高能电子线射野中心轴百分深度剂量测定
作者：黄晓延 钱剑扬 钟宁山 卢杰 黄劭敏
单位：黄晓延 钱剑扬 钟宁山 卢杰 黄劭敏(中山医科大学肿瘤防治中心放疗科物理室,广东广州510060)
关键词：放射疗法；辐射测量；电子射线；百分深度量
癌症000628
【摘要】目的:寻找限光筒、挡块开孔、电子线能量对电子线百分深度剂量的影响，明确它们的变化趋势和幅度，针对性地用于临床。方法:采用三维水箱系统测量Primus直线加速器各种条件下的中心轴百分深度剂量。结果:⑴电子线的百分深度剂量与射野大小(即挡块开孔)有很大的关系，特别是照射野较小及能量较高时，小野的时候，随着照射野的减小，最大剂量点深度移向表面，治疗深度变浅，剂量跌落变缓，能量升高，这种效应更明显；当射野尺寸大于射程时，已看不出这种效应。⑵百分深度剂量曲线与限光筒的关系不大，能量较高时，限光筒的影响变大，但差异不会超过4%。⑶电子线矩形射野的百分深度量可根据平方根的算法计算。结论:应分别实测限光筒和射野的百分深度量。选择能量时要同时考虑照射野的大小，防止由于深度剂量不足而引起复发，小射野时更要小心。
, 百拇医药
中图分类号：R811.1;R815 文献标识码：A
文章编号：1000-467X(2000)06-0603-04
Dosimetry of electron beam central axis percent depth dose
HUANG Xiao-yan, QIAN Jian-yang, ZHONG Ning-shan, et al.
Department of Radiation Oncology, Tumor Hospital of Sun Yat-sen University
of Medical Sciences, Guangzhou 510060, P.R.China
, 百拇医药
【 Abstract】 Objective: To examine the effects of various energies, applications and cutouts on electron beam central-axis percent depth dose, and to explain their change tendency and scopes, as well as to comment pertinently in clinical use. Methods:Using a 3D water scanning dosimeter for determining the depth dose on various conditions, the experiments were done with electron beams in the energy range from 6 to 21 MeV delivered by linear accelerator Primus. Results: 1.The PDDs of electron beam depend on field size, especially for high energy and small size beam (i.e. cutout). With decreasing filed size, the generally changing tendency in small field was the decrease of therapeutic depth, the consequent shift of R100 toward the surface, and reduction of the dose gradient. These changes become more profound at higher energy. But the depth-dose curve does not significantly change with the field width greater than the electron range. 2.The applications have minor influence on depth dose curves except the higher energy (the maximum difference is within 4% ). 3.The PDD for rectangular fields could be calculated by the square-root method. Conclusions: Percent depth-dose measurement for electron beams should be performed for each application and various cutout separately. The field size must be taken into account when the electron beam energy was determined in order to prevent the relapse of the tumor from insufficiency depth dose, especially using small fields.
