处方剂量计算

临床处方剂量计算简介张绍刚,处方剂量 在确定的肿瘤深度、射野尺寸、照射方法及技术的条件下，要想获得一定的靶区（或肿瘤）剂量DT，那麽，对应于加速器上的剂量仪应给出的MU数值，即机器跳数。 对钴-60而言，其处方剂量单位，以秒（S）表示。,在没有治疗计划系统或不使用治疗计划系统的条件下，对于规则野和简单的不规则野，通过对一维的点剂量计算获得机器的开机量（处方剂量）。,对点剂量计算获得的处方剂量基于： * 通常把人体看成一个完全均匀的整体 * 基本不做曲面的校正和剂量分布的计算 * 必要时，可作骨、肺等非均匀组织的校正,医生的处方剂量的计算是建立在在特定的辐射条件下，水模体中校准点处吸收剂量的测量和在水模体中参考点处对加速器的刻度的基础上进行的。,吸收剂量测量 放疗中吸收剂量的测算是临床辐射剂量学的一项重要内容。 首先要根据国际原子能结构（IAEA）第277号技术报告（97年版）“高能光子和电子束吸收剂量的测定”，对用户自己使用的加速器或钴-60治疗机进行吸收剂量的测量。,校准高能电离辐射吸收剂量的步骤,国际标准 国家标准 （1） 次级标准 （2） 现场测量仪器 剂量计（包括电离室）校准的方框图,* “电离室型剂量计检定的改制” 中华放射医学与防护杂志 2004年24卷第4期* “治疗水平电离室型剂量计的检定与改制” 中华放射肿瘤学杂志 2005年14卷第5期,“AAPM TG-51临床参考剂量学的特点及应用”现代测量与实验室管理 2004年12卷6期（Page15-20）,根据IAEA TRS-277报告，第一步要确定电离室的空气吸收剂量因子ND ，而ND的值是通过电离室剂量计的照射量校准因子Nx 或空气比释动能校准因子NK及电离室的其它有关参数来确定的；第二步有了ND的值，再来测算水中的吸收剂量。,第一步. 确定ND值 1.剂量计的照射量因子Nx： Nx = X/M（C/kgdiv）式中，X为照射量的标准值，单位是C/kg，当用伦琴R做照射量单位时，1R=2.5810-4C/kg 。M是剂量计的显示值，单位一般以剂量计的读数div表示。,2.剂量计的空气比释动能校准因子NK：NK=K/M（J/kgdiv） 式中，K为空气比释动能的标准值，单位是Gy；M是剂量计的显示值，单位一般以剂量计的读数div表示。,3.以照射量校准因子NX计算ND时，计算公式为： ND=NXW/eKattKm 式中，ND是电离室空腔的空气吸收剂量因子；W/e是在空气中形成一个电子电荷的每对离子消耗的平均能量，W/e=33.97J/C。Katt是电离室壁及平衡帽对射线的吸收和散射的修正；Km是室壁及平衡帽材料的非空气等效的修正。,常用的电离室km与katt值及其乘积 电离室型号 km katt kmkatt NE0.2cm3 2515 0.980 0.988 0.968 NE0.2cm3 2515/3 0.991 0.987 0.978 NE0.2cm3 2577 0.994 0.987 0.981 NE0.6cm3 2505/A 0.971 0.997 0.962 （19671974） NE0.6cm3 2505/3，3A 0.991 0.990 0.981 （19711979） NE0.6cm3 2505/3，3B 0.974 0.991 0.965 （1974现在） NE0.6cm3 2571/带保护极 0.994 0.990 0.985 NE0.6cm3 2581/PMMA帽 0.975 0.990 0.966 PTW0.6cm3 23333/3mm帽 0.982 0.993 0.975 PTW0.6cm3 23333/4.6mm帽 0.982 0.990 0.972,待续,续表 电离室型号 km katt kmkattPTW0.3cm3 标准型,M23332 0.982 0.993 0.975PTW0.3cm3 防水型,M2333641 0.982 0.992 0.974VICTOREEN 0.6 cm3 30-351 0.982 0.993 0.975CAPINTEC 0.60 cm3 FARMER型 0.993 0.990 0.983（PMMA帽）CAPINTEC 0.60 cm3/AAPM 0.989 0.989 0.978T6C-0.6 0.60 cm3/PMMA帽 0.994 0.990 0.984RT101 0.60cm3 /有机玻璃帽 0.990 0.990 0.980,4.