放射物理学基础第六章高能电子束射野剂量学
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放射物理学基础 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
钨靶
散射片
均整器
扩大和均匀射野
电子束治疗
X射线治疗
加速器治疗机产生的射线
（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。
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。
有关参数：
Ds：入射或表面剂量，以表面下0.5mm处的 剂量表示；
对采用散射箔系统的医用直线加速器， x射线污染水平随电子束能量的增加而增加。
2、百分深度剂量的 影响因素
（1）能量的影响
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。
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。
（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。
（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；
（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）
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置时，与这些物质 相互作用，产生了X射线。
Dm：最大剂量点剂量； R100：最大剂量点深度； Dx：电子束中x射线剂量； Rt（R85）：有效治疗深度，即治疗剂量规定
值(如85％Dm)处的深度；
R50：50％Dm或半峰值处的深度（HVD）；
Rp：电子束的射程；
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。
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。
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；
第一节 治疗电子束的产生
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，才能用于临床。
改造方法主要有两种： 利用散射箔展宽电子束。 利用电磁偏转原理展宽电子束。
方法之一：利用散射箔展宽电子束
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x射线治疗准 直器，再经电子束限光筒形成治疗用射野。
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。
（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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
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
钨靶
散射片
均整器
扩大和均匀射野
电子束治疗
X射线治疗
加速器治疗机产生的射线
（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。
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。
有关参数：
Ds：入射或表面剂量，以表面下0.5mm处的 剂量表示；
对采用散射箔系统的医用直线加速器， x射线污染水平随电子束能量的增加而增加。
2、百分深度剂量的 影响因素
（1）能量的影响
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。
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。
（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。
（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；
（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）
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置时，与这些物质 相互作用，产生了X射线。
Dm：最大剂量点剂量； R100：最大剂量点深度； Dx：电子束中x射线剂量； Rt（R85）：有效治疗深度，即治疗剂量规定
值(如85％Dm)处的深度；
R50：50％Dm或半峰值处的深度（HVD）；
Rp：电子束的射程；
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。
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。
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；
第一节 治疗电子束的产生
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，才能用于临床。
改造方法主要有两种： 利用散射箔展宽电子束。 利用电磁偏转原理展宽电子束。
方法之一：利用散射箔展宽电子束
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x射线治疗准 直器，再经电子束限光筒形成治疗用射野。
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。
（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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。