第七讲 电子线的物理学原理
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第七讲 电子线的物理学概论 及临床应用
余健
电子线的物理学概论及临床应用
电子与物质的作用 电子束的剂量学特征 电子线的剂量测量 电子束照射的临床应用
电子束治疗能量和照射野的选择
电子与物质的作用
电子与物质的作用方式
（1）弹件散射 不改变原子
本身的状态，仅改变入射 电子的方向，能量守恒 （2）非弹性散射 在入射 电子的作用下，原子本身 状态发生一定的变化 a.作用在原子的外层电子， a.作用在原子的外层电子 外层电子， 使原子电离或激发。 b.作用于内层电子，产生光 b.作用于内层电子 内层电子，产生光 电子。 c.作用于原子核，放出光子。 c.作用于原子核 原子核，放出光子。
光子与6Mev电子 光子与 电子0.5cm间隙 间隙 电子
光子与6Mev电子表面相交 电子表面相交 光子与
光子与6Mev电子重叠 电子重叠o.5cm 光子与 电子重叠
（2）不同能量衔接比较
子 重 叠 o.5cm
光 子 与 不 同 能 量 电
电子束照射的临床照射技术
高能电子束在组织中被吸收随深度变化比较均匀 的损失自己的能量，每单位厚度(1cm)的组织平 的损失自己的能量，每单位厚度(1cm)的组织平 均吸收2Mev电子能量(2Mev／cm组织);用组织 均吸收2Mev电子能量(2Mev／cm组织);用组织 等效物值作成的吸收块，能很好的改善剂量分布。
电子束的等剂量分布
a.分布特点：随着深度的增加，低值 分布特点：
等剂量线向外侧扩张，高值等剂量线 向内侧收缩。 b.临床意义：10Mev的电子束表面射 临床意义： 临床意义 的 野为7x7cm2，模体下3cm深度处， 深度处， 野为 深度处 90%等剂量曲线宽度仅有 等剂量曲线宽度仅有4cm左右。 左右。 等剂量曲线宽度仅有 左右 所以对于肿块大小如何选择照射野大 小？
不同能量电子束衰减至5% 时所需LML 不同能量电子束衰减至5% 时所需LML厚度 LML厚度 电子束能量 6 MeV 9 MeV 12 MeV 16 MeV 20 MeV LML厚度 LML厚度 2.3mm 4.4mm 8.5mm 18mm 25mm
电子密度修正方法
在不均匀性组织如肺、骨和气腔中，电子束的剂 量会发生显著变化，应对其校正。通常采用的是 等效厚度系数法（CET），其修正公式为： 等效厚度系数法（CET），其修正公式为： deff=d-Z(1-CET) =d-Z(1d: 计算点到模体表面的实际深度 Z：某种不均匀组织的厚度 CET：等效厚度因子 CET：等效厚度因子 CET=ni/nwater, 即CET等于某种组织的电子密度与水的电子密度 CET等于某种组织的电子密度与水的电子密度 之比。
电子束的剂量学特征
1.治疗电子束的产生
电子束
（1）加速器产生电子束的特征： 加速器产生电子束的特征： a.电子束的束流发射角很小 b.电子束能量单一 a.电子束的束流发射角很小 b.电子束能量单一 （2）电子束的改造 a.电子束的展宽 a.电子束的展宽 根据电子束易于散射的特点，用散射箔有效地将电子束 展宽到临床所需要的最大照射范围； b.电子限光筒的散射 b.电子限光筒的散射 ①电子限光筒形成治疗射野②电子限光筒的筒壁增 电子限光筒形成治疗射野② 加散射电子，弥补射野边缘剂量不足
人照射体位,a.b为单角度（机架）c.d为双角度照射 为单角度（机架） 为双角度照射 人照射体位 为单角度
野照射方向， 野照射方向，循环两次分开照
胶片在体模中测量6野照射的百分深度剂量曲线 胶片在体模中测量 野照射的百分深度剂量曲线
