第七章電離輻射吸收劑量的測量

1、生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院醫(yī)療儀器研究所生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院醫(yī)療儀器研究所第七章第七章電離輻射吸收劑量的測量電離輻射吸收劑量的測量南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所電離室測量吸收劑量的基本過程是：通過測量電離室測量吸收劑量的基本過程是：通過測量電離電離輻射輻射在與物質(zhì)相互作用過程中產(chǎn)生的在與物質(zhì)相互作用過程中產(chǎn)生的次級粒子次級粒子的的電離電離電荷量電荷量，由計算得出吸收劑量。，由計算得出吸收劑量。一、電離室的工作機(jī)制一、電離室的工作機(jī)制南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所( (一一) )電離室基本原理電離室基本原理兩個互相平行的電極之間充滿空氣，虛線所包括的范圍稱兩個互相平

2、行的電極之間充滿空氣，虛線所包括的范圍稱為為電離室靈敏體積電離室靈敏體積。當(dāng)電離輻射，如。當(dāng)電離輻射，如X或或射線射入這個靈敏體射線射入這個靈敏體積內(nèi)，與其中的空氣介質(zhì)相互作用，產(chǎn)生積內(nèi)，與其中的空氣介質(zhì)相互作用，產(chǎn)生次級電子次級電子。這些電子。這些電子在其運(yùn)動徑跡上使空氣中的原子在其運(yùn)動徑跡上使空氣中的原子電離電離，產(chǎn)生一系列正負(fù)離子對。，產(chǎn)生一系列正負(fù)離子對。在靈敏體積內(nèi)的電場作用下，電子、在靈敏體積內(nèi)的電場作用下，電子、正離子正離子 分別向兩極漂移，使相分別向兩極漂移，使相應(yīng)極板的感應(yīng)電荷量發(fā)生變化，應(yīng)極板的感應(yīng)電荷量發(fā)生變化，成成電離電流電離電流。在電子平衡條件下。在電子平衡條件下測到

3、的電離電荷，理論上應(yīng)為次測到的電離電荷，理論上應(yīng)為次級電子所產(chǎn)級電子所產(chǎn) 生的全部電離電荷。生的全部電離電荷。 南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所根據(jù)以上原理可以制成根據(jù)以上原理可以制成自由空氣電離室自由空氣電離室主要由兩個相互平行的平主要由兩個相互平行的平板型電極構(gòu)成，極間相互板型電極構(gòu)成，極間相互絕緣并分別連接到電源高絕緣并分別連接到電源高壓的正負(fù)端，電極間充有壓的正負(fù)端，電極間充有空氣。構(gòu)成電離室的一個空氣。構(gòu)成電離室的一個極板與極板與電源高壓電源高壓的正端或的正端或負(fù)端相連，另一極板與負(fù)端相連，另一極板與靜靜電計輸入端電計輸入端相連，稱為收相連，稱為收集極。集極。南方

4、醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所電離室的電離室的靈敏體積靈敏體積是指通是指通過收集極邊緣的過收集極邊緣的電力線電力線所所包圍的兩個電極間的區(qū)域。包圍的兩個電極間的區(qū)域。在靈敏體積外的電極稱為在靈敏體積外的電極稱為保護(hù)環(huán)保護(hù)環(huán)，其作用時使靈敏，其作用時使靈敏體積邊緣外的電場保持均體積邊緣外的電場保持均勻，并同時使絕緣子的漏勻，并同時使絕緣子的漏電流不經(jīng)過測量回路，減電流不經(jīng)過測量回路，減少對信號的影響。少對信號的影響。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所在實際應(yīng)用中，電離室的輸出信號電流在在實際應(yīng)用中，電離室的輸出信號電流在1010-10-10A A量級，為弱電量

5、級，為弱電流，必須經(jīng)過流，必須經(jīng)過弱電流放大器弱電流放大器（靜電計靜電計）對其進(jìn)行放大，此類）對其進(jìn)行放大，此類靜電計通常稱為劑量測量儀。如下圖所示，靜電計實際上就靜電計通常稱為劑量測量儀。如下圖所示，靜電計實際上就是一個負(fù)反饋運(yùn)算放大器。以三種方式測量電離室的輸出信是一個負(fù)反饋運(yùn)算放大器。以三種方式測量電離室的輸出信號：號：1 1、測量輸出電荷量、測量輸出電荷量2 2、測量輸出電流、測量輸出電流3 3、測量輸出回路中形成的電壓信號。、測量輸出回路中形成的電壓信號。自由空氣電離室一般為國家一級或自由空氣電離室一般為國家一級或二級劑量標(biāo)準(zhǔn)實驗室所配置，二級劑量標(biāo)準(zhǔn)實驗室所配置，作為標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)場使

6、用的電離室型劑量儀進(jìn)行校準(zhǔn)，并不適作為標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)場使用的電離室型劑量儀進(jìn)行校準(zhǔn)，并不適合于在現(xiàn)場如醫(yī)院使用。合于在現(xiàn)場如醫(yī)院使用。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所(二二)指形電離室指形電離室指形電離室指形電離室是根據(jù)自由空氣電是根據(jù)自由空氣電離室的原理，為便于常規(guī)使用而設(shè)離室的原理，為便于常規(guī)使用而設(shè)計的。圖計的。圖a表示的電離室表示的電離室設(shè)想設(shè)想有圓形有圓形空氣外殼空氣外殼，中心為充有空氣的氣腔。，中心為充有空氣的氣腔。假定空氣外殼的假定空氣外殼的半徑半徑等于電離輻射等于電離輻射在空氣中產(chǎn)生的在空氣中產(chǎn)生的次級電子的最大射次級電子的最大射程程，滿足進(jìn)入氣腔中的電子數(shù)與離

7、，滿足進(jìn)入氣腔中的電子數(shù)與離開的相等，開的相等，電子平衡存在電子平衡存在。此條件。此條件下的電離室可認(rèn)為與自由空氣電離下的電離室可認(rèn)為與自由空氣電離室具有等同功能。室具有等同功能。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所(二二)指形電離室指形電離室如果將圖如果將圖a的空氣外殼壓縮，的空氣外殼壓縮，則可形成圖則可形成圖b所表示的所表示的固態(tài)的固態(tài)的空氣等效外殼空氣等效外殼。所謂。所謂空氣等效空氣等效就是該種物質(zhì)的有效原子序數(shù)就是該種物質(zhì)的有效原子序數(shù)與空氣有效原子序數(shù)相等。與空氣有效原子序數(shù)相等。由于固體空氣等效材料的由于固體空氣等

