腫瘤放射物理學(xué)3

放射物理學(xué)第三章電離輻射吸收劑量的測量電離輻射沉積能量人體組織生物效應(yīng)吸收劑量X(γ),電子束§1劑量學(xué)中的輻射量及其單位§2

電離室測量吸收劑量的原理§3

電離輻射質(zhì)的確定§4

吸收劑量的校準(zhǔn)§5吸收劑量的其它測量方法§1劑量學(xué)中的輻射量及其單位國際輻射單位與測量委員會(ICRU)第33號報(bào)告（InternationalCommissiononRadiationUnitsandMeasurements)一、粒子注量（particlefluence)

輻射場中以某一點(diǎn)為球心的一個(gè)小球，進(jìn)入該小球的粒子數(shù)dN與其截面da的比值單位:m-2

粒子注量率截面da必須垂直于粒子的入射方向二、能量注量（energyfluence）進(jìn)入輻射場內(nèi)某點(diǎn)處單位截面積球體的粒子總動能，它等于dR除以da所得的商。單位J.m-2

能量注量率粒子注量和能量注量之間的關(guān)系：單能非單能E為粒子能量為同一位置粒子注量的能譜分布

三、照射量（exposure）X（γ）輻射在質(zhì)量為dm的空氣中釋放的全部次級電子（正負(fù)電子）完全被空氣阻止時(shí)，在空氣中形成的離子總電荷的絕對值（不包括因吸收次級電子發(fā)射的軔致輻射而產(chǎn)生的電離）dQ與dm的比值，即單位為C.kg-1。曾用單位為倫琴（R），1R＝2.58×10-4C.kg-1。照射（量）率：單位時(shí)間內(nèi)照射量的增量。注意：1、照射量和照射量率只對空氣而言，只是從電離本領(lǐng)的角度說明X射線或γ射線在空氣中的輻射場性質(zhì)，僅適用于X射線或γ射線。2、根據(jù)照射量的定義，dQ中不包括次級電子發(fā)生軔致輻射被吸收后產(chǎn)生的電離，這在X（γ）射線能量較高時(shí)會有明顯意義。在單能光子輻射場中，同一點(diǎn)上的照射量X與能量注量Ψ之間的關(guān)系：四、吸收劑量（absorbeddose）dm為被照射物質(zhì)的質(zhì)量，為其吸收的輻射能。吸收劑量的國際單位（SI）為：J·kg-1。國際單位專用名稱是戈[瑞]（Gy），舊有專用單位為拉德（rad）,1Gy=100rad。吸收劑量適用于任何類型和任何能量的電離輻射，以及適用于受到照射的任何物質(zhì)。數(shù)值上吸收劑量可表示為:五、比釋動能（kineticenergyreleasedinmaterial，kerma）不帶電電離粒子在質(zhì)量為dm的介質(zhì)中釋放的全部帶電粒子的初始動能之和。K的單位為J.kg-1；專用名為Gy。比釋動能用以衡量不帶電電離粒子與物質(zhì)相互作用時(shí)，在單位物質(zhì)中轉(zhuǎn)移給次級帶電粒子初始動能的總和的多少的一個(gè)量，因此與吸收劑量不同，比釋動能只適用于間接致電離輻射，但適用于任何介質(zhì)。六、當(dāng)量劑量（equivalentdose）當(dāng)量劑量HT等于某一組織或器官T所接受的平均劑量DT，R，經(jīng)輻射質(zhì)為R的輻射權(quán)重因子（radiationweightfactor）wR加權(quán)處理后的吸收劑量。單位為J.kg-1，專用名為希沃特（Sievert），符號為Sv，1Sv＝J.kg-1。當(dāng)量劑量是輻射防護(hù)劑量學(xué)的基本的量，是在嚴(yán)格意義上的吸收劑量。輻射權(quán)重因子代表特定輻射在小劑量照射時(shí)誘發(fā)隨機(jī)性效應(yīng)的相對生物效應(yīng)（RBE）的數(shù)值。RadiationWeightingfactorsRadiationTypeandEnergy

RangeRadiationWeightingFactor,WRXandγrays,allenergies1Electrons,positronsandmuons,all

energies1Neutrons:<10keV510keVto100keV10>100keVto2MeV20>2MeVto20MeV10>20MeV5Protons,(otherthanrecoilprotons)andenergy>2MeV,2-5αparticles,fissionfragments,heavynuclei20[ICRU60,1991]七、照射量、吸收劑量、比釋動能的關(guān)聯(lián)和區(qū)別（一）間接致電離輻射的能量轉(zhuǎn)移和吸收在放射性治療中主要指X（γ）輻射，其與介質(zhì)相互作用損失能量，可以分為兩步：（a）全部或部分能量轉(zhuǎn)移，次級電子；（b）大部分次級電子以電離或激發(fā)的形式損失能量；而少數(shù)次級電子與介質(zhì)原子的原子核作用，發(fā)生軔致輻射產(chǎn)生X射線。只有當(dāng)次級電子的射程很短，能量很低時(shí)，次級電子一產(chǎn)生就將其獲得的光子轉(zhuǎn)移能量全部釋放給作用點(diǎn)附近的介質(zhì)，此時(shí)介質(zhì)作用點(diǎn)（a）處體積元內(nèi)所吸收的次級電子能量，即吸收劑量，在數(shù)值上恰好等于入射光子釋放給作用點(diǎn)（a）處的比釋動能。光子能量在（a）點(diǎn)釋放出次級電子的損失，即光子的能量轉(zhuǎn)移，以比釋動能來度量；沿徑跡（b）的損失，即光子的能量被介質(zhì)吸收，以吸收劑量來度量。（二）電子平衡電子平衡或廣義的帶電粒子平衡是利用比釋動能計(jì)算吸收劑量必須附加的最重要條件之一?！半娮悠胶狻保?/p>

