第五章高能电子束射野剂量学

第五章高能电子束射野剂量学,介绍,主要用于治疗表浅或偏心的肿瘤和浸润的淋巴结。,第一节治疗电子束的产生,利用散射箔(scatteringfoil)，根据电子束易于散射的特点，将其射束展宽。经过准直器和限光筒形成治疗野。,利用电磁偏转原理，采用类似电视光栅式扫描或螺旋式扫描的方法，将窄束电子扩散，从而使电子束展宽。除具有能谱窄，剂量跌落的梯度更为陡峭，较低的X射线污染等特点外，还具有较易形成电子束不规则调强射野的特点。,第二节电子束射野剂量学,一、中心轴百分深度剂量曲线,高能电子束的百分深度剂量分布，大致分部分：剂量建成区、高剂量坪区、剂量跌落区、线污染区。,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，形成或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相互作用，产生了X射线。对采用散射箔系统的医用直线加速器，X射线污染水平，612MeV电子束，约为0.52.0；1220Mev电子束，约为2.05.0。,2能量对电子束百分深度剂量的影响,特点是：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。临床中应用的高能电子束，其能量应在425MeV范围。,3照射野对百分深度剂量的影响,照射野较小，因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。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。,4源皮距对百分深度剂量的影响,一些特殊的照射技术，如全身皮肤照射，或因患者照射部位体表的弯曲使摆位条件受到限制，或因使用大照射野，都必然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。,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。,二电子束的等剂量分布,分布特点：低值剂量线向外扩张，高值内收，和能量有关。,造成电子束等剂量分布曲线这些特点的主要原因，是电子束易于散射的特性。对于不同类型、不同限束系统的治疗机，这些特点会有显著的不同。限光筒的下端面与患者皮肤之间的距离，患者体表的弯曲程度，电子束的入射方向等，都会影响电子束等剂量分布曲线的形状。因此，在临床应用时，要给予充分注意。,三、电子束射野均匀性及半影,四、电子束的“虚源”及有效源皮距,各类加速器产生的电子束源的位置，不同于X射线以靶位置表示，也不能用散射箔或出射窗口位置代替。电子束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加速的电子束，经偏转穿过出射窗、散射箔、监测电离室、限束系统等而扩展成一宽束电子束，好像从某一位置(或点)发射出来，此位置(或点)称为电子束的“虚源”(virtualsource)位置。,影响虚源的位置因素很多,对同一能量的电子束，射野大小亦会影响它的位置。不能用虚源到表面的距离去准确地按平方反比定律来校正延长源皮距后输出剂量的变化。一些实际测量结果表明，根据虚源到皮肤的距离，按平方反比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。由于较低能量的电子束，在较小射野条件下，输出剂量会由于电子束本身在空气和模体中缺少侧向散射平衡，变化较大，而虚源皮距按平方反比定律校正时无法给予考虑。,电子束有效源皮距的方法,五、电子束的输出剂量,对X()射线，射野输出剂量随射野的增大而呈单调增加。高能电子束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，使得电子束输出剂量率随射野变化的规律变得复杂。对每一个电子束限光筒，X射线治疗准直器应取一个特定的位置。,源皮距的影响:空气间隙对电子束输出剂量的影响，低能量，小照射野时较大，高能量、大照射野时较小。