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Key words: Radiotherapy; Dosimetry; Percent depth dose; Electron beam
电子线治疗的特点取决于其深度剂量曲线的形态。电子线的能量、治疗机的结构以及电子经过路径上的各种物质会影响其百分深度剂量曲线。AAPMTG25[1]推荐应当测量临床所用的所有能量、所有射野范围的百分深度剂量，国内大多数单位由于设备等方面的原因，难以全面测量中心轴剂量。本研究的目的在于寻找限光筒、挡块开孔、电子线能量对电子线百分深度剂量的影响，明确它们的变化趋势和幅度，针对性地用于临床。
1 材料与方法
采用瑞典ScanditronixRFA-3型三维水箱系统测量美国Siemens公司的Primus直线加速器。测量探头采用Scanditronix公司的原机所配半导体探头，故所测曲线即为百分深度剂量曲线，不必再作电离-剂量修正。测量时，探头放在射野中心，其运动由水的深部移向浅部，以减少水的波动对测量的影响。
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所有的测量取治疗机臂架为零度，垂直照射到水箱表面，该治疗机源到限光筒末端的距离为95cm，考虑到病人的曲面及摆位方便，通常将标称治疗距离定为100cm，所以测量时限光筒的末端到水面的气隙为5cm。测量的电子线能量分别为：6MeV、9MeV、12MeV、15MeV、18MeV和21MeV，所用限光筒为边长分别是10cm、15cm、20cm和25cm的方形限光筒。另外，对于上述四种方形限光筒，采用低熔点铅制作各种铅窗射野，分别是边长为1.8、2.7、4.5、7.3和9.1cm的方形铅窗以及限光筒10cm的2.7cm×9.1cm、4.5cm×9.1cm铅窗野、限光筒25cm的2.7cm×23cm、4.5cm×23cm、13.8cm×23cm铅窗野。
2 结果与分析
2.1百分深度剂量的一般特点
本文资料验证了教材中所述的电子线的一般特点(图1中给出了边长为25cm的限光筒不同能量电子束的深度剂量)，以下针对临床使用提出一些数据和建议：
, 百拇医药
2.1.1表面剂量：对于电子线，皮肤保护作用比光子线偏低，表面剂量在75%～100%之间。能量低于12MeV的电子线，表面剂量是最大剂量的75%～90%，尚有一定的皮肤保护效应。随着能量的提高，表面剂量提高，15MeV电子线，达到93%以上，皮肤反应强烈。这个现象与光子线相反。
高能电子线的皮肤反应强度提示我们：使用电子线时可考虑联合兆伏级光子线来降低皮肤剂量。如15MeV电子线与6MV光子线以3∶1(各以最大剂量点归一)剂量比联合使用，可使表面剂量降至85%以下，以2∶1、1∶1或1∶2联合使用，表面剂量分别降至80%、70%或65%以下，可提供有效的皮肤保护作用。
然而，如果皮肤有肿瘤累及，使用电子线则要加上补偿材料以提高皮肤剂量。电子线能量高于15MeV时，皮肤剂量已高于90%，可不必再使用补偿块；能量低于9MeV时，使用补偿块会使皮肤得到充分的治疗。对6MeV和9MeV，大约7mm厚的补偿块可使皮肤剂量提高到90%以上，而12MeV的电子线达到同样的效果只需3mm。
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2.1.2有效治疗区及能量选取：电子线百分深度剂量的一个特点是存在一个剂量变化相对平缓的高剂量坪区。随电子能量提高，包含最大剂量深度的区域会拓宽且移向深处。能量由6MeV提高到21MeV，95%的坪区宽度分别为0.7、1.9、2.2、4.0、4.5、4.8cm，90%坪区宽度分别为1.1、2.1、3.3、4.6、5.4、6.0cm，而95%剂量深度由1.7cm延伸到4.8cm，90%剂量深度由1.8cm延伸到6.0cm。
选择电子线能量时，如靶区后无易损的正常组织，可使95%、90%剂量深度包住靶区后缘，以保证靶区受到充分的治疗，而且靶区剂量也较均匀；否则应将靶区后缘深度取在80%或85%剂量线，以保护靶区后的正常组织。但要注意的是，不能使靶区遗漏，特别是能量较低时，几个毫米的深度变化会引起剂量急剧下降，如6MeV及9MeV电子线，80%剂量深度后2mm剂量下降10%左右。
我们观察到，可通过将平均入射能量E(0)(MeV)除以3来估算80%等剂量值(通常的处方深度)的深度(以厘米为单位)，如表1所示。有的教科书提出[2]：若将靶区后缘深度取在80%或85%剂量线，电子线能量可近似选为：E≈3×d+2～3(MeV)，以本文的测量数据来看，它事实上是以靶区后缘深度加0.6～1cm为80%剂量线来选取能量的，也许这是考虑了各种可预见因素(如摆位误差、体位改变等)后的一种较为保险的方法，但不适合于靶区后有易损正常组织的情况。
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2.1.3电子束射程Rp的估算：在过了最大剂量点后，电子线剂量下降很快，特别是能量低于15MeV时。这是个重要的临床特性，因为在实际射程之后的组织中，除X线污染以外几乎没有其它剂量，这可保护治疗深度后的正常组织。能量提高，X线污染提高，剂量梯度也变小，对治疗深度后的正常组织保护效应降低。
图1 不同能量电子束的深度剂量