8、效材料的密度遠(yuǎn)大于自由空氣的密度，密度遠(yuǎn)大于自由空氣的密度，該種材料中達(dá)到電子平衡的厚該種材料中達(dá)到電子平衡的厚度可遠(yuǎn)度可遠(yuǎn)小于小于自由空氣的厚度。自由空氣的厚度。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所(二二)指形電離室指形電離室圖圖c就是根據(jù)上述思想設(shè)計就是根據(jù)上述思想設(shè)計而成的指形電離室的剖面圖。指而成的指形電離室的剖面圖。指形電離室的材料一般選用石墨，形電離室的材料一般選用石墨，它的有效原子序數(shù)小于空氣它的有效原子序數(shù)小于空氣（7.67）而接近于碳（）而接近于碳（6）。其）。其表面涂有一層導(dǎo)電材料，形成一表面涂有一層導(dǎo)電材料，形成一個電極。另一個收集電極位于中個電極。另一個

9、收集電極位于中心。心。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所如上所述，空氣氣腔中所產(chǎn)生的電離電荷，是由四周室壁如上所述，空氣氣腔中所產(chǎn)生的電離電荷，是由四周室壁中的次級電子所產(chǎn)生。中的次級電子所產(chǎn)生。為了使指形電離室與自由空氣電離室具有相同的效應(yīng)，為了使指形電離室與自由空氣電離室具有相同的效應(yīng)，它它的室壁應(yīng)與空氣外殼等效的室壁應(yīng)與空氣外殼等效，即在指形電離室壁中產(chǎn)生的次級，即在指形電離室壁中產(chǎn)生的次級電子數(shù)和能譜與空氣中產(chǎn)生的一樣。電子數(shù)和能譜與空氣中產(chǎn)生的一樣。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所通常用作室壁材料的石墨，酚醛樹脂和塑料，其有效原子通常用作室壁材料

10、的石墨，酚醛樹脂和塑料，其有效原子序數(shù)序數(shù)略小于略小于空氣的有效原子序數(shù)，這種室壁材料在空氣氣腔空氣的有效原子序數(shù)，這種室壁材料在空氣氣腔中產(chǎn)生的電離電荷也中產(chǎn)生的電離電荷也略少于略少于自由空氣電離室。自由空氣電離室。因此，選用有效原子序數(shù)略大的材料，制成中心收集電極，因此，選用有效原子序數(shù)略大的材料，制成中心收集電極，可補(bǔ)償室壁材料的不完全空氣等效?？裳a(bǔ)償室壁材料的不完全空氣等效。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所二、電離室的工作特性二、電離室的工作特性(一一)電離室的方向性電離室的方向性電離室本身有角度依賴性，電離室本身有角度依賴性，其正確的使用方法是，平行板電其正確的使

11、用方法是，平行板電離室應(yīng)使其表面離室應(yīng)使其表面垂直于垂直于射束中心射束中心軸，指形電離室應(yīng)使其主軸線與軸，指形電離室應(yīng)使其主軸線與射束中心軸的入射方向射束中心軸的入射方向 相垂直。相垂直。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所 (二二)電離室的飽和特性電離室的飽和特性電離輻射在空氣中產(chǎn)生的正負(fù)離子，在電離輻射在空氣中產(chǎn)生的正負(fù)離子，在沒有沒有外加電場的作外加電場的作用或電場強(qiáng)度不夠大時，會因熱運(yùn)動由密度大處向密度小用或電場強(qiáng)度不夠大時，會因熱運(yùn)動由密度大處向密度小處擴(kuò)散，導(dǎo)致宏觀的帶電粒子流動，稱為離子，電子的處擴(kuò)散，導(dǎo)致宏觀的帶電粒子流動，稱為離子，電子的擴(kuò)擴(kuò)散運(yùn)動散運(yùn)動。同時

12、，正離子與負(fù)離子在到達(dá)收集極前可能相遇同時，正離子與負(fù)離子在到達(dá)收集極前可能相遇復(fù)合復(fù)合成中成中性的原子或分子，這種復(fù)合會性的原子或分子，這種復(fù)合會損失損失一部分由電離輻射產(chǎn)生一部分由電離輻射產(chǎn)生的離子對數(shù)，從而影響電離效應(yīng)與電離室輸出信號之間的的離子對數(shù)，從而影響電離效應(yīng)與電離室輸出信號之間的對應(yīng)關(guān)系。對應(yīng)關(guān)系。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所當(dāng)電離室工作電壓當(dāng)電離室工作電壓較低較低時，正負(fù)離子的復(fù)合與擴(kuò)散作用顯時，正負(fù)離子的復(fù)合與擴(kuò)散作用顯得較為突出。如下圖所示：當(dāng)入射電離輻射的強(qiáng)度不變時，得較為突出。如下圖所示：當(dāng)入射電離輻射的強(qiáng)度不變時，電離室的輸出信號電流電離室的

13、輸出信號電流I隨工作電壓隨工作電壓V變化的關(guān)系，稱為變化的關(guān)系，稱為“電離室的飽和特性電離室的飽和特性”。圖中。圖中OA段，電離室工作電壓逐段，電離室工作電壓逐漸增高，離子或電子的飄移速度加大，逐漸克服復(fù)合與擴(kuò)漸增高，離子或電子的飄移速度加大，逐漸克服復(fù)合與擴(kuò)散作用的影響，輸出信號電流也逐漸增加。散作用的影響，輸出信號電流也逐漸增加。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所AB段內(nèi)，由于復(fù)合與擴(kuò)散影響已基本消除，信號電流不段內(nèi)，由于復(fù)合與擴(kuò)散影響已基本消除，信號電流不再隨工作電壓改變而保持穩(wěn)定，此段稱為再隨工作電壓改變而保持穩(wěn)定，此段稱為電離室的飽和區(qū)電離室的飽和區(qū)。電離室正常工作

14、時，其工作電壓應(yīng)處于這一范圍。隨著工電離室正常工作時，其工作電壓應(yīng)處于這一范圍。隨著工作電壓的繼續(xù)提高，作電壓的繼續(xù)提高，BC段電離室內(nèi)電場過強(qiáng)，因離子或段電離室內(nèi)電場過強(qiáng)，因離子或電子運(yùn)動速度加大，產(chǎn)生碰撞電離，離子數(shù)目變大，信號電子運(yùn)動速度加大，產(chǎn)生碰撞電離，離子數(shù)目變大，信號電流急劇上升，超出電離室正常工作狀態(tài)。電流急劇上升，超出電離室正常工作狀態(tài)。飽和區(qū)飽和區(qū)南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所(三三)電離室的桿效應(yīng)電離室的桿效應(yīng)電離室的靈敏度，也會受到電離室電離室的靈敏度，也會受到電離室金屬桿金屬桿和和電纜電纜在電在電離輻射場中的被照范圍的影響。因為電離室的金屬桿和絕

