电子线照射剂量学

第七章 电子线照射剂量学高能电子线在现代肿瘤放射治疗中有着重要的地位，特别是对表浅肿瘤(深度小于5cm)的治疗，其射野设计的简明和剂量分布的优越使之几乎成为唯一的选择。

高能电子线因其剂量特性而能避免靶区后深部组织的照射，这是电子线优于高能X 线的地方，也是电子线最重要的剂量学特点。

据统计，在接受放射治疗的患者中，10～15%的患者在治疗过程中要应用高能电子线，主要用于治疗表浅或偏心的肿瘤和浸润的淋巴结。

高能电子线应用于肿瘤的放射治疗始于20世纪50年代初期，一开始由电子感应加速器产生，后来发展为由直线加速器产生。

现代医用直线加速器除提供两档高能X 线外，通常还提供能量范围在4～25 MeV 之间的数档高能电子线。

第一节 电子线中心轴深度剂量分布类似于X 线，对电子线我们最关心的也是深度剂量分布，和高能X 线的区别以及它自身的一些特点是在临床使用之前必须掌握的。

一、中心轴深度剂量曲线的基本特点高能电子线的中心轴深度剂量定义与高能X 线相同，归一化后称为百分深度剂量，用PDD 表示，形状显然有别于高能X 线，见图7-1，图中照射野大小均为10cm ×10cm ，SSD 为100cm 。

与高能X 线相比，高能电子线具有更高的表面剂量，一般都在75%～80%以上；随着深度的增加，很快在最大剂量深度max d 达到最大剂量点(表面至max d 段称为剂量建成区)；在max d 后形成高剂量坪区；然后剂量迅速跌落(剂量跌落区)；最后在曲线后部形成一条长长的低剂量韧致辐射“拖尾”(X 线污染区)。

这些剂量学特性使得高能电子线在治疗表浅的肿瘤或浸润的淋巴结时，具有高能X 线无可比拟的优势。

图7-1 高能电子线与高能X 线深度剂量曲线的比较高能电子线还有其它的一些特点：1、从加速器偏转磁铁出来的电子线可以被认为是单一能量的，在经过散射箔、监测电离室、X 射线准直器和电子线限光筒等装置时，与这些物质相互作用，一方面展宽了电子线的能量谱，另一方面产生了X 射线污染，在深度剂量曲线后部形成一条长长的低剂量韧致辐射“拖尾”；2、在电子线进入水模体的入射表面，定义表面平均能量0E ，数值小于偏转磁铁出来的电子线能量值；3、与高能X 线不同，电子线能量在水模体中随着深度增加越来越小；4、一般电子线的深度剂量曲线测量采用与高能X 线一致的标准源皮距概念，而事实上，电子线并非是由加速器治疗头中的一个实在的放射源辐射产生的，而是加速管中的一窄束电子线，经偏转磁铁穿过出射窗、散射箔、监测电离室及限束系统等扩展成一宽束电子线，似乎从某一位置(或点)发射出来，此位置(或点)称为电子线的“虚源”位置，依赖于电子线能量和电子线限光筒大小。

二、有效源皮距及平方反比定律高能X 线在加速器X 线靶有一个确定的焦点作为源位置，电子线则不一样，表现在射线似乎从空间中某一位置(或点)发射出来，称为“虚源”点，此“虚源”点既不在出射窗，也不在散射箔上。

对于不同的电子线能量和不同的限光筒大小，这个点都不一致，在一些需要延长限光筒到患者皮肤表面的治疗中，需要确定这个“虚源”点位置，以便算出电子线的有效源皮距eff SSD ，从而运用平方反比定律计算非标准状态下的电子线的PDD 值。