照射野大小：20cm× 照射野大小：20cm×80cm 电子能量E 电子能量E0：2~10 Mev 机架角度 ：±10~ ±15 总剂量：36 总剂量：36 Gy 分次： 9周，4 Gy/周，4 天/周，3 野/ 周，4 Gy/周，4 周，3 天
建成区
低能量的电子束更容易散 射并且散射角度大，在很 短的距离内就可以快速形 成剂量建成。 电子的散射和持续的能量 丢失是引起Zmax以外深度 丢失是引起Zmax以外深度 处电子剂量急剧下降的两 个过程。 直线加速器机头处、加速 器窗和患者之间的空气， 受辐照的媒介物产生的韧 致辐射形成了深度剂量曲 线的尾部。
横 断 面 剂 量 分 布 图
冠 状 位 剂 量 分 布 图
c.同能量的电子束，照射野从5cm×5cm到20cm×20cm,其90%等 同能量的电子束，照射野从 同能量的电子束 × 到 × 其 等 剂量线的低部形状，由弧形变得平直。 剂量线的低部形状，由弧形变得平直
电子照射能量和照射野的选择
a.能量选择: a.能量选择 能量选择: 电子束的有效治疗深度为1/3E（Mev） 电子束的有效治疗深度为1/3E（Mev）～ 1/4E(Mev), 1/4E(Mev), 如：现在要照射皮下1.8cm 如：现在要照射皮下1.8cm 处的淋巴结，那么我们可以 选择6Mev的电子束。 选择6Mev的电子束。 b.照射野选择： b.照射野选择 照射野选择： 由于电子束高值等剂量线随深度增加而内收（小野 由于电子束高值等剂量线随深度增加而内收（小野 更加突出），那么表面照射野应按靶区的最大横径适当扩 大，一般应至少等于或大于靶区横径的 大，一般应至少等于或大于靶区横径的1.18倍，并在此 靶区横径的1.18倍，并在此 基础上根据靶区最大深度部分的情况射野再放0.5～ 基础上根据靶区最大深度部分的情况射野再放0.5～ 1.0cm。 1.0cm。
弯曲入射面对剂量分布的影响
楔形剂量分布
用吸收块保护眼球
Biblioteka Baidu
用组织等效体改善颈段食管剂量分布， 用组织等效体改善颈段食管剂量分布， 避免脊髓过量
用等效物改善乳腺区剂量分布
用等效物改善乳腺区剂量分布
电子线全身照射
几何对称双野照射,每野相同的剂量 剂量刻度点在 几何对称双野照射 每野相同的剂量.剂量刻度点在 每野相同的剂量 剂量刻度点在X=0,Y=0位置 位置
（3）电子限光筒的筒壁对射野剂量均匀性的影响 a.产生大量的散射电子b.改变电子束的能量 a.产生大量的散射电子b.改变电子束的能量 c.增加射野边缘剂量 c.增加射野边缘剂量
相对剂量
原 射 线 电
筒壁
子
散 射 电 子
高能电子束射野剂量学
最大射程R 最大射程Rmax（cm或g/cm2） cm或 定义为中心轴剂量曲线尾部外 推后与本底韧致辐射相交处的 深度。 实际射程R 实际射程Rp （cm或g/cm2）定 cm或 义为通过电子深度剂量曲线最 为陡峭部分的切线同韧致辐射 形成的本底的外推线相交处的 深度。 深度R90和 深度R90和R50 （cm或g/cm2） cm或 定义为电子PDD曲线上Zmax 定义为电子PDD曲线上Zmax 远侧90%和50%PDD处的深度。 远侧90%和50%PDD处的深度。 深度Rq cm或 深度Rq （cm或g/cm2）定义 为通过剂量拐点的切线和最大 剂量水平线相交处的深度。
电子束的深度剂量
基本特点 a.表面剂量高，一般在 a.表面剂量高，一般在 75%～80%以上，随 75%～80%以上，随 能量增加而增加。 b.随深度增加很快达到最 b.随深度增加很快达到最 大剂量点。 c.形成高剂量坪区 c.形成高剂量坪区
形成以上的原因 原因电 原因 子很容易被散射，
而任何一点的剂 量=原射线剂量 原射线剂量 +散射线剂量 散射线剂量
源皮距对百分深度剂量的影响