表1 80%等剂量值深度(cm)的估算 项目
能量(MeV)
6
9
12
15
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18
21
实测
2.0
3.1
4.1
5.1
6.1
7.0
估算
2.0
3.0
4.0
, 百拇医药 5.0
6.0
7.0
表2 电子射程Rp的估算 项目
能量(MeV)
6
9
12
15
18
21
实测
3.0
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4.4
5.8
7.3
9.1
10.5
估算
3.0
4.5
6.0
7.5
9.0
10.5
表3 不同铅窗边长的90%、85%与80%等剂量值深度 铅窗边
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长(cm)
6MeV
9MeV
12MeV
15MeV
18MeV
21MeV
90%
85%
80%
90%
85%
80%
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90%
85%
80%
90%
85%
80%
90%
85%
80%
90%
85%
80%
1.8
, 百拇医药
1.4
1.6
1.7
1.7
1.9
2.1
2.1
2.3
2.5
2.4
2.7
2.9
2.7
, 百拇医药
3.1
3.3
3.0
3.3
3.6
2.7
1.8
1.9
2.0
2.4
2.6
2.7
2.9
, 百拇医药
3.1
3.3
3.2
3.5
3.7
3.6
4.0
4.3
3.9
4.3
4.7
4.5
1.9
, 百拇医药
2.0
2.0
2.8
3.0
3.0
3.6
3.8
4.0
4.1
4.5
4.7
4.6
5.0
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5.4
5.0
5.5
5.9
7.3
1.9
2.0
2.0
2.9
3.0
3.0
3.8
4.0
, 百拇医药
4.1
4.6
4.9
5.1
5.4
5.8
6.1
5.8
6.4
6.8
9.1
1.9
2.0
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2.0
2.8
3.0
3.0
3.8
4.0
4.1
4.7
4.9
5.1
5.5
5.9
6.1
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6.0
6.6
7.0
25.0
1.9
2.0
2.0
2.9
2.9
3.0
3.8
4.0
4.1
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4.6
4.9
5.1
5.4
5.8
6.1
6.0
6.6
7.0
考察各PDD曲线，能量低于15MeV时，在能量除以2的深度(以厘米为单位)，中心轴深度剂量小于最大剂量点剂量的10%，大于18MeV时，深度剂量达到最大剂量点剂量的13%。这样我们可取平均入射能量E(0)/2来估计电子的射程R(p)(cm)(如表2所示)，这是由于在1～100MeV能量范围内，水中的碰撞能量损失大约是2MeV/cm。
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2.2不同铅窗对百分深度剂量的影响
我们对加速器用六档能量，采用边长为25cm的限光筒，测量加上不同铅窗开孔(用低熔点铅制成)后的百分深度剂量，不同能量的百分深度剂量曲线变化规律基本相同，下面以15MeV电子线剂量变化规律为主进行讨论,所得结论也适用于其他能量的电子线。图2给出了15MeV不同方野中心轴百分剂量。表3中给出了不同铅窗边长的90%、85%与80%等剂量值深度。
总的趋势是随着铅窗的减小，治疗深度变浅，坪区缩窄，最大剂量点移向表面。这主要是由于缺少侧向散射引起的。这种效应在高能、小射野时表现得更为明显。如80%等剂量值深度，对铅窗为1.8cm的射野，6MeV时前移0.3cm，而21MeV时前移3.4cm。
当铅窗增大时，中心轴电子的散射损失为照射野非中心轴的散射电子所补偿，使深度剂量随照射野的增大而增大。一旦铅窗增大到接近散射电子的射程时，散射损失与补偿作用达到平衡，难以观察到深度剂量随铅窗的增加而增大的现象。随着电子线能量的提高，射程增大，达到平衡所需的铅窗尺寸也增大。这点与AAPMTG25报告一致[1]。不过，Aird[5]认为射野半宽度小于电子射程时，深度剂量就有明显变化。从物理原理上来看，射野半宽度小于电子射程时，深度剂量应该有变化，而根据我们的数据，当射野半宽度大于电子半射程时，深度剂量的变化难以观察到。事实上，对我们测量的所有能量，射野边长大于7.3cm的各深度剂量曲线已基本重合。
, 百拇医药
铅窗很小时，表面百分剂量较大，随着铅窗的增大，表面剂量下降，在某一尺寸时达到最低，随表面剂量又稍有提高。考虑小铅窗的表面百分剂量大是由于散射不足引起的相对提高，大铅窗的表面剂量提高是由于大铅窗的孔径可使更多来自初级(光子)准直器、限光筒等的低能电子通过而造成的。这点与文献报道不同[3]。
