肿瘤放射物理学3讲课讲稿.ppt

肿瘤放射物理学31 1 剂量学中的辐射量及其单位剂量学中的辐射量及其单位22 电离室测量吸收剂量的原理电离室测量吸收剂量的原理33 电离辐射质的确定电离辐射质的确定44 吸收剂量的校准吸收剂量的校准6 6 吸收剂量的其它测量方法吸收剂量的其它测量方法1 剂量学中的辐射量及其单位剂量学中的辐射量及其单位国际辐射单位与测量委员会国际辐射单位与测量委员会(ICRU)第第33号报告号报告（International Commission on Radiation Units and Measurements)一、粒子注量（一、粒子注量（particle fluence)辐射场中以某一点为球心的一个小球，进入该辐射场中以某一点为球心的一个小球，进入该小球的粒子数小球的粒子数dN与其截面与其截面da的比值的比值 单位单位:m-2 粒子注量率粒子注量率截面截面da必须垂必须垂直于粒子的入直于粒子的入射方向射方向二、能量注量（二、能量注量（energy fluence）进入辐射场内某点处单位截面积球体的粒子总动进入辐射场内某点处单位截面积球体的粒子总动能，它等于能，它等于dR除以除以da所得的商。所得的商。单位单位J.m-2 能量注量率能量注量率粒子注量和能量注量之间的关系：粒子注量和能量注量之间的关系：单能单能 非单能非单能 E为粒子能量为粒子能量 为同一位置粒子为同一位置粒子注量的能谱分布注量的能谱分布 三、照射量（三、照射量（exposure）X（）辐射）辐射在质量为在质量为dm的的空气空气中释放的全部次级中释放的全部次级电子（正负电子）完全被空气阻止时，在空气中电子（正负电子）完全被空气阻止时，在空气中形成的同一种符号的离子总电荷的绝对值（不包形成的同一种符号的离子总电荷的绝对值（不包括因吸收次级电子发射的轫致辐射而产生的电离）括因吸收次级电子发射的轫致辐射而产生的电离）dQ与与dm的比值，即的比值，即单位为单位为C.kg-1。曾用单位为伦琴（曾用单位为伦琴（R），），1R2.5810-4C.kg-1。照射（量）率：照射（量）率：单位时间内照射量的增量。单位时间内照射量的增量。注意：注意：1、照照射射量量和和照照射射量量率率只只对对空空气气而而言言，只只是是从从电电离离本本领领的的角角度度说说明明X射射线线或或射射线线在在空空气气中中的的辐辐射射场性质，仅适用于场性质，仅适用于X射线或射线或射线射线。2、根根据据照照射射量量的的定定义义，dQ中中不不包包括括次次级级电电子子发发生生轫轫致致辐辐射射被被吸吸收收后后产产生生的的电电离离，这这在在X（）射射线能量较高时会有明显意义。线能量较高时会有明显意义。在单能光子辐射场中，同一点上的照射量在单能光子辐射场中，同一点上的照射量X X与能与能量注量量注量之间的关系：之间的关系：W=33.97eV四、吸收剂量（四、吸收剂量（absorbed dose）dm为被照射物质的质量，为被照射物质的质量，为其吸收的辐射为其吸收的辐射能。能。吸收剂量的国际单位（吸收剂量的国际单位（SI）为）为：Jkg-1。国际单位专用名称是戈国际单位专用名称是戈瑞瑞（Gy），旧有专用单位为拉德（旧有专用单位为拉德（rad）,1Gy=100rad。吸收剂量适用于任何类型和任何能量的电离辐吸收剂量适用于任何类型和任何能量的电离辐射，以及适用于受到照射的任何物质。射，以及适用于受到照射的任何物质。数值上吸收剂量可表示为数值上吸收剂量可表示为:五、比释动能（五、比释动能（kinetic energy released in material，kerma）不带电电离粒子不带电电离粒子在质量为在质量为dm的介质中释放的全的介质中释放的全部带电粒子的初始动能之和。部带电粒子的初始动能之和。K的单位为的单位为J.kg-1；专用名为；专用名为Gy。比释动能用以衡量不带电电离粒子与物质相比释动能用以衡量不带电电离粒子与物质相互作用时，在单位物质中转移给次级带电粒子初始互作用时，在单位物质中转移给次级带电粒子初始动能的总和的多少的一个量，因此与吸收剂量不同，动能的总和的多少的一个量，因此与吸收剂量不同，比释动能只适用于间接致电离辐射，但适用于任何比释动能只适用于间接致电离辐射，但适用于任何介质。