放射治疗电子线处方剂量计算系统的研究

杨秋权，庄梅生，王继宇，潘素明，陈曙光，刘孝景

(揭阳市人民医院 放疗科，广东 揭阳 522000)

在放射治疗中，准确地计算处方剂量是放射治疗靶区剂量正确的重要环节[1]，是提高放射治疗质量的重要保证。很多关于电子线处方剂量计算的文献一般只涉及长方形规则野的剂量计算，没有谈及不规则野处方剂量的计算问题，包括现代先进的国内国际三维TPS计划系统，一般都没有电子线剂量计算功能，即使具有此功能，但由于计算过程和结果极其粗糙，而不被使用者认可和使用，取而代之的是进行电子线处方剂量手工计算。这是因为电子线具有自身的剂量学特点，如有一定的电子射程（Rp），易被散射等特点，使得电子线不规则野处方剂量的准确计算成为放射治疗领域的一个难题。本文对电子线的剂量计算，采用将不规则野简化为有效长方形野的Clarkson算法[2]，并结合计算电子线长方形野输出因子和深度剂量的方根式法[3]，计算出电子线的处方剂量，即加速器出束的跳数MU值。因X射线和电子线规则野处方剂量的计算方法已相当成熟，本文只探讨电子线不规则野的几种计算模型，并比较它们的理论计算结果与实测值的误差，从而选择合适的计算方法，提高计算精度，供读者参考。

1 主要材料和方法

制作电子线方形铅窗，大小为3×3、4×4、6×6、8×8、10×10、12×12 cm2，Primus E 加速器、 BMD-I 剂量仪、2581型0.6 cc电离室、42×42×33 cm3的普通大水箱，在标准条件下的水模中测出各治疗机的百分深度剂量PDD、输出因子等数据，并校准各放射治疗机的输出量(如直线加速器的监督跳数刻度呈1MU=1cGy)。程序计算表格数据均用上述测量仪器采集，以减少不同测量仪器所带来的系统误差。

2 设计思想

本程序能根据输入的各治疗参数，正确地计算出各种治疗射线各个射野单次照射的跳数或时间，同时，同一患者不同种类的射线类型，本程序均能在同一报告单中正确打印结果，供人工核对。

3 系统功能

该程序可用于加速器、钴60机、深部X线机和电子射线规则野和不规则野处方剂量的计算。

4 系统特点

4.1 模块化程序设计

模块化程序便于阅读、测试、修改和扩充，可维护性好。

4.2 操作简便

能对一些关键参数如射线能量和照射技术等可作出选择，如果输入参数有误，可以修改并在打印前重新计算结果剂量并供显示、存储。

4.3 用统一的处方剂量通用公式计算

用统一的处方剂量通用公式计算，目前还未见用同一公式计算各种治疗机处方剂量的报道。

4.4 智能化输入功能

对于一些修正因子，如等中心因子、十字线板衰减因子和托架因子、源传输端效应校正因子等，计算程序能自动修正；电子线剂量计算将根据射野长宽自动选择限光筒型号，在对穿野剂量计算时具有映射功能，减少治疗参数的输入。

4.5 输出因子分开计算

直线加速器X线、钴-60γ治疗机、深部X线机的输出因子分为准直器散射因子Sc和体模散射因子Sp，分开计算，提高计算精度，特别是深部X线治疗机的输出因子分开计算，具有国内先进水平[5]。

4.6 剂量验证

通过实测，将本程序各种射线类型的计算结果与实测结果比较，X射线剂量计算误差<±1%，电子线剂量计算误差<±2.5%。

4.7 电子线挡因子法(方法1)计算模型的建立

4.7.1 电子线挡因子法有效野面积的计算。电子束的长—方野转换规律与X线不同，不能用等效方野概念[2]。如果不考虑准直器产生散射随放射野大小而改变[3]，电子线不规则野有效面积计算公式如下：有效野面积=[x×y×（1-挡因子）]1/2，x、y为矩形野（包括方形野）的两边长，挡因子为不规则野的挡面积与相应规则未挡野（未加挡时）面积的比值，下同。

有文献报导电子线有效射野面积的计算是以漏空的部分（即挡块开孔）在x、y方向上分别对漏空轮廓进行外切形成矩形，矩形的长径即为射野的长径（射野长径法，方法2），实际射野大小计算时将射野长径视为方野边长，这样的计算结果必然稍大于实际射野面积[6]，从而使计算得到的加速器跳数偏小，易引起射野内的剂量不足而使肿瘤复发，使用者应小心，特别是：当漏空长径很小(接近或小于电子射程)时，电子线输出剂量将明显减少，更应引起足够地重视。