,第三节电子束治疗的计划设计,一是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。二是电子束的一些重要剂量学参数，如百分深度剂量、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，得到所使用的机器类型和具体照射条件的实验数值，提供临床作计划设计时参考。,一、能量和照射野的选择,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。电子束的有效治疗深度(cm)约等于1314电子束的能量(MeV)。临床中选择电子束能量，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。,电子束治疗选择照射野大小的原则，应确保特定的等剂量曲线完全包围靶区。表面位置的照射野，应该按照靶区的最大横径而扩大。至少为1.18倍。并在此基础上，根据靶区最深部分的宽度的情况射野再放0510cm。,二、电子线的斜入射校正,影响：1穿透能力减弱2最大剂量深度向表面前移3增加了最大剂量点的侧向散射,结果：电子束表浅部位的增加和较深部位的减少。同时百分深度剂量减少。原因：侧向散射与距离平方反比的扩散作用。,12MeV电子束照射圆柱形固体模体,三、组织不均匀性校正,等效厚度系数法(coefficientofequivalentthickness，CET)再根据平方反比定律进行修正，得到结果。,人体骨组织的CET值的范围为1.1(疏松骨)1.65(致密骨)。对肺组织，实验表明，其CET值平均约为0.5，并依赖于在肺组织中的深度。,肺组织对水的相对电子密度，近似等于其对水的相对密度。CT扫描结果显示，肺相对于水的电子密度为0.20.25。如果假设CET值等于其对水的相对电子密度，(55)式中的CET值可用肺对水的相对密度代替来作肺剂量的校正。,小块不均匀组织的情况,四、电子束的补偿技术,补偿人体不规则的外轮廓；减弱电子束的穿透能力；提高皮肤剂量。,补偿材料：石蜡有机玻璃聚笨乙烯材料,五、电子束照射野的衔接技术,对一些特殊部位的病变的照射，如全脑全脊髓照射中的脊髓野，乳腺癌术后的胸壁照射野等。单一电子束射野不可能包括整个靶区，需要采用多个相邻野衔接构成大野进行照射，必须恰当处理，避免靶区内超、欠剂量的发生。,电子束照射野衔接的基本原则是：根据射线束宽度随深度变化的特点，在皮肤表面相邻野之间，或留有一定的间隙，或使两野共线，最终使其50等剂量曲线在所需深度相交，形成较好的剂量分布。具体采取何种方式衔接，要依据所使用的电子能量的电子射野的等剂量分布情况。,电子线与X线射野的衔接,常见问题：电子线一侧出现冷点X线一侧出现热点,当靶区范围较大，且治疗深度不同时，如图5-32所示，在两个照射野相邻的边缘，放置用聚苯乙烯等组织替代材料制成的楔形板，改变射野边缘的剂量分布，使包括衔接部位的整个靶区的剂量分布均匀。,六、电子束照射野的挡铅技术,附加铅块可固定在限光筒的末端，也可直接放在患者体表被遮挡的位置。,1挡铅厚度的确定,挡铅厚度过薄，剂量不仅不会减少，反而会有所增加。一般情况下，挡铅厚度应略大于所需要的最小铅厚度值。但在有些情况下，特别在射野内遮挡时如照射眼睑部位的肿瘤，为保护晶体，挡铅过厚使用起来不方便，而接近临界值，特别是在大照射野情况下，12mm微小的变化，都可能起不到对正常组织的保护作用。,要最小的遮挡厚度，应对使用的电子束能量、对特定的照射野和深度，作特殊的测量。,最低的挡铅厚度(以mm为单位)应是电子束能量(以MeV为单位)数值的二分之一。同时从安全考虑，可将挡铅厚度再增加1mm。,挡铅和组织的界面产生的反射，会使表面剂量增加30%-70%反向散射的因子：,2内遮挡,挡铅对剂量参数的影响,第四节电子束旋转照射剂量学（理解）,电子束旋转治疗是一复杂的照射技术，它主要用来治疗面积较大、体表面弯曲的浅表病变，如乳腺癌术后的胸壁及内乳淋巴引流区的照射。