6、高能电子束射野剂量学

精确的校正
笔形束模型
虚线为计算值 实线为胶片法测量值 电子束斜入射对剂量分布的影响
12MeV电子束照射圆柱形固体模体
三、组织不均匀性校正
电子束在不均匀性组织如骨、肺和气腔中， 其剂量分布会发生显著变化，应对其校正。
电子束的临床剂量学优点逐渐消失。
电子束能量愈低，电子束愈易于被散射， 散射角愈大，剂量建成更迅速，距离更短。表 面剂量相对于最大剂量点剂量的比值，低能电 子束要小于高能电子束。
这一现象的最简单解释，如图6-8所示。对 于相同入射的电子注量(cm-2)，低能电子束的 剂量跌落要比高能电子束的更陡。
综上所述，为了充分发挥高能电子束的上 述特点，临床中应用的高能电子束，其能量应 在4～25 MeV范围。
第三节 电子束治疗的计划设计
临床应用时应注意两个问题：
（1）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。
这是由于电子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。
（2）一些重要剂量学参数，必须进行实 际测量，得到针对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。 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。
二、电子束的等剂量分布
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。 特别是能量大于7MeV以上时，后一种 情况更为突出。
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。右图中， 其90％等剂量线 的底部形状，由 弧形逐渐变得平 直。 造成原因： 主要是电子束易 于散射的特点。
小结： 高能电子束，其剂量分布特点如下： （1）从皮肤表面到一定的深度，剂量高且分 布比较均匀，随着能量增加，此深度也不断增 加。表面剂量大小依能量不同而不同：能量低， 表面剂量低；能量高，表面剂量高。 如7MeV，表面剂量为85％ 18MeV，表面剂量为98％。 因而不能保护皮肤。
（2）在一定的深度之后，剂量突然下降。如 果临床医生将病变选在80％区域内，则病变后 正常组织的受量极小。但是随着能量不断增加， 此特点逐渐消失，对45MeV电子束，此特点几 乎全部失去。因此，电子加速器的电子能量选 得过高是没有实际意义的，一般最有用的电子 能量选在25MeV以内。
（4）百分深度剂量随射野大小特别在射野较 小时变化明显； （5）不均匀组织对百分深度剂量影响显著；
（6）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；（应考虑有效源皮距） （7）不规则射野输出剂量的计算，仍存在问 题。 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。
影响虚源位臵的因素很多，对同一能量的 电子束，射野大小亦会影响它的位臵。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来准确校正。
测量电子束有效源皮距的方法： 将电离室放臵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I0， 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Ig， 如果电子束的输出剂量率随源皮距的变化循 平方反比定律，则有：
一、中心轴百分深度剂量曲线 1、百分深度剂量曲线的特点
图6-5示出了模体内电子束中心轴百分深 度剂量的基本特性及有关参数。
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 x射线污染区
与高能x(γ)射线相比，高能电子束的剂量 建成效应不明显，表现为： 表面剂量高，一般都在75％～85％ 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。
一、能量和照射野的选择
不同能量的电子束具有不同的有效治疗 深度。临床用它来治疗表浅的、偏体位一侧 的病变时，具有高能X(γ)射线所不能及的突 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。 有效治疗深度(cm)约等于1／3－1／4电子束 的能量(MeV)。
临床中，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。
电子束经x射线准直 器及电子限光筒壁时， 也会产生散射电子，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，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。
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 的多重散射，将射束展宽；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。
三、电子束射野均匀性及半影
选取一个特定平面用于定义和描述电子束照 射野均匀性、平坦度和半影。 通过
1 2
R85
深度与射野中心轴垂直的平面。
电子束射野均匀性表示：均匀性指数 （ICRU建议）
U 9 0 / 5 0 （面积之比）
100cm2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／L50≥0.85，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。
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: 记为，G=Rp/(Rp-Rq)
该值一般在2.0～2.5之间。
任何医用加速器产生的电子束都包含有 一定数量的X射线，从而表现为百分深度剂 量分布曲线后部有一长长的“拖尾”。 电子束在经过散射箔、监测电离室、x射 线准直器和电子限光筒装臵时，与这些物质 相互作用，产生了X射线。
方法之二：利用电磁偏转原理展宽电子束。 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x射线污染等。
第二节 电子束射野剂量学
高能电子束的特点：
（1）高能电子束具有有限的射程，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； （2）易于散射，皮肤剂量相对较高，且随电 子能量的增加而增加； （3）随着电子束限光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；
二、电子束的斜入射校正
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。
最大剂量点深度处 的侧向散射增加
穿透能力变弱
最大剂量点深度 向表面移动
肿瘤放射射物理学
程品晶 （cheng-pj@) 核科学技术学院
第六章
高能电子束射野剂量学
高能电子束应用于肿瘤的放射治疗 始于上世纪50年代初期。 据估计约15％的患者在治疗过程中 要应用高能电子束。 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。
加速器
偏转磁铁
（2）照射野的影响
低能时，因射程较短，射野对百分深度 剂量的影响较小； 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。
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: 限光筒到表面距离 电子束能量 半影 5 cm以内 低于10MeV 10～12mm 10～20MeV 8～10mm 超过10cm 超过15mm
四、电子束的“虚源”及有效源皮距
“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， 好像从某一位臵(或 点)发射出来，此位 臵(或点)称为电子 束的“虚源”位臵。
（3）不同的照射野对百分深度剂量有影响： 低能时，射野影响较小；高能时，射野影响很 大，即射野增大，深度剂量增加。
（4）其等剂量分布曲线的特点：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、射野而变化。 对于大射野，曲线中心部分与入射表面平 行，不论入射面是平的还是弯曲的。这一点对 临床医生考虑不规则表面入射时，很有好处。
（3）源皮距 的影响
当源皮距不同时，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 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。
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射线能量； 如果耐受剂量低，可以80％(甚至70％左右)等 剂量线来选择射线能量。（乳腺癌的术后治疗）
照射野大小的选择原则：确保特定的等剂量 曲线完全包围靶区。 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，表面位臵 的照射野，应按靶区的最大横径而适当扩大。 根据L90 ／L50≥0.85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。