介质。六、当量剂量（六、当量剂量（equivalent dose）当量剂量当量剂量HT等于某一组织或器官等于某一组织或器官T所接受的平所接受的平均剂量均剂量DT，R，经辐射质为，经辐射质为R的辐射权重因子的辐射权重因子（radiation weight factor）wR加权处理后的加权处理后的吸收剂量。吸收剂量。单位为单位为J.kg-1，专用名为希沃特（，专用名为希沃特（Sievert），符），符号为号为Sv，1SvJ.kg-1。当量剂量是辐射防护剂量学的基本的量，是在当量剂量是辐射防护剂量学的基本的量，是在严格意义上的吸收剂量。严格意义上的吸收剂量。辐射权重因子代表特定辐辐射权重因子代表特定辐射在小剂量照射时诱发随机性效应的相对生物效应射在小剂量照射时诱发随机性效应的相对生物效应（RBE）的数值。）的数值。Radiation Weighting factorsRadiation Weighting factorsRadiation Type and Energy RangeRadiation Weighting Factor,WRX and rays,all energies1Electrons,positrons and muons,all energies1Neutrons:100 keV to 2 MeV20 2 MeV to 20 MeV10 20 MeV5Protons,(other than recoil protons)and energy 2 MeV,2-5 particles,fission fragments,heavy nuclei20ICRU 60,1991ICRU 60,1991七、照射量、吸收剂量、比释动能的关联和区别七、照射量、吸收剂量、比释动能的关联和区别（一）间接致电离辐射的能量转移和吸收（一）间接致电离辐射的能量转移和吸收 在放射性治疗中主要指在放射性治疗中主要指X（）辐射，其与介）辐射，其与介质相互作用损失能量，可以分为两步：质相互作用损失能量，可以分为两步：（a）全部或部分能量全部或部分能量转移，次级电子；转移，次级电子；（b）大部分次级电子大部分次级电子以电离或激发的形式以电离或激发的形式损失能量；而少数次损失能量；而少数次级电子与介质原子的级电子与介质原子的原子核作用，发生轫原子核作用，发生轫致辐射产生致辐射产生X射线。射线。光光子子能能量量在在（a）点点释释放放出出次次级级电电子子的的损损失失，即即光光子子的的能能量量转转移移，以以比比释释动动能能来来度度量量；沿沿径径迹迹（b）的的损损失失，即即光光子子的的能能量量被被介介质质吸吸收收，以以吸吸收剂量来度量。收剂量来度量。只只有有当当次次级级电电子子的的射射程程很很短短，能能量量很很低低时时，次次级级电电子子一一产产生生就就将将其其获获得得的的光光子子转转移移能能量量全全部部释释放放给给作作用用点点附附近近的的介介质质，此此时时介介质质作作用用点点（a）处处体体积积元元内内所所吸吸收收的的次次级级电电子子能能量量，即即吸吸收收剂剂量量，在在数数值值上上恰恰好好等等于于入入射射光光子子释释放放给给作作用用点点（a）处的比释动能。处的比释动能。（二）电子平衡（二）电子平衡 电子平衡或广义的带电粒子平衡是利用比释动电子平衡或广义的带电粒子平衡是利用比释动能计算吸收剂量必须附加的最重要条件之一。能计算吸收剂量必须附加的最重要条件之一。“电子平衡电子平衡”：在在O点处，所点处，所有离开小体积有离开小体积VV的次级电子的次级电子带走的能量，带走的能量，恰好等于进入恰好等于进入小体积小体积VV的次的次级电子带入的级电子带入的能量。能量。电子平衡成立的条件：电子平衡成立的条件：（1）小体积小体积VV周围的周围的X（）辐射场必须均匀）辐射场必须均匀，以使以使VV周围周围X（）光子释放的次级电子的注量）光子释放的次级电子的注量率保持不变。这不仅要求率保持不变。