在O點(diǎn)處，所有離開小體積ΔV的次級電子帶走的能量，恰好等于進(jìn)入小體積ΔV的次級電子帶入的能量。電子平衡成立的條件：

（1）小體積ΔV周圍的X（γ）輻射場必須均勻，以使ΔV周圍X（γ）光子釋放的次級電子的注量率保持不變。這不僅要求ΔV周圍的輻射強(qiáng)度和能譜不變，而且要求ΔV周圍（圖中虛線以內(nèi)部分）的介質(zhì)是均勻的。

（2）小體積ΔV在各個(gè)方向離開介質(zhì)邊界的距離d要足夠大，至少要大于次級電子的最大射程。嚴(yán)格講，上述條件難以實(shí)現(xiàn)，特別是近輻射源處，輻射強(qiáng)度隨位置變化顯著；以及兩種不同介質(zhì)的交界處，為非均勻介質(zhì)，都不可能滿足電子平衡的條件。但在實(shí)踐中，需對某些條件作些處理，以使在一定的精度范圍內(nèi)，可認(rèn)為電子平衡成立。如當(dāng)X（γ）射線能量較低時(shí)，由于次級電子射程相對較短，X（γ）光子的衰減可以忽略，則在某些受照射的介質(zhì)中，可認(rèn)為近似存在電子平衡。（三）照射量和比釋動能在電子平衡條件下，并且由次級電子產(chǎn)生的軔致輻射可以忽略時(shí)，兩者的關(guān)系為：實(shí)際上，在低原子序數(shù)介質(zhì)如空氣、水、軟組織中，比釋動能可以分成兩部分，即因此，空氣介質(zhì)中照射量和比釋動能的關(guān)系實(shí)際為（四）照射量和吸收劑量當(dāng)滿足電子平衡條件時(shí)，在空氣介質(zhì)中，照射量和吸收劑量數(shù)值上的關(guān)系照射量和吸收劑量的轉(zhuǎn)換關(guān)系式：（五）吸收劑量和比釋動能在滿足電子平衡條件下，且由次級電子產(chǎn)生的軔致輻射可以忽略時(shí)，介質(zhì)中某一點(diǎn)的吸收劑量和比釋動能在數(shù)值上是相等的。

吸收劑量比釋動能

照射量

電子平衡次級電子的韌致輻射可以忽略D＝K小結(jié)：基本概念照射量、吸收劑量、比釋動能（定義、單位）電子平衡及其成立的條件照射量、吸收劑量、比釋動能的關(guān)聯(lián)和區(qū)別

§2

電離室測量吸收劑量的原理確定吸收劑量的主要和常用方法：用劑量計(jì)測量為了測定受電離輻射照射的介質(zhì)中某點(diǎn)的吸收劑量，可在介質(zhì)內(nèi)設(shè)一個(gè)充氣空腔。如果知道空腔內(nèi)的帶電粒子注量與空腔周圍介質(zhì)中的帶電粒子注量之間的關(guān)系，就可以由空腔內(nèi)的電離電荷來確定介質(zhì)中的吸收劑量。在一般情況下是將輻射敏感元件置于介質(zhì)內(nèi)，根據(jù)敏感元件提供的特定信息確定介質(zhì)的吸收劑量。輻射敏感元件的密度可能與介質(zhì)的相差較大，材料成分可能有所不同，從而在介質(zhì)內(nèi)構(gòu)成一個(gè)不連續(xù)的區(qū)域，稱為腔室。腔室可以由氣體、液體或固體材料構(gòu)成。氣態(tài)的腔室稱作空腔。電離輻射探測器：把電離電荷不加放大地完全收集起來的器件叫電離室。將每個(gè)輻射粒子產(chǎn)生的初始電荷成比例地加以放大的氣體放電器件叫正比計(jì)數(shù)器。對每一個(gè)電離事件均給出一個(gè)經(jīng)過放大但幅度與初始電離事件的大小無關(guān)的信號，這種器件叫G-M計(jì)數(shù)管。正比計(jì)數(shù)器G-M計(jì)數(shù)管電離室腔室理論是研究由腔室測得的信息確定介質(zhì)中的吸收劑量、比釋動能和照射量等劑量學(xué)量的原理的，它是劑量測量的理論基礎(chǔ)。一、電離室的工作機(jī)制基本過程：通過測量電離輻射在與物質(zhì)相互作用過程中產(chǎn)生的次級粒子的電離電荷量，由計(jì)算得到吸收劑量。（一）電離室的基本原理電離輻射在靈敏體積內(nèi)與空氣介質(zhì)相互作用產(chǎn)生次級電子。這些電子在其運(yùn)動徑跡上使空氣原子電離，產(chǎn)生正、負(fù)離子對。在靈敏體積內(nèi)的電場作用下，正、負(fù)離子向兩極漂移在外電路形成電流。在電離平衡條件下，測量到的電荷，理論上應(yīng)該為次級電子所產(chǎn)生的全部電離電荷量。根據(jù)這一原理制成自由空氣電離室。一般為國家一級或二級劑量標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室所配置，作為標(biāo)準(zhǔn)，主要用于對現(xiàn)場使用的電離室型劑量儀進(jìn)行校準(zhǔn)，并不適合現(xiàn)場如醫(yī)院使用。電離室的基本結(jié)構(gòu)高壓極(K)：正高壓或負(fù)高壓；收集極(C)：與測量儀器相聯(lián)的電極，處于與地接近的電位；保護(hù)極(G)：又稱保護(hù)環(huán)，處于與收集極相同的電位；負(fù)載電阻(RL)：電流流過時(shí)形成電壓信號。自由空氣電離室基本結(jié)構(gòu)靈敏體積：

