延长源探距测量立体定向照射野参数
作者：陶世雄
单位：江西省肿瘤医院, 南昌 330029
关键词：立体定向照射野；延长源探距
中国医学物理学杂志000101 摘要：本文采用延长源探距的方法测量立体定向放射手术或放射治疗的临床应用参数。
将其测量结果与国内外有关测量结果相比较，误差较小，可以用于放射手术和放射治疗。
中图分类号：R814.4 文献标识码：B 文章编号：1005-202X(2000)01-0001-03
The method of extension SPD to measure clinic parameters of stereotactic radio field
, 百拇医药
TAO Shi-xiong
(Jianxi Cancer Hospital,Nangchang 330029,China)
Abstract:This paper describes a method of extension SPD to measure clinic parameters of stereotactic radio feilds. In comparable range, it show available for measuring clinic parameters of stereotactic radio field to make a comparision between our results and Zhang hongzi et al.
Key Words:Stereotactic radio fields；Extension SPD.
, 百拇医药
立体定向放射手术或立体定向放射治疗(俗称Х刀)是利用高能X射线对靶区进行小野集束非共面旋转照射。设计治疗计划时需要的物理参数包括组织最大比(TMR) 、离轴比(OAR) 、总的散射因子(Ps)和输出量因子D0等。我院立体定向照射野的治疗筒共有13个，直径分布在10 mm～53 mm之间。因为立体定向照射野都是直径较小的园形野，故多采用有效活性体积很小的半导体探测器来测定这些参数[1]。
我们采用延长源探SPD(source protector distance)的方法测量上述参数，将结果与有关资料比较，认为方法可靠，误差在可接受的范围内。
1 材料和方法
1.1 测量仪器
测量用的仪器是英国NE公司生产的FARMER2570型剂量仪及2571型指形电离室和美国CMS 公司出品的三维水箱及PTW-23323 型电离室，其主要参数如表1。
, 百拇医药
表1 两种电离室的有关参数 项 目
FARMER 2571
PTW 23323
灵敏体积 (cc)
0.69
0.1
灵敏长度 (mm)
24.1
12
灵敏直径 (mm)
6.3
3.5
, 百拇医药
1.2 测量方法与测量结果
1.2.1 测量参考输出量(D0): D0的定义是源探距r0＝100 cm，参考野10cm×10cm 建成深度处单位机器单位的吸收剂量。按常规方法进行测量。
1.2.2 各治疗筒照射野的输出量(Di)：
将源探距延长为r1＝217 cm(直径最小的1,2,3 号治疗筒为在r2＝404 cm处)，在射线的建成深度处逐个测量各治疗筒照射野的输出量(Dj)。将测量结果用平方反比规律将Dj转换成源探距SPD＝100 cm处建成深度的输出量(Di)。
Di＝Dj ×(r1/r0)2 (1)
, 百拇医药
1.2.3 总的散射因子(Fci) ：按照总的散射因子(俗称野比)的定义，有
Fci ＝Di/D0 (2)
(1)、(2)式中i=j=1,2,3,...13。测量结果见表2。
表2 各治疗筒的野比和半影(20%～80%) 编号
射野直径(mm)
总的散射因子
半影宽度 (mm)
1
10.0
0.875
, http://www.100md.com
3.2
2
12.5
0.890
3.4
3
15.0
0.901
3.3
4
17.5
0.909
3.2
, 百拇医药
5
20.0
0.914
3.1
6
22.0
0.920
3.1
7
24.0
0.926
3.1
8
, 百拇医药
28.0
0.933
3.2
9
31.0
0.940
3.1
10
36.5
0.951
2.9
11
42.0
, http://www.100md.com
0.957
3.1
12
48.0
0.963
3.3
13
53.0
0.966
2.7
1.2.4 测量离轴比(OAR)
利用三维水箱在水模体建成深度处，与射束中心轴线垂直且距放射源的距离为160 cm的平面上分别对每一个治疗筒测量离轴比(OAR)。然后将测量结果用相似三角形边成比例的方法(图一)将每一个测量值的离轴距修正到距放射源为100 cm平面上。
, 百拇医药
图1 aij 与bij几何关系
即 aij＝bij×100/160 (3)
其中，bij 为距放射源的距离为160 cm的平面上第i个治疗筒第j 个测量值的离轴距；
aij 为修正到距放射源的距离为100 cm平面上第i 个治疗筒第j 个测量值的离轴距。
OAR 的测量结果见图二。
图2 立体定向照射野离轴比
