提供參考。 百分深度劑量、輸出劑量等，會(huì)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(shí)際測(cè)量。 不同能量的電子束具有不同的有效治療深度。臨床用它來治療表淺的、偏體位一側(cè)的病變時(shí)，具有高能X()射線所不能及的突出優(yōu)點(diǎn)：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。一、能量和照射野的選擇 電子束的有效治療深度(cm)約等于1314電子束的能量(MeV)。 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)來選擇射線能量；如果耐受劑量低，可以80(甚至70左右)等劑量線

15、來選擇射線能量。（乳腺癌的術(shù)后治療） 臨床中，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。照射野大小的選擇原則：確保特定的等劑量曲線完全包圍靶區(qū)。電子束高值等劑量曲線，隨深度增加而內(nèi)收，在小野時(shí)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)L90L50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。 電子束治療經(jīng)常遇到的一個(gè)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

16、束等劑量分布曲線的畸變。二、電子束的斜入射校正校正方法：電子束斜入射校正幾何參數(shù)示意圖斜入射校正因子：表示射線束斜入射與垂直入射的劑量比值。其值可查表（表61）。校正公式：斜入射校正因子 利用電子束的筆形束模型，可以對(duì)電子束斜入射進(jìn)行較為精確的校正。 右圖給出了12MeV電子束照射圓柱形固體模體時(shí)，計(jì)算的劑量分布與測(cè)量的劑量分布的比較。電子束斜入射對(duì)劑量分布的影響虛線為計(jì)算值 實(shí)線為膠片法測(cè)量值電子束在不均勻性組織如骨、肺和氣腔中，其劑量分布會(huì)發(fā)生顯著變化，應(yīng)對(duì)其校正。校正方法：等效厚度系數(shù)法(CET法)。如果計(jì)算位于厚度為Z的不均勻性組織后的某一點(diǎn)深度d處的劑量，應(yīng)先計(jì)算該點(diǎn)的等效深度def

17、f ：三、組織不均勻性校正(1) deff=dZCETZ = dZ（CET1)CET由不均勻組織對(duì)水的相對(duì)電子密度求得。然后，經(jīng)平方反比 定律 校正，可得到該點(diǎn)劑量。CET值的范圍：(疏松骨)(致密骨)。肺組織，平均約為，并依賴于在肺組織中的深度。f：有效源皮距(2)電子束照射胸壁，不作肺修正和用筆形束模型作肺修正時(shí)的劑量分布情況。 校正不均勻組織對(duì)劑量分布的影響的較精確的計(jì)算方法是，使用以多級(jí)散射理論為基礎(chǔ)的計(jì)算模型，如筆形束模型等。 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； 提高皮膚劑量。四、電子束的補(bǔ)償技術(shù)胸壁照射的示例：不加補(bǔ)償時(shí)，肺前緣的劑量較高(80

18、)，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。 圖629 電子束照射胸壁的劑量分布未加補(bǔ)償材料填加補(bǔ)償材料 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)償材料與皮膚間的空氣間隙，常被用作類似胸壁照射時(shí)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(shí)，因其有效原子序數(shù)較低，不會(huì)增加因軔致輻射產(chǎn)生的x射線成分。 對(duì)一些特殊部位的病變的照射，如全腦全脊髓照射中的脊髓野，乳腺癌術(shù)后

19、的胸壁照射野等，因單一電子束射野不可能包括整個(gè)靶區(qū)，需要采用多個(gè)相鄰野銜接構(gòu)成大野進(jìn)行照射，必須恰當(dāng)處理，避免靶區(qū)內(nèi)超、欠劑量的發(fā)生。五、電子束照射野的銜接技術(shù) 根據(jù)射線束寬度隨深度變化的特點(diǎn)，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。 具體采取何種方式銜接，要依據(jù)所使用的電子能量的電子射野的等劑量分布情況 下圖給出了7MeV和16MeV電子束兩野銜接或重疊、或共線、或間隔時(shí)，等劑量曲線分布的情況。 （一）電子束照射野銜接的基本原則 注意：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(cè)得的。 但在實(shí)際使用過程中，

20、由于患者曲面及體內(nèi)組織的影響，劑量分布會(huì)因人而異，所以在整個(gè)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。 臨床中，特別是在頭頸部腫瘤的治療時(shí)，會(huì)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(huì)使得X（）射線照射野一側(cè)出現(xiàn)劑量熱點(diǎn)，電子束一側(cè)出現(xiàn)劑量冷點(diǎn)。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(diǎn)還同時(shí)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)稱條件下的更加彎曲，冷，熱點(diǎn)劑量區(qū)域變寬。 （二）電子束和X（）射線照射野的銜接9MeV電子束和6MVx射線照射野在皮膚表面共線銜接時(shí)的劑量分布。電子束為標(biāo)稱

21、源皮距照射電子束源皮距延長至120cm（三）楔形板在照射野銜接中的作用 靶區(qū)范圍較大，治療深度不同時(shí)，在兩個(gè)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(gè)靶區(qū)的劑量分布均勻。 圖632 利用聚苯乙烯楔形板改善照射野邊緣的劑量分布，以實(shí)現(xiàn)照射野的銜接總結(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(shí)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(huì)出現(xiàn)的劑量熱點(diǎn)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（）射線照射野相鄰），就可

22、在皮膚表面共線銜接。 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。六、電子束照射野的擋鉛技術(shù) 從不同能量電子束在鉛介質(zhì)中的衰減情況，可以看出，鉛厚度的微小變化，都會(huì)對(duì)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(huì)大于衰減的部分，使得劑量不僅不會(huì)減少，反而會(huì)有所增加。 （一）擋鉛厚度的確定 一般情況下，擋鉛厚度應(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(shí)，如照射眼瞼部位的腫瘤，為保護(hù)晶體，鉛擋過厚使用起來不方便，而取最小鉛厚度值的臨界值

23、。 擋鉛厚度的正確選擇，要依據(jù)不同能量的電子束在擋鉛材料中的穿射曲線來進(jìn)行。穿射曲線的測(cè)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(cè)量深度不應(yīng)超過5mm。另外，測(cè)量應(yīng)在寬束條件下，以適應(yīng)臨床使用的所有照射野。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(shí)從安全考慮，可將鉛擋厚度再增加l mm。完全阻止不同能量電子束所需的擋鉛厚度不同型號(hào)的加速器用電子束治療某些部位的病變，如嘴唇、耳翼等，常需要用內(nèi)遮擋以保護(hù)正常組織。在擋鉛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3070。（二）電子束的內(nèi)遮擋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。經(jīng)