这不仅要求VV周围的辐射强度和周围的辐射强度和能谱不变，而且要求能谱不变，而且要求VV周围（图中虚线以内部周围（图中虚线以内部分）的介质是均匀的。分）的介质是均匀的。（2）小体积小体积VV在各个方向在各个方向离开介质边界的距离离开介质边界的距离d要足够大要足够大，至少要大于次级电子的最大射程。，至少要大于次级电子的最大射程。严格讲，上述条件难以实现，特别是严格讲，上述条件难以实现，特别是近辐射源处，近辐射源处，辐射强度随位置变化显著辐射强度随位置变化显著；以及；以及两种不同介质的两种不同介质的交界处，为非均匀介质交界处，为非均匀介质，都不可能满足电子平衡，都不可能满足电子平衡的条件。的条件。但在实践中，需对某些条件作些处理，以使在一但在实践中，需对某些条件作些处理，以使在一定的精度范围内，可认为电子平衡成立。如当定的精度范围内，可认为电子平衡成立。如当X（）射线能量较低时，由于次级电子射程相对）射线能量较低时，由于次级电子射程相对较短，较短，X（）光子的衰减可以忽略，则在某些受）光子的衰减可以忽略，则在某些受照射的介质中，可认为近似存在电子平衡。照射的介质中，可认为近似存在电子平衡。（三）照射量和比释动能（三）照射量和比释动能 在电子平衡条件下，并且由次级电子产生的轫致在电子平衡条件下，并且由次级电子产生的轫致辐射可以忽略时，两者的关系为辐射可以忽略时，两者的关系为：实际上，在低原子序数介质如空气、水、软组织实际上，在低原子序数介质如空气、水、软组织中，比释动能可以分成两部分，即中，比释动能可以分成两部分，即 因此，空气介质中照射量和比释动能的关系实际为因此，空气介质中照射量和比释动能的关系实际为（四）照射量和吸收剂量（四）照射量和吸收剂量当满足电子平衡条件时，在空气介质中，照射量当满足电子平衡条件时，在空气介质中，照射量和吸收剂量数值上的关系和吸收剂量数值上的关系照射量和吸收剂量的转换关系式：照射量和吸收剂量的转换关系式：（五）吸收剂量和比释动能（五）吸收剂量和比释动能 在满足电子平衡条件下，且由次级电子产生的在满足电子平衡条件下，且由次级电子产生的轫致辐射可以忽略时，介质中某一点的吸收剂量轫致辐射可以忽略时，介质中某一点的吸收剂量和比释动能在数值上是相等的。和比释动能在数值上是相等的。在电子平衡条件不满足时，引入一个电子平衡在电子平衡条件不满足时，引入一个电子平衡系数系数qe。电子平衡系数定义：表示电子平衡系数定义：表示X（）光子辐射在）光子辐射在一小体积单位内沉积的能量一小体积单位内沉积的能量Edep与在同体积内电与在同体积内电离过程中释放的能量离过程中释放的能量Ecol之比，之比，即即 qeEdep/Ecol对几个区域的说明：对几个区域的说明：在建成区域内某一体积单元，在建成区域内某一体积单元，X(X()射线产生射线产生次级电子的能量并未在此小体积中全部被沉积。次级电子的能量并未在此小体积中全部被沉积。即：即：q qe e1.0 1.01.0吸收吸收剂量剂量比释比释动能动能 照射量照射量 电子平衡电子平衡次级电子的次级电子的韧致辐射可韧致辐射可以忽略以忽略DK小结：小结：基本概念基本概念照射量、吸收剂量、比释动能照射量、吸收剂量、比释动能 （定义、单位）（定义、单位）电子平衡及其成立的条件电子平衡及其成立的条件照射量、吸收剂量、比释动能的关联和区别照射量、吸收剂量、比释动能的关联和区别 22 电离室测量吸收剂量的原理电离室测量吸收剂量的原理确定吸收剂量的主要和常用方法：确定吸收剂量的主要和常用方法：用剂量计测量用剂量计测量在介质内设一个充气空腔。如果在介质内设一个充气空腔。如果知道空腔内的带知道空腔内的带电粒子注量与空腔周围介质中的带电粒子注量之电粒子注量与空腔周围介质中的带电粒子注量之间的关系间的关系，就可以由空腔内的电离电荷来确定介，就可以由空腔内的电离电荷来确定介质中的吸收剂量。在一般情况下是将辐射敏感元质中的吸收剂量。在一般情况下是将辐射敏感元件置于介质内，根据敏感元件提供的特定信息确件置于介质内，根据敏感元件提供的特定信息确定介质的吸收剂量。