光子照射剂量学

第六章光子照射剂量学光子即X射线与(γ)射线的总称，是现代放射治疗中应用最广泛的射线之一，掌握好X射线与(γ)射线照射剂量学的各种特性，将能更好地利用X射线与(γ)射线的特性为肿瘤病人制定一个系统的、全面、完善治疗计划，使病人能够得到最佳的治疗方案，以减轻病人的疾苦，提高疗效。

第一节原射线与散射线人体或模体中任意一点的剂量可分为原射线和散射线剂量贡献之总和。

一、原射线是指从放射源（或X射线靶）射出的原始X（γ）光子，它理解为射线经电子打靶后（或辐射源）直接产生原始X（γ）光子,穿过过程中没有碰到任何物体或介质而产生散射，经常用零野来表示，它在空间或模体中任意一点的注量遵从平方反比定律和指数吸收定律。

二、散射线包括：①上述原射线与准直器系统相互作用产生的散射线光子，准直器系统包括一级准直器、均整器、治疗准直器、射线挡块等；②上述原射线以及穿过治疗准直器和射野挡块后的漏射线光子与模体相互作用后产生的散射线。

区别这两种散射线是很重要的，例如加射野挡块时，对射野输出剂量虽有影响，但影响很小，大约只有不到1％的范围，但却减少了模体内的散射剂量。

，散射线来源于射线穿过一级准直器、均整器、治疗准直器（包括射野挡块）的射线，它射线质比较硬，穿透力比较强，对输出剂量的影响类似于原射线的影响，故一般将这种散射线归图6-1原射线与散射线示意图属于始发于放射源（或X射线靶）的原射线的范围，称为有效原射线（图6-1），由它们产生的剂量之和称之为有效原射线剂量，而将模体散射线产生的剂量单称为散射线剂量。

这样规定以后，模体中射野内任意一点的原射线剂量可理解为模体散射为零时的该射野的百分深度剂量。

第二节 平方反比定律X （γ）光子射线产生后，在空气或介质中的衰减，必然要遵照距离平方反比定律进行衰减，也就是说，在理论上只要有足够的距离，就能够把射线衰减到无穷小。

如果已知某点处的剂量，而需要知道另一特定点的剂量，则可以根据距离平方反比定律来进行换算，若令f 1为标准源皮距f 标，f 2为非标准源皮距f 非标，则：PDD 非标＝PDD 非标F ＝22f f d PDD f f d ⎛⎫⎛⎫+⋅⋅ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪+⎝⎭⎝⎭非标标标标非标 (6-1) 其中 d m D D PDD 标标标＝ d m D D PDD 非标非标非标＝ 若令 'd m D D PDD 非标非标标＝ 则因 D m 标＝2m m m f d D f d ⎛⎫+⋅ ⎪ ⎪+⎝⎭非标非标标（距离平方反比定律） (6-2)所以 2'd m D D m m f d PDD f d ⎛⎫+⋅ ⎪ ⎪+⎝⎭非标标非标非标非标＝＝2m m f d PDD f d ⎛⎫+⋅ ⎪ ⎪+⎝⎭标非标非标(6-3) ＝ 2f d k f d ⎛⎫+= ⎪ ⎪+⎝⎭标非标又因f 标≥d m ，f 非标≥d m 所以， PDD 非标＝2f d PDD f d ⎛⎫+⋅ ⎪ ⎪+⎝⎭标标非标=k PDD ⋅标 (6-4) 式中 2f d k f d ⎛⎫+= ⎪ ⎪+⎝⎭标非标根据k 因素（图6-2）的定义，可以利用标准源皮距下的百分深度剂量换算成非标准源皮距下的以标准源皮距下参考剂量点为100％的所谓百分深度剂量，这样既简化了计算，又给图6-2 K因素的定义示意图常规剂量测量提供了方便。