1.2.5 校正的组织最大比(CTMR)：
, http://www.100md.com
利用三维水箱在水模体中射线束中心轴线上，测量每一个治疗筒照射野的百分深度量，将其转换成组织最大比(TMR) 。然后按下式计算校正的组织最大比(CTMR)：
CTMR(i,j)＝TMR(i,j)× Fci (4)
式中CTMR(i,j) 为第i 个治疗筒在深度为j 时的校正后的组织最大比；TMR(i,j)为第i 个治疗筒在深度为j 时的组织最大比；Fci 为第&127;i 个治疗筒的总的散射因子(表5)。
2 讨论
2.1 延长源探距测量输出量：
对于点源来说，空气中任一点的剂量与该点离放射源的距离的平方成反比，其关系如(1)式所示。本文所讨论的情况是在有准直器和水模体的情况下，采用(1)式实际上是一种近似。本方法在延长源探距时，保持了与正常源探距的情形相比相同的第二级准直器和第三级准直器(Х刀治疗筒)不变，就是说两种情况下的准直器散射是一致的。但由于延长源探距而使受照射的面积不同，因而模体中的散射也不同。这一点也是本方法误差的主要来源。本文的目的就是想讨论其误差到底有多大，在立体定向照射野的测量中是否可以接受而设计的。
, 百拇医药
为了验证(1) 式，我们利用砝码剂量仪2570和电离室25710作实验。使源探距SPD＝100 cm，边长分别为10 cm和5 cm的正方形照射野，在水模体建成深度处进行输出量测量。然后延长源探距至SPD =156.1 cm和217.2 cm处，在不改变照射野所开的准直器大小的情况下，再分别测量输出量。测量结果经(1)式修正到SPD =100 cm处，求得修正后的输出量值。将两种方法求出的输出量值比较，误差都不大于1%( 表3)。
表3延长源探距测量输出量所产生的误差 源探距SPD(cm)
100.0
101.5
156.1
217.2
10 cm×10 cm野*
, http://www.100md.com
104.2
101.2
42.8
22.2
乘以距离平方因子*
104.2
104.3
104.3
104.7
误差(%)**
0.0
0.1
, 百拇医药
0.1
0.5
源探距SPD (cm)
100.0
101.5
156.1
217.2
5 cm×5 cm 野*
98.4
95.5
40.3
21.0
, http://www.100md.com
乘以距离平方因子*
98.4
98.4
98.3
99.1
误差(%)**
0.0
0.0
0.1
0.7
*单位是cGy/100 MU ；
**相对SPD＝100 cm的测量值的误差
, 百拇医药
为进一步证实测量结果的可靠性，我们还将总的散射因子的测量数据在可比的范围内与文献[1] 及其引用的数据进行了比较( 表4)。表中，JXCH是笔者测量的数据，CIH 、MONTE CARLO 和RICE分别为中国医学科学院肿瘤医院张红志等测量和文献[1] 引用的数据。由表4 数据可以看出，笔者测量的总的散射因子和各位作者测量的结果是一致的。
表4 国内外所测量的总的散射因子的比较 射野直径(mm)
JXCH
CIH
MONTECARLO
RICE
12.5
0.890
, http://www.100md.com
0.870
0.879
0.853
15.0
0.901
0.892
0.897
0.885
17.5
0.909
0.908
0.909
0.903
, 百拇医药
20.0
0.914
0.919
0.918
0.912
*22.5
0.920
0.924
0.922
0.920
*25.0
0.926
0.930
, 百拇医药
0.925
0.924
*27.5
0.933
0.933
0.927
0.927
注：有* 号者我院的治疗筒实际直径分为22mm，24mm和28 mm，作为相近直径考虑。
图3 圆柱形电离室与圆形照射野相交示意图
2.2 半影
, 百拇医药
半影是指在建成深度处与射束中心轴线垂直的平面上，剂量分布曲线20%和80%之间的距离。因为治疗筒的设计和安装均限制了几何半影和穿射半影，所以半影较小。由表2 可以看出，照射野直径在10 mm～53 mm时，照射野半影的范围是3 mm±0.5 mm。
但是，用圆柱形电离室测量小园野离轴比时，由于测量电离室线度不是足够小，而会使测量到的半影比实际半影大。就是说，当电离室进或出照射野的瞬间，在边缘处有一圆柱体电离室与圆形照射野截面相交的过程(图三)。这时，电离室只有一部分被原射线照射，另一部分却只受到散射线的照射。电离室给出的结果是电离室整个有效体积电离量的平均值，从而使20%的范围略有扩大。这样测量到的半影比实际的半影略微遍大，而且直径越小越明显(表2)。
3 结论
根据以上测量和讨论，我们认为可以采用延长源探距的方法对立体定向放射手术或放射治疗照射野的临床应用参数进行测量。这样给临床剂量所产生的误差是可以接受的。
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表5 小园野校正的组织最大比 VARIAN 6 mV X-ray SPD＝100.0 cm CTMR 照射
