楔形滤片对X射线辐射质的影响
作者：胡杰 陶建民 张莹 孙光荣 龚卿 陈伟祥
单位：胡杰 陶建民 张莹 孙光荣 陈伟祥 (上海铁路局中心医院 放射科，上海 胡杰 陶建民 张莹 孙光荣 陈伟祥 (上海铁路局中心医院 放射科，上海 200072)；龚卿 (上海医科大学肿瘤医院 放疗科，上海 200032)
关键词：楔形滤片；辐射质；剂量分布
中国医学物理学杂志990202
摘要：光子照射野中引入楔形滤片将导致射线辐射质发生改变，继而使楔形野与平野相比，深度剂量发生改变。本文研究楔形野和平野两种情况下的辐射质差异，发现辐射质指数I变化达2.9%，最大剂量点深度变化达4 mm。为精确治疗，我们建议应测量楔形野的剂量数据。
中图分类号：R814.2
, 百拇医药
文献标识码：A
文章编号：1005-200X(1999)02-0067-03
The influence to the radiation quality by the wedge filter
HU Jie， TAO Jian-min， ZHANG Ying,et al.
(General Hospital of ShangHai Railway Bureau,ShangHai 200072,China)
Abstract:The presence of wedge filter in the photo field will cause the change of beam quality which results in the modification of depth dose distribution comparing with that in the open field.This study iams at quantitation of these phenomena and finds out the diferences of 2.9% in beam quality index and of 4 mm in Dmax.We suggest the measurement of wedge-field depth dose for the accurate dosimetry.
, 百拇医药
Key words: wedge filter; radiation quality; dose distribution
引言：在光子射线野中常常引入楔形滤片，借以改变照射体积内的剂量分布。但由于楔形滤片一般由铜、铅等重金属铸成，而X射线又是连续谱，因此，穿过滤片的X射线会与这些重金属材料相互作用而发生能谱的改变。本文通过固定焦点～电离室距离(SCD=100 cm)，对西门子MD7745电子直线加速器X线楔形野中深度为10 cm和20 cm两点的剂量测量，参照国际上采用J20/J10作为辐射质指标 I(Quality Index)的方法，来研究楔形滤片对X线辐射质的影响[1]。发现：对于 6 MV-X线，其J20/J10的变化最大可达2.9%，最大剂量点深度也由原来的1.5 cm增加到1.9 cm和2.0 cm之间；而对15 MV-X线，这两项则基本保持不变。根据国际报告的建议：J20/J10超过2%，剂量数据应作相应的修正。
, http://www.100md.com
1 材料和方法
(1)以西门子MD7745电子直线加速器作为辐射源，其两种X射线标称能量为6 MV和15 MV，用HS-2型剂量测量系统，将电离室置于等中心处(SCD=100 cm)，照射野定为10 cm×10 cm，每次测量机器预置量为 100 MU，分别在15、30、45、60度楔形滤片下和无楔形滤片照射野中，测量中心轴上深度为10 cm和20 cm两点的剂量，求J20/J10，以进行比较。
(2)在6 MV-X线，60度楔形滤片下，从原来的最大剂量深度 1.5 cm开始，以1 mm为单位递增体模厚度，直到找出新的最大剂量深度。
(3)在15 MV-X线，60度楔形滤片下，从原来的最大剂量深度3.0 cm开始，以1 mm为单位递增体模厚度，直到找出新的最大剂量深度。
, 百拇医药 (4)测量6 MV-X线，平野和60度楔形滤片照射野两种情况下的组织最大剂量比数据TMR。
(5)在6 MV-X线，60度楔形滤片下，等中心处照射野为10 cm×10 cm，每次测量机器预置量为100 MU，将电离室置于等中心处(SCD=100 cm)，测量中心轴上深度为10 cm和20 cm两点的剂量，求J20/J10，然后通过移床，分别测量楔形照射野内薄端距中心轴1 cm、2 cm、3 cm及厚端距中心轴1 cm、2 cm、3 cm处，水体模深度为10 cm和20 cm两点的剂量，求J20/J10。