第三节百分深度剂量当射线入射人体（或模体）中时，人体（或模体）内吸收剂量将随深度变化。

影响这种变化的因素有：射线能量、射线种类、组织深度、组织密度、射野大小大小、源皮距和线束准直系统等。

因此在作患者体内剂量计算时，必须考虑这些因素对百分深度剂量分布的影响。

一、照射野及有关名词定义放射源（S）：在没有特别说明的情况下一般规定为放射源前表面的中心，或产生辐射的靶面中心。

射束中心轴：射线束的中心对称轴线。

射野中心轴：临床上一般用放射源S穿过照射野中心的连线作为射紧野中心轴。

照射野：射线束经准直器后垂直通过模体的范围，用模体表面的截面大小表示照射野的面积。

临床剂量学中规定模体内50％同等剂量曲线的延长线交于模体表面的区域定义为照射野的大小。

光学野：临床上为治疗摆位方便，用内置灯光来模拟射线所产生的照射野，必须定期进行照射野与光学野一致性验证。

参考点：规定模体表面下射野中心轴上某一点作为剂量计算或测量参考的点，表面到参考点的深度记为d 0。

400KV 以下的X 射线，参考点取在模体表面（d 0＝0）。

最大深度剂量（d max ）：对高能X 射线或γ射线参考点取在模体表面下(或皮下)射野中心最大剂量点位置（d 0＝d m ），该位置随能量变化并由能量确定。

如6 MV 最大剂量点在表面下(或皮下)1.5cm 处，8 MV 最大剂量点在表面下(或皮下)2.0cm 处，10 MV 最大剂量点在表面下(或皮下)2.5cm 处。

15 MV 最大剂量点在表面下3.0cm 处。

校准点：在射野中心轴上指定的用于校准的测量点。

模体表面到校准点深度记为dc 源皮距（SSD ）：放射源到模体表面照射野中心的距离。

源瘤距（STD ）：放射源沿射野中心轴到肿瘤内所参考点的距离。

源轴距（SAD ）：放射源到机架、床旋转轴或机器等中心的距离。

二、百分深度剂量（一）百分深度剂量定义如图6-3所示，百分深度剂量（PDD ）：定义为射野中心轴上某一深度d 处的吸收剂量率与参考点深度处剂量率的百分比：.100%.d d D PDD D =⨯ (6-5) 对能量≤400 KV X 射线，因参考点取在模体表面（d 0＝0），上式变为: PDD=2m m m f d D f d ⎛⎫+⋅ ⎪ ⎪+⎝⎭非标非标标⨯100% (6-6)式中.s D 为射野中心轴上皮肤表面剂量率。

而对高能X （γ）射线，因参考深度取在射野中心轴上最大剂量点深度d m 处变，(6-5)式变为： PDD=..d mD D ⨯100% (6-7) 式中.m D 为射野中心轴上最大剂量点处剂量率。

最大剂量深度d m 随射线能量增加而增加，如对钴-60γ射线，最大剂量点深度在距表面（或皮下）5mm 深度处，对10 MV X 线，最大剂量点深度在表面2.5cm 处，对半价层为1～2mmCu 的低能X 线，当射野很大时，最大剂量点略在表面下，此时参考点仍然在表面，故最大吸收剂量点处的百分深度剂量大于100％。

例HVL=2.0mm Cu X射线，SSD=50cm，射野面积为400 cm2，在0 cm，1 cm，2 cm深度处，百分深度剂量分别为100％，102.4％，99.0%。