辐射敏感元件的密度可能与定介质的吸收剂量。辐射敏感元件的密度可能与介质的相差较大，材料成分可能有所不同，从而介质的相差较大，材料成分可能有所不同，从而在介质内构成一个不连续的区域，称为腔室。腔在介质内构成一个不连续的区域，称为腔室。腔室可以由气体、液体或固体材料构成。气态的腔室可以由气体、液体或固体材料构成。气态的腔室称作空腔。室称作空腔。利用电离电荷测量剂量的方法称为利用电离电荷测量剂量的方法称为电离法电离法。电离辐射探测器：电离辐射探测器：把电离电荷不加放大地完全收集起来的把电离电荷不加放大地完全收集起来的器件叫电离室。器件叫电离室。将每个辐射粒子产生的初始电荷成将每个辐射粒子产生的初始电荷成比例地加以放大的气体放电器件叫正比计数器比例地加以放大的气体放电器件叫正比计数器。对每一个电离事件均给出一个经过对每一个电离事件均给出一个经过放大但幅度与初始电离事件的大小无关的信号，放大但幅度与初始电离事件的大小无关的信号，这种器件叫这种器件叫G-M计数管。计数管。正比计数器正比计数器G-M计数管计数管电离室电离室一、电离室的工作机制一、电离室的工作机制基本过程：通过测量电离辐射在与物质相互作用基本过程：通过测量电离辐射在与物质相互作用过程中产生的次级粒子的电离电荷量，由计算得过程中产生的次级粒子的电离电荷量，由计算得到吸收剂量。到吸收剂量。（一）电离室的基（一）电离室的基本原理本原理电离辐射在灵敏体电离辐射在灵敏体积内与空气介质相积内与空气介质相互作用产生次级电互作用产生次级电子。这些电子在其子。这些电子在其运动径迹上使空气运动径迹上使空气原子电离，产生正、原子电离，产生正、负离子对。负离子对。在灵敏体积内的电场作用下，正、负离子向两极在灵敏体积内的电场作用下，正、负离子向两极漂移在外电路形成电流。漂移在外电路形成电流。在电离平衡条件下，测量到的电荷，理论上应该在电离平衡条件下，测量到的电荷，理论上应该为次级电子所产生的全部电离电荷量。根据这一为次级电子所产生的全部电离电荷量。根据这一原理制成原理制成自由空气电离室自由空气电离室。一般为国家一级或二。一般为国家一级或二级剂量标准实验室所配置，作为标准，主要用于级剂量标准实验室所配置，作为标准，主要用于对现场使用的电离室型剂量仪进行校准，并不适对现场使用的电离室型剂量仪进行校准，并不适合现场如医院使用。合现场如医院使用。（二）指形电离室（二）指形电离室（thimble chamber）图（图（a）：设想）：设想空气外壳，中空气外壳，中心空气气腔。心空气气腔。外壳的半径等外壳的半径等于空气中次级于空气中次级电子的最大射电子的最大射程，满足电子程，满足电子平衡。与自由平衡。与自由空气电离室具空气电离室具有相同功能。有相同功能。（二）指形电离室（二）指形电离室（thimble chamber）图（图（b）：将图）：将图（a）的空气外）的空气外壳压缩，而形壳压缩，而形成固态的空气成固态的空气等效外壳。该等效外壳。该种材料中达到种材料中达到电子平衡的厚电子平衡的厚度可远小于自度可远小于自由空气的厚度。由空气的厚度。（二）指形电离室（二）指形电离室（thimble chamber）图（图（c）：指形）：指形电离室的剖面图。电离室的剖面图。壁材料一般选石壁材料一般选石墨，内表面涂有墨，内表面涂有导电材料，形成导电材料，形成一个电极。中心一个电极。中心 收集极由原子序收集极由原子序数较低的材料制数较低的材料制成。室壁与空气成。室壁与空气外壳等效。外壳等效。（二）指形电离室（二）指形电离室（thimble chamber）指型电离室为空气等效电离室，室壁用固态的指型电离室为空气等效电离室，室壁用固态的空气等效材料制成，其有效原子序数接近空气的空气等效材料制成，其有效原子序数接近空气的有效原子序数有效原子序数(Z=7.67)(Z=7.67)。由于固态空气的密度远。由于固态空气的密度远大于自由空气，即室壁可以做的很薄就可达到电大于自由空气，即室壁可以做的很薄就可达到电子平衡。室壁材料通常使用石墨，有效原子序数子平衡。