15、離輻射場中的被照范圍的影響。因為電離室的金屬桿和絕緣體及電纜，在電離輻射場中會產(chǎn)生緣體及電纜，在電離輻射場中會產(chǎn)生微弱的電離微弱的電離，疊加在，疊加在電離室的信號電流中，形成電離室桿的泄漏，這叫做電離室的信號電流中，形成電離室桿的泄漏，這叫做桿效桿效應(yīng)應(yīng)。實驗表明，對于實驗表明，對于X()射線，桿效應(yīng)表現(xiàn)有明顯的射線，桿效應(yīng)表現(xiàn)有明顯的能量能量依賴性依賴性，能量越大，桿效應(yīng)越明顯。而對于電子束，表現(xiàn)，能量越大，桿效應(yīng)越明顯。而對于電子束，表現(xiàn)不甚明確。另一特點是，當(dāng)電離室受照范圍較小時，桿效不甚明確。另一特點是，當(dāng)電離室受照范圍較小時，桿效應(yīng)變化較大，當(dāng)受照長度超過應(yīng)變化較大，當(dāng)受照長度超過1

16、0cm時，基本不再變化。時，基本不再變化。它影響射野輸出因子的測量精度。它影響射野輸出因子的測量精度。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所(四四)電離室的復(fù)合效應(yīng)：電離室的復(fù)合效應(yīng)：電離室即使工作在飽和區(qū)，也存在正、負(fù)離子復(fù)合效電離室即使工作在飽和區(qū)，也存在正、負(fù)離子復(fù)合效應(yīng)的影響。應(yīng)的影響。復(fù)合效應(yīng)的校正，通常采用稱為復(fù)合效應(yīng)的校正，通常采用稱為“雙電壓雙電壓”的實驗方的實驗方法。法。具體做法具體做法:對相同的輻射場，電離室分別加兩種不同的對相同的輻射場，電離室分別加兩種不同的工作電壓工作電壓V1和和V2，其中，其中V1為常規(guī)工作電壓，并且為常規(guī)工作電壓，并且V1和和V2的比

17、值要大于或等于的比值要大于或等于3，得到不同工作電壓時的收集電荷，得到不同工作電壓時的收集電荷數(shù)數(shù)Q1和和Q2，然后利用以下公式計算復(fù)合校正因子：，然后利用以下公式計算復(fù)合校正因子：Ps=a0+a1(Q1/Q2)+a2(Q1/Q2)2式子中，式子中，ai為實驗擬合系數(shù)。不同類型的電離輻射的為實驗擬合系數(shù)。不同類型的電離輻射的a1值分別列于書上值分別列于書上Page50的表的表3-2，3-3南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所復(fù)合效應(yīng)依賴于電離室的復(fù)合效應(yīng)依賴于電離室的幾何尺寸幾何尺寸、工作電壓工作電壓的選擇的選擇和和正負(fù)離子產(chǎn)生的速率正負(fù)離子產(chǎn)生的速率。對醫(yī)用加速器的對醫(yī)用加速

18、器的脈沖式輻射脈沖式輻射，特別是脈沖掃描式輻射，特別是脈沖掃描式輻射，復(fù)合效應(yīng)的校正尤為重要；復(fù)合效應(yīng)的校正尤為重要；但對于放射性核素產(chǎn)生的但對于放射性核素產(chǎn)生的射線（如鈷射線（如鈷-60），復(fù)合效），復(fù)合效應(yīng)非常小。應(yīng)非常小。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所(五五)電離室的極化效應(yīng)電離室的極化效應(yīng)對給定的電離輻射，電離室收集的電離電荷會因收集極工作電壓極對給定的電離輻射，電離室收集的電離電荷會因收集極工作電壓極性的改變而變化，這種變化現(xiàn)象稱為性的改變而變化，這種變化現(xiàn)象稱為極化效應(yīng)極化效應(yīng)。改變電離室工作電壓的極性會影響它的收集效率。改變電離室工作電壓的極性會影響它的收集

19、效率。(六六)環(huán)境因素對工作特性的影響環(huán)境因素對工作特性的影響非密閉型電離室，空腔中的空氣質(zhì)量隨非密閉型電離室，空腔中的空氣質(zhì)量隨環(huán)境溫度環(huán)境溫度和和氣壓氣壓變化而改變，變化而改變，即氣壓或溫度變化時，空氣質(zhì)量都會改變，就會直接影響電離室測量的即氣壓或溫度變化時，空氣質(zhì)量都會改變，就會直接影響電離室測量的靈敏度，現(xiàn)場使用時必須給予校正。校正系數(shù)與溫度和氣壓的關(guān)系為：靈敏度，現(xiàn)場使用時必須給予校正。校正系數(shù)與溫度和氣壓的關(guān)系為：Kpt = (273.2+t)/(273.2+T) (1013/p)式中式中T為電離室在國家實驗室校準(zhǔn)時的溫度，一般為為電離室在國家實驗室校準(zhǔn)時的溫度，一般為20C或或2

20、2C；t為為現(xiàn)場測量時的溫度；現(xiàn)場測量時的溫度；p為現(xiàn)場測量時的氣壓。為現(xiàn)場測量時的氣壓。 南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所三、電離室測量吸收劑量的原理三、電離室測量吸收劑量的原理由電離室工作原理可以看到它的作用是測量電離輻射在由電離室工作原理可以看到它的作用是測量電離輻射在空氣中或在空氣等效壁中產(chǎn)生的次級粒子的電離電荷?？諝庵谢蛟诳諝獾刃П谥挟a(chǎn)生的次級粒子的電離電荷。而在空氣中每產(chǎn)生一對正負(fù)離子所消耗的電子動能，對而在空氣中每產(chǎn)生一對正負(fù)離子所消耗的電子動能，對所有的電子來說，基本是一個常數(shù)，即平均電離能為所有的電子來說

21、，基本是一個常數(shù)，即平均電離能為W/e = 33.97 J/C 。e是每一個離子的電荷，是每一個離子的電荷，W是空氣中每形成一個離子對所消耗的是空氣中每形成一個離子對所消耗的平均能量平均能量南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所用電離室測量吸收劑量可以分為用電離室測量吸收劑量可以分為兩步兩步：首先首先測量由電離測量由電離輻射產(chǎn)生的電離電荷，輻射產(chǎn)生的電離電荷，然后然后利用空氣的平均電離能計算并轉(zhuǎn)利用空氣的平均電離能計算并轉(zhuǎn)換成電離輻射所沉積的能量，即吸收劑量。由于電離室本身換成電離輻射所沉積的能量，即吸收劑量。由于電離室本身特性的限制，采用這種方法測量吸收劑量時，對不同能量的特性

22、的限制，采用這種方法測量吸收劑量時，對不同能量的電離輻射，所依據(jù)的基礎(chǔ)和計算方法不同。電離輻射，所依據(jù)的基礎(chǔ)和計算方法不同。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所(一一)中低能中低能X()射線吸收劑量的測量射線吸收劑量的測量根據(jù)照射量的定義，如果用于測量的指形電離室符合條根據(jù)照射量的定義，如果用于測量的指形電離室符合條件室壁由空氣等效材料制成；室壁厚度件室壁由空氣等效材料制成；室壁厚度(或加平衡帽后或加平衡帽后)可達(dá)到電子平衡；氣腔體積可精確測定，則可以用來直接可達(dá)到電子平衡；氣腔體積可精確測定，則可以用來直接測量照射量，再轉(zhuǎn)換為吸收劑量。測量照射量，再轉(zhuǎn)換為吸收劑量。(3-18