• 医用直线加速器电子束照射时，为了保持电子束 的剂量分布特点，治疗时，限光筒贴近皮肤表面 或保留5cm的距离。当照射曲面时或进行全身电 子线照射时，源皮距离增大，百分深度剂量变化 规律一般为：表面剂量降低，最大剂量深度变深， 剂量剃度变陡，X线污染略有增加，而且高能电 子线较低能电子线变化显著。
电子与物质作用的能量损失
碰撞损失和辐射损失 高速运动的电子经上述三种非弹性碰撞作用之后，不断 损失能量；电子损失能量主要以碰撞、辐射两种形式出现： 1．碰撞损失 由于激发、电离作用后，入射电子的能量受到 损失，称为碰撞损失．一般以单位长度上的能量损失来表 示，如：－（dE/dx） 示，如：－（dE/dx）碰撞 2.辐射损失 由于辐射作用后，人射电子的能量损失称为辐 2.辐射损失 由于辐射作用后 射损失， 如：－（dE/dx）辐射 ：－（dE/dx） 碰撞损失一般发生在低能范围．辐射损失一般发生在高 能范围；前者产生热，后者产生x 能范围；前者产生热，后者产生x射线。
能量对电子束百分深度剂量的影响
a.随着射线能量的增加， 表面剂量DS增加。 b.能量增加，高坪区变宽， 剂量梯度减小。 c.能量增加，X射线污染 增加。 正是由于上述特点，导致 随着能量的增加，电子束 的临床剂量学优点漫漫消 失，不能很好的保护靶区 后面的正常组织。
照射野对百分深度剂量的影响
a.射野较小时，百分深度剂量随深度增加而迅速变化。 射野较小时， 射野较小时 b.射野较大时，增大射野面积，百分深度剂量不随射野 射野较大时， 射野较大时 面积的变化。
高能电子线的应用
治疗表浅部位的病变，如皮肤病变、胸壁、 内乳淋巴结、颈部表浅淋巴结等 电子线与高能X 电子线与高能X线混合使用，提高皮肤量 电子线的全身照射
电子线的单野照射及 补偿膜对剂量的影响
电子束照射的衔接
乳腺癌术后的胸壁照射野，下颈切电子线补量，鼻咽腔的眶间野等， 涉及到电子束与相邻野衔接。电子束照射衔接的基本原则是根据射 线束宽度随深度变化的特点： a .皮肤表面共线 b. 皮肤表面相邻野留一定的间隙 c.皮肤表面相邻 皮肤表面共线 皮肤表面相邻 野重叠
余健
电子线的物理学概论及临床应用
电子与物质的作用 电子束的剂量学特征 电子线的剂量测量 电子束照射的临床应用
电子束治疗能量和照射野的选择
电子与物质的作用
电子与物质的作用方式
（1）弹件散射 不改变原子
本身的状态，仅改变入射 电子的方向，能量守恒 （2）非弹性散射 在入射 电子的作用下，原子本身 状态发生一定的变化 a.作用在原子的外层电子， a.作用在原子的外层电子 外层电子， 使原子电离或激发。 b.作用于内层电子，产生光 b.作用于内层电子 内层电子，产生光 电子。 c.作用于原子核，放出光子。 c.作用于原子核 原子核，放出光子。
光子与6Mev电子 光子与 电子0.5cm间隙 间隙 电子
光子与6Mev电子表面相交 电子表面相交 光子与
光子与6Mev电子重叠 电子重叠o.5cm 光子与 电子重叠
（2）不同能量衔接比较
子 重 叠 o.5cm
光 子 与 不 同 能 量 电
电子束照射的临床照射技术
高能电子束在组织中被吸收随深度变化比较均匀 的损失自己的能量，每单位厚度(1cm)的组织平 的损失自己的能量，每单位厚度(1cm)的组织平 均吸收2Mev电子能量(2Mev／cm组织);用组织 均吸收2Mev电子能量(2Mev／cm组织);用组织 等效物值作成的吸收块，能很好的改善剂量分布。
电子束的等剂量分布
a.分布特点：随着深度的增加，低值 分布特点：
等剂量线向外侧扩张，高值等剂量线 向内侧收缩。 b.临床意义：10Mev的电子束表面射 临床意义： 临床意义 的 野为7x7cm2，模体下3cm深度处， 深度处， 野为 深度处 90%等剂量曲线宽度仅有 等剂量曲线宽度仅有4cm左右。 左右。 等剂量曲线宽度仅有 左右 所以对于肿块大小如何选择照射野大 小？