有效源皮距定义为“虚源”点到标准源皮距中心点(通常指加速器的等中心点)的距离，比标准源皮距小。

确定eff SSD 的方法很多，一个最常用的方法是通过变化电子线限光筒到水模体表面的距离(0～20cm)，测量电子线在水模体中输出量的变化。

具体做法是，将电离室放置于水模体中射野中心轴最大剂量点max d 位置。

首先使电子线限光筒在标准状态下，读取一定跳数值的电离室读数I 0，然后不断降低治疗床，改变限光筒与水表面之间的空气间隙，直到 20cm ，得到相同跳数值不同降床高度g 的一组数据I g ，根据电子线的输出剂量率随源皮距的变化遵循平方反比定律，有：2m ax m ax 0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=d SSD g d SSD I I eff eff g (7-1)或 1max0++=d SSD g I I eff g (7-2) 从(6-2)式可知，以g I I 0与g 成线性关系，斜率k 为m ax 1d SSD eff +，故有效源皮距eff SSD 为：m ax 1d k SSD eff -= (7-3)应用平方反比定律计算非标准状态下电子线的PDD 与高能X 线基本相同，只是将有效源皮距eff SSD 替代标准源皮距。

一些实际测量结果表明，按平方反比定律校正仅在较大射野条件下成立；对较小的射野，平方反比定律校正会低于输出剂量的实际变化。

这是因为对于较低能量的电子线，在较小射野条件下，输出剂量会由于电子线本身在空气和水模体中缺少侧向散射平衡，变化较大，而平方反比定律校正时无法给予充分考虑。

三、影响电子线百分深度剂量的因素影响电子线百分深度剂量的因素很多，这里主要介绍四个因素的影响，分别是能量、射野大小、源皮距以及斜入射。

㈠、能量对百分深度剂量的影响电子线百分深度剂量分布随能量的改变有很大变化，如图7-2所示。

随着电子线能量的增加，电子线百分深度剂量分布的变化表现在以下几个方面：1、表面剂量s D 增加， 4 MeV 电子线的s D 约为75%，20～25 MeV 电子线在90%以上，而高能X 线的表面剂量s D 随能量增加而降低，一般较高能量低于30％；2、一般来说，电子线的剂量最大深度max d 在较高能量时并不一定随能量增加而变大，这一点与高能X 线不同；3、高剂量坪区变宽；4、剂量跌落梯度越来越缓慢；5、X 线污染增加。

图7-2能量对百分深度剂量的影响为了充分发挥高能电子线的剂量学特性，通常现代医用直线加速器提供数档高能电子线，能量范围在4～25 MeV 之间，更高的能量由于表面剂量增加、高剂量坪区变宽、剂量跌落梯度减小以及X 线污染增加等因素而逐渐丧失电子线的临床剂量学优势。

㈡、射野大小对百分深度剂量的影响当射野较小时，相当数量的电子被散射出照射野，中心轴百分深度剂量随深度增加而迅速减少；而当射野增大时，较浅深度中心轴上电子的散射损失被射野边缘的散射电子补偿并逐渐达到平衡，百分深度剂量将不再随射野的增加而变化，一般来说，当射野的直径大于电子线射程的二分之一时，电子线百分深度剂量随射野增大而变化很小。

对于低能电子线，因射程较小，射野大小对百分深度剂量的影响亦较小；对较高能量，因射程较大，在使用小尺寸射野时，百分深度剂量随射野大小的变化就较为显著。

图7-3显示了不同能量电子线的百分深度剂量随射野大小的变化情况。

图7-3射野大小对百分深度剂量的影响㈢、源皮距对百分深度剂量的影响为保持电子线的剂量分布特点，加速器厂家设计电子线限光筒紧贴患者皮肤表面或仅留有5cm 左右的间隙。

在某些特殊情况下，如患者照射部位体表的弯曲，或使用大照射野，都会改变限光筒到皮肤之间的距离，从而造成源皮距的变化，这种变化会直接影响到百分深度剂量及剂量分布，而且高能电子线较低电子线变化更为显著。