2 结果
不同能量不同楔形滤片下的辐射质指数J20/J10(如表1、表2所示)，从实验结果中可以发现：对6 MV-X线，辐射质指数随楔形角的增大(即楔形滤片的厚度增加)而增大，到60度楔形角时，这个差异已达2.9%，并且以楔形滤片中心厚度为基准，同质屏蔽材料吸收平板下的辐射质指数J20/J10也按此规律逐渐增大，最大达3.2%，从而可以证明6 MV-X线在加上楔形滤片后辐射质发生了较大的改变；而对15 MV-X线，这两种情况下的辐射质指数J20/J10变化却均不明显，即辐射质改变较小。
, 百拇医药
表1 6 MV-X线平野和不同楔形滤片及以楔形滤片中心
厚度为基准同质屏蔽材料吸收平板下的J20/J10 滤片角度
J10
J20
J20/J10
不同楔形滤片的J20/J10
与平野的差异
平野
67.48
, http://www.100md.com
45.07
0.6679
15度
50.44
34.10
0.6761
1.2%
30度
48.99
33.44
0.6826
2.2%
45度
, 百拇医药
39.20
26.83
0.6844
2.5%
60度
37.49
25.77
0.6873
2.9%
15度楔形滤片
同质吸收平板
51.11
34.68
, 百拇医药
0.6785
1.6%
30度楔形滤片
同质吸收平板
47.13
32.31
0.6856
2.6%
45度楔形滤片
同质吸收平板
35.09
24.07
0.6860
, http://www.100md.com
2.7%
60度楔形滤片
同质吸收平板
27.73
19.11
0.6891
3.2%
表2 15 MV-X线平野和不同楔形滤片及以楔形滤片
中心厚度为基准同质屏蔽材料吸收平板下的J20/J10 滤片角度
J10
J20
, 百拇医药
J20/J10
不同楔形滤片的J20/J10
与平野的差异
平野
79.03
60.11
0.7606
15度
62.95
48.01
0.7627
, http://www.100md.com 0.3%
30度
61.86
47.18
0.7627
0.3%
45度
51.50
39.43
0.7656
0.7%
60度
49.80
, 百拇医药
38.25
0.7681
1.0%
15度楔形滤片
同质吸收平板
64.41
49.09
0.7621
0.2%
30度楔形滤片
同质吸收平板
60.81
46.33
, http://www.100md.com
0.7619
0.2%
45度楔形滤片
同质吸收平板
47.05
36.21
0.7696
1.2%
60度楔形滤片
同质吸收平板
38.80
29.92
0.7711
, 百拇医药
1.4%
同时，由实验结果来看：6 MV-X线在加上60度楔形滤片后，最大剂量点深度也由原来的1.5 cm增加到了1.9 cm和2.0 cm之间；而对15 MV-X线，在加上60度楔形滤片后，最大剂量点深度仍然维持在3.0 cm左右。
从6 MV-X线平野和60度楔形野两组体模最大剂量比TMR(如表3所示)中不难发现：同样深度点，楔形野的TMR均大于平野相应的TMR，最大差异达4.4%，并且也可看出楔形野中最大剂量点有所下移。 表3 6 MV-X线60度楔形野与平野的TMR及其差异 depth(cm)
平野TMR
60度楔形野TMR
差异
1.5
, http://www.100md.com
1.000
1.000
1.6
0.999
1.007
0.9%
1.7
0.999
1.007
0.9%
1.8
0.998
1.007
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0.9%
1.9
0.997
1.013
1.6%
2.0
0.997
1.015
1.8%
3.0
0.974
0.990
1.6%
, http://www.100md.com
4.0
0.957
0.975
1.9%
5.0
0.924
0.944
2.2%
6.0
0.905
0.921
1.8%
7.0
, 百拇医药
0.869
0.893
2.8%
8.0
0.839
0.867
3.3%
9.0
0.814
0.838
2.9%
10.0
0.786
, 百拇医药
0.803
2.2%
11.0
0.759
0.782
3.0%
12.0
0.727