23、)南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所對中低能對中低能X()射線來說，電子平衡能夠建立，介質(zhì)中的射線來說，電子平衡能夠建立，介質(zhì)中的吸收劑量可用相同位置處的照射量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。吸收劑量可用相同位置處的照射量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。需要注意的是這種測量的前提條件：電離室壁材料不僅需要注意的是這種測量的前提條件：電離室壁材料不僅要空氣等效，而且壁厚要滿足電子平衡條件。要空氣等效，而且壁厚要滿足電子平衡條件。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所(二二)高能電離輻射吸收劑量的測量高能電離輻射吸收劑量的測量上述用電離室測量照射量，再轉(zhuǎn)換為吸收劑量的方法，上述用電離室測量照射量，再轉(zhuǎn)換為吸收

24、劑量的方法，前提條件是必須建立電子平衡，這只對能量前提條件是必須建立電子平衡，這只對能量不高于不高于2MV的的X()射線適用。射線適用。另外，另外，照射量的定義僅適用于照射量的定義僅適用于X()光子輻射，光子輻射，不能用于其它類型的電離輻射，如電子、中子等。不能用于其它類型的電離輻射，如電子、中子等。布拉格格雷空腔布拉格格雷空腔理論可以用來直接從測量結(jié)果計算理論可以用來直接從測量結(jié)果計算吸收劑量。布拉格格雷空腔理論認(rèn)為，電離輻射在介質(zhì)吸收劑量。布拉格格雷空腔理論認(rèn)為，電離輻射在介質(zhì)中的沉積能量即介質(zhì)吸收劑量，可通過測量其置放在介質(zhì)中的沉積能量即介質(zhì)吸收劑量，可通過測量其置放在介質(zhì)中的小氣腔內(nèi)的

25、電離電荷轉(zhuǎn)換。中的小氣腔內(nèi)的電離電荷轉(zhuǎn)換。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所假設(shè)在一均勻介質(zhì)中有一充有空氣的氣腔，電離輻射如假設(shè)在一均勻介質(zhì)中有一充有空氣的氣腔，電離輻射如X()射線射線入射，它在介質(zhì)中產(chǎn)生的次級電子穿過氣腔時會在其中產(chǎn)生電離。這入射，它在介質(zhì)中產(chǎn)生的次級電子穿過氣腔時會在其中產(chǎn)生電離。這種電離可以是種電離可以是X()射線在氣腔空氣中產(chǎn)生的次級電子所致，也可以是射線在氣腔空氣中產(chǎn)生的次級電子所致，也可以是在電離室空氣等效壁材料中產(chǎn)生的次級電子所致。假定在電離室空氣等效壁材料中產(chǎn)生的次級電子所致。假定氣腔的直徑遠(yuǎn)氣腔的直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于次級電子的最大射程遠(yuǎn)小于次級電子

26、的最大射程，則以下三個假定成立：，則以下三個假定成立： X()射線光子在空腔中所產(chǎn)生的射線光子在空腔中所產(chǎn)生的次級電子的電離，即次級電子的電離，即“氣體作用氣體作用”可以可以忽略；忽略； 氣腔的引入并不影響次氣腔的引入并不影響次 級電子級電子的注量及能譜分布；的注量及能譜分布； 氣腔周圍的鄰近介質(zhì)中，氣腔周圍的鄰近介質(zhì)中，X()射射線的輻射場是均勻的。線的輻射場是均勻的。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所(續(xù)續(xù))也就是說也就是說氣腔的引入并不改變次級電子的分布?xì)馇坏囊氩⒉桓淖兇渭夒娮拥姆植?，則介質(zhì)，則介質(zhì)所吸收的電離輻射的能量所吸收的電離輻射的能量E m與氣腔中所產(chǎn)生的電離

27、量與氣腔中所產(chǎn)生的電離量J a 應(yīng)應(yīng)有如下關(guān)系：有如下關(guān)系： 式中式中w/e 為電子的平均電離能；為電子的平均電離能； ( S /)m / ( S /)a 為介質(zhì)與空氣的平均質(zhì)量阻止為介質(zhì)與空氣的平均質(zhì)量阻止 本領(lǐng)率之比。本領(lǐng)率之比。此式即是此式即是布拉格格雷布拉格格雷關(guān)系式。關(guān)系式。用布拉格格雷理論測量吸收劑量時用布拉格格雷理論測量吸收劑量時不需要電子平衡不需要電子平衡條件條件。 amamSSeWJE)/()/( 南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所小結(jié)小結(jié)綜合低能和高能電離輻射的測量原理，需注意以下幾點：綜合低能和高能電離輻射的測量原理，需注意以下幾點：1、中低能中低能X(

28、)射線吸收劑量的測量，首先測量的可以是照射射線吸收劑量的測量，首先測量的可以是照射量，但電離室壁材料不僅要空氣等效，而且壁厚要滿足電子量，但電離室壁材料不僅要空氣等效，而且壁厚要滿足電子平衡條件。平衡條件。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所小結(jié)小結(jié)2、用布拉格格雷理論測量吸收劑量時，就不需要電子平衡、用布拉格格雷理論測量吸收劑量時，就不需要電子平衡條件，因為根據(jù)空腔電離理論，氣腔中產(chǎn)生的電離電荷量只條件，因為根據(jù)空腔電離理論，氣腔中產(chǎn)生的電離電荷量只和介質(zhì)中實際吸收的能量有關(guān)。和介質(zhì)中實際吸收的能量有關(guān)。對中低能對中低能X()射線測量時，只要電離室壁材料和空氣等效，對射線測量

29、時，只要電離室壁材料和空氣等效，對空腔的大小沒有特別的限制。如在空氣中測量低水平輻射，空腔的大小沒有特別的限制。如在空氣中測量低水平輻射，電離室體積往往比較大。電離室體積往往比較大。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所小結(jié)小結(jié)3、用空腔理論測量高能電離輻射的吸收劑量時，空腔應(yīng)足、用空腔理論測量高能電離輻射的吸收劑量時，空腔應(yīng)足夠小，一般要小于次級電子的最大射程，但也不能過小，以夠小，一般要小于次級電子的最大射程，但也不能過小，以致造成由次級電離產(chǎn)生的電子大量跑出氣腔，而使布拉格致造成由次級電離產(chǎn)生的電子大量跑出氣腔，而使布拉格格雷關(guān)系式失效格雷關(guān)系式失效南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究

30、所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所四、電離輻射質(zhì)的確定四、電離輻射質(zhì)的確定電離輻射電離輻射質(zhì)質(zhì)即即輻射能量輻射能量。對某些類型的輻射，如各類治療。對某些類型的輻射，如各類治療機(jī)所產(chǎn)生的機(jī)所產(chǎn)生的X X射線，由于是軔致輻射和為了適應(yīng)臨床治療射線，由于是軔致輻射和為了適應(yīng)臨床治療需要給與均整改造后，能譜甚為復(fù)雜，規(guī)定和測量其能量需要給與均整改造后，能譜甚為復(fù)雜，規(guī)定和測量其能量較為困能。較為困能。實際上，放射治療臨床對輻射能量的關(guān)心，實際上，放射治療臨床對輻射能量的關(guān)心，主要集中主要集中在電在電離輻射穿透物質(zhì)的能力上。因此，電離輻射質(zhì)定義為離輻射穿透物質(zhì)的能力上。因此，電離輻射質(zhì)定義為電離電離輻射穿射物