随着铅窗的减小，百分剂量曲线的跌落变缓，即剂量梯度变小。铅窗的改变对电子深度曲线陡降段的斜率与X线污染段反向延长线交点的深度影响不大，即使21MeV也仅仅对小于4.5cm的射野存在有意义的影响，铅窗由4.5cm变化到1.7cm，交点深度前移2.7cm，所以相对于较大的铅窗，小铅窗射野对深部组织的保护作用降低。
图2 15MeV电子线不同铅窗大小(cm)的PDD
2.3相同的铅窗，不同限光筒的影响
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我们也测量了不同限光筒、相同铅窗射野的百分深度剂量，并将各深度曲线以该曲线的最大剂量归一，数据显示低能时难以分辨限光筒对百分深度剂量的影响，而高能时限光筒有轻微的影响。如21MeV时，边长为20cm与25cm限光筒8cm×8cm铅窗的80%～90%剂量深度比10cm与15cm限光筒的后移2～4mm，大3%左右。这主要是不同限光筒与初级准直器开口散射的低能电子不同而引起的。然而，我们考察测量的曲线，各能量档相同铅窗的曲线基本都能重合，只有个别曲线某些点相差达到4%。不过，不同限光筒的参考点剂量率是不同的，因此在计算治疗时间时，应注意所选用限光筒的大小。
事实上，目前绝大多数商用的治疗计划系统及剂量计算系统都未考虑到这种不同，所需输入的百分深度剂量只与铅窗(射野)和能量有关。这样，在临床应用上会产生一些误差，Shiu[3]等推荐使用各限光筒的平均百分深度剂量会减少这种误差。
2.4矩形射野的百分深度剂量
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各类文献报道电子线矩形射野的百分深度剂量可根据平方根的算法精确计算[1，3，4]。也就是，长方形野的深度剂量等于分别以它的长(Y)和宽(X)边大小相等方野深度量乘积的平方根，即：D(X,Y)=[D(X,X).D(Y,Y)]1/2，不过有人指出该式不能用于准直器铅门可调的加速器[4]。
为了评估该公式对本直线加速器电子线的使用，我们测量了各能量档矩形野百分深度剂量，包括限光筒10cm的2.7cm×9.1cm、4.5cm×9.1cm铅窗野及限光筒25cm的2.7cm×23cm、4.5cm×23cm、13.8cm×23cm铅窗野。对测量值与计算值进行了比较，发现数据符合得相当好，误差不超过±1.5%。15MeV电子线铅窗2.7cm×25cmPDD计算与实测的比较见图3。
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图3 15MeV铅窗2.7 cm×25cm PDD计算与实测的比较
由这个公式我们可以看到，电子线的百分深度剂量与射野的面积无直接关系。无论一个射野的面积有多大，它的一个边有多长，只要有一个边的边长小于电子射程，都会引起百分深度剂量的变化。在临床使用时要特别注意这一点。
此公式还有另一个用处。小射野的百分深度剂量难以测量，我们可测量矩形野与大野的PDD，利用公式D(X,X)=D(X,Y)2/D(Y,Y)来计算小野的PDD。
3 结论
电子线之所以成为独特的治疗工具主要是由于其独特的物理特性，达到某一深度时，剂量跌落很快，可以保护靶区后的组织，然而，临床上选择能量时要特别小心,防止由于深度剂量不足而引起复发，特别是小射野时，有效治疗深度会明显前移，机械地按标称能量计算有效治疗深度是不适当的。
, 百拇医药
电子束矩形野的百分深度剂量可由平方根公式计算，这一点和光子束的面积-周长比不同。
电子线的皮肤保护作用较小，特别是高能量电子束，表面剂量达到90%以上，电子线能量越高，表面建成区剂量也越大，皮肤反应越强烈。高能电子线的皮肤反应强度提示我们：可考虑同兆伏级光子线联合使用电子线来降低皮肤剂量。如果仅仅使用电子线治疗一侧的病变，可能会导致皮肤纤维化和晚期放射后遗症。
[参考文献]
1，Khan FM, Doppke KP, Hogstrom KP, et al. Clinical electron- beam dosimetry: report of AAPM radiation therapy committee task group No.25 [J]. Med Phys, 1991, 18(1):73～ 109.
, 百拇医药 2，谷铣之,殷蔚伯,刘泰福,等.肿瘤放射治疗学[M].第二版.北京：中国医科大学中国协和医科大学联合出版社，1993：171.
3，Shiu AS, Tung SS, Nyerick CE, et al. Comprehensive analysis of electron beam central axis dose for a radiotherapy linear accelerator [J]. Med Phys, 1994, 21(4):559～ 566.
4，冯宁远,谢虎臣,史荣,等.实用放射治疗物理学[M].第一版.北京：中国医科大学中国协和医科大学联合出版社，1998：223.
5，Aird EG. Clinical electron therapy. Report on a meeting organized by the BIR Oncology Committee, held at the British Institute of Radiology, London, 7 November 1997 [J]. Br J Radiol, 1998, 71:1113～ 1115.
