随着立体定向放疗（stereotactic body radiation therapy，SBRT）、螺旋断层放疗（tomotherapy，TOMO）等精准放疗技术的发展，射野最小可达mm级^[1-3]。与常规射野相比，mm级射野存在带电粒子不平衡、源遮挡、探测器体积效应显著等特点，加大了射野剂量测量难度，因此将这类特殊射野称为“小野”^[4]。

国家癌症行动小组^[5]指出，调强放疗（intensity-modulated radiation therapy，IMRT）中普遍存在小野且射野形状不规则，常规测量手段下每毫米靶区剂量测量偏差可达6%～15%。为此，美国医学物理师协会（The American Association of Physicists in Medicine，AAPM）和国际原子能机构（International Atomic Energy Agency，IAEA）分别发布了AAPM TG155号报告^[6]和IAEA TRS483号报告^[7]，详细论述了小野的剂量学特性、适用探测器类型、测量参考条件、影响量修正方法等内容。国家肿瘤质控中心在前述报告的基础上，结合中国临床需求及加速器特点等因素，也提出了小野剂量学的临床实践指南^[8]。

本文介绍了小野剂量学特点，对各类型小野剂量探测器的优缺点进行综述，在此基础上，重点针对探测器灵敏体积优化和射野输出修正因子2种优化技术的近期进展展开论述。

1 小野的定义及相应剂量学特性

AAPM TG155号报告^[6]和IAEA TRS483号报告^[7]指出，若符合以下条件，可认定为小野：①射野尺寸 < 2r_LCPE + d（r_LCPE），r_LCPE为满足带电粒子平衡的射野半径，d为最大探测器外径；②射束被准直器遮挡；③探测器尺寸与射野相当或大于射野。一般来说，对于医用加速器6 MV光子束，射野尺寸 ≤ 3 cm × 3 cm即可被视为小野。

与常规放疗射野相比，小野存在以下特点^[8]：

（1）射野中心轴侧向带电粒子不平衡。如图1，当射野半径小于次级电子最大射程时，会产生侧向带电粒子不平衡。如图2，随着射野尺寸减小，逃出灵敏体积的次级电子数随之增加，因此射野中心轴剂量呈逐步减少趋势。对于非水等效的探测器，这使得探测器剂量测量修正难度大幅增加^[7]。

（2）射束遮挡引起的剂量效应。如图3，源出射的初级射束自身有一定宽度，在准直器开口很小的情况下，部分射束将被遮挡，射束边缘形成的几何半影增大，出现半影重叠，造成射野中心轴剂量急剧下降。准直器开口较小不仅遮挡初级射束，也会吸收部分散射光子，导致能谱硬化，引起测量误差。

（3）探测器体积平均效应。如图4，当探测器尺寸与射野相当或大于射野时，探测器只能部分受照，体积平均效应明显，引起剂量测量误差^[8]。

相关研究^[9-12]发现，在小野情况下使用传统探测器存在很大测量误差，当射野尺寸小于探测器纵向剖面尺寸时，测量误差最高可达51.2%。此外，不同类型治疗设备、不同小野照射场景也会影响测量精度。如表1，标准医用直线加速器在源皮距100 cm处产生小野，而赛博刀、螺旋断层放疗、伽马刀等治疗设备的源皮距均小于100 cm，使得产生的几何半影存在差异，带来一定测量误差。因此需对适用于小野的探测器进行选择和优化以及对不同设备产生的小野条件进行修正。

2 小野探测器剂量测量的应用现状

用于放疗剂量测量的探测器种类广泛，近年来文献报道主要包括电离室、二极管探测器^[13]、金刚石探测器^[11]和闪烁体光纤探测器^[8]等。由于上述小野剂量学特性，各类常见探测器在应用于小野时均存在固有优缺点。

2.1 电离室

电离室作为辐射测量的金标准^[14]，目前临床常用于小野测量的电离室主要为尖点电离室和指形电离室。其中，尖点电离室灵敏体积更小，更适合小野剂量测量。但由于2类探测器灵敏体积达数十至数百立方毫米且材料非水等效，因此在测量过程中要对体积平均效应等影响进行修正。

2.2 二极管探测器

二极管探测器具有小灵敏体积（小于几个立方毫米）、高能量分辨率和高灵敏度等优点^[14]，通常可分为非屏蔽型二极管（例如PTW-60017）、屏蔽型二极管（例如PTW-60016）和SBRT型二极管（例如IBA SFD）。其中，屏蔽型二极管通过添加高密度材料（如钨）来减少低能光子影响，因屏蔽会引入额外的散射并增加方向依赖性，许多出版物不建议屏蔽型二极管用于小野测量^[15]。由于小野散射较低，低能光子的贡献相当低，因此SBRT型二极管或非屏蔽型二极管更适用于小野测量^[6]。然而，受限于几何结构和材料，二极管探测器会表现出角度响应不均匀^[16]（角响应相对偏差约3%）和非水等效的特点，需修正^[17]；且由于探测器灵敏度与累积受照剂量相关，应定期验证其相对响应。