如采用前述的单野或多个相邻野照射，会因电子束的多级散射、斜入射特别是当斜入射角大于30度时，剂量分布曲线发生畸变，并可能造成剂量热点冷点。采用电子束旋转照射，可以很好地解决这些问题，可在有限深度治疗区域内得到均匀的剂量分布，又能避免敏感组织如肺受到过量照射。,一、电子束旋转照射的实现方法,与X线旋转照射的相同点：剂量的叠加与X线旋转照射的不同点旋转等中心不位于靶区内，而在靶区的后方,电子束准直器是形成电子束旋转照射照射野的主要限束装置。为实施旋转，电子束准直器的端面距离患者体表应保持一定的自由空间，以避免与患者或治疗床相碰，一般应为20cm。对胸、腹部表浅病变的照射，其体表的曲率半径约为15cm，所以电子束准直器的端面距等中心的距离至少为35cm。电子束准直器的几何尺寸，沿机架旋转轴方向，要大于靶区的长度，以使得半影区在靶区以外。,射野宽，输出剂量大，等中心在射野内时间相对较短，则x射线污染较少，但体表限束器相对较大；射野窄，输出剂量小，增加照射时间，等中心处x射线污染会增加。因此，电子束旋转时使用的射野宽度在等中心处一般取56cm。,X射线治疗准直器的几何尺寸要大于电子束照射野的大小。第三级即体表限束器，主要是用来消除因电子束准直器远离皮肤造成的靶区边缘的半影增宽，同时要使得靶区边缘剂量与靶区内其他位置剂量相同，保护非治疗部位的正常组织。,二、电子束旋转照射的剂量学特点,1剂量分布特点与能量选择在旋转过程中，电子束总是会聚于旋转中心，靶区深层组织在射野内的时间要比皮肤和表层组织长。其结果，相同能量的电子束的穿透能力，旋转照射时要比固定野照射时深，即百分深度剂量提高；最大剂量深度后的剂量梯度变得陡峭；同时皮肤剂量减少,由于较深的正常组织在线束中的时间较长，与固定野照射相比，电子束旋转照射时X射线剂量相对增加，射线能量越高，X射线剂量增加越多,2影响百分深度剂量的因素,3射野宽度W的选择与调整,电子束旋转照射的剂量随曲率半径而变化，而且这一规律只有在等中心深度大于电子束旋转照射野宽度时才近似成立。,三、电子束旋转照射的剂量计算与校准,固定野的剂量分布叠加法；直接测量法。第一种方法对旋转使用的照射野，在固定照射方式下，测出其等剂量分布和剂量率。,直接测量法需利用一特制的圆柱形固体模体，电离室置放于治疗深度d处，在所使用的。旋转条件下，进行实际的积分剂量的测量。具体做法是测量旋转常数Rc。Rc定义为在治疗深度处，每旋转1度剂量计算点处得到1cGy吸收计量所需要的加速器剂量单位MU，即旋转常数的单位MU.cGy-1度。,四、电子束旋转照射计划设计了解,按要求，在治疗区段脱出横截面图，层数越多越好，最好利用CT，但不能少于三层。根据横截面图，确定每层的照射范围，定出体表(三级)准直器的位置，并标出组织填充蜡块的位置和厚度，以使每层靶区在照射范围内厚度近似相同。找出每层的平均曲率半径，并在中心层面定出旋转中心的位置。根据中心层面的曲率半径、源轴距、要求的靶区剂量分布确定角，进而确定中心层面的射野宽度Wo。按相邻层面的曲率半径r值，由式子5-7或5-9、5-10来修正相领层面的射野宽度。,用组织填充物(bolus)作组织补偿，可调节电子束的穿透深度，其形状和厚度应根据胸壁厚度的变化而定。具体作法是根据治疗部位的多层面CT图像(扫描间隔约1cm)，逐层测量需充填的厚度，制成患者整个照射范围的填充物(customizedbolus)。,填充物的使用，可以提高皮肤剂量。如在整个治疗表面覆盖15cm厚的填充物，可使6MeV电子束的表面剂量从70左右提高到100，而9MeV电子束可达90左右。最大剂量深度和电子束射程也会减小。如果临床要求从表面直至一特定深度的剂量均匀，除采用填充物外，还可使用上述多能量技术；即在一个旋转区段内，同时用几种能量的电子束实施旋转照射。,单一能量620MeV电子束旋转的百分深度剂量，建成区剂量较低。运用多能量技术，配合使用组织填充在保持治疗深度不变的前提下，建成区剂量增加，最大剂量深度向表面一侧移至152em处。再增加6MeV电子束，同时覆盖15cm填充物旋转照射，致使整个建成区剂量保持均匀分布。