第二节　外照射射野剂量学

一、常用术语

（一）辐射质

辐射质（radiation quality）是由射线能谱所决定的射线电离辐射特征。辐射质通常用来表示射线穿透物质的能力，不同种类电离辐射的表示方法略有差异，临床上对于辐射质的表示方法主要如下。

1.高能X射线通常以产生X射线的电子的等效加速电压的标称值兆伏（megavoltage，MV）数为单位来表示（如6MV-X射线），其剂量学特征则由深度剂量分布的特定剂量参数（如PDD₂₀/PDD₁₀或TPR₂₀/TPR₁₀）来表示。

2.高能电子束通常用兆电子伏（MeV）数来表示，其剂量学特征由水模体表面平均能量、半值水深R₅₀等参数表示。

3.放射性同位素产生的射线通常用其核素名和辐射类型（如钴60-γ射线）表示。

4.中低能X射线（低于1MV）通常用半值层（half-value layer，HVL）来表示，HVL定义为把辐射量吸收一半所需要的某种材料（常以铝、铜、铅等表示）的厚度。

（二）射线束与射线束中心轴

射线束（beam）是由射线源出发，沿着电离辐射粒子传输方向的横截面包括的空间范围。

射线束中心轴（beam axis）是射线束的对称轴，与准直器的旋转中心同轴。

（三）照射野

照射野（field）是射线束经准直器后通过模体的范围，通常分为几何学照射野和剂量学照射野。

1.几何学照射野表示射线束中心轴垂直于模体平面时射线束通过模体的范围，它与模体表面的截面积即为照射野的面积。

2.剂量学照射野以射线束中心轴剂量为100%，模体内50%等剂量曲线的延长线交于模体表面的区域。常见的照射野名称有方野、长方野、不规则野等。

（四）源皮距、源轴距与源瘤距

源皮距（source-surface distance，SSD）是射线源到模体表面照射野中心的距离。

源轴距（source-axis distance，SAD）是射线源到机架旋转中心的距离。常见医用直线加速器的SAD为100cm，钴-60治疗机的SAD为75cm或80cm。

源瘤距（source-tumor distance，STD）是射线源沿射野中心轴到肿瘤内所考虑点的距离。

（五）百分深度剂量

百分深度剂量（percentage depth dose，PDD）是模体内照射野中心轴上某一深度d处的吸收剂量D_d与参考点深度的吸收剂量D_d0的比值，表示为：PDD=（D_d/D_d0）×100%。典型的X射线PDD如图1-12。

（六）建成区

建成区（build-up region）是PDD曲线的最大剂量深度之前的区域。建成区的大小取决于射线束的类型和能量，能量越低，建成区越趋近于表面，能量越高，建成效应越显著。对于低能X射线束，最大剂量深度在表面附近，而高能X射线束的表浅剂量比最大剂量深度处的剂量低得多，其建成效应有助于保护皮肤（skin-sparing effect）。

（七）射野离轴比

射野离轴比（off axis ratio，OAR）是射野中任意一点处的吸收剂量D与同一深度处射野中心轴上的吸收剂量D₀之比。

（八）半影区

半影区（penumbra region）是在射野边缘附近剂量随离轴距离增加急剧减小的区域。半影宽度（通常用80%和20%的等剂量线间的距离表示）由几何半影、散射半影及穿透半影决定。

（九）组织空气比、组织模体比与组织最大剂量比

组织空气比（tissue-air ratio，TAR）是模体内任意一点的吸收剂量率D_t与同一空间位置空气中一小体积组织中的吸收剂量率D_t0之比，即：TAR=D_t/D_t0。

组织模体比（tissue-phantom ratio，TPR）是模体内任意一点的吸收剂量率D_t与空间同一点模体中参考深度处的吸收剂量率D_ref之比，即：TPR=D_t /D_ref。