同中心处照射野大小(mm)
深度
1号筒
2号筒
3号筒
4号筒
5号筒
6号筒
7号筒
8号筒
9号筒
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10号筒
11号筒
12号筒
13号筒
cm
φ10.0
φ12.5
φ15.0
φ17.5
φ20.0
φ22.0
φ24.0
φ28.0
, 百拇医药
φ31.0
φ36.5
φ42.0
φ48.0
φ53.0
0.5
0.679
0.679
0.690
0.694
0.707
0.706
0.710
, http://www.100md.com
0.708
0.716
0.724
0.730
0.743
0.747
1.0
0.848
0.858
0.869
0.875
0.878
0.883
, 百拇医药
0.890
0.897
0.901
0.911
0.916
0.924
0.928
1.5
0.875
0.890
0.901
0.909
0.914
, 百拇医药
0.920
0.926
0.933
0.940
0.951
0.957
0.963
0.966
2.0
0.863
0.881
0.894
0.903
, http://www.100md.com
0.909
0.912
0.920
0.928
0.934
0.946
0.954
0.959
0.963
3.0
0.824
0.846
0.859
, 百拇医药
0.867
0.875
0.877
0.888
0.898
0.905
0.915
0.924
0.931
0.936
4.0
0.786
0.810
, 百拇医药
0.825
0.832
0.838
0.842
0.850
0.858
0.867
0.880
0.888
0.897
0.903
5.0
0.749
, http://www.100md.com
0.773
0.788
0.796
0.802
0.807
0.812
0.819
0.829
0.844
0.854
0.862
0.869
6.0
, http://www.100md.com
0.715
0.740
0.754
0.764
0.769
0.771
0.776
0.785
0.792
0.808
0.819
0.826
0.835
, 百拇医药
7.0
0.681
0.706
0.723
0.732
0.736
0.737
0.742
0.750
0.758
0.771
0.782
0.792
, http://www.100md.com
0.800
8.0
0.649
0.674
0.690
0.699
0.704
0.705
0.707
0.716
0.723
0.737
0.746
, http://www.100md.com
0.757
0.766
9.0
0.618
0.643
0.660
0.667
0.672
0.674
0.676
0.685
0.689
0.704
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0.712
0.722
0.735
10.0
0.590
0.614
0.632
0.638
0.643
0.643
0.644
0.654
0.658
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0.672
0.682
0.690
0.702
12.0
0.537
0.561
0.580
0.586
0.590
0.591
0.587
0.596
, http://www.100md.com
0.599
0.611
0.621
0.629
0.641
14.0
0.489
0.512
0.532
0.535
0.538
0.540
0.534
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0.544
0.546
0.557
0.566
0.574
0.587
16.0
0.438
0.462
0.485
0.492
0.494
0.494
, http://www.100md.com
0.489
0.496
0.499
0.509
0.517
0.523
0.534
18.0
0.400
0.422
0.442
0.450
0.452
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0.454
0.448
0.453
0.457
0.464
0.473
0.478
0.485
20.0
0.362
0.383
0.402
0.413
, 百拇医药
0.414
0.416
0.410
0.414
0.418
0.423
0.431
0.436
0.442
作者简介：陶世雄，男，汉族，江西省新建县人，江西省肿瘤医院放射物理主任技师。主要从事放射物理工作。
参考文献：
[1]张红志,等.χ线立体定向治疗系统的剂量测量[J].中华放射肿瘤学杂志,1996,5 (2):102.