室壁材料通常使用石墨，有效原子序数接近碳接近碳(Z=6)(Z=6)，因此室壁材料在空腔中产生的电，因此室壁材料在空腔中产生的电荷略小于自由空气电离室，选用有效原子序数略荷略小于自由空气电离室，选用有效原子序数略大的铝材料制成的中心电极可部分补偿室壁材料大的铝材料制成的中心电极可部分补偿室壁材料的不完全空气等效。的不完全空气等效。二、电离室的工作特性二、电离室的工作特性 实际使用时，必须了解电离室本身所具有的特实际使用时，必须了解电离室本身所具有的特性，注意掌握正确的使用方法和给予必要的修正。性，注意掌握正确的使用方法和给予必要的修正。（一）电离室的方向性（一）电离室的方向性 电离室的灵敏度会受到电离辐射入射方向的影电离室的灵敏度会受到电离辐射入射方向的影响。响。正确的使用方法：正确的使用方法：平行板电离室应使其前表面垂平行板电离室应使其前表面垂直于射线的中心轴；指形电离室应使其主轴线与直于射线的中心轴；指形电离室应使其主轴线与射线束中心轴的入射方向相垂直。射线束中心轴的入射方向相垂直。（二）电离室的饱和性（二）电离室的饱和性 在电离室电压较低时因热运动导致带电离子由在电离室电压较低时因热运动导致带电离子由密度大处向密度小处扩散，正负离子在到达收集密度大处向密度小处扩散，正负离子在到达收集极前可能相遇复合成中性原子或分子，影响电离极前可能相遇复合成中性原子或分子，影响电离效应和电离室信号之间对应关系。效应和电离室信号之间对应关系。电离室工作电压逐渐增加，离子漂移速度增加，电离室工作电压逐渐增加，离子漂移速度增加，复合和扩散基本消除，电离室输出信号不再随工复合和扩散基本消除，电离室输出信号不再随工作电压而变化。电离室工作在电离室的饱和区。作电压而变化。电离室工作在电离室的饱和区。电压继续增高，碰撞电离使离子数目增殖，输电压继续增高，碰撞电离使离子数目增殖，输出电流急剧上升，超出正常工作电压。出电流急剧上升，超出正常工作电压。OA段：段：逐渐克服复合逐渐克服复合与扩散的影响，与扩散的影响，电流电流。ABAB段：段：复合与扩散消复合与扩散消除，电流基本除，电流基本保持恒定。保持恒定。BCBC段：段：产生碰撞电离，产生碰撞电离，电流电流。（三）电离室的杆效应（三）电离室的杆效应 电离室的金属杆和绝缘体及电缆，在辐射场电离室的金属杆和绝缘体及电缆，在辐射场中，会产生微弱的电离，叠加在电离室的信号电中，会产生微弱的电离，叠加在电离室的信号电流中，影响电离室的灵敏度，这一效应称为流中，影响电离室的灵敏度，这一效应称为杆效杆效应应。电离室的杆效应一般较小（。电离室的杆效应一般较小（1%），但也有），但也有的电离室会高达的电离室会高达10，在实际应用中应尽量避免，在实际应用中应尽量避免并给予校正。并给予校正。（四）电离室的复合效应（四）电离室的复合效应 电离室工作在饱和区中也还是存在复合效应，电离室工作在饱和区中也还是存在复合效应，可采取可采取“双电压法双电压法”作校正。电离室分别在两个作校正。电离室分别在两个电压电压V1和和V2下，收集的电荷分别为下，收集的电荷分别为Q1和和Q2。V1为正常工作电压，为正常工作电压，V1和和V2的比值要大于的比值要大于3。利用。利用二次多项式计算复合校正因子二次多项式计算复合校正因子PS。对脉冲式或脉冲扫描式辐射，不同的对脉冲式或脉冲扫描式辐射，不同的(V1/V2)有有不同的不同的ai 值。值。（五）电离室的极化效应（五）电离室的极化效应（polarity effect）对于给定的电离辐射，电离室收集的电离电对于给定的电离辐射，电离室收集的电离电荷会随收集极工作电压极性的变化而变化，这种荷会随收集极工作电压极性的变化而变化，这种变化现象称为极化效应。变化现象称为极化效应。引起极化效应的主要原因是：引起极化效应的主要原因是：（1）对指形电离室，因电离室结构造成空间电对指形电离室，因电离室结构造成空间电荷分布依赖于电离室收集极的极性，又因正负离荷分布依赖于电离室收集极的极性，又因正负离子迁移率不同造成收集效率的差异，这种差异可子迁移率不同造成收集效率的差异，这种差异可通过提高收集电压而减少，但不能完全消除。