收稿日期：1999-08-31；修回日期：2000-02-21, 百拇医药
单位：黄晓延 钱剑扬 钟宁山 卢杰 黄劭敏(中山医科大学肿瘤防治中心放疗科物理室,广东广州510060)
关键词：放射疗法；辐射测量；电子射线；百分深度量
癌症000628
【摘要】目的:寻找限光筒、挡块开孔、电子线能量对电子线百分深度剂量的影响，明确它们的变化趋势和幅度，针对性地用于临床。方法:采用三维水箱系统测量Primus直线加速器各种条件下的中心轴百分深度剂量。结果:⑴电子线的百分深度剂量与射野大小(即挡块开孔)有很大的关系，特别是照射野较小及能量较高时，小野的时候，随着照射野的减小，最大剂量点深度移向表面，治疗深度变浅，剂量跌落变缓，能量升高，这种效应更明显；当射野尺寸大于射程时，已看不出这种效应。⑵百分深度剂量曲线与限光筒的关系不大，能量较高时，限光筒的影响变大，但差异不会超过4%。⑶电子线矩形射野的百分深度量可根据平方根的算法计算。结论:应分别实测限光筒和射野的百分深度量。选择能量时要同时考虑照射野的大小，防止由于深度剂量不足而引起复发，小射野时更要小心。
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中图分类号：R811.1;R815 文献标识码：A
文章编号：1000-467X(2000)06-0603-04
Dosimetry of electron beam central axis percent depth dose
HUANG Xiao-yan, QIAN Jian-yang, ZHONG Ning-shan, et al.
Department of Radiation Oncology, Tumor Hospital of Sun Yat-sen University
of Medical Sciences, Guangzhou 510060, P.R.China
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【 Abstract】 Objective: To examine the effects of various energies, applications and cutouts on electron beam central-axis percent depth dose, and to explain their change tendency and scopes, as well as to comment pertinently in clinical use. Methods:Using a 3D water scanning dosimeter for determining the depth dose on various conditions, the experiments were done with electron beams in the energy range from 6 to 21 MeV delivered by linear accelerator Primus. Results: 1.The PDDs of electron beam depend on field size, especially for high energy and small size beam (i.e. cutout). With decreasing filed size, the generally changing tendency in small field was the decrease of therapeutic depth, the consequent shift of R100 toward the surface, and reduction of the dose gradient. These changes become more profound at higher energy. But the depth-dose curve does not significantly change with the field width greater than the electron range. 2.The applications have minor influence on depth dose curves except the higher energy (the maximum difference is within 4% ). 3.The PDD for rectangular fields could be calculated by the square-root method. Conclusions: Percent depth-dose measurement for electron beams should be performed for each application and various cutout separately. The field size must be taken into account when the electron beam energy was determined in order to prevent the relapse of the tumor from insufficiency depth dose, especially using small fields.