由通過收集級邊緣的電力線所包圍的兩電極間的區(qū)域。保護(hù)環(huán)G的作用：1)使靈敏體積邊緣處的電場保持均勻；2)若無G，當(dāng)高壓很大時(shí)，會有電流通過絕緣子從負(fù)載電阻RL上通過，從而產(chǎn)生噪聲，即絕緣子的漏電流。例如，測量α粒子能量時(shí)，要求電離室的容積和氣壓能使α粒子的能量全部損失在靈敏區(qū)內(nèi)；測量γ射線強(qiáng)度時(shí)，宜采用高原子序數(shù)材料．以增加γ射線的光電截面。電離室的形狀、大小、室壁材料以及所充氣體成分、壓強(qiáng)等都要根據(jù)入射粒子的性質(zhì)、測量要求來確定。（二）指形電離室（thimblechamber）

圖（a）：設(shè)想空氣外殼，中心空氣氣腔。外殼的半徑等于空氣中次級電子的最大射程，滿足電子平衡。與自由空氣電離室具有相同功能。（二）指形電離室（thimblechamber）

圖（b）：將圖（a）的空氣外殼壓縮，而形成固態(tài)的空氣等效（該物質(zhì)的有效原子序數(shù)與空氣相等）外殼。該種材料中達(dá)到電子平衡的厚度可遠(yuǎn)小于自由空氣的厚度。（二）指形電離室（thimblechamber）圖（c）：指形電離室的剖面圖。壁材料一般選石墨，內(nèi)表面涂有導(dǎo)電材料，形成一個(gè)電極。中心收集極由原子序數(shù)較低的材料制成。室壁與空氣外殼等效。（二）指形電離室（thimblechamber）

指型電離室為空氣等效電離室，室壁用固態(tài)的空氣等效材料制成，其有效原子序數(shù)接近空氣的有效原子序數(shù)(Z=7.67)。由于固態(tài)空氣的密度遠(yuǎn)大于自由空氣，即室壁可以做的很薄就可達(dá)到電子平衡。室壁材料通常使用石墨，有效原子序數(shù)接近碳(Z=6)，因此室壁材料在空腔中產(chǎn)生的電荷略小于自由空氣電離室，選用有效原子序數(shù)略大的鋁材料制成的中心電極可部分補(bǔ)償室壁材料的不完全空氣等效。二、電離室的工作特性

實(shí)際使用時(shí)，必須了解電離室本身所具有的特性，注意掌握正確的使用方法和給予必要的修正。（一）電離室的方向性電離室的靈敏度會受到電離輻射入射方向的影響。正確的使用方法：平行板電離室應(yīng)使其前表面垂直于射線的中心軸；指形電離室應(yīng)使其主軸線與射線束中心軸的入射方向相垂直。（二）電離室的飽和性

在電離室電壓較低時(shí)因熱運(yùn)動導(dǎo)致帶電離子由密度大處向密度小處擴(kuò)散，正負(fù)離子在到達(dá)收集極前可能相遇復(fù)合成中性原子或分子，影響電離效應(yīng)和電離室信號之間對應(yīng)關(guān)系。電離室工作電壓逐漸增加，離子漂移速度增加，復(fù)合和擴(kuò)散基本消除，電離室輸出信號不再隨工作電壓而變化。電離室工作在電離室的飽和區(qū)。電壓繼續(xù)增高，碰撞電離使離子數(shù)目增殖，輸出電流急劇上升，超出正常工作電壓。OA段：逐漸克服復(fù)合與擴(kuò)散的影響，電流↑。AB段：復(fù)合與擴(kuò)散消除，電流基本保持恒定。BC段：產(chǎn)生碰撞電離，電流↑。（三）電離室的桿效應(yīng)電離室的金屬桿和絕緣體及電纜，在輻射場中，會產(chǎn)生微弱的電離，疊加在電離室的信號電流中，影響電離室的靈敏度，這一效應(yīng)稱為桿效應(yīng)。電離室的桿效應(yīng)一般較?。?lt;1%），但也有的電離室會高達(dá)10％，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量避免并給予校正。（四）電離室的復(fù)合效應(yīng)電離室工作在飽和區(qū)中也還是存在復(fù)合效應(yīng)，可采取“雙電壓法”作校正。電離室分別在兩個(gè)電壓V1和V2下，收集的電荷分別為Q1和Q2。V1為正常工作電壓，V1和V2的比值要大于3。利用二次多項(xiàng)式計(jì)算復(fù)合校正因子PS。對脈沖式或脈沖掃描式輻射，不同的(V1/V2)有不同的ai

值。（五）電離室的極化效應(yīng)（polarityeffect）

對于給定的電離輻射，電離室收集的電離電荷會隨收集極工作電壓極性的變化而變化，這種變化現(xiàn)象稱為極化效應(yīng)。引起極化效應(yīng)的主要原因是：（1）對指型電離室，因電離室結(jié)構(gòu)造成空間電荷分布依賴于電離室收集極的極性，又因正負(fù)離子遷移率不同造成收集效率的差異，這種差異可通過提高收集電壓而減少，但不能完全消除。（2）電離室靈敏體積以外收集到的電流也會引起電離室極化。

消除極化效應(yīng)的影響可通過改變電離室工作電壓極性，取其測量平均值。極化效應(yīng)應(yīng)在0.5%。（六）溫度氣壓效應(yīng)對非密閉電離室，電離室空腔中的空氣密度隨環(huán)境的溫度和氣壓而變化。對溫度和氣壓的校正公式為：

此處，t和p分別為測量現(xiàn)場的溫度和氣壓，t的量綱為0C，p的量綱為

mbar(毫巴)，T為國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)該電離室時(shí)(包括靜電計(jì))的溫度，一般都轉(zhuǎn)換為200C。三、電離室測量吸收劑量的原理原理：電離室可以用來測量電離輻射在空氣或空氣等效壁中產(chǎn)生的次級粒子的電離電荷。另外，在空氣中產(chǎn)生一對正負(fù)離子對所消耗的電子動能，基本為一常數(shù)，即平均電離能為W/e＝33.97J/C。用電離室測量吸收劑量分兩步：