通过提高收集电压而减少，但不能完全消除。（2）电离室灵敏体积以外收集到的电流也会引电离室灵敏体积以外收集到的电流也会引起电离室极化。起电离室极化。消除极化效应的影响可通过改变电离室工作电消除极化效应的影响可通过改变电离室工作电压极性，取其测量平均值。极化效应应在压极性，取其测量平均值。极化效应应在0.5%。（六）环境因素的影响（六）环境因素的影响 对非密闭电离室，电离室空腔中的空气密度随对非密闭电离室，电离室空腔中的空气密度随环境的温度和气压而变化。环境的温度和气压而变化。对温度和气压的校正公式为：对温度和气压的校正公式为：此处，此处，t和和p分别为测量现场的温度和气压，分别为测量现场的温度和气压，t的量的量纲为纲为 0C，p的量纲为的量纲为 mbar(毫巴毫巴)，T为国家标准为国家标准实验室校准该电离室时实验室校准该电离室时(包括静电计包括静电计)的温度，一般的温度，一般都转换为都转换为20 0C。电离室受空气湿度影响较小，如。电离室受空气湿度影响较小，如果校准时相对湿度为果校准时相对湿度为50，现场为，现场为2070，可以不做校准。可以不做校准。三、电离室测量吸收剂量的原理三、电离室测量吸收剂量的原理原理：原理：电离室可以用来测量电离辐射在空气或空电离室可以用来测量电离辐射在空气或空气等效壁中产生的次级粒子的电离电荷。另外，气等效壁中产生的次级粒子的电离电荷。另外，在空气中产生一对正负离子对所消耗的电子动能，在空气中产生一对正负离子对所消耗的电子动能，基本为一常数，即平均电离能为基本为一常数，即平均电离能为W/e33.97J/C。用电离室测量吸收剂量分两步：用电离室测量吸收剂量分两步：（1）用电离室测量由电离辐射产生的电离电用电离室测量由电离辐射产生的电离电荷；荷；（2）用空气的平均电离能计算并转换成电离用空气的平均电离能计算并转换成电离辐射沉积的能量，即吸收剂量。辐射沉积的能量，即吸收剂量。（一）中低能（一）中低能X（）射线吸收剂量的测量）射线吸收剂量的测量 低于低于2MV-X射线或钴射线或钴-60 射线能量时，电离射线能量时，电离室的室壁可以室的室壁可以满足电子平衡条件满足电子平衡条件，介质中的吸收，介质中的吸收剂量可以用相同位置的照射量转换。剂量可以用相同位置的照射量转换。空气中和介质中吸收剂量之间关系：空气中和介质中吸收剂量之间关系：或或令：令：A=(m/a)为传输系数，表示能量通过为传输系数，表示能量通过室壁的份额，其值略小于室壁的份额，其值略小于1。（二）高能电离辐射吸收剂量的测量（二）高能电离辐射吸收剂量的测量 电子平衡条件不满足，根据布拉格格雷电子平衡条件不满足，根据布拉格格雷（BraggGray）空腔理论，电离辐射在介质中）空腔理论，电离辐射在介质中沉积的能量即吸收剂量，可以通过测量其置放在沉积的能量即吸收剂量，可以通过测量其置放在介质中的小气腔内的电离电荷量转换得到。介质中的小气腔内的电离电荷量转换得到。在气腔的在气腔的直径直径远远小于次级电子的最大射程远远小于次级电子的最大射程时，气腔的引入不会对次级电子的分布产生影响。时，气腔的引入不会对次级电子的分布产生影响。这样介质吸收电离辐射的能量这样介质吸收电离辐射的能量Em与气腔中所产生与气腔中所产生的的电离量电离量Ja应有以下关系：应有以下关系：式中，式中，(S/)m/(S/)a为介质与空气的为介质与空气的平均质平均质量阻止本领量阻止本领之比。此式为之比。此式为“布喇格布喇格-格雷格雷”公式。公式。综合低能综合低能X（）射线和高能电离辐射（包括）射线和高能电离辐射（包括电子、电子、X（）射线等）的测量原理，需注意以）射线等）的测量原理，需注意以下几点：下几点：（1）中低能）中低能X（）射线吸收剂量的测量，首）射线吸收剂量的测量，首先测量的可以是照射量，但电离室壁材料不仅先测量的可以是照射量，但电离室壁材料不仅空气等效，而且室壁厚度要满足电子平衡条件；空气等效，而且室壁厚度要满足电子平衡条件；（2）利用布拉格格雷理论测量吸收剂量时，）利用布拉格格雷理论测量吸收剂量时，就不需要电子平衡条件，因为根据空腔电离理就不需要电子平衡条件，因为根据空腔电离理论，气腔中产生的电离电荷量只与介质实际吸论，气腔中产生的电离电荷量只与介质实际吸收的能量有关。