以空气比释动能校准因子NK计算ND时，其计算公式为：ND=NK（1-g）KattKm 式中，NK为剂量计的空气比释动能校准因子；g为电离辐射产生的次极电子消耗于韧致辐射的能量占其初始能量总和的份额。,空气比释动能与吸收剂量的区别 不带电粒子与物质相互作用，产生带电粒子和其它次级不带电电离粒子而损失能量，这是第一步。第二步是带电电离粒子把能量授予物质。比释动能表示第一步的结果；吸收剂量则表示第二步的结果。因此，只有满足次级电子平衡条件和韧致辐射可忽劣不计时，比释动能才等于吸收剂量。,5.由校准因子NX计算NK(NXNK) 在我国现行量值传递体系中，给出的是照射量校准因子NX，且使用的照射量单位不是SI单位。因此， NK与NX的数值关系为： NK=NXW/e（1-g）-1 （2.5810-4）,ND值由NX或NK确定 ND=NXW/eKattKm2.5810-4或 ND=NK（1-g）KattKm,第二步.测算水模体中的吸收剂量 首先通过测算该能量X射线在标准条件下即SSD=100cm，水模内10cm10cm射野中心轴上的剂量比（深度为20cm与10cm的吸收剂量的比值(D20/D10)或组织模体比（TPR2010）来确定水对空气的阻止本领比Sw，air和扰动因子Pu及校准深度d的值。,组织模体比TPR2010与剂量比D20/D10测量方法的比较,辐射质、Sw,air和校准深度 辐 射 质 水 中 TPR1020 D20/D10 Sw,air 校准深度（cm） 0.50 0.44 1.135 5 0.53 0.47 1.134 5 0.56 0.52 1.130 5 0.62 0.54 1.127 5 0.65 0.56 1.123 5 0.68 0.58 1.119 5 0.70 0.60 1.116 5,辐射质、Sw,air和校准深度 (续表) 辐 射 质 水 中 TPR1020 D20/D10 Sw,air 校准深度（cm） 0.72 0.61 1.111 10 0.74 0.63 1.105 10 0.76 0.65 1.099 10 0.78 0.66 1.090 10 0.80 0.68 1.080 10 0.82 0.69 1.069 10 0.84 0.71 1.059 10 铯-137 1.136 5 钴-60 1.133 5,圆柱形电离室的扰动修正因子Pu 值,若用Nx或NK，水中校准深度dc处的吸收剂量则有： Dw（dc）= MNxW/eKattKm （Sw，air）Pu PcelDw（dc）= MNK（1-g）KattKm（Sw，air）Pu Pcel,加速器的刻度 通常加速器都是在标准条件下刻度的，即在SSD=100cm，水模内10cm10cm射野中心轴上最大剂量点处使用经国家基准试验室或次级标准试验室校准过的剂量计，通过调节加速器上剂量监测系统的阈值电位器使1cGy=1MU。,对加速器及钴-60治疗机刻度的标准条件束流 射线质 校准深度 有效测量点在 SSD 射野 d0或cm 探头中的位置 cm cmcm 射线 钴-60 5cm 0.6 r 80 1010X射线 TPR1020 0.70 5cm 0.6 r 100 1010 TPR1020 0.70 10cm 0.6 r 100 1010电子束 Eo5 R100 0.5 r 治疗距离 1010 5 Eo 10 R100或1.0cm 0.5 r 治疗距离 1010 10 Eo 20 R100或2.0cm 0.5 r 治疗距离 1010 20 Eo R100或3.0cm 0.5 r 治疗距离 1010,水中最大剂量深度do处的吸收剂量为： DW（do）=(MNDSw，airPuPcelKTP）/PDD（dc） 如果，100MU=100cGy 则： 100（cGy）=（MKTPND，airSW，airPUPcel）/ PDD（dc） F =（KTPND，airSW，airPuPcel）/ PDD（dc）则： 100=MF M =100/F,公式 M=100/F的含义： 加速器在标准条件下给出100MU时，调整加速器上剂量监测系统的相关电位器的数值，使剂量计读数M的数值等于100/F，则： 1MU=1cGy,如果KTP与M一起被作为未知数，并设 F =（ND，airSW，airPuPcel）/ PDD（dc） 则： DW(d0）= MKTP F 100（cGy）= MKTP F MKTP F=100 MKTP =100 /F M=100 /KTP F,加速器是在标准状态下，通过在水模中，精确的吸收剂量测算，将其在特定条件下，刻度为 1MU=1cGy。然而，肿瘤并非都在标准条件下，接受照射，因为： * 肿瘤深度（PDD、TMR） * 射野大小（SC,P） * 照射方法（SSD、SAD） * 对射线束剂量分布的修整（楔形板）,* 托架因子的修正 （ft） * 离轴比的修正 （OAR） * 体表倾斜或弯曲的修正 * 组织不均匀性的修正,射野中心轴百分深度剂量（PDD） 百分深度剂量定义为沿射线中心轴、某一深度d处的吸收剂量率Dd与参考深度do处的吸收剂量率Ddo之比，即： PDD= Dd/Ddo100 在临床上，对中低能X射线，参考深度选在体模表面（do=0）；而对高能X射线，参考深度选在峰值吸收剂量深度，do=dm处。,光子束在水模中的射野中心轴百分深度剂量,根据患者体内任一深度d处的百分深度剂量PDD和应给予肿瘤照射的剂量DT，可以计算出医生开出的处方剂量Dm，即：Dm=DT/PDD,影响PDD值大小的因素* 射线能量,PPD* 体模深度,PPD* 射野面积,PPD* 源-体表距（SSD）,PDD,F因数 当SSD从f1变换成f2时，在维持体表射野不变的情况下，PDD的变化量为F（F因数）： F=（ f2 +dm）/(f2 +d)2 （ f1 +d）/(f1 + dm)2,FSZ（WS）不变，SSD两种变化示意图,【计算举例】 已知：钴-60治疗机， SSD=80cm，FSZ= 15cm15cm 深度d=10cm的PDD=58.4%，若保持皮肤野不变 求： SSD延长到100cm时的PDD 解： F=（ f2 +dm）/(f2 +d)2 （ f1 +d）/(f1 + dm)2 代入上式， F=（ 100 +0.5）/(100+10)2 （ 80 +10） /(80 +0.5)2=1.043 所以PDD（10，15，100）= PDD（10，15，80） F=58.4% 1.043=60.9%,电子束在水模中的射野中心轴百分深度剂量,高能X射线和电子束的PDD曲线 形状及临床应用的差别 高能X射线由于表面剂量低和深部剂量高等特点适于治疗深部肿瘤而电子束PDD曲线的形状表明电子束更适于治疗表浅的和偏向人体一侧的肿瘤。,组织最大剂量比（TMR） 模体中射野中心轴上任意一点的剂量率与空间同一点模体中射野中心轴上参考深度（即最大剂量点）处同一射野的剂量率之比。 TMR（d,FSZd）=Dd/Ddm,TPR与TMR的定义,PDD与TMR的主要区别： PDD是线束中心轴上两个不同深度位置的剂量百分比。 TMR是指空间同一位置，在两种不同散射条件下的剂量比。,例如：某加速器的6MV X射线是在体模内1.5cm（最大剂量点）和SSD=100cm，水模表面照射野为10cm10cm条件下刻度的，肿瘤深度为10cm，肿瘤剂量DT=200cGy，问医生给出的处方剂量是多少？ 若 PDD（10cm）=67%则：Dm（MU）=DT/PDD（10cm）Dm（MU）=200/67%Dm=299（MU）,又如：一患者的肿瘤中心位于其体内10cm深度处，其照射野 FSZ=4cm4cm；PDD（10cm）=62.9%，若肿瘤中心剂量(DT)需300cGy/次，则该射野中心轴上参考点（即最大剂量点）剂量(Dm)应为： Dm=DT/PDD（10cm） Dm=300/62.9% Dm=477(cGy/次),模体中任意一点的吸收剂量是由原射线和散射线两部分组成，当射野改变时，散射体积发生变化，其是必影响该点的总剂量。