临床剂量学

临床剂量学是指与肿瘤病人放射治疗有关的射线剂量学，包括射野剂量学、照射野在临床上的应用、治疗计划设计的剂量学原则、计划设计步骤及其特殊照射技术等。
射野剂量学 射线照射的范围称射野，射野剂量学是研究射线以一定面积照射时，放射线在标准体膜内的剂量分布。
(1) 体膜： 射线射入人体组织后，发生散射和吸收，能量和强度逐渐损失。研究这些变化，难在体内进行，常用一种模型（简称体模）来模拟。若使用的体模材料对射线的散射和吸收与人体组织相同，称为人体等效材料即人体等效模型。人体等效材料有水、MIXD塑料等。MIXD的组成分为：

	石蜡	高压聚乙烯	松香	氧化镁	氧化钛
MIXD MIXDP	60.8% 50%	30.4% 25%	/ 16.2%	6.4% 6.4%	2.4% 2.4%

(2) 中心轴百分深度剂量： 皮肤表面的吸收剂量称为皮肤剂量。一般，低半价层射线及大野照射时的皮肤剂量高，皮肤放射反应重；高半价层射线及小野照射，皮肤剂量低，皮肤放射反应轻。体模中照射野线束中心轴上某一深度处吸收剂量(Dd)与某一固定参考点的吸收剂量(D₀)之比称为中心轴百分深度剂量： D_d%=%;D₀一般选最大电离深度处的吸收剂量，如低能X线最大电离深度选在皮肤表面； ⁶⁰钴则选在0.5cm处； 高能X线则随能量增高而加深。射线在体模内的中心轴百分深度剂量受三个因素的影响： 射线能量越高，由于穿透力强，深度剂量大；大照射野，由于散射线增多，深度剂量较高；增长照射距离，由于组织深度和照射距离相比相对较小，射线强度变化减缓，亦能提高深度剂量(图1)。源皮距(skin source dist-ance,SSD)短的治疗机，如¹³⁷铯近距离治疗机(SSD15cm)，由于平方反比定律的作用，百分深度剂量随着深度而迅速减小。相反，60钴治疗机的SSD一般为75～100cm，这种作用相对变小，其深度剂量就大得多。对深部治疗X线机的射线，起主要作用的是介质内的吸收，因此百分深度剂量比⁶⁰钴小。高能X线，如4MV治疗机，与60钴的γ线相似，且一般采用100cm的焦皮距(focus skin distance,FSD)，百分深度剂量也相似。在同样FSD条件下，X线的能量愈高，百分深度剂量愈大。10MV X线的深度剂量比60钴γ线的深度剂量高，而22MVX线百分深度剂量分布最好。但能量高的加速器，价格高，结构复杂。

图1 中心百分深度剂量随能量变化

SSD——放射源(S)至皮肤(S)的距离
FSD——焦点(F)至皮肤(S)的距离
(3)等剂量曲线： 在照射野内，由于上述三个因素，同一深度处的中心轴外的剂量都比中心轴上的剂量为小，因而在同一深度，离中心轴越远，剂量越小。如将深度剂量相同的点连接起来，会出现两端向上弯曲的曲线；各个深度的类似曲线可组成一个照射野的等剂量曲线。
临床剂量学原则 深部肿瘤的治疗，剂量学上要求：
❶剂量准确；
❷治疗区域内剂量分布均匀；
❸尽力提高肿瘤剂量，降低正常组织受量；
❹保护重要器官（如脊髓等）免受或少受照射。图2示理想剂量学曲线。临床除选择射线能量外，可用射野结合（对野或多野）的办法获得近似曲线(图3)。高能电子束在介质中具有一定的射程，从表面到一定深度剂量分布均匀，符合剂量曲线的要求。高LET（除去快中子）射线的剂量分布具有理想剂量学曲线特点（见高线性能量传递图）。

图2 理想剂量学曲线

图3 四种不同射线（对野照射）的剂量曲线

照射野的临床应用 根据射线的性质，按照剂量学原则，设计治疗计划。单野照射时，肿瘤剂量一般不足，须多野结合，以得到肿瘤区域内适当的剂量分布。
(1) 两野或三野结合： 两野最简单的结合是相对野。图4表示三种典型的低、高和很高能量X射线对野照射中心轴上的剂量分布随射野间距的变化关系。22MV高能X线，由于剂量建成效应，皮肤剂量较小，在4cm处升至高剂量后趋于恒定；6⁰钴γ线的剂量在皮下升得较快，约5mm深度达到最高值，此后剂量开始下降，两野之中剂量最低，随着射野间距增大，最低值区愈来愈宽；200kVpX线，由于没有建成区，最高剂量为皮肤表面，两野中心剂量比6⁰钴的更低。因之，200kVp X线和6⁰钴γ线用对野照射并无多大优点； 高能射线只在体厚较小时，两野中心处剂量与皮肤剂量之比较大，剂量分布均匀。图5为两野交角(60度)照射时的等剂量分布，与单野近似，称为“内野”照射；由于肿瘤区域内剂量不均匀，随深度增加不断减低，目前很少使用。为了改善这种不均匀性，从病人对侧向P点另设第三野(图6)，肿瘤区域可有均匀的剂量分布。三野照射法，在放疗中用途很广。