0.754
3.7%
13.0
0.691
0.715
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3.5%
14.0
0.666
0.691
3.8%
15.0
0.647
0.669
3.4%
16.0
0.622
0.645
3.7%
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17.0
0.594
0.620
4.4%
18.0
0.574
0.597
4.0%
19.0
0.548
0.572
4.3%
20.0
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0.526
0.548
4.2%
另外，在6 MV-X线，60度楔形滤片下，楔形照射野内，随着射线穿过楔形滤片位置不同(即厚度不同)，距中心轴不同距离处，辐射质指数J20/J10也不同(如表4所示)，由0.6682增加到0.6903，变化达3.3%。 表4 6MV-X线60度楔形野内不同位
置的辐射质指数J20/J10 位 置
J10
J20
J20/J10
, 百拇医药
薄端距中心轴3cm
46.08
30.79
0.6682
薄端距中心轴2cm
44.06
29.64
0.6727
薄端距中心轴1cm
41.68
28.27
0.6783
, 百拇医药
中心轴
38.25
26.29
0.6873
厚端距中心轴1cm
34.75
23.94
0.6889
厚端距中心轴2cm
31.15
21.48
0.6895
, http://www.100md.com 厚端距中心轴3cm
27.77
19.17
0.6903
3 讨论
光子与物质发生作用有光电效应、康普顿效应和电子对效应三种方式。由于X射线为连续谱，它在穿过楔形滤片时，必然要与这些重金属材料发生作用而产生一定吸收。对于一定原子序数的物质，光电效应的吸收截面随能量的增大而减少，与能量的立方成反比；康普顿效应的吸收截面在能量较低时，与能量无关，在能量较高时，近似与能量成反比；电子对效应的吸收截面临界能量为1.02 MeV，光子能量超过此能量时，吸收效应迅速变大，与能量的平方成正比[2，3]。对X射线而言，一般来讲，其最高能量等于管电压的峰值能量，而平均能量约为峰值能量的1/4～1/3间。因此，15 MV-X线的平均能量约在4～5 MV间，整个能谱中能量在1.02 MV以上的中有相当比例，这导致射线穿过楔形滤片时发生光电效应和康普顿效应而被吸收的低能部分较少，而电子对吸收则比重提高，高能部分损失增加，综合下来，射线平均能量改变不大；对6 MV-X线，平均能量在1.5～2.0 MV间，在这个能谱结构中，有较强的光电吸收和康普顿吸收，低能部分被吸收较多，电子对吸收份额则相对较少，高能部分损失相应较少，因而穿过楔形滤片后射线平均能量提高，此外，在6 MV-X线中，辐射质指数I随楔形滤片厚度增加而变大，说明楔形滤片越厚，射线中的低能部分被吸收的越多，并吸收了原射线打在机头光栏、准直均整片上产生的散射线，因而使射线的表面剂量降低，最大剂量点深度增加，即导致射线质变硬。
, 百拇医药
从实验结果，对6 MV-X线，其辐射质指数I在加上30、45、60度楔形滤片时与平野的差异分别达2.2%、2.5%、2.9%，根据国际卫生组织的报告：辐射质指数I变化超过2%时，原有的剂量数据不能代用而需要更换[4]。所以我们认为，在中能X射线中使用楔形滤片，应考虑射线辐射质变化带来的影响因素，并且，由于楔形滤片的厚度随着一个方向不断变化，这种影响在照射野的不同位置也是不同的，如对 6 MV-X线60度楔形野内不同位置的辐射质指数J20/J10差异达3.3%。对比6 MV-X线60度楔形野与平野两组TMR表，其差异总体趋势是随深度增加而增大，最大达4.4%。此时，如果楔形照射野仍沿用平野的剂量数据，将导致非靶区点的剂量高于预置量，尤其是在包括了肺、脊髓等重要组织时，将可能引起这些器官超过耐受量而产生严重的并发症。因此，对于精确的治疗而言，在中能X线使用楔形滤片时，应测量楔形野的组织最大剂量比和百分深度剂量。
参考文献
, 百拇医药
[1] I.A.E.A. 277 Absorbed Dose Determination in photon and Electron Beams.VIENNA,1987.27-29.
[2] 复旦大学，清华大学，北京大学.原子核物理实验方法[M].北京：原子能出版社，1981.58-73.