因此，医生开出的处方剂量应做总散射因子Sc,p的修正。,Sc、 Sc,p测量示意图带建成帽电离室置于空气中测量Sc；在水模体中同一位置测量Sc,p,模体散射校正因子（Sp）定义说明 Sp(FSZ)= Sc,p / Sc,总散射校正因子SC,P 在临床上通常其定义为任一方野在模体中的输出剂量率与10cm10cm射野在模体中的输出剂量率之比。 SC,P 表 射野 42 62 82 102 122 142 SC,P 0.890 0.942 0.976 1.000 1.016 1.031 162 182 202 222 252 302 1.045 1.054 1.063 1.071 1.081 1.096,上例，医生开出的处方剂量(Dm)应为： Dm=DT/（PDD10cm SC,P） Dm=300/（62.9%0.89） Dm=536(MU/次),放疗中通常采用列表的方法，表示各种大小方形野的百分深度剂量（PDD）和组织最大剂量比（TMR）随组织深度的变化，但因临床上经常使用矩形野或方形野加铅挡块形成的不规则照射野，而对这些照射野的百分深度剂量和组织最大剂量比又不能全都列表，则需进行对方野的等效变换。,射野等效的物理意义是：如果矩形或不规则形射野在其射野中心轴上的百分深度剂量或组织最大剂量比与某一方野相同时，该方形野叫做所使用的矩形野或不规则射野的等效射野。,临床上最常用的方法有两种，其中最为简捷的方发是查表，表3矩形野与方野等效转换表给出的数据可供临床使用，它刊登在英国放射学杂志增刊上（BRJ Supp1.17#.）。,另外一种方法是计算的方法，即面积-周长比（A/P）法。当矩形野和一个方野的面积-周长比相等，则两野就可认为相互等效。C2/4C=ab/2(a+b)C/4 = ab/2(a+b)C = 2ab/(a+b) 式中，C为方野的边长；a、b分别为矩形野的两个边长。,综上所述，对矩形野的剂量计算要分为两步： 1.使用查表的方法或计算的方法（即面积-周 长比“A/P”法）对矩形野进行方野的等效 变换，进而查出该等效方野PDD数值。 2.对非10cm10cm的任一方野（等效方野）进 行总散射因子Sc,p的修正。,【例题一】 加速器6MV X射线，当肿瘤深度为d=10cm, SSD=100cm, FSZ=15cm15cm, DT=200cGy，问处方剂量应给多少？已知 Sc,p=1.035，PDD（100，10，15）=69.5%。 解： Dm=DT/（PDD Sc,p） =200/（69.5%1.035） =278（MU）,由固定源皮距SSD改为等中心SAD照射病人 时，则须进行SAD因子的修正.SAD因子=(SSD+dmax)2/SAD2SAD因子=(100+1.5)2/1002SAD因子=1.030 其计算公式改为： Dm=DT/（TMR Sc,p SAD因子）,SSD因子：(100+dmax)2/（SSD+ dmax)2如SSD=120cm，dmax=1.5（6MV X射线）则：SSD因子=(100+1.5)2/（120+ 1.5)2 =0.698其计算公式改为： Dm=DT/（PDD F因子 Sc Sp SSD因子）,【例题二】 当例一中SSD=120cm时，其它条件不变，求相应的MU数值。 * FSZc=WS（SAD/SSD）=15（100/120）=12.5（cm） 查表 Sc(12.512.5)=1.014, Sp(1515)=1.012 * SSD因数=SCD/（SSD+dm）2 = （100+1.5）/（120+1.5）2 = 0.698 * F=因数（ 120 +1.5）/(120+10)2 （ 100 +10） /(100 +1.5)2=1.026,Dm=DT/PDD（100，10，15） F因数 Sc Sp SSD因数 =200/（0.6951.0261.0141.0120.698） =392（MU）,若使用某一角度的楔形板和有机玻璃托架，应做楔形因子FW 和托架因子ft 的校正，则上面公式应改写为： Dm=DT/（PDD Sc,p FW ft）,有机玻璃托架因子ft的修正托架因子ft：水模内线束中心轴上最大剂量点处 加托架与不加拓架的剂量率的比值。