（1）用電離室測量由電離輻射產(chǎn)生的電離電荷；

（2）用空氣的平均電離能計(jì)算并轉(zhuǎn)換成電離輻射沉積的能量，即吸收劑量。（一）中低能X（γ）射線吸收劑量的測量低于2MV-X射線或鈷-60射線能量時(shí)，如果指形電離室滿足：（1）室壁由空氣等效材料制成；（2）室壁的厚度（或加平衡帽后）可達(dá)到電子平衡；（3）氣腔的體積可以精確測量而確定。用其直接測量照射量時(shí)有：

式中Q為在氣腔中釋放的電離電荷，V為氣腔體積，A為傳輸系數(shù)，表示能量通過室壁的份額，其值略小于1。假定Ψa為空氣中某點(diǎn)的能量注量，

Ψm為相同位置以某種介質(zhì)（如水）置換空氣后的能量注量。在電子平衡條件下，分別計(jì)算空氣中和介質(zhì)中的吸收劑量。兩者的關(guān)系為或因?yàn)樵跀?shù)值上吸收劑量可表示為:（二）高能電離輻射吸收劑量的測量用電離室測量照射量，然后轉(zhuǎn)換為吸收劑量的方法，其前提條件是電子平衡。而電子平衡只能在X（γ）射線的能量不高于2MVX射線或鈷－60γ射線的能量時(shí)才能達(dá)到。另外照射量的定義僅適用與X（γ）光子輻射，不能用于其它類型的電離輻射如電子和中子等。電子平衡條件不滿足，根據(jù)布拉格－格雷（Bragg－Gray）空腔理論，電離輻射在介質(zhì)中沉積的能量即吸收劑量，可以通過測量其置放在介質(zhì)中的小氣腔內(nèi)的電離電荷量轉(zhuǎn)換得到。

電離輻射如X（γ）在介質(zhì)中產(chǎn)生的次級電子穿過氣腔時(shí)會在其中產(chǎn)生電離。這種電離可以是X（γ）射線在氣腔空氣中產(chǎn)生的次級電子所致，也可以是電離室空氣壁等效材料中產(chǎn)生的次級電子所致。前者稱“氣體作用”，后者稱為“室壁作用”。

假定氣腔的直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于次級電子的最大射程，則以下三個(gè)假定成立：（1）X（γ）射線在空腔中產(chǎn)生的次級電子的電離，即“氣體作用”可以忽略；（2）氣腔的引入并不影響次級電子的注量和能譜分布；（3）氣腔周圍的鄰近介質(zhì)中，X（γ）射線的輻射場是均勻的。

總的說就是，在氣腔的直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于次級電子的最大射程時(shí)，氣腔的引入不會對次級電子的分布產(chǎn)生影響。這樣介質(zhì)吸收電離輻射的能量Em與氣腔中所產(chǎn)生的電離量Ja應(yīng)有以下關(guān)系：式中，(S/)m/(S/)a為介質(zhì)與空氣的平均質(zhì)量阻止本領(lǐng)之比。此式為“布喇格-格雷”公式。實(shí)驗(yàn)表明，只有像石墨等與空氣有效原子序數(shù)相近的室壁材料，在電離輻射能量較高，氣腔幾何尺寸適中的條件下，布拉格－格雷關(guān)系式才能較為精確的成立。綜合低能X（γ）射線和高能電離輻射（包括電子、X（γ）射線等）的測量原理，需注意以下幾點(diǎn)：（1）中低能X（γ）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空氣等效，而且室壁厚度要滿足電子平衡條件；（2）利用布拉格－格雷理論測量吸收劑量時(shí)，就不需要電子平衡條件，因?yàn)楦鶕?jù)空腔電離理論，氣腔中產(chǎn)生的電離電荷量只與介質(zhì)實(shí)際吸收的能量有關(guān)。（3）對中低能X（γ）射線測量時(shí)，只要電離室壁材料和空氣等效，對空腔的大小并沒有實(shí)際的限制。如在空氣中測量低水平輻射時(shí)，電離室的體積往往較大。用空腔理論測量高能電離輻射的吸收劑量時(shí)，氣腔應(yīng)足夠小，一般要小于次級電子的最大射程，但也不能過分小，以致造成由次級電子電離產(chǎn)生的電子大量跑出氣腔，而使布拉格－格雷關(guān)系式失效。小結(jié)：1、電離室基本工作原理2、指形電離室的工作特性（六點(diǎn)）3、電離室測量中低能光子吸收劑量原理4、電離室測量高能電離輻射原理（布拉格－格雷空腔理論）§3

電離輻射質(zhì)的確定

電離輻射質(zhì)的定義：電離輻射穿射物質(zhì)的本領(lǐng)，即輻射能量。放射治療常用的電離輻射是X（γ）射線和高能電子束，在確定吸收劑量時(shí)，所用的許多參數(shù)都依賴于輻射能量。一、X（γ）射線質(zhì)的確定

放射性治療中所用的X（γ）射線又分中低能X射線、高能X射線、放射性核素產(chǎn)生的γ射線，它們的射線質(zhì)確定的方法不盡相同，需分別對待。（一）中低能X射線

通過X射線穿過某種介質(zhì)時(shí)衰減的程度來定義，通常用半價(jià)層(HVL)表示。

X射線穿過某種介質(zhì)時(shí)遵循指數(shù)衰減規(guī)律。式中，N0：為入射的光子數(shù)，l：為吸收體的厚度，：為線性衰減系數(shù)。

臨床上半價(jià)層HVL定義為使入射X（γ）射線光子的強(qiáng)度或注量率減低一半時(shí)所需要的某種材料吸收體的厚度：

HVL=ln2/

=0.693/

線性吸收系數(shù)依賴于射線質(zhì)和吸收體的材料，所以用某種材料的半價(jià)層值就可以表示射線穿射介質(zhì)的本領(lǐng)，即可用它表示X（γ）射線的射線質(zhì)