[3] Johns HE,Cunningham JR.The Physics of Radiology.4th ed,U.S.A. Charles C Thomas,1983.133-161.
[4] W.H.O.Quality Assurance in radiotherapy Geneva 1988.28-29.
收稿日期：1998-06-30, http://www.100md.com
单位：胡杰 陶建民 张莹 孙光荣 陈伟祥 (上海铁路局中心医院 放射科，上海 胡杰 陶建民 张莹 孙光荣 陈伟祥 (上海铁路局中心医院 放射科，上海 200072)；龚卿 (上海医科大学肿瘤医院 放疗科，上海 200032)
关键词：楔形滤片；辐射质；剂量分布
中国医学物理学杂志990202
摘要：光子照射野中引入楔形滤片将导致射线辐射质发生改变，继而使楔形野与平野相比，深度剂量发生改变。本文研究楔形野和平野两种情况下的辐射质差异，发现辐射质指数I变化达2.9%，最大剂量点深度变化达4 mm。为精确治疗，我们建议应测量楔形野的剂量数据。
中图分类号：R814.2
, 百拇医药
文献标识码：A
文章编号：1005-200X(1999)02-0067-03
The influence to the radiation quality by the wedge filter
HU Jie， TAO Jian-min， ZHANG Ying,et al.
(General Hospital of ShangHai Railway Bureau,ShangHai 200072,China)
Abstract:The presence of wedge filter in the photo field will cause the change of beam quality which results in the modification of depth dose distribution comparing with that in the open field.This study iams at quantitation of these phenomena and finds out the diferences of 2.9% in beam quality index and of 4 mm in Dmax.We suggest the measurement of wedge-field depth dose for the accurate dosimetry.
, 百拇医药
Key words: wedge filter; radiation quality; dose distribution
引言：在光子射线野中常常引入楔形滤片，借以改变照射体积内的剂量分布。但由于楔形滤片一般由铜、铅等重金属铸成，而X射线又是连续谱，因此，穿过滤片的X射线会与这些重金属材料相互作用而发生能谱的改变。本文通过固定焦点～电离室距离(SCD=100 cm)，对西门子MD7745电子直线加速器X线楔形野中深度为10 cm和20 cm两点的剂量测量，参照国际上采用J20/J10作为辐射质指标 I(Quality Index)的方法，来研究楔形滤片对X线辐射质的影响[1]。发现：对于 6 MV-X线，其J20/J10的变化最大可达2.9%，最大剂量点深度也由原来的1.5 cm增加到1.9 cm和2.0 cm之间；而对15 MV-X线，这两项则基本保持不变。根据国际报告的建议：J20/J10超过2%，剂量数据应作相应的修正。
, http://www.100md.com
1 材料和方法
(1)以西门子MD7745电子直线加速器作为辐射源，其两种X射线标称能量为6 MV和15 MV，用HS-2型剂量测量系统，将电离室置于等中心处(SCD=100 cm)，照射野定为10 cm×10 cm，每次测量机器预置量为 100 MU，分别在15、30、45、60度楔形滤片下和无楔形滤片照射野中，测量中心轴上深度为10 cm和20 cm两点的剂量，求J20/J10，以进行比较。
(2)在6 MV-X线，60度楔形滤片下，从原来的最大剂量深度 1.5 cm开始，以1 mm为单位递增体模厚度，直到找出新的最大剂量深度。
(3)在15 MV-X线，60度楔形滤片下，从原来的最大剂量深度3.0 cm开始，以1 mm为单位递增体模厚度，直到找出新的最大剂量深度。
, 百拇医药 (4)测量6 MV-X线，平野和60度楔形滤片照射野两种情况下的组织最大剂量比数据TMR。
(5)在6 MV-X线，60度楔形滤片下，等中心处照射野为10 cm×10 cm，每次测量机器预置量为100 MU，将电离室置于等中心处(SCD=100 cm)，测量中心轴上深度为10 cm和20 cm两点的剂量，求J20/J10，然后通过移床，分别测量楔形照射野内薄端距中心轴1 cm、2 cm、3 cm及厚端距中心轴1 cm、2 cm、3 cm处，水体模深度为10 cm和20 cm两点的剂量，求J20/J10。
2 结果
不同能量不同楔形滤片下的辐射质指数J20/J10(如表1、表2所示)，从实验结果中可以发现：对6 MV-X线，辐射质指数随楔形角的增大(即楔形滤片的厚度增加)而增大，到60度楔形角时，这个差异已达2.9%，并且以楔形滤片中心厚度为基准，同质屏蔽材料吸收平板下的辐射质指数J20/J10也按此规律逐渐增大，最大达3.2%，从而可以证明6 MV-X线在加上楔形滤片后辐射质发生了较大的改变；而对15 MV-X线，这两种情况下的辐射质指数J20/J10变化却均不明显，即辐射质改变较小。