,通常X射线要经过两级准直器才达到患者的治疗部位，一级准直器位于加速管电子引出窗下，大小固定不变；二级准直器是可变的，传统的二级准直器由上下两对对称运动的准直器组成。在二级准直器下面装有一射野挡块托架。,Elekta加速器用MLC取代了一对上叶准直器，由于MLC接近靶点其结构紧凑、重量较轻，缺点叶片宽度的加工和位置控制要求严格；而Siemens等MLC取代了一对下叶准直器。,Varian MLC取代了射野挡块托架的位置，成为三级准直器，直接位于标准二级准直器下方。凡是装有MLC的加速器，都能获得一个和肿瘤形状适形的照射野。这样在处方剂量的计算中托架因子ft应予去除。,楔形因子FW的修正楔形因子FW：水模内线束中心轴上10cm深度处加楔 形板与不加楔形板的剂量率的比值。,楔形角定义示意图,楔形板临床应用的三种方式（a）两楔形野交照射角（b）利用楔形板作为组织补偿（c）用两楔野对穿照射，形成 内野与一平野构成三野照射,上颌窦癌两楔形野照射,面颊部口底癌两楔形野照射,肺部肿瘤三野照射（6MV X线）,膀胱癌三野照射（10MV X线）,食管癌一前两后斜野照射（6MV X线）,对称一前两侧野照射盆腔和腹部肿瘤（6MV X线）,楔形板的应用有三种方式：1. 固定角度的楔形板（机械楔形板）2. 电动楔形板（一楔多用）3. 动态楔形板（独立准直器）,Varian 23EX 6MV X射线 机械楔形板 FW因子 15 30 45 60 0.778 0.630 0.499 0.406,附表 不同有效楔形野的60楔形野和开野的剂量配比eff 0 5 10 15 20 25 30 DT,open 100 95 90 84 79 73 67 DT,wedge 0 5 10 16 21 27 33,续表 eff 35 40 45 50 55 60 DT,open 60 51 42 31 17 0 DT,wedge 0 49 58 69 83 100,eff ：有效楔形野的楔形角 DT,open ：由开野提供的肿瘤剂量 DT,wedge ：由60楔形野提供的肿瘤剂量,注意：附表中的数据对各类机型的加速器都是通用的，一旦换为参考点的处方剂量比Dm,open/ Dm,wedge时,涉及具体的FW 60值将随不同机形而异。,【例题】一喉癌患者用8MV X射线同轴对穿野照射，射野 5cm5cm,肿瘤深度均为3.5cm，PDD=95.8% SSD=100cm，DT=60Gy，若用15楔形板可获得满意的剂量分布，求用“一楔多用”系统的Dm,open与 Dm,wedge的值（FW 60=0.236）,解：查附表可知15楔板效果对应DT,open/DT,wedge=84/16 对穿野权重相等，因此，DT /2= DT1= DT2=30Gy 则： DT,wedge=3016/100=4.8Gy Dm,wedge=4.8/（0.9580.236）=21.2Gy DT,open=3084/100=25.2Gy Dm,open=25.2/0.958=26.3Gy,楔形因数（FW 60） 它的定义为体模内线束中心轴深度10cm处，分别用60楔形野和开野照射时的吸收剂量率之比。FW 60与照射野大小有关，但影响不大，在1-2%之间。因此，仅测一个10cm10cm的射野即可，若要求精确的话，可对不同射野分别进行测量，然后，取其均数。,机械楔形板与电动楔形板的比教：1.楔形角仅15、30 、45 、60四种（机械楔形板）2.可形成从0到60间任意楔形角（电动楔形板）,当前新型加速器其准直器均由独立准直器所取代，即每对独立准直器的两个叶片都能彼此跨过中心轴向对侧运动，这样就形成了所谓“动态”楔形板。,一维的线性等剂量分布,一维的非线性等剂量分布,Varian 23EX 6MV X射线 动态楔形板 FW因子 10 15 20 25 30 45 60 44 0.985 0.972 0.968 0.959 0.949 0.914 0.863 55 0.979 0.969 0.959 0.948 0.936 0.891 0.824 66 0.972