放射治疗计量学

放射物理计量学杨宝龙一、定义1.照射野（field）由准直器确定射线束的边界，并垂直于射线束中心轴的射线束平面称为照射野。照射野剂量学照射野及照射野剂量分布的描述2.射线束中心轴(beamaxis)定义为射线束的对称轴,并与由光阑所确定的射线束中心,准直器的转轴和放射源的中心同轴。射线束（beam）从放射源出发沿着光子或电子等辐射粒子传输方向,其横截面的空间范围称为射线束。5、源轴距（SAD）从放射源前表面沿射线束中心轴到等中心的距离。4、源皮距（SSD）由放射源前表面沿射线中心轴到受照射物体表面的距离。7、模体（体模）射线入射到人体时发生散射与吸收，能量与强度逐渐损失，剂量监测及验证研究过程中不可能在人体进行，常常使用模体（体模或假人）。假人：是用一种组织等效材料做成的模型代替人的身体，简称体模（假人）。6、参考点（Referencepoint）规定模体表面下照射野中心轴上某一点,为剂量计算或测量参考点，表面到参考点的深度D。对于势能低于400kV的X射线，该点为模体表面。高能X线（γ）射线定义为最大剂量点位置。剂量学参数1、平方反比定律（ISL）指放射源在空气中放射性强度（可表示为照射量率和吸收剂量率），随距离变化的基本规律。2、百分深度剂量（parentagedepthdosePDD）百分深度剂量是最常用的照射野剂量学参数之一，定义为水模体中，以百分数表示的射线中心轴，某一深度处的吸收剂量与参数深度的吸收剂量的比值PDD（E、S、W、D）=Dx／Dy×100％其中：E：射线束能量S：源到水模体表面距离W：水模体表面的照射野大小D：水模体中任意深度影响百分深度剂量分布的因素：射线能量照射野源皮距深度。对于不同类型的射线束，如目前应用的X、γ射线和高能电子束，其百分深度剂量及影响因素的特性不同，根据各个不同类型的机器，需具体测量和建立不同射线束的百分深度剂量数据。组织模体比（Tissuephantomratio,TPR）和组织最大剂量比（Tissuemaximumratio,TMR）a、组织模体比：指对于高能量光子，不依赖于源皮距变化而改变的剂量学参数叫组织模体比。定义为水模体中，射线束中心轴某一深度的吸收量与距放射源相同距离的同一位置，标准深度处吸收剂量的比值，公式表示为：TPR（E、Wd、d）=Dx／Dx``b、组织最大剂量比TMR：标准深度的选择依赖于光子射线的能量组织模体比与组织最大剂量比都表示空间同一位置，水模体中某一深度的吸收剂量与其位于标准深度或参考深度的吸收剂量比值，因此影响这两个参数变化的因素为能量、照射野和深度。PDD和TMR作处方剂量计算有何异同常规放射治疗的处方剂量计算，最常用的剂量参数是百分深度剂量（PDD）和组织最大剂量比（TMR）。前者用于固定源皮距照射技术的剂量计算，而后者由于不依赖于源皮距而变化,主要用于等中心或旋转照射技术。这两个剂量学参数既有联系又有完全不同的意义。1、百分深度剂量描述的是空间不同位置的剂量两点之间的剂量比值；2、除物理定义不同以外，在临床应用中，也有很大区别，PDD主要应用固定源皮距（SSD）照射技术。其照射野的大小则在摸体表面。3、PDD通常选择标准源皮距条件下的最大剂量深度做剂量参考点.4、剂量参考点的几何位置不同即距放射源的距离不同。比较：1、组织最大剂量比（TMR）:描述的是空间同一位置（即距辐射源的距离相同）但处于不同深度的剂量比值。2、临床应用中TMR主要用于等中心照射技术，照射野的大小则以等中心的位置确定。3、TMR以等中心位置正处于最大剂量深度时作剂量参考点。5、准直器散射因子Sc（collimatorscatterfactor）和模体散射因子Sp（phantomscatterfactor）统称为总散射因子。概念：模体中某一点吸收剂量，是由接受两部分射线造成的：①经由治疗机准直器准直入射的射线束；②另一部分是由模体中产生的散射线。