收的能量有关。（3）对空腔大小的要求）对空腔大小的要求 对对中低能中低能X（）射线）射线测量时，只要电离室壁测量时，只要电离室壁材料和空气等效，对空腔的大小并没有实际的材料和空气等效，对空腔的大小并没有实际的限制。如在空气中测量低水平辐射时，电离室限制。如在空气中测量低水平辐射时，电离室的体积往往较大。的体积往往较大。用空腔理论测量用空腔理论测量高能电离辐射高能电离辐射的吸收剂量时，的吸收剂量时，气腔应足够小，一般要小于次级电子的最大射气腔应足够小，一般要小于次级电子的最大射程，但也不能过分小，以致造成由次级电子电程，但也不能过分小，以致造成由次级电子电离产生的电子大量跑出气腔，而使布拉格格离产生的电子大量跑出气腔，而使布拉格格雷关系式失效。雷关系式失效。小结：小结：1、电离室基本工作原理、电离室基本工作原理2、指形电离室的工作特性（六点）、指形电离室的工作特性（六点）3、电离室测量中低能光子吸收剂量原理、电离室测量中低能光子吸收剂量原理4、电离室测量高能电离辐射原理（布拉格格、电离室测量高能电离辐射原理（布拉格格雷空腔理论）雷空腔理论）3 电离辐射质的确定电离辐射质的确定 电离辐射质的定义：电离辐射质的定义：电离辐射穿射物质的本领。电离辐射穿射物质的本领。一、一、X（）射线质的确定）射线质的确定 放射性治疗中所用的放射性治疗中所用的X（）射线又分中低能）射线又分中低能X射线、高能射线、高能X射线、放射性核素产生的射线、放射性核素产生的射线，它射线，它们的射线质确定的方法不尽相同，需分别对待。们的射线质确定的方法不尽相同，需分别对待。（一）中低能（一）中低能X射线射线 通过通过X射线穿过某种介质时衰减的程度来定义，射线穿过某种介质时衰减的程度来定义，通常用通常用半价层半价层(half value layer，HVL)表示。表示。X射线穿过某种介质时遵循指数衰减规律。射线穿过某种介质时遵循指数衰减规律。式中，式中，N0：为入射的光子数，：为入射的光子数，l：为吸收体的厚：为吸收体的厚度，度，：为线性衰减系数。：为线性衰减系数。半价层半价层HVL为：为：HVL=ln2/=0.693/临床剂量学中，半价层通常按临床剂量学中，半价层通常按X射线机的球管射线机的球管电压的大小和使用的过虑板，分别用铝或铜材料电压的大小和使用的过虑板，分别用铝或铜材料的厚度来表示，如的厚度来表示，如2mm Al，0.5mm Cu等。等。（二）放射性核素产生的（二）放射性核素产生的射线射线 射线由放射性核素特定能级衰变而来，因此射线由放射性核素特定能级衰变而来，因此能量是固定的，对钴能量是固定的，对钴-60，衰变过程中释放二条，衰变过程中释放二条 射线，其能量为射线，其能量为1.17MeV和和1.33MeV，且概率相，且概率相同。因此平均能量为同。因此平均能量为1.25MeV。对能谱较为复杂的放射性核素，须对不同能量对能谱较为复杂的放射性核素，须对不同能量的的 射线的衰变概率加权取平均。射线的衰变概率加权取平均。一般用其核素名和辐射类型表示，如钴一般用其核素名和辐射类型表示，如钴-60射射线、铯线、铯-137射线等。射线等。（三）高能（三）高能X射线射线（1）标称加速电位。）标称加速电位。高能高能X射线的射线质原则上也可以用半价层来射线的射线质原则上也可以用半价层来表示，但是因高能表示，但是因高能X射线的穿透力较强，线性衰射线的穿透力较强，线性衰减系数随射线质的变化比较小，因此高能减系数随射线质的变化比较小，因此高能X射线射线的射线质通常用电子的标称加速电位（的射线质通常用电子的标称加速电位（nominal acceleration potential）表示，单位为百万伏或）表示，单位为百万伏或兆伏（兆伏（MV）。）。电子的标称加速电位电子的标称加速电位应该等于电子击靶前的应该等于电子击靶前的电子束能量，但实际测量该值比较困难。电子束能量，但实际测量该值比较困难。