组织最大剂量比（tissue-maximum ratio，TMR）是模体内任意一点吸收剂量率D_t与模体中最大剂量点处的吸收剂量率D_dmax之比。即：TMR=D_t /D_dmax。

（十）散射空气比与散射最大剂量比

散射空气比（scatter-air ratio，SAR）是模体中任意一点的散射线剂量率与空间同一点空气中吸收剂量率之比。

散射最大剂量比（scatter-maximum ratio，SMR）是模体中任意一点的散射线剂量率与空间同一点模体中最大剂量点处有效原射线剂量率之比。

（十一）准直器散射因子与模体散射因子

准直器散射因子（collimator scatter factor，S_c）也称为射野输出因子，是空气中某一大小射野的输出剂量与参考射野的输出剂量之比，其数值随射野的增大而增大。

模体散射因子（phantom scatter factor，S_p）是在准直器开口不变的情况下，模体中某一大小射野的吸收剂量与参考射野的吸收剂量之比。

（十二）楔形板与楔形因子

为了满足临床治疗的需要，有时需要对射束加特殊过滤器或吸收挡块，以便对射束进行修整，以获得特定形状的剂量分布。楔形板是最常用的一种过滤器，通常由高密度材料制成，楔形板既可放在射野准直器上方，也可放在射野准直器下方，放在下方时，必须保证楔形板离体表至少15cm，以免皮肤受到电子污染的损伤。

楔形因子（wedge transmission factor，Fw）是射线中心轴上某一深度处，楔形射野和开野分别照射时吸收剂量率之比。

（十三）等剂量线

等剂量线（isodose curves）是模体内剂量相同点的连线。

二、光子射线射野剂量学

（一）X（γ）射线百分深度剂量特点

百分深度剂量（PDD）受到射线束能量、模体深度、照射野大小和SSD等因素的影响，对于不同类型的射线，其影响程度不同。如图1-13是临床常见能量光子射线PDD曲线。

1.能量和深度的影响

随着射线能量的增加，模体表面剂量下降，最大剂量点深度增加，PDD（最大剂量点后）增加。高能X（γ）射线表面剂量比较低，随着深度的增加，深度剂量逐渐增加，直至达到最大剂量点。过最大剂量点后，深度剂量逐渐下降，其下降速率依赖于射线能量，能量越高，下降速率越慢，表现出较高的穿透能力。

2.照射野的影响

模体内某一点的剂量是原射线和散射线共同作用的结果。当照射野很小时，主要是原射线的贡献，而散射线很小。随着照射野变大，散射线对吸收剂量的贡献增加，在模体中较深处的散射剂量要大于最大剂量点处，因此表现为随着射野尺寸的增加，PDD会增加。其增加的幅度取决于射线束的能量。不同形状照射野的PDD可以进行转换。