图7-4显示对于不同能量电子线，源皮距的变化对百分深度剂量的几种主要参数的影响。

当限光筒到皮肤表面的距离增加时，对百分深度剂量的影响主要表现在：1、表面剂量s D 降低；2、剂量最大深度max d 变深；3、剂量梯度变陡；4、X 线污染稍有增加。

一般来说，如果源皮距变化不是很大，剂量的计算可以通过有效源皮距的概念来获得；若源皮距变化很大，如电子线全身照射，就要根据实际情况，具体测量出百分深度剂量相关参数的变化。

图7-4源皮距对百分深度剂量参数的影响㈣、斜入射对百分深度剂量的影响在实际工作中，由于患者治疗部位皮肤表面弯曲，或受摆位条件限制，致使电子线限光筒的端面不能很好地平行或接触皮肤表面，就会引起空气间隙，形成电子线的斜入射，当斜入射的角度α超过20°，电子线的PDD分布曲线就会产生显著的改变。

图7-5显示了不同的斜入射角度对电子线PDD分布曲线的影响。

对于较大的空气间隙，应利用电子线有效源皮距概念对剂量分布进行平方反比定律修正，并考虑斜入射对电子线侧向散射的影响。

图7-5斜入射对百分深度剂量的影响d逐渐从图7-5可以看出，随着斜入射角α的增大，表面剂量增加，最大剂量点深度maxd点处输出剂量增高。

对于斜入射角α较小的情况(小于向水模体表面前移，同时在max30°)，电子线百分深度剂量曲线并没有明显的改变；当α超过60°后，百分深度剂量曲线完全变了样，电子线的剂量学特性已完全丧失。

四、电子线的输出因子影响电子线的输出剂量率的一个重要的因素是准直器打开的尺寸。

对于高能X线，射野输出剂量率随射野的增大而呈单调增加。

电子线由于其本身的物理特点，如具有一定的射程、易于散射等，加上限束系统的影响，使得电子线输出剂量率随射野变化的规律变得复杂。

对每一个电子线限光筒，准直器打开的尺寸都取一个相应的数值(比限光筒尺寸大)。

这样的设计是为了减少因限光筒而引起的散射，使得输出剂量率能够稳定。

如果改变了准直器尺寸的设定，即使电子线限光筒不变，电子线的输出剂量率也会有较大的变化，特别是对低能电子线。

图7-6准直器的尺寸对电子线的输出因子的影响d处图7-6显示了对一10cm⨯10cm电子线限光筒，改变了准直器的尺寸，最大剂量点max的输出剂量随之而改变。

对4 MeV电子线的输出剂量率的变化甚至有近一倍之多。

准直器尺寸大小的设定，不仅影响电子线射野的平坦度和对称性，同时也会影响其治疗输出剂量率。

在现代医用直线加速器中，电子线治疗模式下，均采用X射线治疗准直器射野跟随系统，即随电子限光筒的插入，自动选定相应的X射线治疗准直器的开口大小，以获得最好的电子线射野平坦度和对称性，并使输出剂量率的变化甚小。

典型的限光筒尺寸为：6cm×6cm、10cm×10cm、14cm×14cm、20cm×20cm和25cm×25cm。

d处的剂量率与10cm 电子线的输出因子定义为电子线的不同限光筒条件下的最大剂量点max×10cm限光筒条件下的比值。

图7-7给出Philips SL25与Varian Clinac 2100加速器的输出因子，电子线能量6 MeV和20 MeV，限光筒的几何尺寸在4cm⨯4cm～20cm⨯20cm之间。

可以看出，电子线输出剂量的变化不仅幅度要大于X射线输出量的变化，同时变化也不像高能X线那样呈明显的规律性。

因此在临床应用时，应对本单位加速器配置的每个电子线限光筒进行实际测量。

图7-7电子线输出因子随限光筒大小的变化在对患者做电子线照射时，大多数情况选定的限光筒形成的标准照射野不能充分地保护正常组织，因此常常在限光筒的底端插入由低熔点铅制成的有一定厚度的挡扳，中有开口形成不规则野。