臨床劑量學(xué)中，半價(jià)層通常按X射線機(jī)的球管電壓的大小和使用的過濾板，分別用鋁或銅材料的厚度來表示，如2mmAl，0.5mmCu等。（二）放射性核素產(chǎn)生的γ射線

射線由放射性核素特定能級衰變而來，因此能量是固定的，對鈷-60，衰變過程中釋放二條射線，其能量為1.17MeV和1.33MeV，且概率相同。因此平均能量為1.25MeV。

對能譜較為復(fù)雜的放射性核素，須對不同能量的射線的衰變概率加權(quán)取平均。一般用其核素名和輻射類型表示，如鈷-60γ射線、銫-137γ射線等。（三）高能X射線（1）標(biāo)稱加速電位。

高能X射線的射線質(zhì)原則上也可以用半價(jià)層來表示，但是因高能X射線的穿透力較強(qiáng)，線性衰減系數(shù)隨射線質(zhì)的變化比較小，因此高能X射線的射線質(zhì)通常用電子的標(biāo)稱加速電位（nominalaccelerationpotential）表示，單位為百萬伏或兆伏（MV）。

電子的標(biāo)稱加速電位應(yīng)該等于電子擊靶前的電子束能量，但實(shí)際測量該值比較困難。故一般用相應(yīng)X射線的標(biāo)準(zhǔn)參考射野的水中不同深度處的百分深度劑量的比值表示X射線的能量。（2）用輻射質(zhì)指數(shù)（radiationqualityindex)表示定義方法有兩種：（a）保持源到探測器的距離（SCD）不變，用水體模中20cm處與10cm處的組織體模比TPR的比值表示。10cm×10cmSCD20cm10cm（a）（b）保持源到水體模表面的距離（SSD）不變，用水體模中20cm處與10cm處的百分深度劑量PDD的比值表示。10cm×10cmSSD10cm（b）二、高能電子束射線質(zhì)的確定由于電子束是帶電粒子，它的能譜隨著射線在介質(zhì)中的穿行而連續(xù)變化。對于高能電子束，主要關(guān)心的是模體表面和水中特定深度處的能量定義和表示方法。（一）模體表面的平均能量高能電子束在模體表面的平均能量，是表示電子束穿射介質(zhì)的能力和確定模體中不同深度處電子束平均能量的一個(gè)重要參數(shù)。確定方法：由高能電子束在水中的百分深度劑量曲線或百分深度電離曲線的半峰值劑量深度R50（cm）表示。若R50,d由固定源－探測器距離來測定，平均能量為：式中，系數(shù)2.33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深度劑量而得到的在確定R50時(shí)，要求固定源（靶的位置）到電離室的距離，然后測量百分深度劑量或深度電離量。定義50％劑量深度為R50，d，角標(biāo)d表示由吸收劑量曲線得出其數(shù)值。由于用電離室測量電子束百分深度劑量時(shí)，首先得到的是深度電離量，作進(jìn)一步轉(zhuǎn)換得到百分深度劑量值。所以簡單的作法是定義50％電離量深度為R50，i，角標(biāo)i表示由深度電離曲線得到其數(shù)值。

若R50,d或R50,i

由固定源－體模表面距離來測定，平均能量為：

或:（二）模體表面的最大可幾能量

在分析高能電子束的百分深度劑量分布時(shí)，模體表面的最大可幾能量EP,0是一個(gè)常用的參數(shù)，由電子在水中的射程RP確定。

電子射程定義為水中百分深度劑量或深度電離曲線下降部分梯度最大點(diǎn)的切線，與軔致輻射外推延長線交點(diǎn)處的深度（cm）。百分深度劑量或深度電離曲線的測量應(yīng)注意源（靶位置）到模體表面距離為100cm，采用較大射野。

射程的測量應(yīng)在較大的射野和源－體模表面的距離SSD=100cm條件下進(jìn)行。

式中系數(shù)為：

C1=0.22MeV,C2=1.98MeV.cm-1,C3=0.0025MeV.cm-2

該值根據(jù)測量和蒙特卡羅方法計(jì)算得出，在1～50MeV能量范圍內(nèi)，誤差為2％。（三）不同深度處的平均能量

隨模體深度的增加，電子束的能量發(fā)生變化。在深度z處的電子束的平均能量，可近似用其表面平均能量和射程來表示：此式，僅對低能電子束（E0<10MeV)或較高電子束能量時(shí)較小深度處時(shí)成立。小結(jié)：1、X()射線輻射質(zhì)的確定2、高能電子束輻射質(zhì)的確定§4吸收劑量的校準(zhǔn)校準(zhǔn)的必要性：理論上設(shè)想的電離室，實(shí)際設(shè)計(jì)和制作是很困難的，現(xiàn)場使用的電離室（指形電離室和平行板電離室），為了能適應(yīng)實(shí)際測量需要，往往對有些條件作了近似處理。因此，將現(xiàn)場電離室直接用于測量各種類型的電離輻射的吸收劑量之前，必須進(jìn)行校準(zhǔn)，并選擇和確定與之相適應(yīng)的相關(guān)系數(shù)。校準(zhǔn)完成單位：國家級的計(jì)量監(jiān)督部門，作為一級國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，或由其授權(quán)并經(jīng)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)傳遞的地方計(jì)量監(jiān)督部門，作為次級標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室。校準(zhǔn)執(zhí)行的技術(shù)規(guī)程：IAEA和WHO發(fā)表的277號技術(shù)報(bào)告及其修訂版推薦的X（γ）射線和電子束吸收劑量測量的技術(shù)規(guī)程。我國國家技術(shù)監(jiān)督局根據(jù)這一技術(shù)規(guī)程，于1991年頒布了國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范，并于1992年實(shí)施?！豆庾雍透吣茈娮邮談┝繙y定方法》中國計(jì)量出版社1991一、吸收劑量測量用電離室、模體、幾何條件的技術(shù)要求由有照射量基準(zhǔn)或空氣比釋動能基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場使用的測量儀表（電離室和靜電計(jì)）進(jìn)行校準(zhǔn)和檢驗(yàn)，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Nk，并對現(xiàn)場使用給予指導(dǎo)和檢查。