不同能量电子束衰减至5% 时所需LML 不同能量电子束衰减至5% 时所需LML厚度 LML厚度 电子束能量 6 MeV 9 MeV 12 MeV 16 MeV 20 MeV LML厚度 LML厚度 2.3mm 4.4mm 8.5mm 18mm 25mm
电子密度修正方法
在不均匀性组织如肺、骨和气腔中，电子束的剂 量会发生显著变化，应对其校正。通常采用的是 等效厚度系数法（CET），其修正公式为： 等效厚度系数法（CET），其修正公式为： deff=d-Z(1-CET) =d-Z(1d: 计算点到模体表面的实际深度 Z：某种不均匀组织的厚度 CET：等效厚度因子 CET：等效厚度因子 CET=ni/nwater, 即CET等于某种组织的电子密度与水的电子密度 CET等于某种组织的电子密度与水的电子密度 之比。
电子束的剂量学特征
1.治疗电子束的产生
电子束
（1）加速器产生电子束的特征： 加速器产生电子束的特征： a.电子束的束流发射角很小 b.电子束能量单一 a.电子束的束流发射角很小 b.电子束能量单一 （2）电子束的改造 a.电子束的展宽 a.电子束的展宽 根据电子束易于散射的特点，用散射箔有效地将电子束 展宽到临床所需要的最大照射范围； b.电子限光筒的散射 b.电子限光筒的散射 ①电子限光筒形成治疗射野②电子限光筒的筒壁增 电子限光筒形成治疗射野② 加散射电子，弥补射野边缘剂量不足
人照射体位,a.b为单角度（机架）c.d为双角度照射 为单角度（机架） 为双角度照射 人照射体位 为单角度
野照射方向， 野照射方向，循环两次分开照
胶片在体模中测量6野照射的百分深度剂量曲线 胶片在体模中测量 野照射的百分深度剂量曲线
照射野大小：20cm× 照射野大小：20cm×80cm 电子能量E 电子能量E0：2~10 Mev 机架角度 ：±10~ ±15 总剂量：36 总剂量：36 Gy 分次： 9周，4 Gy/周，4 天/周，3 野/ 周，4 Gy/周，4 周，3 天
建成区
低能量的电子束更容易散 射并且散射角度大，在很 短的距离内就可以快速形 成剂量建成。 电子的散射和持续的能量 丢失是引起Zmax以外深度 丢失是引起Zmax以外深度 处电子剂量急剧下降的两 个过程。 直线加速器机头处、加速 器窗和患者之间的空气， 受辐照的媒介物产生的韧 致辐射形成了深度剂量曲 线的尾部。
横 断 面 剂 量 分 布 图
冠 状 位 剂 量 分 布 图
c.同能量的电子束，照射野从5cm×5cm到20cm×20cm,其90%等 同能量的电子束，照射野从 同能量的电子束 × 到 × 其 等 剂量线的低部形状，由弧形变得平直。 剂量线的低部形状，由弧形变得平直
电子照射能量和照射野的选择
a.能量选择: a.能量选择 能量选择: 电子束的有效治疗深度为1/3E（Mev） 电子束的有效治疗深度为1/3E（Mev）～ 1/4E(Mev), 1/4E(Mev), 如：现在要照射皮下1.8cm 如：现在要照射皮下1.8cm 处的淋巴结，那么我们可以 选择6Mev的电子束。 选择6Mev的电子束。 b.照射野选择： b.照射野选择 照射野选择： 由于电子束高值等剂量线随深度增加而内收（小野 由于电子束高值等剂量线随深度增加而内收（小野 更加突出），那么表面照射野应按靶区的最大横径适当扩 大，一般应至少等于或大于靶区横径的 大，一般应至少等于或大于靶区横径的1.18倍，并在此 靶区横径的1.18倍，并在此 基础上根据靶区最大深度部分的情况射野再放0.5～ 基础上根据靶区最大深度部分的情况射野再放0.5～ 1.0cm。 1.0cm。
弯曲入射面对剂量分布的影响
楔形剂量分布
用吸收块保护眼球
Biblioteka Baidu
用组织等效体改善颈段食管剂量分布， 用组织等效体改善颈段食管剂量分布， 避免脊髓过量
用等效物改善乳腺区剂量分布