31、質(zhì)的本領(lǐng)輻射穿射物質(zhì)的本領(lǐng)。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所四、電離輻射質(zhì)的確定四、電離輻射質(zhì)的確定(一一) X()射線質(zhì)的確定射線質(zhì)的確定 1、中低能、中低能X射線質(zhì)，一般用半價層射線質(zhì)，一般用半價層(HVL)來表示。來表示。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所HVL可以通過可以通過X射線束貫穿某種介質(zhì)時的減弱程度來射線束貫穿某種介質(zhì)時的減弱程度來定義和確定。定義和確定。 N = N0e-式中式中N為達(dá)到探測器的光子數(shù)，為達(dá)到探測器的光子數(shù)，N0為入射光子數(shù)，為入射光子數(shù)，為線性衰減系數(shù)，為線性衰減系數(shù)，為吸收體的厚度。為吸收體的厚度。 HVL = 0.6

32、93南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所2、放射性核素產(chǎn)生的、放射性核素產(chǎn)生的射線射線與與X射線不同，每種放射性核素放出射線不同，每種放射性核素放出射線的衰變過程是射線的衰變過程是特定的，根據(jù)它們的衰變圖可以很清楚地了解所用放射性核特定的，根據(jù)它們的衰變圖可以很清楚地了解所用放射性核素的素的射線能量。例如鈷射線能量。例如鈷60在衰變過程中釋放兩種不同能在衰變過程中釋放兩種不同能量的量的射線，射線，1.17和和1.33MeV，因為它們的衰變概率相同，所，因為它們的衰變概率相同，所以它們的平均能量為以它們的平均能量為1.25MeV。對能譜比較復(fù)雜的放射性核。對能譜比較復(fù)雜的放射性核

33、素，經(jīng)過對不同能量素，經(jīng)過對不同能量射線衰變概率的加權(quán)處理，就可以得射線衰變概率的加權(quán)處理，就可以得到其平均能量。到其平均能量。因此，放射治療中放射性核素的因此，放射治療中放射性核素的射線質(zhì)，一般用其射線質(zhì)，一般用其核核素名素名和和輻射類型輻射類型表示，如鈷表示，如鈷60 射線、銫射線、銫137 射線等。射線等。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所3、高能、高能X射線射線加速器產(chǎn)生的高能加速器產(chǎn)生的高能X射線，能譜是連續(xù)的，最大能量可以射線，能譜是連續(xù)的，最大能量可以認(rèn)為與加速電子打靶前的能量相同。高能認(rèn)為與加速電子打靶前的能量相同。高能X射線的射線質(zhì)原則射線的射線質(zhì)原則上也可

34、以用某種材料的半價層值表示，但因為高能上也可以用某種材料的半價層值表示，但因為高能X射線的穿射線的穿透力較強(qiáng)，線性衰減系數(shù)透力較強(qiáng)，線性衰減系數(shù)值隨射線質(zhì)的變化比較小，因此高值隨射線質(zhì)的變化比較小，因此高能能X射線的射線質(zhì)一般用射線的射線質(zhì)一般用電子的標(biāo)稱加速電位電子的標(biāo)稱加速電位表示，單位是百表示，單位是百萬伏萬伏(或兆伏，或兆伏，MV)。從劑量學(xué)角度考慮，對高能從劑量學(xué)角度考慮，對高能X射線質(zhì)的確定，常用射線質(zhì)的確定，常用輻射質(zhì)輻射質(zhì)指數(shù)指數(shù) I 來表示。來表示。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所輻射質(zhì)指數(shù)的定義方法有輻射質(zhì)指數(shù)的定義方法有兩種兩種：一是一是保持靶到探測器

35、的距離保持靶到探測器的距離不變，以水模中不變，以水模中20cm處和處和10cm各處的組織體模比各處的組織體模比TPR的比值的比值表示；表示；二是二是保持靶到模體表面的距離不變，以水模中保持靶到模體表面的距離不變，以水模中20cm處處和和10cm處的百分深度劑量處的百分深度劑量PDD的比值表示。的比值表示。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所(二二)高能高能電子束電子束射線質(zhì)的確定射線質(zhì)的確定加速器產(chǎn)生的高能電子束，在加速器產(chǎn)生的高能電子束，在電子引出窗以前電子引出窗以前，能譜相對，能譜相對較窄，基本可認(rèn)為是單能。較窄，基本可認(rèn)為是單能。電子束引出后電子束引出后，經(jīng)過散射箔、監(jiān)，

36、經(jīng)過散射箔、監(jiān)測電離室、空氣等介質(zhì)，并經(jīng)準(zhǔn)直器限束到模體測電離室、空氣等介質(zhì)，并經(jīng)準(zhǔn)直器限束到模體(或患者或患者)表面表面和進(jìn)入模體后，能譜逐漸變寬。和進(jìn)入模體后，能譜逐漸變寬。因此，電子束能量因此，電子束能量在不同位置數(shù)值差別很大在不同位置數(shù)值差別很大。從臨床使用。從臨床使用和水中吸收劑量測量考慮，對高能電子束，首先要關(guān)心和水中吸收劑量測量考慮，對高能電子束，首先要關(guān)心模體模體表面表面和和水中特定深度處水中特定深度處的能量的定義和表示法。的能量的定義和表示法。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所1、模體表面的平均能量、模體表面的平均能量高能電子束在模體表面的平均能量高能電子束

37、在模體表面的平均能量 0，是表示電子束穿射介質(zhì)的能力，是表示電子束穿射介質(zhì)的能力和確定模體不同深度處電子束平均能量的一個重要參數(shù)。確定和確定模體不同深度處電子束平均能量的一個重要參數(shù)。確定 0的方法是的方法是通過測量高能電子束在水中的百分深度劑量曲線（如圖），找出它的通過測量高能電子束在水中的百分深度劑量曲線（如圖），找出它的半峰半峰值劑量深度值劑量深度R50(cm)。 0 = 2.33 R 50系數(shù)系數(shù)2.33的單位是的單位是MeV cm-1，它是利用蒙特卡羅方法模擬高能電子束百分，它是利用蒙特卡羅方法模擬高能電子束百分深度劑量而得來的。深度劑量而得來的。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大