产生这种情况不是由于电子建成效应，而是由于大照射野造成的过量散射。

原则上说，应该按最大剂量点作为参考点，实际上并非这样，能量小于400KV X线，参考点依然放在表面上。

（二）剂量建成效应图6-4表明钴-60γ射线两种不同准直器A，B 图6-3 百分深度剂量定义示意图的百分深度剂量随表面下深度变化情况。

对B型准直器（距人体或模体表面20㎝），百分深度剂量在表面为33％，到4～6㎜处达到100％。

随深度进一步增加，变化比较慢。

从表面到最大剂量深度区域称为剂量建成区域，此区域内剂量随深度而增加。

对高能X射线，一般都有建成区域存在。

如果原射线中电子含量少，表面剂量可以很小，但是不会为零，因为各图6-4 两种不同准直器对剂量建成的影响种散射，以及原射线中总有少量电子存在。

对25 MV X射线，表面剂量可以小于15％。

对A 型准直器，钴－60γ射线由表面为85％到6㎜处达到100％，表明入射线中既含有低能X 射线又有散射电子。

实验证明，如果将准直器端面离开人体皮肤表面15～20㎝时，大多数散射电子可以消除。

有些钴-60治疗机的准直器的末端封有数毫米的塑料，使得电子建成不发生在人体内而在人体外，最大剂量点取在表面。

如果想要利用电子建成效应来保护皮肤，最好不使用这种准直器。

图6-5 各种能量的X （γ）射线百分深度剂量随深度的变化图6-5表示了各种能量的X （γ）射线的剂量建成情况。

可以看到，能量上升时，表面剂量减少，最大剂量深度随能量增加而增加。

200 KV X 射线，建成区非常窄，140 KV X 射线，无建成区，对32 MV X 射线，建成区约5～6㎝。

以下物理原因导致形成剂量建成区：①当高能X （γ）射线入射到人体或模体时，在体表或皮下组织中产生高能次级电子；②这些高能次级电子要穿过一定的组织深度通过电离和能量沉积，直至其能量耗尽后才停止；③由于①、②两个原因，造成在最大电子射程范围内，由高能次级电子产生的吸收剂量随组织深度增加而增加，并约在电子最大射程附近达到最大；④但是由于高能X （γ）射线的强度随组织深度增加而按指数和平方反比定律减少，造成产生的高能次级电子数随深度增加而减少，其总效果，在一定深度（建成区深度）以内，总吸收剂量随深度而增加。

射线质射野 SSD a: 22MV X10×10 cm 2 70 cm b: 4 MV X10×10 cm 2 70 cm c: 1 MV X10×10 cm 2 70 cm 射线质 滤片 射野 SSD d: 200 kv X 1.0 mm Cu 10×10 cm 2 50 cm e: 140 kv X 2.5 mm Al φ5 cm 2 15 cm f:钴-60 γ 10×10 cm 280 cm（三）百分深度剂量随射线能量变化图6-6所示为各种能量X（γ）射线的百分深度剂量曲线。

曲线j为1g镭源、SSD=5㎝的百分深度剂量曲线。

镭的γ射线在水中的穿透力基本上和钴-60γ射线的相同。

由于高活度的镭源不能得到，SSD必须用得很短，所以，百分深度剂量由于平方反比定律迅速随深图6-6百分深度剂量随能量的变化示意图度下降。

此类镭治疗机现已不再停用。

曲线i表示能量100 KV，HVL＝2㎜Al，SSD＝15㎝的浅层治疗机的百分深度剂量曲线。

从分布曲线上看，j，i非常近似，5㎝深度处，二者大约有25％的百分深度剂量。

尽管百分深度剂量相同，但两种机器不能换用。

因为镭γ射线对骨和软组织的吸收几乎相等，而低能X射线的骨和软组织吸收差别很大。

曲线h是铯-137治疗机SSD＝15㎝的百分深度剂量曲线，在10㎝深度时，百分深度剂量可达25％。

曲线g为200 KV X射线机SSD＝50㎝，HVL＝1.5 mm Cu的百分深度剂量曲线，g类似于h，在10㎝深度处百分深度剂量为35％。

f为铯-137治疗机SSD＝35㎝的曲线，在小深度时，百分深度剂量f较g小；在大深度时，由于铯-137γ射线有较大的穿透能力，百分深度剂量较高。

在10㎝深度处，大约有40％。

曲线图e为2 MV超高压X射线机SSD＝100㎝时的百分深度剂量曲线，其分布基本上和钴-60治疗机SSD＝80㎝的曲线相同。