2.3 金刚石探测器

金刚石探测器属于固态辐射探测器，具有高空间分辨率、小灵敏体积、几乎无能量依赖和均匀方向响应等特点^[18-19]。其中，有研究表明人工化学制备的金刚石探测器对剂量率相关性显著，须进行修正和大量预照射^[6]。

2.4 闪烁体光纤探测器

闪烁体光纤探测器具有灵敏体积小、剂量响应线性、几乎无能量依赖和高灵敏度等特点，包括有机和无机2类。其中，有机塑料闪烁体光纤探测器（简称“塑闪光纤探测器”）因其探测材料水等效性好的特点更适用于小野测量及相关测试（尤其是SBRT剂量验证^[20]和技术调试^[21]），因此也被IAEA列为推荐剂量计^[22]。

有别于其它探测器，光纤受照产生的切伦科夫辐射可引起高达20%的测量误差^[23]。然而由于其具有角度相关性，且与光纤特性相关，是信号中的可变组分，不能简单地作为修正因子减去，因此使用塑闪光纤探测器时，需要对切伦科夫辐射进行精细修正。

3 探测器灵敏体积优化

近年，电离室和二极管探测器的灵敏体积得到较好优化，随着灵敏体积的减小，体积效应减弱，其剂量测量误差也逐渐降低，如表2所示。

但即使灵敏体积很小，受限于几何结构和探测材料，小野测量时也会出现较大误差。例如，IBA CC01电离室在直径5 mm的SBRT锥形准直射野中进行剂量测量时^[24]，测量误差高至6.08%；IBA Razor二极管对于多叶准直射野和SBRT锥形准直射野（两射野都小于1 cm × 1 cm）的过响应分别高达4.5%和7.8%，且随着射野的减小其过响应程度加大^[19]；PTW-60019在1 cm × 1 cm射野处的测量误差可达5.8%^[25]。因此优化探测器灵敏体积的同时，需对灵敏材料和几何结构带来的影响进行修正。

4 探测器射野输出因子修正技术

当探测器灵敏体积优化仍不能满足小野剂量测量需求时，探测器射野输出因子的修正成为了测量准确性的关键因素。

4.1 探测器射野输出修正因子构建方法

射野输出因子（k）定义为在给定深度处任何非参考射野的吸收剂量与参考射野的吸收剂量之比。宽束条件下，探测器响应受射野尺寸影响较小，k可直接由探测器读数比值获得。小野条件下，探测器的应随射野尺寸变化较明显，探测器读数的比值需要乘以探测器射野输出修正因子（$ {k}_{{Q}_{clin},{Q}_{msr}}^{{f}_{clin},{f}_{msr}} $）才能得到正确的k值^[27]。

探测器射野输出修正因子用于修正待测量设备在传统放疗射野（$ {f}_{clin} $，10 cm × 10 cm）下与机器特定参考射野（$ {f}_{msr} $）下探测器响应差异。多数探测器的射野输出修正因子随射野减小急剧变化，因此需获取不同条件下的修正因子。主要获取方法有2种：

（1）实验测量：如公式（1），测量已修正参考探测器的读数和不同条件下未修正目标探测器读数的比值，通过剂量传递，得到探测器射野输出修正因子^[28]：

$ {k}_{{Q}_{clin},{Q}_{msr}}^{{f}_{clin},{f}_{msr}}=\frac{{D}_{{Q}_{clin}}^{{f}_{clin}}/{D}_{{Q}_{msr}}^{{f}_{msr}}}{{M}_{{Q}_{clin}}^{{f}_{clin}}/{M}_{{Q}_{msr}}^{{f}_{msr}}}=\frac{({Output)}_{rel}}{({Reading)}_{rel}} $

(1)

其中，D表示已修正的参考探测器，在特定射野尺寸$ f $和辐射品质$ Q $下，测得的射野中心水吸收剂量。M表示未修正的目标探测器，在特定射野尺寸$ f $和辐射品质$ Q $下的测量值。

（2）蒙特卡罗模拟：如公式（1）所示，通过模拟的方式得到有效测量点位置水中的实际剂量，通过测量或模拟的方式得到相同位置探测器的读数，经过计算得到探测器射野输出修正因子^[29]。