38、學(xué)醫(yī)療儀器研究所需要特別指出，在確定需要特別指出，在確定R50時，要求固定時，要求固定源（即靶位置）源（即靶位置）到電離室的距離到電離室的距離，然后測量百分深度劑量或深度電離量。，然后測量百分深度劑量或深度電離量。為克服射野的影響，測量時應(yīng)采用為克服射野的影響，測量時應(yīng)采用較大的射野較大的射野，一般為，一般為15cm15cm* *15cm15cm或者更大，特別對于大于或者更大，特別對于大于15MeV15MeV的高能電子束的高能電子束更應(yīng)如此。更應(yīng)如此。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所對于這個對于這個 0 = 2.33 R 50式子，式子，只適用于只適用于固定源到電離固定源到

39、電離室距離測量條件，如果采用固定源到模體表面距離室距離測量條件，如果采用固定源到模體表面距離（固定（固定SSDSSD）方法，上式應(yīng)改為：）方法，上式應(yīng)改為：南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所2、不同深度處的平均能量、不同深度處的平均能量隨著模體深度的增加，電子束能量發(fā)生變化。在深度隨著模體深度的增加，電子束能量發(fā)生變化。在深度z處的電處的電子束的平均能量，可以近似其表面能量子束的平均能量，可以近似其表面能量 0和射程和射程R p來表示：來表示： z= 0(1-z/R p)該式是一近似關(guān)系式，僅對該式是一近似關(guān)系式，僅對較低能量較低能量的電子束（的電子束（10MeV），），或或

40、較高的電子能量較高的電子能量時時較小深度較小深度處成立。處成立。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所電子射程電子射程R p定義為水中百分深度劑量曲線定義為水中百分深度劑量曲線下降部分梯度最大下降部分梯度最大點的切線點的切線，與，與軔致輻射部分外推延長線交點處軔致輻射部分外推延長線交點處的深度的深度(cm)。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所五、吸收劑量的校準(zhǔn)五、吸收劑量的校準(zhǔn)用電離室方法測量吸收劑量，理論上設(shè)想的是一理想電離室。用電離室方法測量吸收劑量，理論上設(shè)想的是一理想電離室。當(dāng)用于當(dāng)用于中低能中低能射線吸收劑量測量時，假定電離室室壁材料為空射線吸收劑量測

41、量時，假定電離室室壁材料為空氣等效，空腔體積能精確測定和電離室室壁厚度可達(dá)到完全的氣等效，空腔體積能精確測定和電離室室壁厚度可達(dá)到完全的電子平衡。電子平衡。而當(dāng)用于而當(dāng)用于高能高能電離輻射吸收劑量測量時，電離室又被理想化為電離輻射吸收劑量測量時，電離室又被理想化為布拉格布拉格-格雷腔。如果要滿足上述條件，電離室的設(shè)計與制作格雷腔。如果要滿足上述條件，電離室的設(shè)計與制作十分困難。十分困難。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所對現(xiàn)場使用的電離室，為了能適應(yīng)實際測量的需要，往往對有對現(xiàn)場使用的電離室，為了能適應(yīng)實際測量的需要，往往對有些條件作了近似處理。些條件作了近似處理。當(dāng)將電離室

42、空腔中產(chǎn)生的電離電荷量轉(zhuǎn)換成組織中的吸收劑量當(dāng)將電離室空腔中產(chǎn)生的電離電荷量轉(zhuǎn)換成組織中的吸收劑量時，對計算中使用的相關(guān)系數(shù)也做了近似的處理。時，對計算中使用的相關(guān)系數(shù)也做了近似的處理。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所因此，將現(xiàn)場電離室直接用于測量各種類型電離輻射因此，將現(xiàn)場電離室直接用于測量各種類型電離輻射的吸收劑量之前，必須對它們校準(zhǔn)，并選擇和確定與它們的吸收劑量之前，必須對它們校準(zhǔn)，并選擇和確定與它們相適應(yīng)的相關(guān)系數(shù)。相適應(yīng)的相關(guān)系數(shù)。這一工作應(yīng)由這一工作應(yīng)由國家級國家級的計量監(jiān)督部門，作為的計量監(jiān)督部門，作為一級國家一級國家標(biāo)準(zhǔn)實驗室標(biāo)準(zhǔn)實驗室來完成，或由其授權(quán)并經(jīng)

43、計量標(biāo)準(zhǔn)傳遞的地方來完成，或由其授權(quán)并經(jīng)計量標(biāo)準(zhǔn)傳遞的地方級計量監(jiān)督部門，作為次級實驗室來完成。級計量監(jiān)督部門，作為次級實驗室來完成。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所(一一)吸收劑量測量用電離室、模體、幾何條件的技術(shù)吸收劑量測量用電離室、模體、幾何條件的技術(shù)要求要求為了量值的統(tǒng)一和測量結(jié)果的準(zhǔn)確，國內(nèi)外的基本做法為了量值的統(tǒng)一和測量結(jié)果的準(zhǔn)確，國內(nèi)外的基本做法是，首先建立是，首先建立國家級的劑量基準(zhǔn)國家級的劑量基準(zhǔn)，并制定相關(guān)的吸收劑量測，并制定相關(guān)的吸收劑量測量規(guī)程。量規(guī)程。根據(jù)電離室測量吸收劑量的原理，根據(jù)電離室測量吸收劑量的原理，北京中國計量科學(xué)院北京中國計量科學(xué)院作

44、為國家作為國家一級一級標(biāo)準(zhǔn)實驗室，就建立有照射量基準(zhǔn)的國家級一標(biāo)準(zhǔn)實驗室，就建立有照射量基準(zhǔn)的國家級一級標(biāo)準(zhǔn)。級標(biāo)準(zhǔn)。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所(續(xù)續(xù))并在有條件的省市建立了并在有條件的省市建立了次級次級標(biāo)準(zhǔn)實驗室，負(fù)責(zé)對標(biāo)準(zhǔn)實驗室，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場現(xiàn)場如醫(yī)院如醫(yī)院使用的測量儀表使用的測量儀表(電離室和靜電計電離室和靜電計)進(jìn)行進(jìn)行校準(zhǔn)校準(zhǔn)和和檢定檢定，給出相關(guān)的照射量校準(zhǔn)因子給出相關(guān)的照射量校準(zhǔn)因子NX或空氣比釋動能校準(zhǔn)因子或空氣比釋動能校準(zhǔn)因子NK，并對現(xiàn)場使用給予指導(dǎo)和檢查。并對現(xiàn)場使用給予指導(dǎo)和檢查。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所(續(xù)續(xù))放射治

45、療中對吸收劑量的校準(zhǔn)一般都是通過放射治療中對吸收劑量的校準(zhǔn)一般都是通過組織替代水組織替代水模體模體中的吸收劑量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此，對吸收劑量的校準(zhǔn)，一中的吸收劑量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此，對吸收劑量的校準(zhǔn)，一般是在般是在水模體水模體(簡稱簡稱水箱水箱)中進(jìn)行。中進(jìn)行。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所電離室中心所收集的電荷，是源于它前方的某一點產(chǎn)生的次電離室中心所收集的電荷，是源于它前方的某一點產(chǎn)生的次級電子，有必要定義電離室的級電子，有必要定義電離室的有效測量點有效測量點Peff，以修正電離室氣，以修正電離室氣腔內(nèi)電離輻射的注量梯度變化。（如圖）有效測量點腔內(nèi)電離輻射的注量梯度變化。（如