收稿日期：1999-03-08, http://www.100md.com
单位：江西省肿瘤医院, 南昌 330029
关键词：立体定向照射野；延长源探距
中国医学物理学杂志000101 摘要：本文采用延长源探距的方法测量立体定向放射手术或放射治疗的临床应用参数。
将其测量结果与国内外有关测量结果相比较，误差较小，可以用于放射手术和放射治疗。
中图分类号：R814.4 文献标识码：B 文章编号：1005-202X(2000)01-0001-03
The method of extension SPD to measure clinic parameters of stereotactic radio field
, 百拇医药
TAO Shi-xiong
(Jianxi Cancer Hospital,Nangchang 330029,China)
Abstract:This paper describes a method of extension SPD to measure clinic parameters of stereotactic radio feilds. In comparable range, it show available for measuring clinic parameters of stereotactic radio field to make a comparision between our results and Zhang hongzi et al.
Key Words:Stereotactic radio fields；Extension SPD.
, 百拇医药
立体定向放射手术或立体定向放射治疗(俗称Х刀)是利用高能X射线对靶区进行小野集束非共面旋转照射。设计治疗计划时需要的物理参数包括组织最大比(TMR) 、离轴比(OAR) 、总的散射因子(Ps)和输出量因子D0等。我院立体定向照射野的治疗筒共有13个，直径分布在10 mm～53 mm之间。因为立体定向照射野都是直径较小的园形野，故多采用有效活性体积很小的半导体探测器来测定这些参数[1]。
我们采用延长源探SPD(source protector distance)的方法测量上述参数，将结果与有关资料比较，认为方法可靠，误差在可接受的范围内。
1 材料和方法
1.1 测量仪器
测量用的仪器是英国NE公司生产的FARMER2570型剂量仪及2571型指形电离室和美国CMS 公司出品的三维水箱及PTW-23323 型电离室，其主要参数如表1。
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表1 两种电离室的有关参数 项 目
FARMER 2571
PTW 23323
灵敏体积 (cc)
0.69
0.1
灵敏长度 (mm)
24.1
12
灵敏直径 (mm)
6.3
3.5
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1.2 测量方法与测量结果
1.2.1 测量参考输出量(D0): D0的定义是源探距r0＝100 cm，参考野10cm×10cm 建成深度处单位机器单位的吸收剂量。按常规方法进行测量。
1.2.2 各治疗筒照射野的输出量(Di)：
将源探距延长为r1＝217 cm(直径最小的1,2,3 号治疗筒为在r2＝404 cm处)，在射线的建成深度处逐个测量各治疗筒照射野的输出量(Dj)。将测量结果用平方反比规律将Dj转换成源探距SPD＝100 cm处建成深度的输出量(Di)。
Di＝Dj ×(r1/r0)2 (1)
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1.2.3 总的散射因子(Fci) ：按照总的散射因子(俗称野比)的定义，有
Fci ＝Di/D0 (2)
(1)、(2)式中i=j=1,2,3,...13。测量结果见表2。
表2 各治疗筒的野比和半影(20%～80%) 编号
射野直径(mm)
总的散射因子
半影宽度 (mm)
1
10.0
0.875
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3.2
2
12.5
0.890
3.4
3
15.0
0.901
3.3
4
17.5
0.909
3.2
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5
20.0
0.914
3.1
6
22.0
0.920
3.1
7
24.0
0.926
3.1
8
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28.0
0.933
3.2
9
31.0
0.940
3.1
10
36.5
0.951
2.9
11
42.0
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0.957
3.1
12
48.0
0.963
3.3
13
53.0
0.966
2.7
1.2.4 测量离轴比(OAR)
利用三维水箱在水模体建成深度处，与射束中心轴线垂直且距放射源的距离为160 cm的平面上分别对每一个治疗筒测量离轴比(OAR)。然后将测量结果用相似三角形边成比例的方法(图一)将每一个测量值的离轴距修正到距放射源为100 cm平面上。
