高能电子束易于散射, 射程相对较小, 临床应用中加上限束系统的影响, 其电子束输出剂量率随射野变化的规律变得复杂, 临床中射野大小不一、形状各异, 需制作适形铅挡以满足临床需要, 而适形铅挡所形成的射野的剂量计算方法不同于X线的面积周长比。本研究利用Matrixx平面探测器对西门子Primus直线加速器所配标准电子束限光筒: 10×10cm、15×15cm、20×20cm内放入自制铅挡后形成不同面积射野的输出剂量进行测量, 得出数据后用Matlab软件绘制变化规律曲线, 并拟合出数学公式。通过对标准限光筒内放置铅挡形成的不同大小射野进行多档能量的实际测量, 探究各挡高能电子束输出剂量随射野面积变化的规律, 为电子束临床处方剂量的精确计算提供依据。

1 设备和材料

西门子Primus直线加速器双光子和多档高能电子线; Matrixx平面探测器及其附带软件系统。Matrixx平面探测器由1020个空气电离室组成, 每个电离室外径4.5mm、高5mm, 其灵敏体积0.07ml, 所有电离室等间距排成32×32矩阵形式(四个角上各缺少一个电离室), 相邻电离室中心距离7.62mm, 有效测量范围24cm×24cm。MatriXX通过网线与控制电脑相连, 其支持软件OmniPro I'mRT包含多种数据分析工具, 如离轴剂量曲线对比、二维剂量对比、任意点剂量测量功能等。测量过程中采用了循环累加器对数据进行并行处理, 没有测量“死时间”, 可实时测量^{[1, 2]}。系统还可利用内置的温度和气压传感器自动进行温度气压修正。与加速器所配标准电子束限光筒10cm×10cm、15cm×15cm、20cm×20cm限光筒相配套的多个自制低熔点铅挡; 射野建成深度所需的补偿膜及不同厚度固体水; MATLAB软件系统。

2 方法

Matrixx预处理, 把Matrixx平面探测器阵列的探测中心与加速器射线中心轴重合, 在Matrixx表面放置补偿膜及固体水, 形成建成深度, 其中6MeV、9MeV测量时放0.7cm厚度固体水, 加上Matrixx本身固有的0.3cm形成1cm的建成深度, 而12MeV、15MeV测量时则放置1.7cm固体水, 使之成为2cm的建成深度。各档电子线测量时S S D设为100cm。与10cm×10cm、15cm×15cm、20cm×20cm限光筒相配套的多个自制低熔点铅挡, 要求铅挡形成的射野均为正方形, 其中心与限光筒中心一致, 使所形成射野面积与要求一致, 所形射野面积与需测量射野面积的偏差≤ ±2mm; 挂上10cm×10cm电子束限光筒, 依次放入自制铅挡, 形成方野面积分别为2cm×2cm、3cm×3cm、4cm×4cm… 8cm×8cm, 逐一进行测量, 每个射野测量三次, 取其平均值。依次换上15cm×15cm、20cm×20cm电子束限光筒, 放入铅挡, 按同一方法进行测量, 另将加速器固有的10cm×10cm、15cm×15cm、20cm×20cm电子束限光筒对应6MeV、9MeV、12MeV、15MeV分别进行测量。测量剂量为50MU, 测量后以10cm×10cm射野输出剂量值作为归一剂量, 对所测值进行归一处理, 用Matlab软件绘制变化规律曲线, 并拟合出数学公式。

3 结果

各种能量电子线的输出剂量, 均明显受射野面积影响, 其输出剂量变化较大, 但在一定范围内输出剂量可遵循一定的规律。以10cm×10cm标准电子束限光筒的输出剂量为归一点, (在15cm×15cm和20cm×20cm电子束限光筒内则以10cm×10cm铅挡所形成射野的输出剂量为归一点), 将各射野输出剂量数据绘制变化规律曲线, 对所测得数据进行拟合, 并拟合出数学公式, 如图 1~图 3所示。

4 讨论

现代医用直线加速器电子束治疗模式下, 均采用X射线准直器射野跟随系统, 即不同电子束限光筒的插入, 自动选定相应的X射线治疗准直器开口, 以获得最好的电子束射野的平坦度、对称性, 及使之对射野输出剂量率的影响减少。在同一电子束限光筒内放入铅挡可形成不同射野, 放入铅挡后, 铅挡会影响电子束标准限光筒射野的剂量学参数, 其程度依赖于铅挡所形成的射野大小和电子束的能量。

实验中发现, 当射野面积≥ 6cm×6cm, 坐标图内曲线平缓、坡度不大, 表示面积大于6cm×6cm以上照射野所接受的剂量较接近。当照射野面积小于6cm×6cm, 剂量曲线逐渐变得陡峭, 说明照射野面积小于6cm×6cm其输出剂量显著变小, 最多可接近30 %, 究其原因, 射野较小时, 因相当数量的电子被散射出照射野, 射野输出剂量随射野面积减少而迅速减少, 当挡块所形成的照射野较大时, 中心区域电子不能被散射出照射野, 而边缘散射线也不能到达照射野中心, 故此时输出剂量随射野面积变化极不明显。以6MeV为例, 在10cm×10cm电子束限光筒内, 方野2cm到6cm段曲线陡峭, 其输出剂量变化较大, 而6cm到10cm则相对平缓, 其输出剂量变化较小; 同样在20cm×20cm电子束限光筒内, 在2cm~6cm段曲线坡度很大, 而6cm~20cm段则几乎成一平线; 为了更精确描述电子束限光筒内各射野大小与其输出剂量相互间的变化规律, 通过对所测输出因子进行分析拟合, 可得出以下拟合公式: y=a+k1·e^mx+ k2·e^-mx, 式中x为方野边长(cm), a、k1、k2、m是随能量、射野大小而变化的拟合系数。本研究中各档能量各限光筒拟合公式的系数如下表(1~4)

高能电子束用于临床放射治疗, 其最主要的剂量学特点是由于它有有限的射程, 因而可以有效减少靶区后组织的照射剂量, 保护深部组织器官。电子束限光筒则应选择略大于其所选择方野边长的电子束限光筒。电子束射野大小的选择原则, 应确保特定剂量曲线完全包绕靶区, 因而表面位置的照射野应将靶区最大横径适当扩大, 约为其最大横径的1.18倍, 再根据靶区最深部分宽度的情况射野再扩大0.5~1.0cm ^[3]。临床上肿瘤形成靶区基本上为不规则形状, 因此要形成符合临床需要的电子束射野, 需要用低熔点铅制成具体大小、形状的铅挡。不规则电子束射野剂量计算不宜采用X射线等效方野公式将铅挡形成的不规则野转换成相应等效方野, 孙朝阳等实测不规则野与相应等效方野的输出剂量, 两者间有很大差别^[4], X射线等效方野换算方法不适用于电子束, 我等认为, 各种不同能量电子束的输出因子与挡块所形成的方野边长的关系通过实测拟合计算公式, 可显著提高剂量计算精度。