46、圖）有效測量點Peff位于電位于電離室中心點離室中心點P的前方的前方(面向射束入射方向面向射束入射方向)，以，以r表示電離室半徑，表示電離室半徑，對不同輻射質(zhì)，對不同輻射質(zhì)， Peff分別位于：分別位于： 高能電子束為高能電子束為0.5r； 高能高能X射線為射線為0.75r； 60Co射線為射線為0.5r； 中能中能X射線為幾何中心。射線為幾何中心。 1、電離室的有效測量點、電離室的有效測量點南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所2、校準(zhǔn)深度、校準(zhǔn)深度在水模中測量吸收劑量，需要規(guī)范測量的幾何條件，例如在水模中測量吸收劑量，需要規(guī)范測量的幾何條件，例如為了減少水中吸收劑量梯度變化的

47、影響，一般都將電離室為了減少水中吸收劑量梯度變化的影響，一般都將電離室置放在水中一個置放在水中一個特定的校準(zhǔn)深度特定的校準(zhǔn)深度，具體參看表，具體參看表311。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所為了使用方便，模體材料也可以選擇使用原子序數(shù)和為了使用方便，模體材料也可以選擇使用原子序數(shù)和質(zhì)量密度與水介質(zhì)接近的固體材料，如質(zhì)量密度與水介質(zhì)接近的固體材料，如有機(jī)玻璃有機(jī)玻璃、聚苯乙聚苯乙烯烯、“固體水固體水”等，但是測量結(jié)果必須最終轉(zhuǎn)換成水中吸等，但是測量結(jié)果必須最終轉(zhuǎn)換成水中吸收劑量。收劑量。3 3、水模和固體模體中吸收劑量的轉(zhuǎn)換、水模和固體模體中吸收劑量的轉(zhuǎn)換南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器

48、研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所對對X(X()射線射線，將，將固體介質(zhì)固體介質(zhì)中測量的中測量的吸收劑量吸收劑量轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成水中水中的的吸吸收劑量收劑量時，如果在測量位置，射線的能譜分布和原射線與散時，如果在測量位置，射線的能譜分布和原射線與散射線的注量在兩種介質(zhì)中相同，則有：射線的注量在兩種介質(zhì)中相同，則有：3.1 3.1 水模和固體模體中吸收劑量的轉(zhuǎn)換（水模和固體模體中吸收劑量的轉(zhuǎn)換（ X()射線）射線）南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所測量深度的校正測量深度的校正：因水和固體模體對射線的吸收不完全相同，：因水和固體模體對射線的吸收不完全相同，還需對測量深度進(jìn)行校正。測量時

49、，一般應(yīng)保持還需對測量深度進(jìn)行校正。測量時，一般應(yīng)保持放射源放射源到到電電離室離室的距離的距離SCDSCD和和照射野照射野大小不變，如圖大小不變，如圖3-253-25所示。水中測量所示。水中測量深度深度dwdw與固體模體中的測量深度與固體模體中的測量深度dmdm的比值為比例系數(shù)的比值為比例系數(shù)SFSF：南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所散射校正散射校正：由于固體材料尤其是有機(jī)玻璃，其：由于固體材料尤其是有機(jī)玻璃，其電子密度電子密度比水比水大，這樣在固體模體中引起的大，這樣在固體模體中引起的散射散射不同于在水模體中的散射，不同于在水模體中的散射，需做額外需做額外散射校正散射校正

50、ESCESC。ESCESC因子與因子與照射野大小照射野大小、測量深度測量深度有有關(guān)。加入關(guān)。加入ESCESC校正后，前面式子變成：校正后，前面式子變成：南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所對對高能電子束高能電子束，測量吸收劑量的校準(zhǔn)深度都應(yīng)位于，測量吸收劑量的校準(zhǔn)深度都應(yīng)位于最大劑量深最大劑量深度度d dmaxmax處。如果水箱和固體模體中，深度處。如果水箱和固體模體中，深度d dmaxmax處的電子譜和注量處的電子譜和注量相同，電子束在相同，電子束在水水和和固體固體材料中材料中吸收劑量吸收劑量的相應(yīng)關(guān)系為：的相應(yīng)關(guān)系為：3.2 3.2 水模和固體模體中吸收劑量的轉(zhuǎn)換（高能電子

51、束）水模和固體模體中吸收劑量的轉(zhuǎn)換（高能電子束）南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所如果深度如果深度d dmaxmax處的電子注量不同，上式改為：處的電子注量不同，上式改為：南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所電子注量電子注量隨著介質(zhì)平均原子序數(shù)的隨著介質(zhì)平均原子序數(shù)的增加增加和入射電子束能量和入射電子束能量的的降低降低而而增加增加。表。表3-163-16列出水和聚苯乙烯在列出水和聚苯乙烯在d dmaxmax處的電子注處的電子注量比值，對于有機(jī)玻璃，該比值較小，可忽略不計。量比值，對于有機(jī)玻璃，該比值較小，可忽略不計。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀

52、器研究所技術(shù)要求小結(jié)：技術(shù)要求小結(jié)：有效測量點有效測量點校準(zhǔn)深度校準(zhǔn)深度水模和固體模體中吸收劑量的轉(zhuǎn)換（水模和固體模體中吸收劑量的轉(zhuǎn)換（X(X()射線、高射線、高能電子束）能電子束）南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所(二二)中低能中低能X射線吸收劑量校準(zhǔn)射線吸收劑量校準(zhǔn)具體做法：具體做法：首先將現(xiàn)場使用的電離室，經(jīng)首先將現(xiàn)場使用的電離室，經(jīng)國家標(biāo)準(zhǔn)實驗室國家標(biāo)準(zhǔn)實驗室的照射量基的照射量基準(zhǔn)或空氣比釋動能基準(zhǔn)校準(zhǔn)后，得到：準(zhǔn)或空氣比釋動能基準(zhǔn)校準(zhǔn)后，得到：照射量校準(zhǔn)因子照射量校準(zhǔn)因子Nx：Nx=Xc/Mc或或空氣比釋動能校準(zhǔn)因子空氣比釋動能校準(zhǔn)因子Nk ：Nk=Ka,C/McM

53、為校準(zhǔn)時電離室劑量儀的儀表讀數(shù)，角標(biāo)為校準(zhǔn)時電離室劑量儀的儀表讀數(shù)，角標(biāo)C表示校準(zhǔn)時表示校準(zhǔn)時使用的輻射質(zhì)。使用的輻射質(zhì)。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所在用戶現(xiàn)場，如醫(yī)院，測量在用戶現(xiàn)場，如醫(yī)院，測量均勻水模均勻水模體中體中P點的吸收劑量，點的吸收劑量，將經(jīng)過照射量或空氣比釋動能校準(zhǔn)的電離室置放在水模體中，將經(jīng)過照射量或空氣比釋動能校準(zhǔn)的電離室置放在水模體中，電離室的中心電離室的中心P與點與點P相重合。劑量儀儀表讀數(shù)相重合。劑量儀儀表讀數(shù)Mu（角標(biāo)（角標(biāo)u表表示輻射質(zhì)），則示輻射質(zhì)），則P點的照射量為：點的照射量為：X=MuNxKu上式表示是以點上式表示是以點P為中心，直