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Key words: Radiotherapy; Dosimetry; Percent depth dose; Electron beam
电子线治疗的特点取决于其深度剂量曲线的形态。电子线的能量、治疗机的结构以及电子经过路径上的各种物质会影响其百分深度剂量曲线。AAPMTG25[1]推荐应当测量临床所用的所有能量、所有射野范围的百分深度剂量，国内大多数单位由于设备等方面的原因，难以全面测量中心轴剂量。本研究的目的在于寻找限光筒、挡块开孔、电子线能量对电子线百分深度剂量的影响，明确它们的变化趋势和幅度，针对性地用于临床。
1 材料与方法
采用瑞典ScanditronixRFA-3型三维水箱系统测量美国Siemens公司的Primus直线加速器。测量探头采用Scanditronix公司的原机所配半导体探头，故所测曲线即为百分深度剂量曲线，不必再作电离-剂量修正。测量时，探头放在射野中心，其运动由水的深部移向浅部，以减少水的波动对测量的影响。
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所有的测量取治疗机臂架为零度，垂直照射到水箱表面，该治疗机源到限光筒末端的距离为95cm，考虑到病人的曲面及摆位方便，通常将标称治疗距离定为100cm，所以测量时限光筒的末端到水面的气隙为5cm。测量的电子线能量分别为：6MeV、9MeV、12MeV、15MeV、18MeV和21MeV，所用限光筒为边长分别是10cm、15cm、20cm和25cm的方形限光筒。另外，对于上述四种方形限光筒，采用低熔点铅制作各种铅窗射野，分别是边长为1.8、2.7、4.5、7.3和9.1cm的方形铅窗以及限光筒10cm的2.7cm×9.1cm、4.5cm×9.1cm铅窗野、限光筒25cm的2.7cm×23cm、4.5cm×23cm、13.8cm×23cm铅窗野。
2 结果与分析
2.1百分深度剂量的一般特点
本文资料验证了教材中所述的电子线的一般特点(图1中给出了边长为25cm的限光筒不同能量电子束的深度剂量)，以下针对临床使用提出一些数据和建议：
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2.1.1表面剂量：对于电子线，皮肤保护作用比光子线偏低，表面剂量在75%～100%之间。能量低于12MeV的电子线，表面剂量是最大剂量的75%～90%，尚有一定的皮肤保护效应。随着能量的提高，表面剂量提高，15MeV电子线，达到93%以上，皮肤反应强烈。这个现象与光子线相反。
高能电子线的皮肤反应强度提示我们：使用电子线时可考虑联合兆伏级光子线来降低皮肤剂量。如15MeV电子线与6MV光子线以3∶1(各以最大剂量点归一)剂量比联合使用，可使表面剂量降至85%以下，以2∶1、1∶1或1∶2联合使用，表面剂量分别降至80%、70%或65%以下，可提供有效的皮肤保护作用。
然而，如果皮肤有肿瘤累及，使用电子线则要加上补偿材料以提高皮肤剂量。电子线能量高于15MeV时，皮肤剂量已高于90%，可不必再使用补偿块；能量低于9MeV时，使用补偿块会使皮肤得到充分的治疗。对6MeV和9MeV，大约7mm厚的补偿块可使皮肤剂量提高到90%以上，而12MeV的电子线达到同样的效果只需3mm。
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2.1.2有效治疗区及能量选取：电子线百分深度剂量的一个特点是存在一个剂量变化相对平缓的高剂量坪区。随电子能量提高，包含最大剂量深度的区域会拓宽且移向深处。能量由6MeV提高到21MeV，95%的坪区宽度分别为0.7、1.9、2.2、4.0、4.5、4.8cm，90%坪区宽度分别为1.1、2.1、3.3、4.6、5.4、6.0cm，而95%剂量深度由1.7cm延伸到4.8cm，90%剂量深度由1.8cm延伸到6.0cm。
选择电子线能量时，如靶区后无易损的正常组织，可使95%、90%剂量深度包住靶区后缘，以保证靶区受到充分的治疗，而且靶区剂量也较均匀；否则应将靶区后缘深度取在80%或85%剂量线，以保护靶区后的正常组织。但要注意的是，不能使靶区遗漏，特别是能量较低时，几个毫米的深度变化会引起剂量急剧下降，如6MeV及9MeV电子线，80%剂量深度后2mm剂量下降10%左右。
我们观察到，可通过将平均入射能量E(0)(MeV)除以3来估算80%等剂量值(通常的处方深度)的深度(以厘米为单位)，如表1所示。有的教科书提出[2]：若将靶区后缘深度取在80%或85%剂量线，电子线能量可近似选为：E≈3×d+2～3(MeV)，以本文的测量数据来看，它事实上是以靶区后缘深度加0.6～1cm为80%剂量线来选取能量的，也许这是考虑了各种可预见因素(如摆位误差、体位改变等)后的一种较为保险的方法，但不适合于靶区后有易损正常组织的情况。