图4 6×8厘米²射野对野照射时中心轴上的剂量分布

图5 两个6×6厘米射野互成60°角对准皮下8厘米P点照射时的剂量分布

(2) 多野结合： 有时需要用四野到六野相结合，以获得更高的均匀的肿瘤剂量，并使正常组织得到保护。图7为六野(6×15cm)6⁰钴射线结合治疗食管癌的等剂量分布，与三野照射比较，无多大优越性。采用高能X线后，六野照射法已很少使用。
(3) 旋转治疗： 系以野的旋转代替多野固定照射。旋转治疗时病人固定，放射源围绕病人旋转。旋转中心取在肿瘤中心，放射源至肿瘤中心的距离(F)固定，而放射源到病人皮肤表面的距离(f)随角度不同而变化，因此一般的中心百分深度量表很难使用，需要利用肿瘤空气比(tumour-air ratio,TAR)进行计算。肿瘤空气比为在空间同一点，相同照射野的肿瘤剂量D_t和空气剂量D_ta之比，即：

图6 三个6×8厘米6⁰钴射野互成120°角对准膀胱照射的等剂量分布(SSD75厘米)

图7 六野(6×15厘米，SSD75厘米)⁶⁰钴射线结合治疗食管癌剂量分布

肿瘤空气比可以直接测量，也可以由中心轴百分比深度剂量求得，二者关系为：式中B为反向散射因素，D为深度d处的百分深度剂量。肿瘤空气比是比较两种不同散射条件在空间同一点的剂量之比，与源皮距离无关。因此，肿瘤空气比可理解为是无限源皮距离的深度剂量。
特殊照射野 包括楔形、不规则大面积、斗篷、倒丫、全身、相邻野、条形野等照射方法，这些照射野的剂量计算比较复杂。这些照射野的单独或联合使用，可以得到特殊形状的剂量分布，以适应临床上不同肿瘤的治疗情况。
不均匀组织的剂量校正 计算剂量分布时假定组织是均匀的。实际上由于骨、肺及组织空腔的存在，需要进行不均匀的人体组织对剂量分布的影响的校正。骨、肺及组织空腔内的校正主要决定于放射线的能量以及不均匀组织的范围、形状和组织密度。低能X线，由于光电吸收占主要地位，骨吸收比软组织大得多，因此用低能X线治疗时要仔细考虑和尽力避免骨损伤问题，对1MeV以上的高能X线，由于康普顿吸收占主要形式，骨吸收和软组织相同，只需要考虑肺及空腔的校正。校正工作比较复杂，需要借助电算体层扫描和电子计算机，并要进行实际测量，才能得到比较正确的结果。
密封放射源剂量学 内照射放射源剂量学问题，实际上是两个问题，即：
❶如何正确布置放射源以得到均匀照射；
❷布置好的放射源需要放置多少时间才能达到所要求的剂量。因此，内照射剂量学包括布置和计算两部分。剂量计算分三个步骤：
❶利用放射性同位素的γ电离常数，结合距离平方反比定律，计算点源在空间诸点的剂量分布；
❷线源可认为是点源的数学结合；
❸面源或体积源可认为是线源的几何结合。计算镭疗剂量有两个体系，即Quimby系统和Paterson-Parker系统。利用这些系统所列成的表，可以计算一定镭疗总量（以毫克小时为单位）的曝射量(R)或吸收量(rad)，反之亦然。亦可计算垂直于线源中心的平面和垂直于线源末端的平面内任意一点剂量。这些表原先是为镭源计算的，对其他放射源，可通过对镭的当量转换系数，化成毫克镭当量以后再用。
用作内照射的密封放射源有三种形式：
❶线源： 放射源排例成连续或不连续的线；
❷面源： 由一系列的线源（针形）组成，位于一个平面内。这种面源可放在皮肤表面上进行一侧放射治疗，也可以插入肿瘤组织内进行治疗；
❸体积源： 由一系列的线源组成空间立体分布。线、面、体积源的单独或结合布置，应使肿瘤组织得到高的均匀剂量。Parterson-Parker提出了获得均匀剂量分布的线源布置规则。近年来更多利用电子计算机计算内照射的剂量分布，同时还应该用剂量仪对源的位置和剂量进行实际校对和测量。
治疗计划的设计与执行 放疗病人从就诊、治疗到结束要经过四个环节(图8):❶体模阶段： 主要是确定肿瘤的位置与范围以及与周围组织、重要器官间的相互关系。可以用脱体模法、正侧位X光片等得到病人受照部位的外轮廓和肿瘤位置、范围。新的技术是用CT直接得到受照射部位的横截面图。
❷治疗计划设计阶段： 放疗医师根据病人的肿瘤情况，初步预计出肿瘤中心剂量、组织（主要是重要器官）最大剂量、皮肤剂量等；与物理人员一起，借助电子计算机治疗计划系统(T.P.S.)进行计划设计，包括射线能量选择，照射野大小、楔形滤过板、组织不均匀校正及补尝等，并依据临床剂量学原则，作出较优的治疗方案。
❸治疗计划证实和修改阶段： 对第二阶段设计的治疗方案，利用模拟定位机进行校正，看是否照射准确又避开了重要的器官 （如食管癌治疗时避开脊髓）。模拟定位机的物理条件与被使用的治疗机相同，通过模拟定位机可以证实由电子计算机设计的治疗方案能否在治疗机上正确执行；如果计划较好但实际不能执行，仍然需要重新设计。
❹治疗计划执行阶段： 存在多种因素影响放疗计划的正确执行。正确摆位是执行计划的关键，要求每次摆的位置重复性好。为此常需要制作各种部位的治疗固定器和挡野装置。有条件的单位，应在治疗中进行一些体内剂量测量，以证实治疗区域内剂量是否正确。目前较好的测量方法是用热释光剂量计进行体内测量。上述四个阶段是相互依存的。病人的每次治疗均涉及到医生、技术员、物理工作者的密切合作，只有这样才能有效地提高医疗质量。

图8 现代放疗计划执行过程