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图1 aij 与bij几何关系
即 aij＝bij×100/160 (3)
其中，bij 为距放射源的距离为160 cm的平面上第i个治疗筒第j 个测量值的离轴距；
aij 为修正到距放射源的距离为100 cm平面上第i 个治疗筒第j 个测量值的离轴距。
OAR 的测量结果见图二。
图2 立体定向照射野离轴比
1.2.5 校正的组织最大比(CTMR)：
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利用三维水箱在水模体中射线束中心轴线上，测量每一个治疗筒照射野的百分深度量，将其转换成组织最大比(TMR) 。然后按下式计算校正的组织最大比(CTMR)：
CTMR(i,j)＝TMR(i,j)× Fci (4)
式中CTMR(i,j) 为第i 个治疗筒在深度为j 时的校正后的组织最大比；TMR(i,j)为第i 个治疗筒在深度为j 时的组织最大比；Fci 为第&127;i 个治疗筒的总的散射因子(表5)。
2 讨论
2.1 延长源探距测量输出量：
对于点源来说，空气中任一点的剂量与该点离放射源的距离的平方成反比，其关系如(1)式所示。本文所讨论的情况是在有准直器和水模体的情况下，采用(1)式实际上是一种近似。本方法在延长源探距时，保持了与正常源探距的情形相比相同的第二级准直器和第三级准直器(Х刀治疗筒)不变，就是说两种情况下的准直器散射是一致的。但由于延长源探距而使受照射的面积不同，因而模体中的散射也不同。这一点也是本方法误差的主要来源。本文的目的就是想讨论其误差到底有多大，在立体定向照射野的测量中是否可以接受而设计的。
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为了验证(1) 式，我们利用砝码剂量仪2570和电离室25710作实验。使源探距SPD＝100 cm，边长分别为10 cm和5 cm的正方形照射野，在水模体建成深度处进行输出量测量。然后延长源探距至SPD =156.1 cm和217.2 cm处，在不改变照射野所开的准直器大小的情况下，再分别测量输出量。测量结果经(1)式修正到SPD =100 cm处，求得修正后的输出量值。将两种方法求出的输出量值比较，误差都不大于1%( 表3)。
表3延长源探距测量输出量所产生的误差 源探距SPD(cm)
100.0
101.5
156.1
217.2
10 cm×10 cm野*
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104.2
101.2
42.8
22.2
乘以距离平方因子*
104.2
104.3
104.3
104.7
误差(%)**
0.0
0.1
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0.5
源探距SPD (cm)
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101.5
156.1
217.2
5 cm×5 cm 野*
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40.3
21.0
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98.4
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98.3
99.1
误差(%)**
0.0
0.0
0.1
0.7
*单位是cGy/100 MU ；
**相对SPD＝100 cm的测量值的误差
, 百拇医药
为进一步证实测量结果的可靠性，我们还将总的散射因子的测量数据在可比的范围内与文献[1] 及其引用的数据进行了比较( 表4)。表中，JXCH是笔者测量的数据，CIH 、MONTE CARLO 和RICE分别为中国医学科学院肿瘤医院张红志等测量和文献[1] 引用的数据。由表4 数据可以看出，笔者测量的总的散射因子和各位作者测量的结果是一致的。
表4 国内外所测量的总的散射因子的比较 射野直径(mm)
JXCH
CIH
MONTECARLO
RICE
12.5
0.890
, http://www.100md.com
0.870
0.879
0.853
15.0
0.901
0.892
0.897
0.885
17.5
0.909
0.908
0.909
0.903
, 百拇医药
20.0
0.914
0.919
0.918
0.912
*22.5
0.920
0.924
0.922
0.920
*25.0
0.926
0.930
, 百拇医药
0.925
0.924
*27.5
0.933
0.933
0.927
0.927
注：有* 号者我院的治疗筒实际直径分为22mm，24mm和28 mm，作为相近直径考虑。
图3 圆柱形电离室与圆形照射野相交示意图
2.2 半影
, 百拇医药
半影是指在建成深度处与射束中心轴线垂直的平面上，剂量分布曲线20%和80%之间的距离。因为治疗筒的设计和安装均限制了几何半影和穿射半影，所以半影较小。由表2 可以看出，照射野直径在10 mm～53 mm时，照射野半影的范围是3 mm±0.5 mm。