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2.1.3电子束射程Rp的估算：在过了最大剂量点后，电子线剂量下降很快，特别是能量低于15MeV时。这是个重要的临床特性，因为在实际射程之后的组织中，除X线污染以外几乎没有其它剂量，这可保护治疗深度后的正常组织。能量提高，X线污染提高，剂量梯度也变小，对治疗深度后的正常组织保护效应降低。
图1 不同能量电子束的深度剂量
表1 80%等剂量值深度(cm)的估算 项目
能量(MeV)
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18
21
实测
2.0
3.1
4.1
5.1
6.1
7.0
估算
2.0
3.0
4.0
, 百拇医药 5.0
6.0
7.0
表2 电子射程Rp的估算 项目
能量(MeV)
6
9
12
15
18
21
实测
3.0
, http://www.100md.com
4.4
5.8
7.3
9.1
10.5
估算
3.0
4.5
6.0
7.5
9.0
10.5
表3 不同铅窗边长的90%、85%与80%等剂量值深度 铅窗边
, http://www.100md.com
长(cm)
6MeV
9MeV
12MeV
15MeV
18MeV
21MeV
90%
85%
80%
90%
85%
80%
, http://www.100md.com
90%
85%
80%
90%
85%
80%
90%
85%
80%
90%
85%
80%
1.8
, 百拇医药
1.4
1.6
1.7
1.7
1.9
2.1
2.1
2.3
2.5
2.4
2.7
2.9
2.7
, 百拇医药
3.1
3.3
3.0
3.3
3.6
2.7
1.8
1.9
2.0
2.4
2.6
2.7
2.9
, 百拇医药
3.1
3.3
3.2
3.5
3.7
3.6
4.0
4.3
3.9
4.3
4.7
4.5
1.9
, 百拇医药
2.0
2.0
2.8
3.0
3.0
3.6
3.8
4.0
4.1
4.5
4.7
4.6
5.0
, http://www.100md.com
5.4
5.0
5.5
5.9
7.3
1.9
2.0
2.0
2.9
3.0
3.0
3.8
4.0
, 百拇医药
4.1
4.6
4.9
5.1
5.4
5.8
6.1
5.8
6.4
6.8
9.1
1.9
2.0
, 百拇医药
2.0
2.8
3.0
3.0
3.8
4.0
4.1
4.7
4.9
5.1
5.5
5.9
6.1
, http://www.100md.com
6.0
6.6
7.0
25.0
1.9
2.0
2.0
2.9
2.9
3.0
3.8
4.0
4.1
, 百拇医药
4.6
4.9
5.1
5.4
5.8
6.1
6.0
6.6
7.0
考察各PDD曲线，能量低于15MeV时，在能量除以2的深度(以厘米为单位)，中心轴深度剂量小于最大剂量点剂量的10%，大于18MeV时，深度剂量达到最大剂量点剂量的13%。这样我们可取平均入射能量E(0)/2来估计电子的射程R(p)(cm)(如表2所示)，这是由于在1～100MeV能量范围内，水中的碰撞能量损失大约是2MeV/cm。
, 百拇医药
2.2不同铅窗对百分深度剂量的影响
我们对加速器用六档能量，采用边长为25cm的限光筒，测量加上不同铅窗开孔(用低熔点铅制成)后的百分深度剂量，不同能量的百分深度剂量曲线变化规律基本相同，下面以15MeV电子线剂量变化规律为主进行讨论,所得结论也适用于其他能量的电子线。图2给出了15MeV不同方野中心轴百分剂量。表3中给出了不同铅窗边长的90%、85%与80%等剂量值深度。
总的趋势是随着铅窗的减小，治疗深度变浅，坪区缩窄，最大剂量点移向表面。这主要是由于缺少侧向散射引起的。这种效应在高能、小射野时表现得更为明显。如80%等剂量值深度，对铅窗为1.8cm的射野，6MeV时前移0.3cm，而21MeV时前移3.4cm。
当铅窗增大时，中心轴电子的散射损失为照射野非中心轴的散射电子所补偿，使深度剂量随照射野的增大而增大。一旦铅窗增大到接近散射电子的射程时，散射损失与补偿作用达到平衡，难以观察到深度剂量随铅窗的增加而增大的现象。随着电子线能量的提高，射程增大，达到平衡所需的铅窗尺寸也增大。这点与AAPMTG25报告一致[1]。不过，Aird[5]认为射野半宽度小于电子射程时，深度剂量就有明显变化。从物理原理上来看，射野半宽度小于电子射程时，深度剂量应该有变化，而根据我们的数据，当射野半宽度大于电子半射程时，深度剂量的变化难以观察到。事实上，对我们测量的所有能量，射野边长大于7.3cm的各深度剂量曲线已基本重合。
, 百拇医药
铅窗很小时，表面百分剂量较大，随着铅窗的增大，表面剂量下降，在某一尺寸时达到最低，随表面剂量又稍有提高。考虑小铅窗的表面百分剂量大是由于散射不足引起的相对提高，大铅窗的表面剂量提高是由于大铅窗的孔径可使更多来自初级(光子)准直器、限光筒等的低能电子通过而造成的。这点与文献报道不同[3]。
随着铅窗的减小，百分剂量曲线的跌落变缓，即剂量梯度变小。铅窗的改变对电子深度曲线陡降段的斜率与X线污染段反向延长线交点的深度影响不大，即使21MeV也仅仅对小于4.5cm的射野存在有意义的影响，铅窗由4.5cm变化到1.7cm，交点深度前移2.7cm，所以相对于较大的铅窗，小铅窗射野对深部组织的保护作用降低。