在吸收劑量測量中，不同輻射質(zhì)的電離輻射對電離室的特性要求是不同的。

一般都是在水模體（簡稱水箱）中進(jìn)行的。因?yàn)槿梭w組織接受的電離輻射的吸收劑量，是通過在水模體中測得的吸收劑量轉(zhuǎn)換后得到的。擾動因子PU，修正電離室對X（γ）射線或電子束在水中的注量產(chǎn)生的擾動影響。有效測量點(diǎn)Peff，修正電離室氣腔內(nèi)電離輻射注量的梯度變化。

不同輻射質(zhì)有效測量點(diǎn)Peff的位置，r為電離室氣腔半徑輻射質(zhì)Peff中能X射線

幾何中心

60Co射線

0.6r高能X射線

0.6r高能電子線

0.5r在水中測量吸收劑量，需規(guī)范測量的幾何條件，如為了克服水中吸收劑量梯度變化對劑量校準(zhǔn)的影響，電離室應(yīng)置于一特定深度，此為校準(zhǔn)深度。固體體模中X()吸收劑量的測量如果在測量位置處，射線的能譜分布和原射線和散射線的注量在兩種介質(zhì)中相同，則固體體模中吸收劑量轉(zhuǎn)換到水中吸收劑量公式為：因水和固體體模對射線的吸收不完全相同，需對測量深度進(jìn)行校正：其中，為平均質(zhì)能吸收系數(shù)；ESC為散射校正因子（因固體材料的電子密度比水的要大，需作額外散射校正）；為平均線性衰減系數(shù)。固體體模中電子束吸收劑量的測量

對高能電子束，測量吸收劑量的校準(zhǔn)深度都應(yīng)位于最大劑量深度dmax處，如果在固體材料和水體模中，最大劑量深度dmax處電子的能譜和注量相同，則在水和固體中的吸收劑量為：

為平均非限制質(zhì)量阻止本領(lǐng)，在0.1~50MeV能量范圍內(nèi)是常數(shù)。如下表：

水/聚苯乙烯水/有機(jī)玻璃

1.0301.033一般在dmax處電子的能譜和注量不相同，水和介質(zhì)中吸收劑量關(guān)系為：w和m為dmax處水和介質(zhì)的電子注量。

水和聚苯乙烯中深度dmax處的電子注量比值

（MeV）

51.03971.033101.025131.017161.009二、中低能X射線吸收劑量校準(zhǔn)IAEA的方法：先將現(xiàn)場使用的電離室，經(jīng)國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的照射量基準(zhǔn)或空氣比釋動能基準(zhǔn)校準(zhǔn)后，得校準(zhǔn)因子NK，儀表讀數(shù)，角標(biāo)c表示校準(zhǔn)時(shí)使用的輻射質(zhì)。根據(jù)它們的定義，在中低能X射線能量范圍內(nèi)，兩到照射量校準(zhǔn)因子Nx，，或空氣比釋動能M為校準(zhǔn)時(shí)電離室劑量儀的個(gè)校準(zhǔn)因子的關(guān)系為電離室的中心與P相重合。劑量儀儀表讀數(shù)為Mu（U為用戶所用電離輻射的輻射質(zhì)），則點(diǎn)的照射量為：在用戶現(xiàn)場如醫(yī)院，測量均勻水模體中用戶點(diǎn)的吸收劑量，將經(jīng)過照射量或空氣比釋動能基準(zhǔn)校準(zhǔn)的電離室置放在水模體中，該式表示以該式表示以點(diǎn)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。K為輻射質(zhì)校正因子，表示當(dāng)用戶現(xiàn)場使用的輻射質(zhì)與電離室作校準(zhǔn)時(shí)的輻射質(zhì)不同時(shí)，對電離室的能量響應(yīng)的校準(zhǔn)。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和室壁材料不完全等效的校正，均包含在照射量校準(zhǔn)因子NX之中。均勻水模體中P點(diǎn)的吸收劑量DW為如用空氣比釋動能校準(zhǔn)因子NK，DW為校正因子以修正空氣和電離室壁材料置換水后，對輻射場的擾動影響，也稱為置換校正因子。為水與空氣質(zhì)能吸收系數(shù)之比，Pu為擾動對低能X射線（管電壓低于100kV）吸收劑量的校準(zhǔn)，一般需用平行板電離室在空氣中測量，然后將結(jié)果轉(zhuǎn)換成電離室位于水模體表面時(shí)的吸收劑量：或

B為反向散射因子。ICRU方法：

ICRU第23號報(bào)告推薦，用電離室測量水中特定深度處的吸收劑量D，轉(zhuǎn)換公式為R為測量儀表讀數(shù)；F為照射量對吸收劑量的轉(zhuǎn)換因子，F(xiàn)因子依賴于X射線質(zhì)，計(jì)算公式為，r為置換因子。三、高能電離輻射吸收劑量校準(zhǔn)

IAEA方法,大致可分成三個(gè)步驟：

第一步，在國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，將用戶電離室置于鈷-60γ射線空氣輻射場中。為滿足電子平衡，電離室應(yīng)戴有標(biāo)準(zhǔn)厚度的電子平衡帽，電子平衡帽質(zhì)量厚度為（0.45±0.05）g.cm-2，得出空氣比釋動能校準(zhǔn)因子NK或照射量校準(zhǔn)因子NX。