矩形野与等效方野的换算：S=2（a×b）/（a+b），式中S为等效方野边长，a和b分别为矩形野的长和宽。

3.源皮距的影响

PDD随SSD的变化规律，是由于平方反比定律的影响，即近源处PDD剂量下降要比远源处快得多。换言之，PDD随SSD增加而增加。

（二）放疗中常用能量光子射线的特点

1.钴-60γ射线（SSD=80cm）

D_dmax=0.5cm，PDD_10cm≈55%。

2.4MV-X射线（SSD=80cm）

D_dmax=1.0～1.2cm，PDD_10cm≈61%。

3.6MV-X射线（SSD=100cm）

D_dmax=1.4～1.6cm，PDD_10cm≈67%。

4.8MV-X射线（SSD=100cm）

D_dmax=1.8～2.2cm，PDD_10cm≈71%。

5.10MV-X射线（SSD=100cm）

D_dmax=2.2～2.6cm，PDD_10cm≈74%。

6.15MV-X射线（SSD=100cm）

D_dmax=2.7～3.1cm，PDD_10cm≈77%。

7.18MV-X射线（SSD=100cm）

D_dmax=3.0～3.5cm，PDD_10cm≈80%。

三、电子线射野剂量学

（一）高能电子线百分深度剂量特点

高能电子线具有高剂量区后剂量迅速降低的优点，能很好地保护肿瘤后方的正常组织。如图1-14是临床常见能量电子线PDD曲线。

1.中心轴深度剂量曲线的特征

高能电子线的中心轴深度剂量曲线与X（γ）射线或其他射线相比有显著的不同，其主要特点是：表面剂量高，多在80%～85%以上，虽有建成区，但不太明显；随深度增加，剂量很快达到最大，并形成一个随能量加宽的高剂量“坪区”；“坪区”过后，随深度增加，剂量以较高梯度迅速跌落；X射线“污染”，在高能电子线深度剂量分布曲线后部拖有一个长的“尾巴”，其大小约为“坪区”峰值剂量的1%～3%，其值越小越好，说明电子线的X射线污染越低。

2.电子束能量对深度剂量的影响

当电子束能量增加时，表面剂量增加，高剂量的“坪区”变宽，剂量梯度减小，X射线污染逐渐增加。临床上常用的高能电子线的能量范围多在4～25MeV之间。

3.射野大小对深度剂量的影响

因小野时有相当数量的电子被散射出射野外，所以随深度增加中心轴的深度剂量下降很快。随照射野的增大，中心轴由于散射损失的电子被逐渐增加的射野周边的散射电子予以补偿，使深度剂量随射野增大而增大，直至射野增大到接近散射电子的射程时，散射损失和补偿达到平衡，深度剂量不再随射野增大而增加。电子线能量较高时这一特点更加明显。

4.源皮距对深度剂量的影响

对于较低能量的电子束，可以忽略SSD的影响。但对能量高于15MeV的电子束，必须校正。一般规律是随SSD的增加，表面剂量低而最大剂量深度增大。对电子束全身照射的特殊照射，因要求SSD延长到4m以上，需按实际工作条件具体测量与深度剂量有关的参数变化。

（二）放疗中常用能量电子线的特点

1.5MeV

≈4.7MeV，R₅₀≈2.0cm。

2.6MeV

≈5.5MeV，R₅₀≈2.4cm。

3.7MeV

≈6.4MeV，R₅₀≈2.7cm。

4.9MeV

≈8.4MeV，R₅₀≈3.6cm。

5.12MeV

≈11.7MeV，R₅₀≈5.0cm。

6.15MeV

≈14.9MeV，R₅₀≈6.4cm。

7.18MeV

≈17.7MeV，R₅₀≈7.6cm。

8.20MeV

≈19.2MeV，R₅₀≈8.2cm。

9.22MeV

≈20.1MeV，R₅₀≈8.9cm。

四、处方剂量计算

加速器能够产生射线，这类设备通过监测电离室的机器跳数（monitor unit，MU）来控制射野所需的剂量。处方剂量定义为针对某个照射野，欲达到一定的靶区剂量D_T，换算到标准水模体内，为每个使用射野的射野中心轴上最大剂量点处的剂量D_m，单位为cGy。

当使用射野的最大剂量点处的剂量D_m是以参考射野10cm×10cm的剂量D_m标定时，则使用射野的处方剂量D_m通过相应的射野输出因子（准直器散射因子Sc和模体散射因子Sp）表示成参考射野10cm×10cm的处方剂量D_m，单位cGy。对加速器上的剂量仪，一般使用参考射野在标称SSD处，标定成1cGy=1MU。此时，处方剂量是用MU为单位表示的剂量，在已知D_T的情况下，D_m的求解方法将在后文介绍。

为了使大家更好地理解上述定义，做如下比拟。把加速器发出的射线理解为注射器注射液体，首先标定注射器刻度，如1ml液体为一个刻度（1MU）。当一定体积（D_m）注射液注入体内后，随着深度加深，注射液会逐渐减少，到达肿瘤深度时只剩下一小部分液体（D_T）。所以在已知DT的情况下，即可求解D_m。加速器剂量计算如下。