4.7.2 电子线挡因子法有效输出因子的计算。虽然一些实验表明，电子线不规则射野的输出因子可取相应标准限光简的输出因子。但是，建立于基础理论的模型还是必要的[4]。对不规则野，可以从已有的正方形、矩形和圆形野的数据内插 。理论公式OUF(x,y)=[OUF(x,x)×OUF(y,y)]1/2（即方根式法）一般只适用于电子线规则野的使用。对该公式在不规则野剂量计算的应用上文献鲜有提及。因此，我们经过长期的临床实践，建立了电子线不规则野有效输出因子的计算模型：对于不规则野，根据遮挡面积的大小，保留一短边大小不变，用Clarkson法计算另一长边的有效边长，其有效长边=y×(1-挡因子)(x≤y)，x、y为长方野未挡时的两边长。通过电子线不规则野的两边长，即x值和y×（1-挡因子）值，用内插法获取两矩形边分别在相应方野上的输出因子大小，并用平方根方法加以计算得到两矩形边的的输出因子，该输出因子可近似地认为是电子线不规则野的有效输出因子。该方法同样假定加速器输出因子只和放射野大小有关，和准直器散射无关。

4.7.3 电子线不规则野挡因子法的百分深度剂量计算。不规则野的百分深度量PDD(d)=[ PDDx,x(d)×PDDy(1-挡因子)y(1-挡因子)(d)]1/2，(x≤y)。这样会防止射野因一边过小（小于电子射程）而引起较大的剂量计算误差，或因射野边长太小造成计算程序的数据溢出，这点应引起注意。

5 其它计算方法简介

5.1 实野长宽法(方法3)

本方法实野的长宽取得同射野长径法，但用外切后的矩形长宽两边同时进行电子线相应方形野的面积、输出因子、百分深度量的平方根计算。

5.2 大平野法(方法4)

不管电子射线铅窗的形状大小如何，计算处方剂量时，PDD值取最小的电子线限光筒时的深度量和相应限光筒的射野输出因子进行处方剂量的计算。

6 四种计算方法的实测比较

用极限条件检测四种计算方法的实测值与程序计算值剂量误差，如表1。

表1 多种条件下四种方法计算值与实测值比较

7 讨论

7.1 大平野法

大平野法在实野长宽都较长(大于电子线射程)时，其处方剂量的计算结果与实测值相差很小(如-0.8%和-0.9%)，符合度很高，表明电子束不规则野的输出因子可取相应标准限光筒的输出因子[4]，但当实野长宽值有一边较小(小于或接近电子射程)时，处方剂量的计算结果与实测值之间相差却很大(高达-6.6%)，提示射线能量增加时，射线中心轴上剂量随面积的变化变得更为明显。小野时，因为射线中经机头散射的低能电子线成分增加，最大剂量深度dm和治疗深度R90均向表面靠近[3]。建议大平野法在小野应用时应以实测为准，防止因剂量不足而引起肿瘤的复发，平时应以不用为佳。

7.2 射野长径法

射野长径法在射野的长径小于或等于电子的射程时，其射野的短径更是影响电子线输出量的重要因素，故其计算结果更易引起较大的剂量计算误差，其应用必然存在一定的局限性。

7.3 挡因子法和实野长宽法

挡因子法和实野长宽法的误差绝对值较为接近，但在计算某一射野内的几个小射野窗时，存在挡因子计算较困难的问题，同样限制了该方法的使用范围，在临床中可参考应用。

实野长宽法误差绝对值明显偏小(各条件均<±2.5%)，提示实野长宽法在放射治疗处方剂量计算中有较高的计算精度。与挡因子法相比，实野长宽法具有操作简便，计算快捷的特点，特别适合在临床中使用。

8 结论

实野长宽法和挡因子法为本文的两个亮点，具有很好的理论基础和计算依据，计算结果准确，应用简单，可以减少剂量计算误差。本计算机程序是放射肿瘤学、放射物理学和计算机科学相结合的高科技成果，用于放射治疗常规外照射的物理剂量的准确计算，能提高工作效率，具有重要的临床应用价值。

放射治疗X线和电子线处方剂量计算系统采用Visual Foxpro 6.0平台开发，已在Windows XP平台上运行。

[1]傅卫华,戴建荣,章众,等.放射治疗照射剂量计算及记录系统[J].中华放射肿瘤学,1996,8(2):127.

[2]冯宁远,谢虎臣,史荣,等.实用放射治疗物理学[M].北京:北京医科大学、中国协和医科大学联合出版社,1998.

[3]刘泰福.现代放射肿瘤学[M].上海:复旦大学出版社,2001.

[4]胡逸民.肿瘤放射物理学[M].北京:原子能出版社,1999:515-516.

[5]陈斌,张稳定,王燕童,等.放射治疗处方剂量计算系统[J].世界医药学,2001,2(3):122.

[6]沈国辉,张书旭,吴少焜,等.电子线靶区剂量计算软件的设计和实现[J].中国医疗设备,2008,23(7):16-18.