54、徑等于電離室外徑的一空氣腔為中心，直徑等于電離室外徑的一空氣腔置換電離室后的照射量。置換電離室后的照射量。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所X=MuNxKuKu為為輻射質(zhì)校正因子輻射質(zhì)校正因子，表示當(dāng)用戶現(xiàn)場使用的電離輻射質(zhì)，表示當(dāng)用戶現(xiàn)場使用的電離輻射質(zhì)，與電離室做校準(zhǔn)時的輻射質(zhì)不同時，對電離室影響的校準(zhǔn)。與電離室做校準(zhǔn)時的輻射質(zhì)不同時，對電離室影響的校準(zhǔn)。在中低能在中低能X射線的能量范圍內(nèi)，電離室壁對射線的吸收校正射線的能量范圍內(nèi)，電離室壁對射線的吸收校正和室壁材料不完全空氣等效的校正，都包含在照射量校準(zhǔn)因和室壁材料不完全空氣等效的校正，都包含在照射量校準(zhǔn)因子子NX之中。

55、之中。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所對上式和對上式和3-183-18式子式子作適當(dāng)轉(zhuǎn)換，可得到均勻水模體中作適當(dāng)轉(zhuǎn)換，可得到均勻水模體中P P點的吸收劑量點的吸收劑量DwDw為：為：或用空氣比釋動能或用空氣比釋動能NkNk，DwDw為：為：式中，式中， 為水與空氣的質(zhì)能吸收系數(shù)之比，為水與空氣的質(zhì)能吸收系數(shù)之比，PuPu為為擾動校正因子擾動校正因子，修正以空氣和電離室室壁材料置換水后，對輻射場的擾動影響。修正以空氣和電離室室壁材料置換水后，對輻射場的擾動影響。（所謂（所謂擾動擾動，是指電離室會對，是指電離室會對X(X()射線和電子束在水中的注量產(chǎn)生擾射線和電子束在水中的注

56、量產(chǎn)生擾動影響，用擾動因子來修正。）動影響，用擾動因子來修正。）南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所(三三)高能電離輻射吸收劑量校準(zhǔn)高能電離輻射吸收劑量校準(zhǔn)高能高能X()射線和電子束的吸收劑量的測量，基本依據(jù)是射線和電子束的吸收劑量的測量，基本依據(jù)是ICRU第第14號和第號和第21號報告推薦的方法，即號報告推薦的方法，即C和和CE法。法。1980后，后，北歐臨床物理學(xué)會提出了高能電離輻射吸收劑量測量的新北歐臨床物理學(xué)會提出了高能電離輻射吸收劑量測量的新方法，隨后，英國醫(yī)院物理學(xué)家協(xié)會，美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家方法，隨后，英國醫(yī)院物理學(xué)家協(xié)會，美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會等一些學(xué)術(shù)組織，也根據(jù)本

57、國的實踐，提出了相應(yīng)的協(xié)會等一些學(xué)術(shù)組織，也根據(jù)本國的實踐，提出了相應(yīng)的測量方法。盡管這些方法形式上有所差異，但所依據(jù)的今測量方法。盡管這些方法形式上有所差異，但所依據(jù)的今本理論是一致的。本理論是一致的。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所(三三)高能電離輻射吸收劑量校準(zhǔn)高能電離輻射吸收劑量校準(zhǔn)特別是特別是IAEA，是為了便于在世界范圍內(nèi)實施統(tǒng)一、簡捷、，是為了便于在世界范圍內(nèi)實施統(tǒng)一、簡捷、易于執(zhí)行，而在易于執(zhí)行，而在1987年提出的高能電離輻射吸收劑量的測年提出的高能電離輻射吸收劑量的測量規(guī)程。量規(guī)程。根據(jù)根據(jù)IAEA方法用電離室測量高能方法用電離室測量高能X()射線和電子

58、束的吸射線和電子束的吸收劑量，其結(jié)果與量熱法，化學(xué)劑量計方法的結(jié)果比較，收劑量，其結(jié)果與量熱法，化學(xué)劑量計方法的結(jié)果比較，差別小于差別小于1%。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所1、高能電離輻射吸收劑量校準(zhǔn)的、高能電離輻射吸收劑量校準(zhǔn)的C和和CE法法高能電離輻射吸收劑量測量的高能電離輻射吸收劑量測量的C和和CE法，在法，在80年代以前年代以前得到普遍應(yīng)用，但是由于這種方法存在缺陷和不足，從得到普遍應(yīng)用，但是由于這種方法存在缺陷和不足，從80年代后期就不再使用了。年代后期就不再使用了。 C和和CE方法的主要問題是：方法的主要問題是：使用空氣照射量校準(zhǔn)因子測量模體內(nèi)的照射量是有問

59、使用空氣照射量校準(zhǔn)因子測量模體內(nèi)的照射量是有問題的，因為這要求電離室的空氣校準(zhǔn)因子在模體中不隨測題的，因為這要求電離室的空氣校準(zhǔn)因子在模體中不隨測量深度和射野改變而保持為一個常數(shù)。這與實際情況不符。量深度和射野改變而保持為一個常數(shù)。這與實際情況不符。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所在測量高能在測量高能X()射線時，射線時，C方法假設(shè)電離室為水的等方法假設(shè)電離室為水的等效材料；而高能電子束測量時，效材料；而高能電子束測量時，CE方法又假設(shè)電離室為空方法又假設(shè)電離室為空氣等效材料，應(yīng)用時就有矛盾。氣等效材料，應(yīng)用時就有矛盾。 對所有的電離室都使用相同的置換因子，而不考慮對所有的

60、電離室都使用相同的置換因子，而不考慮輻射質(zhì)和測量深度的影響，顯然不正確。這個因子實際上輻射質(zhì)和測量深度的影響，顯然不正確。這個因子實際上受電離室的幾何構(gòu)造和射線能量的影響。受電離室的幾何構(gòu)造和射線能量的影響。南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所南方醫(yī)科大學(xué)醫(yī)療儀器研究所2、高能電離輻射吸收劑量校準(zhǔn)的、高能電離輻射吸收劑量校準(zhǔn)的IAEA方法方法針對上述針對上述C和和CE方法的缺陷和不足，一些國家的學(xué)術(shù)組方法的缺陷和不足，一些國家的學(xué)術(shù)組織提出了新的測量規(guī)程，其中最有代表性的是織提出了新的測量規(guī)程，其中最有代表性的是IAEA提出的規(guī)提出的規(guī)程。按照程。按照IAEA方法，校準(zhǔn)高能電離輻射吸收劑量大致分為方法，