但是，用圆柱形电离室测量小园野离轴比时，由于测量电离室线度不是足够小，而会使测量到的半影比实际半影大。就是说，当电离室进或出照射野的瞬间，在边缘处有一圆柱体电离室与圆形照射野截面相交的过程(图三)。这时，电离室只有一部分被原射线照射，另一部分却只受到散射线的照射。电离室给出的结果是电离室整个有效体积电离量的平均值，从而使20%的范围略有扩大。这样测量到的半影比实际的半影略微遍大，而且直径越小越明显(表2)。
3 结论
根据以上测量和讨论，我们认为可以采用延长源探距的方法对立体定向放射手术或放射治疗照射野的临床应用参数进行测量。这样给临床剂量所产生的误差是可以接受的。
, http://www.100md.com
表5 小园野校正的组织最大比 VARIAN 6 mV X-ray SPD＝100.0 cm CTMR 照射
同中心处照射野大小(mm)
深度
1号筒
2号筒
3号筒
4号筒
5号筒
6号筒
7号筒
8号筒
9号筒
, http://www.100md.com
10号筒
11号筒
12号筒
13号筒
cm
φ10.0
φ12.5
φ15.0
φ17.5
φ20.0
φ22.0
φ24.0
φ28.0
, 百拇医药
φ31.0
φ36.5
φ42.0
φ48.0
φ53.0
0.5
0.679
0.679
0.690
0.694
0.707
0.706
0.710
, http://www.100md.com
0.708
0.716
0.724
0.730
0.743
0.747
1.0
0.848
0.858
0.869
0.875
0.878
0.883
, 百拇医药
0.890
0.897
0.901
0.911
0.916
0.924
0.928
1.5
0.875
0.890
0.901
0.909
0.914
, 百拇医药
0.920
0.926
0.933
0.940
0.951
0.957
0.963
0.966
2.0
0.863
0.881
0.894
0.903
, http://www.100md.com
0.909
0.912
0.920
0.928
0.934
0.946
0.954
0.959
0.963
3.0
0.824
0.846
0.859
, 百拇医药
0.867
0.875
0.877
0.888
0.898
0.905
0.915
0.924
0.931
0.936
4.0
0.786
0.810
, 百拇医药
0.825
0.832
0.838
0.842
0.850
0.858
0.867
0.880
0.888
0.897
0.903
5.0
0.749
, http://www.100md.com
0.773
0.788
0.796
0.802
0.807
0.812
0.819
0.829
0.844
0.854
0.862
0.869
6.0
, http://www.100md.com
0.715
0.740
0.754
0.764
0.769
0.771
0.776
0.785
0.792
0.808
0.819
0.826
0.835
, 百拇医药
7.0
0.681
0.706
0.723
0.732
0.736
0.737
0.742
0.750
0.758
0.771
0.782
0.792
, http://www.100md.com
0.800
8.0
0.649
0.674
0.690
0.699
0.704
0.705
0.707
0.716
0.723
0.737
0.746
, http://www.100md.com
0.757
0.766
9.0
0.618
0.643
0.660
0.667
0.672
0.674
0.676
0.685
0.689
0.704
, 百拇医药
0.712
0.722
0.735
10.0
0.590
0.614
0.632
0.638
0.643
0.643
0.644
0.654
0.658
, 百拇医药
0.672
0.682
0.690
0.702
12.0
0.537
0.561
0.580
0.586
0.590
0.591
0.587
0.596
, http://www.100md.com
0.599
0.611
0.621
0.629
0.641
14.0
0.489
0.512
0.532
0.535
0.538
0.540
0.534
, http://www.100md.com
0.544
0.546
0.557
0.566
0.574
0.587
16.0
0.438
0.462
0.485
0.492
0.494
0.494
, http://www.100md.com
0.489
0.496
0.499
0.509
0.517
0.523
0.534
18.0
0.400
0.422
0.442
0.450
0.452
, 百拇医药
0.454
0.448
0.453
0.457
0.464
0.473
0.478
0.485
20.0
0.362
0.383
0.402
0.413
, 百拇医药
0.414
0.416
0.410
0.414
0.418
0.423
0.431
0.436
0.442
作者简介：陶世雄，男，汉族，江西省新建县人，江西省肿瘤医院放射物理主任技师。主要从事放射物理工作。
参考文献：
[1]张红志,等.χ线立体定向治疗系统的剂量测量[J].中华放射肿瘤学杂志,1996,5 (2):102.
收稿日期：1999-03-08, http://www.100md.com