第二步，定義用戶電離室的空氣吸收劑量校準(zhǔn)因子ND：式中為校準(zhǔn)條件下，電離室空腔內(nèi)的吸收與空氣比釋動和照射量的關(guān)系分別為：劑量。此條件下的吸收劑量能式中g(shù)為次級電子在空氣中以軔致輻射形式損失的能量份額，對于鈷-60γ射線，g＝0.003；Km為電離室材料空氣不完全等效的校正因子；Katt為電離室材料（包括平衡帽）對射線吸收和散射的校正因子。和考慮應(yīng)用方便，常用電離室的Km和Katt的數(shù)值以表格形式給出?？梢缘贸觯钥諝獗柔寗幽苄?zhǔn)因子NK或照射量校準(zhǔn)因子NX計(jì)算得到的空氣吸收劑量校準(zhǔn)因子ND為：更適合國內(nèi)應(yīng)用

第三步，應(yīng)用于用戶輻射場中時(shí)，將經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)過的電離室置放在標(biāo)準(zhǔn)水模體中進(jìn)行測量。根據(jù)布拉格－格雷理論和關(guān)系式，水中特定位置高能X（γ）射線和電子束的吸收劑量，即電離室的有效測量點(diǎn)處的吸收劑量DW應(yīng)等于式中：MU為經(jīng)溫度和氣壓校準(zhǔn)后的電離室劑量儀表讀數(shù)；止本領(lǐng)比值。為水與空氣的阻

Pcel為電離室中心收集極空氣不完全等效的校正因子。對由石墨、塑料制成的中心收集極，Pcel＝1。不同半徑鋁收集極的電離室Pcel因子查相應(yīng)表格得到。小結(jié)：1、吸收劑量校準(zhǔn)的技術(shù)要求（了解）2、不同輻射質(zhì)有效測量點(diǎn)的位置（記憶）中低能X射線幾何中心

60Coγ射線0.6r

高能X射線0.6r

高能電子束0.5r3、中低能X射線吸收劑量校準(zhǔn)（掌握）

1）NX

或NK2）

對低能X射線（管電壓低于100kV）4、高能電離輻射吸收劑量校準(zhǔn)（掌握）

1）NX

或NK2）

3）空氣吸收劑量校準(zhǔn)因子除電離室方法以外，實(shí)踐中還使用量熱法、化學(xué)劑量計(jì)法等。有些場合下，更常用熱釋光、膠片、半導(dǎo)體等劑量測量方法?！?吸收劑量的其它測量方法一、量熱法

最直接、最基本的方法。

基本原理：當(dāng)介質(zhì)受到電離輻射照射后，介質(zhì)所吸收的輻射能量，除少部分可能引起化學(xué)反應(yīng)外，主要會轉(zhuǎn)換成熱能，從而導(dǎo)致該介質(zhì)溫度的升高，溫度的變化直接反映了介質(zhì)吸收輻射能量的程度，由此可確定介質(zhì)的吸收劑量，根據(jù)這一原理制成的吸收劑量測量裝置稱為量熱計(jì)。作為量熱計(jì)熱敏材料的吸收體過去常用石墨和聚苯乙烯等，近十幾年來，以水為吸收體的水量熱計(jì)亦有了發(fā)展。如果輻射能量全部轉(zhuǎn)化成水的熱能，測量水溫的變化就可以直接得到吸收劑量。作為吸收劑量測量的直接方法，量熱法具有良好的能響特性和極高的精度，一般在國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室里作為吸收劑量的測量基準(zhǔn)。二、化學(xué)劑量計(jì)法

物質(zhì)吸收電離輻射的能量會引起化學(xué)變化，如果這一變化可以被測定，即可以使用它來測量吸收劑量。其中使用最普遍、測量精度最高的是硫酸亞鐵化學(xué)劑量計(jì)，或稱弗瑞克（Fricke）劑量計(jì)?；驹硎?，硫酸亞鐵水溶液經(jīng)電離輻射照射，溶液中的二價(jià)鐵離子Fe2＋會被氧化成三價(jià)鐵離子Fe3＋。Fe3＋的濃度正比于硫酸亞鐵水溶液所吸收的輻射能量，用紫外分光光度計(jì)在波長為244nm和304nm處測量三價(jià)鐵離子的濃度，即可確定吸收劑量?；瘜W(xué)劑量計(jì)方法有較高的準(zhǔn)確性。據(jù)報(bào)道，硫酸亞鐵化學(xué)劑量計(jì)與FARMER電離室方法相比較，X（γ）射線能量從60Coγ射線能量到25MVX射線、電子束能量10-25MeV內(nèi)，其差別分別在0.1%～1.3%和0.1%～2.5%之間。三、熱釋光劑量計(jì)原理：根據(jù)固體能帶理論，具有晶體結(jié)構(gòu)的固體，因含有雜質(zhì)，造成晶格缺陷，稱為“陷阱”，當(dāng)價(jià)帶上的電子獲得電離輻射的能量，遷躍到導(dǎo)帶，不穩(wěn)定而落入“陷阱”，如對該物質(zhì)加熱，會使電子重新回到價(jià)帶上，并將電離輻射給予的能量，以可見光的形式輻射出去。發(fā)光強(qiáng)度與“陷阱”所釋放的電子數(shù)成正比。而電子數(shù)又與物質(zhì)吸收輻射能量有關(guān)。經(jīng)過標(biāo)定，可測量吸收劑量。根據(jù)能帶理論，固體中運(yùn)動電子的能量譜值由一系列準(zhǔn)連續(xù)的具有一定寬度的能帶（band）組成，兩個(gè)相鄰的能帶之間的區(qū)域因不能被電子占據(jù)而被稱為禁帶（bandgap）。

