探秘医用电离辐射：Elekta Versa HD 直线加速器电子束外剂量特性研究

《Physical and Engineering Sciences in Medicine》：Characteristics of the electron beam outside the applicator in an Elekta Versa HD Linac

为探究放疗中健康组织受照问题，研究人员对 Elekta Versa HD 直线加速器外周剂量测量研究，助力放疗优化。

　　在癌症治疗的舞台上，放疗是极为关键的 “角色”，它就像一把对抗癌细胞的利刃，能有效遏制肿瘤的发展，提高患者的生存率。然而，这把 “利刃” 却存在一个让人头疼的问题：在消灭癌细胞的同时，健康组织也可能会受到 “误伤”。部分健康组织会暴露在放疗野之外的剂量中，也就是外周剂量（peripheral dose），这可能会引发不良反应，甚至导致二次癌症。据统计，约 17 - 19% 的癌症幸存者最终会遭遇第二种癌症，虽然放疗仅占治疗相关二次恶性肿瘤的约 5%，但由于影响因素众多，很难单独评估其具体影响。而且从 1975 年到 2009 年，二次恶性肿瘤的发病率竟然翻倍了！考虑到随机效应可在无最低剂量阈值的情况下诱发癌症，外周辐射剂量和半影宽度（penumbra width）的重要性就不容小觑了，尤其是当关键器官，如眼睛，靠近放疗区域时。国际放射生物学保护委员会（ICRP 118）就指出，眼睛晶状体的有害混浊阈值剂量设定为 0.5 Gy。

在这样的背景下，来自西澳大利亚大学（The University of Western Australia）、GenesisCare 等机构的研究人员 Kapil Dev Maharaj、Simon Goodall 等开展了一项研究，旨在探究 Elekta Versa HD 直线加速器（LINAC）电子束 applicator 外的外周剂量，并将测量数据与 Monaco 治疗计划系统（TPS）进行比较。相关研究成果发表在《Physical and Engineering Sciences in Medicine》杂志上。

研究人员为开展此项研究，主要采用了以下关键技术方法：使用临床 Elekta Versa HD 机器，设置 6、9 和 12 MeV 三种能量；利用 Gafchromic EBT3 薄膜进行剂量测定，因其具有高分辨率、最小能量依赖性和接近水等效的放射学特性；采用特定的薄膜校准和扫描流程，通过 MATLAB 软件处理图像并转换剂量；运用 Fusion 360 软件制作测量结构，在不同条件下进行薄膜照射测量；使用 Monaco? TPS 版本 6.1.3.0 计算相关数据，并与测量结果对比。

下面来看看具体的研究结果：

• 剂量分布与对称性：研究人员测量并对比了不同能量、不同射野尺寸以及不同准直器角度下的剂量分布。结果显示，测量轮廓的对称性在 ±3% 范围内，符合国际电工委员会（IEC）电子剂量学协议规定的可接受标准，这表明剂量在治疗野内的传递较为均匀。
• 射野尺寸对剂量和半影的影响：随着能量增加，测量轮廓的外周剂量值呈上升趋势。而且，外周剂量值通常会随着射野尺寸的增大而降低，这一结果与之前 Cardenas 等人的报告一致。同时，半影宽度也随能量增加而增加，TPS 预测值略高于测量值，所有射野和能量下，测量值与 TPS 计算值的均方根偏差（RMSD）平均为 1.8 mm。
• 准直器角度对剂量和半影的影响：研究发现，准直器角度为 0 和 180 度时，外周剂量百分比在所有能量下几乎相同，这意味着不同角度下的外周剂量较为一致。而半影宽度同样随能量增加，不过在 12 MeV 时，180 度角与其他角度略有差异，这可能是由于加速束与准直器轴不完全重合导致的。
• 外周剂量随距离的变化：不出所料，在野外区域，靠近射野边缘的剂量较高，并且随着束能量的增加，剂量曲线向外凸出，即外周剂量更高。在距离射野边缘 10 - 15 mm 至 110 mm 的范围内，外周剂量值小于最大剂量的 5%。

综合研究结论和讨论部分，该研究具有重要意义。研究表明，外周剂量可能由散射光子或电子成分引起，其主要来源是轫致辐射效应产生的光子。不同能量的电子束，外周剂量的产生机制有所不同，高能束更易出现穿透和直接逃逸现象，低能束则以散射为主。而且，在某些电子治疗中，敏感器官可能靠近治疗野边缘，评估野外剂量就显得尤为重要。例如眼睛晶状体的阈值剂量为 0.5 Gy，在高能电子束治疗时，靠近治疗野边缘的区域很可能达到这一阈值。此次研究详细探讨了 Elekta Versa HD 直线加速器电子束外周剂量和半影宽度与射野尺寸、准直器角度的关系，平均而言，两者都随束能量增加而增加。在距离射野边缘 10 - 15 mm 处，外周剂量可降至最大剂量的 5% 以下，这意味着可通过增加屏蔽来进一步降低剂量，保护患者。了解外周剂量值有助于放疗团队更好地保护 applicator 外的关键器官，优化放疗计划，在提高治疗效果的同时，最大程度减少对患者健康组织的损害，为放疗的精准化和安全化提供了重要依据。