准直器散射因子也称输出因子（outputfactor）,定义为空气中某一大小照射野的输出剂量与参考照射野（通常10×10cm）的输出量之比。⑴准直器散射因子反映的是有效源射线随照射野变化的特点。有效原射线:指原射线和经准直器产生的散射线之和。⑵模体散射因子：保持准直器开口不变，模体中最大剂量点处某一照射野的吸收剂量,与参考照射野（通常10×10cm）吸收剂量之比。X（γ）射线照射野剂量分布的特点一、X,（γ）射线百分深度剂量特点PDD受射线能量、模体深度、照射野大小和源皮距离的影响。临床放疗中，最常用的是Χ、γ射线。例如：1、X射线治疗机产生的势能在400kV以下的中低能X线，用来做浅表肿瘤的治疗等。2、医用加速器产生的高能（MV级）X射线。3、60钴治疗机产生的γ射线。1、能量和深度的影响。中低能X线：最大剂量点基本位于或接近模体表面，随着深度的增加，深度剂量逐渐减少。对于较深部位位于中线的肿瘤治疗，高能X、（γ）射线的剂量建成效应，要优于中低能X射线。表面剂量低可使皮肤、皮下组织得到保护。一、X,（γ）射线百分深度剂量特点剂量建成区：指从表面到最大剂量点深度称剂建成区。高能X（γ）线：表面剂量比较低，随着深度的增加，深度剂量逐渐增加，直至达到最大剂量点。过最大剂量点以后，深度剂量才逐渐下降，其下降速率依赖于射线能量，能量越高，下降的速率越慢，表现出较高的穿透能力。2、照射野影响当照射野很小时，散射线也很小，随照射野变大，散射线对吸收剂量的贡献增加，百分深度剂量会增加，但中低能X线的百分深度剂量，随照射野变化要比高能X射线显著。不同形状照射野的百分深度剂量可进行转换。等效方野：在临床中常用的长方形或不规则形状的照射野的百分深度剂量，可以用一百分深度剂量与之相等的正方形照射野的数值表示，则称这一正方形照射野，是该长正方形或不规则形状照射野的等效方野。一个长方形照射野与一个正方形照射野是有相同的面积与周长比值，他们之间等效。3、源皮距的影响百分深度剂量变化的特点：百分深度剂量PDD随源皮距离增加而增加，应用高能量X，（γ）线治疗较深部的病变，最小源皮距离一般为80cm。注意：不能轻易改变、拉长源皮距，也就是说较长源皮距、较大深度、较大照射野会出现明显偏差。二、等剂量曲线射线在照射野内剂量分布：用连线将剂量相同点连接，形成等剂量曲线。等剂量曲线示意图1、照射野离轴比和半影离轴比（OAR）：垂直于射线中心轴平面的等剂量分布曲线图，沿照射野X或Y轴方向测量，可以得到照射野离轴剂量分布曲线。意义：评价照射野的平坦度：标准源皮距条件或等中心条件下，模体中10cm深度处照射野80%宽度内,最大、最小剂量与中心轴剂量偏差值应好于±3%。对称性：与平坦度同样条件下，中心轴对称任一两点的剂量差，与中心轴剂量的比值应好于±3%。与照射野内均匀的剂量相比，照射野边缘剂量变化剧烈，迅速跌落形成所谓的半影区（即80%与20%等剂量曲线之间的宽度）。半影几何半影：主要指60钴，是由放射源大小、源到准直器的距离和源皮距离形成的。穿散半影：受准直器漏射线的影响形成的。散射半影：是准直器和模体内散射线形成的。2、等剂量曲线等剂量曲线受射线束的能量、放射源尺寸、准直器、照射野大小、源皮距离和源到准直器距离等诸多因素的影响。低能射线束等剂量曲线较为弯曲，能量增加时曲线变得平直。等剂量曲线在边缘中断，形成断续分布；在照射野边缘，低能射线束旁向散射较大。等剂量曲线向外膨胀。对于60钴射线，由于放射源有一定尺寸，一般小于2mm，结合源到准直器距离、源皮距离的影响，使60钴半影区较大。图中提示高能射线在模体内具有较强的穿透力。高能射线穿透力比较强，准直器不能完全吸收，等剂量曲线基本连续分布。3、楔形滤过板多数是由不锈钢或铅材料制成，放到照射野内不仅改变等剂量曲线形状、吸收部分射线，也改变了照射野的输出剂量。在放疗中经常需要两个或更多的野交叉照射，在照射野重叠的菱形区域内，剂量分布不均匀，往往出现“热点”，必须将两个单野剂量修正。修正之后，在肿瘤区形成均匀的剂量分布。