肖振华等^[30]将TRS483报告修正的高能光子束小野输出因子与蒙卡模拟进行对比分析，结果显示二者吻合度较好，报告的修正因子适用于高能光子束小野剂量测量的研究。Hernández-Becerril等^[31]采用蒙卡模拟了4种不同探测器在直线加速器6 MV光子束下的射野输出修正因子，并与TRS483中同条件下对应探测器测量数据作比较。结果表明蒙特卡罗计算的修正因子与TRS483中报告的数据误差在1%以内。PTW Freiburg公司^[32]采用实验测量和蒙卡模拟来确定标准直线加速器中非屏蔽二极管探测器的射野输出修正因子，结果表明PTW-60023二极管探测器射野输出修正因子的误差 < 2%，满足ICRU 24号报告中误差 < 5%的要求，适用于小野剂量测量。Park等^[33]使用类似于反卷积的方法计算空气电离室的修正因子，并采用蒙卡模拟验证，结果表明实验测得修正因子与蒙卡计算值差异 < 2%。

实验测量一般是对测量离散点的插值绘制曲线，但由于小野梯度变化较大，难以测量目标区域所有点的修正因子分布，测量复杂且难度较大；蒙卡模拟则可以快速模拟目标区域各点的修正因子分布，对实验测量进行补充，但往往对实验条件和材料属性的模拟会有一定简化，可信度相对于实验测量较低。因此，目前通常采用二者相结合的方法来测量探测器射野输出修正因子。

4.2 不同探测器射野输出修正因子对比

如图5，TG155号报告^[6]和TRS483号报告^[7]介绍了探测器射野输出修正因子随射野尺寸的变化情况，部分数据存在冲突。其中，尖点电离室、屏蔽型二极管和非屏蔽型二极管的修正因子适用于该类型所有探测器。

4.2.1 电离室

随着射野减小，电离室体积平均效应显著，且由于其灵敏体积内介质为空气，密度远小于水，灵敏体积内带电粒子不平衡，测量结果偏低^[34]。基于上述因素，TRS483号报告显示，电离室射野输出修正因子始终 > 1，且随着射野的减小修正因子变大。TG155号报告将PTW-31014探测器修正因子的适用范围扩展到0.5 cm × 0.5 cm，可以看出当射野 < 2 cm × 2 cm时，修正因子变化较大。国家癌症中心也指出此类探测器适用于 > 2 cm × 2 cm的小野照射条件下进行剂量测量^[8]。

4.2.2 二极管探测器

非屏蔽型二极管探测器灵敏材料主要为硅，密度大于水，灵敏体积内带电粒子不平衡，导致小野测量读数偏高。非小野情况，随着射野的增大，射野内散射线成分增多，硅与水质能吸收系数之比显著增大，对低能射线过度响应，造成测量结果偏低。屏蔽型二极管由于其屏蔽材料为钨，在射线作用下带电粒子不平衡加重，造成测量结果偏高^[35-36]。因此TRS483号报告显示，随着射野尺寸降低，非屏蔽型二极管探测器修正因子先上升后下降；屏蔽型二极管探测器修正因子随射野减小而变小，且始终 < 1。TG155号报告将Sun Nuclear Edge探测器修正因子的适用范围扩展到0.5 cm × 0.5 cm；对于射野 ≥ 1.5 cm × 1.5 cm的IBA SFD探测器，其修正因子逐渐趋于稳定。由此可看出，对于 < 1 cm × 1 cm的射野，二极管探测器修正因子变化较大，测量时需谨慎考虑。

4.2.3 金刚石探测器

金刚石探测器灵敏材料碳的质量密度高于水，引起灵敏体积内带电粒子不平衡，测量结果偏高。因此TRS483号报告显示，金刚石探测器修正因子随射野的减小而减小，尤其是小于1 cm × 1 cm的射野，修正因子急剧减小。Chang等^[26]也表明1 cm × 1 cm射野处此类探测器剂量测量的误差达5.8%，在测量时应谨慎考虑。而同一类型天然金刚石探测器，由于其活性层尺寸存在很大可变性，修正因子依赖于天然金刚石结构特性，因此单一的射野输出修正因子不适用于所有天然金刚石探测器的修正^[6]。Das等^[37]对TRS483号报告中PTW-60019的射野输出修正因子分布情况提出了新的看法，认为对于极小射野（ ≤ 0.75 cm × 0.75 cm），此类探测器修正因子的分布与报告提供的数据存在差异，TG155号报告采纳了此数据。

金刚石探测器修正因子在0.75 cm × 0.75 cm射野处存在一个转折点，2015年以后多数观点认为修正因子会随射野的减小而增大，而2015年以前的观点认为修正因子随射野的减小而减小。其原因可能是TRS483报告收集数据时，金刚石探测器可用数据较少，未全面考虑其修正因子分布。