图2 15MeV电子线不同铅窗大小(cm)的PDD
2.3相同的铅窗，不同限光筒的影响
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我们也测量了不同限光筒、相同铅窗射野的百分深度剂量，并将各深度曲线以该曲线的最大剂量归一，数据显示低能时难以分辨限光筒对百分深度剂量的影响，而高能时限光筒有轻微的影响。如21MeV时，边长为20cm与25cm限光筒8cm×8cm铅窗的80%～90%剂量深度比10cm与15cm限光筒的后移2～4mm，大3%左右。这主要是不同限光筒与初级准直器开口散射的低能电子不同而引起的。然而，我们考察测量的曲线，各能量档相同铅窗的曲线基本都能重合，只有个别曲线某些点相差达到4%。不过，不同限光筒的参考点剂量率是不同的，因此在计算治疗时间时，应注意所选用限光筒的大小。
事实上，目前绝大多数商用的治疗计划系统及剂量计算系统都未考虑到这种不同，所需输入的百分深度剂量只与铅窗(射野)和能量有关。这样，在临床应用上会产生一些误差，Shiu[3]等推荐使用各限光筒的平均百分深度剂量会减少这种误差。
2.4矩形射野的百分深度剂量
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各类文献报道电子线矩形射野的百分深度剂量可根据平方根的算法精确计算[1，3，4]。也就是，长方形野的深度剂量等于分别以它的长(Y)和宽(X)边大小相等方野深度量乘积的平方根，即：D(X,Y)=[D(X,X).D(Y,Y)]1/2，不过有人指出该式不能用于准直器铅门可调的加速器[4]。
为了评估该公式对本直线加速器电子线的使用，我们测量了各能量档矩形野百分深度剂量，包括限光筒10cm的2.7cm×9.1cm、4.5cm×9.1cm铅窗野及限光筒25cm的2.7cm×23cm、4.5cm×23cm、13.8cm×23cm铅窗野。对测量值与计算值进行了比较，发现数据符合得相当好，误差不超过±1.5%。15MeV电子线铅窗2.7cm×25cmPDD计算与实测的比较见图3。
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图3 15MeV铅窗2.7 cm×25cm PDD计算与实测的比较
由这个公式我们可以看到，电子线的百分深度剂量与射野的面积无直接关系。无论一个射野的面积有多大，它的一个边有多长，只要有一个边的边长小于电子射程，都会引起百分深度剂量的变化。在临床使用时要特别注意这一点。
此公式还有另一个用处。小射野的百分深度剂量难以测量，我们可测量矩形野与大野的PDD，利用公式D(X,X)=D(X,Y)2/D(Y,Y)来计算小野的PDD。
3 结论
电子线之所以成为独特的治疗工具主要是由于其独特的物理特性，达到某一深度时，剂量跌落很快，可以保护靶区后的组织，然而，临床上选择能量时要特别小心,防止由于深度剂量不足而引起复发，特别是小射野时，有效治疗深度会明显前移，机械地按标称能量计算有效治疗深度是不适当的。
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电子束矩形野的百分深度剂量可由平方根公式计算，这一点和光子束的面积-周长比不同。
电子线的皮肤保护作用较小，特别是高能量电子束，表面剂量达到90%以上，电子线能量越高，表面建成区剂量也越大，皮肤反应越强烈。高能电子线的皮肤反应强度提示我们：可考虑同兆伏级光子线联合使用电子线来降低皮肤剂量。如果仅仅使用电子线治疗一侧的病变，可能会导致皮肤纤维化和晚期放射后遗症。
[参考文献]
1，Khan FM, Doppke KP, Hogstrom KP, et al. Clinical electron- beam dosimetry: report of AAPM radiation therapy committee task group No.25 [J]. Med Phys, 1991, 18(1):73～ 109.
, 百拇医药 2，谷铣之,殷蔚伯,刘泰福,等.肿瘤放射治疗学[M].第二版.北京：中国医科大学中国协和医科大学联合出版社，1993：171.
3，Shiu AS, Tung SS, Nyerick CE, et al. Comprehensive analysis of electron beam central axis dose for a radiotherapy linear accelerator [J]. Med Phys, 1994, 21(4):559～ 566.
4，冯宁远,谢虎臣,史荣,等.实用放射治疗物理学[M].第一版.北京：中国医科大学中国协和医科大学联合出版社，1998：223.
5，Aird EG. Clinical electron therapy. Report on a meeting organized by the BIR Oncology Committee, held at the British Institute of Radiology, London, 7 November 1997 [J]. Br J Radiol, 1998, 71:1113～ 1115.
收稿日期：1999-08-31；修回日期：2000-02-21, 百拇医药