金屬都有著被電子部分占據(jù)的寬能帶，即導(dǎo)帶（conductionband），其中的電子填充情況容易因電場作用而改變，因此表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性。對絕緣體或半導(dǎo)體而言，能帶系列則全被電子恰好填滿，其中最高的滿帶稱為價(jià)帶（valenceband），價(jià)帶之上經(jīng)過一定寬度的禁帶過渡才是空著的導(dǎo)帶。在絕對零度溫度下，半導(dǎo)體的價(jià)帶(valenceband)是滿帶(見能帶理論)，受到光電注入或熱激發(fā)后，價(jià)帶中的部分電子會越過禁帶(forbiddenband/bandgap)進(jìn)入能量較高的空帶，空帶中存在電子后成為導(dǎo)帶。熱釋光探測器是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型探測器，它具有這樣一種特性：能長時(shí)間地貯存電離輻射能，在受熱升溫時(shí)，能放出光輻射，這種特性稱為輻射熱釋光。熱釋光強(qiáng)度隨加熱溫度分布的曲線稱為熱釋光發(fā)光曲線。對一種具體的熱釋光材料來說．光峰的位置是恒定的。加熱放出的總光子數(shù)與探測器受輻照時(shí)所吸收的能量成正比，因此，可以通過測量總光子數(shù)來確定輻射的照射量。常用的熱釋光材料為氟化鋰(LiF，TLD-100)，有效原子序數(shù)為8.2，與軟組織（)比較接近，適合臨床應(yīng)用。熱釋光材料的劑量響應(yīng)與其受輻照和加熱歷史有關(guān)，在使用前必須退火。如LiF在照射前要經(jīng)過l小時(shí)400oC高溫和24小時(shí)80oC低溫退火。它的劑量響應(yīng)，一般在10Gy以前呈線性變化，大于10Gy則出現(xiàn)超線性現(xiàn)象。其靈敏度基本不依賴于X（γ）射線光子的能量，但對于低于10MeV的電子束，靈敏度下降5％～10％。熱釋光探測器必須與讀出器(熱釋光測量儀)配合使用。讀出器可分成三個(gè)部分：加熱部分、光電轉(zhuǎn)換部分和顯示記錄部分。記錄儀放大器光電倍增管熱源光濾過加熱盤高壓熱釋光劑量計(jì)讀出系統(tǒng)框圖記錄儀放大器光電倍增管熱源光濾過加熱盤高壓加熱部分包括加熱器和升溫控制系統(tǒng)。加熱器由不銹鋼片、銀片或電阻鋼帶按一定形狀沖壓而成，升溫控制系統(tǒng)通常使用鎳鉻鎳鋁，銅-康銅做的熱電偶作為傳感器。記錄儀放大器光電倍增管熱源光濾過加熱盤高壓光電轉(zhuǎn)換部分由光電倍增管完成。顯示記錄部分由電子線路組成。加熱部分和光電轉(zhuǎn)換部分組成測量探頭，在加熱器和光電倍增管之間還有濾光片和光導(dǎo)。濾光片具有特定的透射光譜，它與探測元件的發(fā)光光譜相匹配，使熱釋光片發(fā)出的光能順利地通過．而其他光譜則被濾去。光導(dǎo)是用透明的光學(xué)玻璃或有機(jī)玻璃做成的。目的是使光電倍增管和加熱器之間保持一定距離，以減小加熱器的電磁干擾和高溫對它的影響。熱釋光材料的劑量響應(yīng)依賴于許多條件，因此校準(zhǔn)要在相同條件，如同一讀出器，近似相同的輻射質(zhì)和劑量水平下進(jìn)行，經(jīng)過嚴(yán)格校準(zhǔn)和對熱釋光材料的精心篩選，測量精度可達(dá)到95％－97％。

選擇使用發(fā)光效率高、發(fā)光曲線簡單和易于加工成型、物理和化學(xué)性能穩(wěn)定的熱釋光材料，制成不同形狀及大小，便于作劑量建成區(qū)，近距離治療放射源周圍的劑量分布、患者劑量監(jiān)測和劑量比對等特別需要場合之用。四、膠片劑量儀

放射照相用膠片組成：片基（厚度約0.2mm厚，透明）、乳膠（覆蓋在片基雙面或單面的含溴化銀晶體顆粒）、乳膠保護(hù)涂層。當(dāng)膠片受可見光或電離輻射照射時(shí)，溴化銀(AgBr)晶體顆粒中的銀離子（Ag＋）還原為銀原子（Ag），數(shù)個(gè)銀原子就形成所謂的“潛影”。洗片時(shí)，洗片液分子促使晶體顆粒的Ag＋還原為Ag，這種轉(zhuǎn)變在含有“潛影”的晶體顆粒中進(jìn)行得更迅速，因此選擇合適的洗片時(shí)間就形成高黑度差別的影像。

光學(xué)密度用來定量膠片黑的程度，用符號OD表示，定義為式中：I0是光線入射強(qiáng)度，It是光線透過強(qiáng)度。沒有曝光的膠片也能阻止少量光線，形成本底密度，測量密度扣除本底密度稱為凈密度。

透明度也可用于表示膠片黑的程度，用符號T表示，定義為光學(xué)密度概念一般用于膠片黑度測量，而透明度概念用于計(jì)算機(jī)圖像顯示處理中。光學(xué)密度和透明度的測量儀器主要有光學(xué)密度計(jì)（又稱黑度計(jì)）、掃描儀和激光數(shù)字化儀三種類型。

膠片靈敏度（S）是指特定的光學(xué)密度與所接受的照射量或組織替代材料吸收劑量的比值。對于同一型號的膠片，其靈敏度與射線能量、射線入射角度、照射劑量、洗片條件以及膠片的批號等因素有關(guān)，與照射劑量率無關(guān)。對于X（γ）射線，當(dāng)滿足電子平衡條件時(shí)，膠片靈敏度正比于膠片與水的質(zhì)能吸收系數(shù)的比值。工作原理：膠片劑量計(jì)由置于塑料盒中對輻射敏感的膠片構(gòu)成。受到照射后，先對膠片進(jìn)行沖洗，接著用密度計(jì)測出其光密度，再與受到已知量輻射照射并刻度好