其方法是通过楔形板来改变剂量分布楔形板临床应用的三个方面：A、对偏体位一侧肿瘤，用两野交叉照射时由于剂量不均匀，选择合适角度的楔形板可以得到理想的靶区剂量分布。B、利用适当角度的楔形板，对人体曲面和缺损组织进行组织补偿，能取得较好的剂量分布。C、利用楔形板改善剂量分布,适合治疗胰腺、肾等靶体积较大、部位较深的肿瘤。常用的楔形板角度：15°、30°、45°、60°.楔形板角度选择用90°角减去楔形野交角的一半。计算公式：a、应选楔形角α=90－θ／2（θ：为两楔形野交角）（α：为应选择楔形角）b、楔形因素（Fw）楔形野的百分深度剂量，等于相同的大小射野不加楔形板时,平野的百分深度剂量（PDD平）与楔形因素Fw乘积。举例：正常平野面积6×6的PDD是74.2%。简单说，无楔形板PDD与楔形因素的乘积。楔形因素Fw，6×6cm·Fw=0.70楔形的百分度剂量公式:PDDW=Ddw／Dm=Dd·Fw／Dm=Dd／Dm·Fw=PDD平·Fw4、人体曲面和不均匀组织对剂量分布的影响在临床工作中，由于人体曲面的影响，以及人体内不均匀组织的存在，会改变原射线及散射线的分布，致使剂量分布有改变，需在剂量计算时给予修正。⑴、人体曲面校正的三种方法:a、组织空气比方法（或组织最大剂量比）b、有效源皮距离方法c、等剂量曲线移动方法⑵、组织不均匀性校正人体主要由肌肉、脂肪、骨、气腔（气管、喉、咽、上额窦等）、肺组织组成。骨、肺组织对剂量分布的影响主要是由于密度引起。具体数值因人而异，一般肺密度为0.20－0.40g／cm3,平均为0.3g／cm3。例如：⑴、胸部肿瘤、肺癌、食管癌的治疗，由于肺组织的存在，在剂量计算中如不作肺组织校正，剂量就不准确。对肺后部和肺中部的病变治疗，由于肺组织的存在，其剂量有所增加。如采用60钴治疗，每穿过1cm的健康肺组织，肺后病变的剂量就要增加4%；如用三野技术治疗胸段食管癌，两后斜野各会穿过肺组织约5－7cm。不作肺校正，实际剂量会增加13.2－18.5%。建议不用60钴治疗肺癌患者。另有实验证明，对于小于6×8cm2的照射野,大于6mV能量的X线在低密度介质中（如肺组织），边缘剂量下降较快，还会造成肺中病变的周边剂量不足。注意的是，高能射线小野治疗肺癌时，要考虑到剂量不足的问题。⑵、中低能X射线治疗肢体肿瘤、良性血管瘤等时要慎重，因为骨组织吸收是软组织的2－4倍，容易造成损伤。实际工作中，受到多种因素的影响，其精度会有所下降。其中，受照射部位不均匀组织存在是影响剂量计算精度的重要因素高能电子束剂量分布特点高能电子束（电子线）主要用于治疗表浅或偏心部位的肿瘤和侵润的淋巴结。临床可单独使用或与高能光子治疗结合。最重要的剂量学特点是避免对靶区后深部组织的照射。临床特点：1、表浅肿瘤、皮肤表面病变、偏心部位肿瘤电子线皮肤剂量高，疗效好。2、因从表面到一定深度剂量分布均匀，80%剂量点以后剂量突然下降，对保护正常组织有利。3、电子线遮挡比较容易，有机玻璃、塑料、橡皮泥、固体石蜡等，这些物质都可以做等校物来改变身表面曲度。4、皮肤剂量大，可出现皮肤的灼伤（由于电子线建层区小，并随能量的增加而增加）。物理特点高能电子线是具有有限射程，穿透力很低，可避免对靶区后深部组织的照射，这是最重要的剂量学特点。1、易于散射，皮肤剂量相对高，并随能量的增加而增加，更适合表浅的肿瘤。2、随限光筒到患者皮肤距离增加，射野剂量均匀性变劣，半影增宽。3、百分深度剂量随射野大小，特别在射野较小时变化明显。4、不均匀组织对百分深度剂量影响显著。5、延长源皮距照射时，输出剂量不能准确按平方反比定律计算。大致分四部分：剂量建层区高剂量坪区剂量跌落区X线污染区一、电子束的深度剂量1、高能电子束的百分深度剂量分布2、能量对电子线百分深度剂量的影响特点：射线能量增加，表面剂量增加。高剂量坪区变宽，剂量梯度变小，X线污染增加。例如：4－6MeV电子线表面剂量75%9MeV电子线表面剂量87%20－25MeV电子线表面剂量＞90%当照射野小时