多能量技术的总剂量与相对单一能量技术的比约为125143，其增加部分主要作用于建成区的剂量贡献。,图中例1的照射范围包括双侧胸壁和淋巴结；例2的照射范围包括右侧胸壁和淋巴结。,电子束旋转照射计划设计时，首先应根据CT图像确定治疗范围、治疗深度、设计体表限束器的形状和范围。然后依次确定电子束能量(包括多能量技术)，填充物厚度，选择等中心位置，根据曲率半径计算不同层面的次级电子束准直器宽度，应用旋转常数Rc，根据靶剂量求出处方剂量，并在可能条件下计算剂量分布，最后实施治疗。,第五节电子束全身皮肤照射（了解）,电子束全身皮肤照射(totalskinelectronirradiation，TSEI)主要用来治疗蕈样霉菌病，皮下的T细胞淋巴瘤等全身范围的浅表病变。在常规照射条件下，加速器产生的电子束，单一照射野不可能覆盖患者全身。两种方式：延长治疗距离，利用电子束的扩散和散射特性，以获得足够大的照射野；采用电子束旋转照射技术或扫描照射技术，适当延长治疗距离，以满足患者横轴方向剂量分布的需要，而长轴方向则利用机架的旋转或患者的水平运动来实现。前一种方式实施起来，较为简单，不需要增设特别的辅助装置，应用也较为广泛。,1双机架角多野技术,美国斯坦福大学医学院首先采用的。该技术的基本要点和剂量学参数为：如图557所示，治疗距离为34m。机架角沿水平方向上下转动20。左右，以获得在沿患者纵轴方向(垂直方向)足够大的均匀照射野。患者采用站立位(图558)，每一机架角度分别接受2个前后野及4个斜野的照射，每野间隔60。全身共12个照射野。4天为一个治疗周期，每天采用3个照射野照射。剂量学特点为，患者体表处电子束平均能量为23MeV，合成照射野的几何尺寸为60cm200cm，均匀性5，x射线污染小于1。患者全身各个部位实际接受剂量的差别小于1。,实施时有些放疗中心稍有改进。将每一机架角分为4个或8个照射野，照射野间隔为90度或40度，目的是减少照射时间或提高剂量的均匀性。或者在每一机架角照射时，患者站立在一特制的旋转盘上，呈均匀慢速旋转状态，照射与患者旋转同步，可获得更为均匀的剂量分布。,2双对称旋转技术,电子束能量为6MeV，源皮距200cm，照射野为95cm40cm(等中心位置)。患者采用水平仰卧位，头、脚两端分别为两个弧形野的旋转中心，旋转角度为48度。两弧形野的交点在患者体中心点的上方，射野重合后的最大范围为118cm。每一弧形野分成6个射野，即前后2个和4个斜野，间隔60度，一个治疗周期仍为4天。图560和图561分别给出了该技术在沿照射野长、短轴方向的剂量分布和在横断面的百分深度剂量分布(均为胶片法测量结果)。治疗部位的电子束平均能量为44MeV，皮肤剂量的变化范围为85%100，X射线污染2左右。45cm200cm照射野内，均匀性变化25。,另一种改进形式，机架垂直照射，患者水平平卧在一特制的马达驱动平台上。开始照射时，患者在照射野以外，然后以马达驱动平台，患者一侧平稳进入照射野，按所需累积剂量匀速、缓慢平动前进，形成扫描式照射。,二、剂量学参数,适宜的电子束能量；足够大的照射野；照射野内较为均匀的剂量分布；足够低的X射线污染；较高的剂量率；正确的剂量校准方法。,TSEI技术的适应症，主要是浅表病变，治疗深度一般为皮下12cm，电子束能量应为37MeV。由于延长源皮距以后，电子束能量在空气中的衰减，适合作电子束全身皮肤照射的标称电子束能量应为49MeV。实施TSEI技术时，根据所选择的电子束能量，在受照射患者前应安置一厚约310mm的散射屏，以提高患者的表面剂量。,X射线污染是制约TSEI技术应用的一个重要因素。减小X射线污染的有效方法是，尽力减少电子通过电子束限束系统时与其发生碰撞与散射的机会另一方面，如图5-65所示，水平电子束照射，X射线主要沿射束中心轴分布。当照射呈一特定角度时，X射线对患者的剂量会有所减少。,采用双机架角多野照射，延长源皮距以后，电子束的输出剂量率随距离平方反比迅速下降，一般在治疗位置的输出剂量率只有每分钟1020cGy。如此低的剂量率，会使治疗时间增加，不利于患者体位的固定。一些加速器(如VarianC系列