1.源皮距照射

加速器上剂量仪的读数，在SSD=100cm和模体内10cm×10cm射野中心轴上最大剂量点处，用经过校准的工作型剂量仪进行标定，刻度为1MU=1cGy。在SSD=100cm的条件下进行照射，根据下式，由靶区（或肿瘤）剂量D_T可计算出处方剂量D_m，单位为MU。

FSZ为SSD=100cm处，模体表面时的实际射野尺寸；FSZ₀为SSD=100cm处，铅门的射野尺寸。当射野内有挡块或多叶准直器（multileaf collimators，MLC）时，FSZ≠FSZ₀；当射野内只有准直器时，FSZ=FSZ₀。d为治疗深度，PDD是百分深度剂量，S_c是机头散射因子，S_p是模体散射因子，T_f是托架因子，F_W是楔形因子。

例如：能量为6MV的X射线，加速器剂量仪在SSD =100cm、D_m=1.5cm处，10cm×10cm射野，校准为1MU=1cGy。若患者的肿瘤深度d=10cm，SSD=100cm，准直器射野尺寸15cm×15cm，挡块射野尺寸为12cm×12cm，楔形板角度为30°，求每次肿瘤剂量给予200cGy时的处方剂量D_m。

计算过程：

（1）D_T计算：

D_T已知，D_T=200cGy。

（2）PDD（d，FSZ）计算：

查PDD表，其中d=10cm，FSZ=12cm，PDD=0.670。

（3）S（_pFSZ）计算：

查S_p表，其中FSZ=12cm，S_p=1.013。

（4）S（_cFSZ₀）计算：

查S_c表，其中FSZ₀=15cm，S_c=1.005。

（5）T_f计算：

查T_f值，T_f=0.946。

（6）F_W计算：

查F_W表，其中FSZ=12cm，wedge=30°，F_W=0.544。

2.源轴距照射

加速器上剂量仪的读数，在SSD=100cm和模体内10cm×10cm射野中心轴上最大剂量点处，用经过校准的工作型剂量仪进行标定，刻度为1MU=1cGy。在SAD=100cm的条件下进行照射，根据下式，由靶区（或肿瘤）剂量D_T可计算出处方剂量D_m，单位为MU。

式中FSZ_d为SAD=100cm处的实际射野尺寸，FSZ₀为SAD=100cm处的准直器射野尺寸。当射野内有挡块或MLC时，FSZ≠FSZ₀；当射野内只有铅门时，FSZ=FSZ₀。d为治疗深度，TMR是组织最大剂量比，S_c是机头散射因子，S_p是模体散射因子，T_f是托架因子，F_W是楔形因子，SAD因子是由于SAD照射时，SCD（源到电离室中心的距离）由标定时的101.5cm变成照射时的100cm，而产生的剂量变化，。

例如：能量为6MV的X射线，加速器剂量仪在SSD=100cm、d_m=1.5cm处，10cm×10cm射野，校准为1MU=1cGy。若患者的肿瘤深度d=8cm，SAD=100cm，准直器射野尺寸7cm×7cm，挡块射野尺寸为6cm×6cm，求每次肿瘤剂量给予200cGy时的处方剂量D_m。

计算过程：

（1）D_T计算：

D_T已知，D_T=200cGy。

（2）TMR（d，FSZ）计算：

查TMR表，其中d=8cm，FSZ=6cm，TMR=0.862。

（3）S_p（FSZ）计算：

查S_p表，其中FSZ=6cm，S_p=0.989。

（4）S_c（FSZ₀）计算：

查S_c表，其中FSZ₀=7cm，S_c=0.980。

（5）T_f计算：

查T_f值，T_f=0.946。

（6）SAD因子计算：

SCD=100cm+1.5cm=101.5cm，SAD=100cm；。

（戴建荣　吴　昊）