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表1 6 MV-X线平野和不同楔形滤片及以楔形滤片中心
厚度为基准同质屏蔽材料吸收平板下的J20/J10 滤片角度
J10
J20
J20/J10
不同楔形滤片的J20/J10
与平野的差异
平野
67.48
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45.07
0.6679
15度
50.44
34.10
0.6761
1.2%
30度
48.99
33.44
0.6826
2.2%
45度
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39.20
26.83
0.6844
2.5%
60度
37.49
25.77
0.6873
2.9%
15度楔形滤片
同质吸收平板
51.11
34.68
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0.6785
1.6%
30度楔形滤片
同质吸收平板
47.13
32.31
0.6856
2.6%
45度楔形滤片
同质吸收平板
35.09
24.07
0.6860
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2.7%
60度楔形滤片
同质吸收平板
27.73
19.11
0.6891
3.2%
表2 15 MV-X线平野和不同楔形滤片及以楔形滤片
中心厚度为基准同质屏蔽材料吸收平板下的J20/J10 滤片角度
J10
J20
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J20/J10
不同楔形滤片的J20/J10
与平野的差异
平野
79.03
60.11
0.7606
15度
62.95
48.01
0.7627
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30度
61.86
47.18
0.7627
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45度
51.50
39.43
0.7656
0.7%
60度
49.80
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38.25
0.7681
1.0%
15度楔形滤片
同质吸收平板
64.41
49.09
0.7621
0.2%
30度楔形滤片
同质吸收平板
60.81
46.33
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0.7619
0.2%
45度楔形滤片
同质吸收平板
47.05
36.21
0.7696
1.2%
60度楔形滤片
同质吸收平板
38.80
29.92
0.7711
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1.4%
同时，由实验结果来看：6 MV-X线在加上60度楔形滤片后，最大剂量点深度也由原来的1.5 cm增加到了1.9 cm和2.0 cm之间；而对15 MV-X线，在加上60度楔形滤片后，最大剂量点深度仍然维持在3.0 cm左右。
从6 MV-X线平野和60度楔形野两组体模最大剂量比TMR(如表3所示)中不难发现：同样深度点，楔形野的TMR均大于平野相应的TMR，最大差异达4.4%，并且也可看出楔形野中最大剂量点有所下移。 表3 6 MV-X线60度楔形野与平野的TMR及其差异 depth(cm)
平野TMR
60度楔形野TMR
差异
1.5
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1.000
1.000
1.6
0.999
1.007
0.9%
1.7
0.999
1.007
0.9%
1.8
0.998
1.007
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0.9%
1.9
0.997
1.013
1.6%
2.0
0.997
1.015
1.8%
3.0
0.974
0.990
1.6%
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4.0
0.957
0.975
1.9%
5.0
0.924
0.944
2.2%
6.0
0.905
0.921
1.8%
7.0
, 百拇医药
0.869
0.893
2.8%
8.0
0.839
0.867
3.3%
9.0
0.814
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2.9%
10.0
0.786
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0.803
2.2%
11.0
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0.782
3.0%
12.0
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13.0
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0.715