用等效物改善乳腺区剂量分布
电子线全身照射
几何对称双野照射,每野相同的剂量 剂量刻度点在 几何对称双野照射 每野相同的剂量.剂量刻度点在 每野相同的剂量 剂量刻度点在X=0,Y=0位置 位置
（3）电子限光筒的筒壁对射野剂量均匀性的影响 a.产生大量的散射电子b.改变电子束的能量 a.产生大量的散射电子b.改变电子束的能量 c.增加射野边缘剂量 c.增加射野边缘剂量
相对剂量
原 射 线 电
筒壁
子
散 射 电 子
高能电子束射野剂量学
最大射程R 最大射程Rmax（cm或g/cm2） cm或 定义为中心轴剂量曲线尾部外 推后与本底韧致辐射相交处的 深度。 实际射程R 实际射程Rp （cm或g/cm2）定 cm或 义为通过电子深度剂量曲线最 为陡峭部分的切线同韧致辐射 形成的本底的外推线相交处的 深度。 深度R90和 深度R90和R50 （cm或g/cm2） cm或 定义为电子PDD曲线上Zmax 定义为电子PDD曲线上Zmax 远侧90%和50%PDD处的深度。 远侧90%和50%PDD处的深度。 深度Rq cm或 深度Rq （cm或g/cm2）定义 为通过剂量拐点的切线和最大 剂量水平线相交处的深度。
电子束的深度剂量
基本特点 a.表面剂量高，一般在 a.表面剂量高，一般在 75%～80%以上，随 75%～80%以上，随 能量增加而增加。 b.随深度增加很快达到最 b.随深度增加很快达到最 大剂量点。 c.形成高剂量坪区 c.形成高剂量坪区
形成以上的原因 原因电 原因 子很容易被散射，
而任何一点的剂 量=原射线剂量 原射线剂量 +散射线剂量 散射线剂量
源皮距对百分深度剂量的影响
• 医用直线加速器电子束照射时，为了保持电子束 的剂量分布特点，治疗时，限光筒贴近皮肤表面 或保留5cm的距离。当照射曲面时或进行全身电 子线照射时，源皮距离增大，百分深度剂量变化 规律一般为：表面剂量降低，最大剂量深度变深， 剂量剃度变陡，X线污染略有增加，而且高能电 子线较低能电子线变化显著。
电子与物质作用的能量损失
碰撞损失和辐射损失 高速运动的电子经上述三种非弹性碰撞作用之后，不断 损失能量；电子损失能量主要以碰撞、辐射两种形式出现： 1．碰撞损失 由于激发、电离作用后，入射电子的能量受到 损失，称为碰撞损失．一般以单位长度上的能量损失来表 示，如：－（dE/dx） 示，如：－（dE/dx）碰撞 2.辐射损失 由于辐射作用后，人射电子的能量损失称为辐 2.辐射损失 由于辐射作用后 射损失， 如：－（dE/dx）辐射 ：－（dE/dx） 碰撞损失一般发生在低能范围．辐射损失一般发生在高 能范围；前者产生热，后者产生x 能范围；前者产生热，后者产生x射线。
能量对电子束百分深度剂量的影响
a.随着射线能量的增加， 表面剂量DS增加。 b.能量增加，高坪区变宽， 剂量梯度减小。 c.能量增加，X射线污染 增加。 正是由于上述特点，导致 随着能量的增加，电子束 的临床剂量学优点漫漫消 失，不能很好的保护靶区 后面的正常组织。
照射野对百分深度剂量的影响
a.射野较小时，百分深度剂量随深度增加而迅速变化。 射野较小时， 射野较小时 b.射野较大时，增大射野面积，百分深度剂量不随射野 射野较大时， 射野较大时 面积的变化。
高能电子线的应用
治疗表浅部位的病变，如皮肤病变、胸壁、 内乳淋巴结、颈部表浅淋巴结等 电子线与高能X 电子线与高能X线混合使用，提高皮肤量 电子线的全身照射
电子线的单野照射及 补偿膜对剂量的影响
电子束照射的衔接
乳腺癌术后的胸壁照射野，下颈切电子线补量，鼻咽腔的眶间野等， 涉及到电子束与相邻野衔接。电子束照射衔接的基本原则是根据射 线束宽度随深度变化的特点： a .皮肤表面共线 b. 皮肤表面相邻野留一定的间隙 c.皮肤表面相邻 皮肤表面共线 皮肤表面相邻 野重叠