4.2.4 塑料闪烁体光纤探测器

塑闪光纤探测器因其小灵敏体积和灵敏材料水等效等特点，射野输出修正因子基本恒定为1^[27]。Weber等^[29]也因该特点将其作为参考探测器来计算二极管探测器的射野输出修正因子。尽管TG155号报告指出受照射角度及切伦科夫辐射的影响，修正因子只能近似接近于1，但有研究表明^[38-40]，采用光谱滤波法、空芯光纤法等方法修正切伦科夫信号后，可将测量偏差降低至可忽略的水平。对0.5 cm × 0.5 cm射野的垂直射束，修正因子测量误差仅4%左右；对平行射束可忽略不计。由此看来，修正后的塑闪光纤探测器在小野剂量测量中最适用。

综上，尽管现行的TRS483号报告与TG155号报告，对部分小野探测器给出了详细的射野输出修正因子曲线，但由于两者存在一些差异，因此临床实践中应当结合实际照射条件，结合报告推荐的实验数据及方法，建立自身的探测器射野输出修正因子曲线。

4.3 不同“照射条件”下探测器射野输出因子修正

放疗发展初期，因对均匀辐射场的需求，传统加速器均带有平坦滤波器，射束为均整射束（with flattening filter，WFF）。近年随着放疗技术和治疗计划系统的发展，不再需要平坦滤波器来调整辐射场均匀性，非均整射束（flattening filter free，FFF）因其输出剂量率高、剂量梯度大等特点越来越广泛用于放疗实践。在常规射野条件下，能量相同的FFF射束较WFF射束在一定深度处产生的半影宽度更小，相对偏差可达5%以上。由于小野条件下探测器的体积平均效应和半影区侧向带电粒子不平衡，半影测量的准确度受到限制，很小的射束半影差异也会导致小野最终的剂量分布改变^[41-42]。Chi等^[43]采用3种小野探测器测量6 MV能量不同射束条件下的射野输出修正因子与光束质量修正因子，并与TRS483推荐值作比较，发现在0.5 cm × 0.5 cm射野下，WFF和FFF射野输出修正因子的相对差异分别为3.3%和3.6%。因此，在FFF条件下进行射野输出因子修正时，需先通过光束质量修正因子（$ {\text{k}}_{{\text{Q}}^{\text{FFF}}\text{,}{\text{Q}}^{\text{WFF}}}^{{\text{f}}_{\text{ref}}} $）对WFF光束质量进行修正，再采用4.1中修正方法进行FFF条件下的探测器射野输出修正因子计算。

光束质量修正因子$ {\text{k}}_{{\text{Q}}^{\text{FFF}}\text{,}{\text{Q}}^{\text{WFF}}}^{{\text{f}}_{\text{ref}}} $为标准电离室在FFF射束和WFF射束下响应不同的校正因子。光束质量修正因子的主要影响因素为2类：一是由于2种光束质量的带电粒子谱不同导致电离室响应不同，从而改变停止功率比和扰动校正因子；二是由于FFF光束中侧向光束轮廓的不均匀性导致的体积平均^[44]。

5 总结与展望

新型放疗技术对小野剂量的准确测量提出了更高的要求，然而，由于小野具有侧向带电粒子不平衡、部分源遮挡等特点，测量过程中存在较大的不确定度且不同放疗设备产生小野情况的不同，加大了患者放疗风险。对于小野的剂量测量，主要集中于对几种探测器类型剂量测量的比较，探测器灵敏体积和不同条件下射野输出修正因子分布是关键因素。

适用于小野的探测器主要有电离室、二极管探测器、金刚石探测器和闪烁体光纤探测器。如表3，各探测器都有其固有优点和局限性，目前不存在理想的小野探测器，因此建议采用2～3种探测器进行重复测量。目前对于小野剂量的测量，基本在传统探测器类型基础上对灵敏体积和修正因子方面进行优化，来满足小野剂量测量的条件，塑料闪烁体光纤探测器因其小灵敏体积和水等效的特点成为首选。多数探测器的射野输出修正因子随射野变化较明显，尤其是小野情况下随着射野的逐渐减小，修正因子急剧变化；塑料闪烁体光纤探测器修正因子近似为1。然而探测器的修正因子数据不能完全照搬TRS483和TG155号报告的数据，应根据实验条件，结合报告推荐的数据和方法来建立自身探测器修正因子曲线。需注意，不同“照射条件”以及放疗设备产生的小野情况均存在差异，对探测器的修正因子也有影响，应提前对两者进行修正。