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3.5%
14.0
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0.691
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0.669
3.4%
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0.645
3.7%
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17.0
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0.620
4.4%
18.0
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19.0
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0.572
4.3%
20.0
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0.526
0.548
4.2%
另外，在6 MV-X线，60度楔形滤片下，楔形照射野内，随着射线穿过楔形滤片位置不同(即厚度不同)，距中心轴不同距离处，辐射质指数J20/J10也不同(如表4所示)，由0.6682增加到0.6903，变化达3.3%。 表4 6MV-X线60度楔形野内不同位
置的辐射质指数J20/J10 位 置
J10
J20
J20/J10
, 百拇医药
薄端距中心轴3cm
46.08
30.79
0.6682
薄端距中心轴2cm
44.06
29.64
0.6727
薄端距中心轴1cm
41.68
28.27
0.6783
, 百拇医药
中心轴
38.25
26.29
0.6873
厚端距中心轴1cm
34.75
23.94
0.6889
厚端距中心轴2cm
31.15
21.48
0.6895
, http://www.100md.com 厚端距中心轴3cm
27.77
19.17
0.6903
3 讨论
光子与物质发生作用有光电效应、康普顿效应和电子对效应三种方式。由于X射线为连续谱，它在穿过楔形滤片时，必然要与这些重金属材料发生作用而产生一定吸收。对于一定原子序数的物质，光电效应的吸收截面随能量的增大而减少，与能量的立方成反比；康普顿效应的吸收截面在能量较低时，与能量无关，在能量较高时，近似与能量成反比；电子对效应的吸收截面临界能量为1.02 MeV，光子能量超过此能量时，吸收效应迅速变大，与能量的平方成正比[2，3]。对X射线而言，一般来讲，其最高能量等于管电压的峰值能量，而平均能量约为峰值能量的1/4～1/3间。因此，15 MV-X线的平均能量约在4～5 MV间，整个能谱中能量在1.02 MV以上的中有相当比例，这导致射线穿过楔形滤片时发生光电效应和康普顿效应而被吸收的低能部分较少，而电子对吸收则比重提高，高能部分损失增加，综合下来，射线平均能量改变不大；对6 MV-X线，平均能量在1.5～2.0 MV间，在这个能谱结构中，有较强的光电吸收和康普顿吸收，低能部分被吸收较多，电子对吸收份额则相对较少，高能部分损失相应较少，因而穿过楔形滤片后射线平均能量提高，此外，在6 MV-X线中，辐射质指数I随楔形滤片厚度增加而变大，说明楔形滤片越厚，射线中的低能部分被吸收的越多，并吸收了原射线打在机头光栏、准直均整片上产生的散射线，因而使射线的表面剂量降低，最大剂量点深度增加，即导致射线质变硬。
, 百拇医药
从实验结果，对6 MV-X线，其辐射质指数I在加上30、45、60度楔形滤片时与平野的差异分别达2.2%、2.5%、2.9%，根据国际卫生组织的报告：辐射质指数I变化超过2%时，原有的剂量数据不能代用而需要更换[4]。所以我们认为，在中能X射线中使用楔形滤片，应考虑射线辐射质变化带来的影响因素，并且，由于楔形滤片的厚度随着一个方向不断变化，这种影响在照射野的不同位置也是不同的，如对 6 MV-X线60度楔形野内不同位置的辐射质指数J20/J10差异达3.3%。对比6 MV-X线60度楔形野与平野两组TMR表，其差异总体趋势是随深度增加而增大，最大达4.4%。此时，如果楔形照射野仍沿用平野的剂量数据，将导致非靶区点的剂量高于预置量，尤其是在包括了肺、脊髓等重要组织时，将可能引起这些器官超过耐受量而产生严重的并发症。因此，对于精确的治疗而言，在中能X线使用楔形滤片时，应测量楔形野的组织最大剂量比和百分深度剂量。
参考文献
, 百拇医药
[1] I.A.E.A. 277 Absorbed Dose Determination in photon and Electron Beams.VIENNA,1987.27-29.
[2] 复旦大学，清华大学，北京大学.原子核物理实验方法[M].北京：原子能出版社，1981.58-73.
[3] Johns HE,Cunningham JR.The Physics of Radiology.4th ed,U.S.A. Charles C Thomas,1983.133-161.
[4] W.H.O.Quality Assurance in radiotherapy Geneva 1988.28-29.
收稿日期：1998-06-30, http://www.100md.com