（2）用辐射质指数（）用辐射质指数（radiation quality index)表示表示 定义方法有两种：定义方法有两种：（a）保持源到探测器的距离（保持源到探测器的距离（SDD）等于源）等于源-轴轴距离（距离（SAD），用水体模中），用水体模中20cm处与处与10cm处的处的组织模体比组织模体比TPR的比值表示。的比值表示。（b）保持源到水体模表面的距离（保持源到水体模表面的距离（SSD）等于源）等于源-轴距离（轴距离（SAD），用水体模中），用水体模中20cm处与处与10cm处处的百分深度剂量的百分深度剂量PDD的比值表示。的比值表示。10cm10cmSDD20cm10cm（a）10cm10cmSSD20cm10cm（b）二、高能电子束射线质的确定二、高能电子束射线质的确定 由于电子束是带电粒子，它的能谱随着射线在由于电子束是带电粒子，它的能谱随着射线在介质中的穿行而连续变化。介质中的穿行而连续变化。对于高能电子束，主要关心的是对于高能电子束，主要关心的是模体表面模体表面和和水中水中特定深度处特定深度处的能量定义和表示方法的能量定义和表示方法。（一）模体表面的平均能量（一）模体表面的平均能量 高能电子束在模体表面的平均能量高能电子束在模体表面的平均能量 ，是表示电子束穿射介质的能力和确定模体中不同是表示电子束穿射介质的能力和确定模体中不同深度处电子束平均能量的一个重要参数。深度处电子束平均能量的一个重要参数。确定方法：确定方法：由高能电子束在水中的百分深度剂量由高能电子束在水中的百分深度剂量曲线或百分深度电离曲线的半峰值剂量深度曲线或百分深度电离曲线的半峰值剂量深度R50（cm）表示。）表示。若若R50,d由固定源探测器距离来测定，平均能由固定源探测器距离来测定，平均能量为：量为：若若R50,d或或R50,i 由固定源模体表面距离来测定，由固定源模体表面距离来测定，平均能量为：平均能量为：或或:（二）模体表面的最大可几能量（二）模体表面的最大可几能量 模模体体表表面面的的最最大大可可几几能能量量EP,0是是一一个个常常用用的的参参数数，由电子在水中的射程由电子在水中的射程Rp确定。确定。射程的测量应在较大的射野和源体模表面的射程的测量应在较大的射野和源体模表面的距离距离SSD=100cm条件下进行。条件下进行。式中系数为：式中系数为：C1=0.22MeV,C2=1.98MeVcm-1,C3=0.0025MeVcm-2 该值根据测量和蒙特卡罗方法计算得出，在该值根据测量和蒙特卡罗方法计算得出，在150MeV能量范围内，误差为能量范围内，误差为2。（三）不同深度处的平均能量（三）不同深度处的平均能量 随模体深度的增加，电子束的能量发生变化。随模体深度的增加，电子束的能量发生变化。在在深度深度z处的电子束的平均能量处的电子束的平均能量 ，可近似用，可近似用其表面平均能量其表面平均能量 和射程和射程 来表示：来表示：此式，仅对低能电子束（此式，仅对低能电子束（E010MeV)或或较高较高电子束能量时较小深度处时成立。电子束能量时较小深度处时成立。小结：小结：1、X()射线辐射质的确定射线辐射质的确定2、高能电子束辐射质的确定、高能电子束辐射质的确定4 吸收剂量的校准吸收剂量的校准 校准的必要性：校准的必要性：理论上设想的电离室，实际设计理论上设想的电离室，实际设计和制作是很困难的，现场使用的电离室（指形电和制作是很困难的，现场使用的电离室（指形电离室和平行板电离室），为了能适应实际测量需离室和平行板电离室），为了能适应实际测量需要，往往对有些条件作了近似处理。因此，将现要，往往对有些条件作了近似处理。因此，将现场电离室直接用于测量各种类型的电离辐射的吸场电离室直接用于测量各种类型的电离辐射的吸收剂量之前，必须进行校准，并选择和确定与之收剂量之前，必须进行校准，并选择和确定与之相适应的相关系数。相适应的相关系数。校准完成单位：校准完成单位：国家级的计量监督部门，作为一国家级的计量监督部门，作为一级国家标准实验室，或由其授权并经计量标准传级国家标准实验室，或由其授权并经计量标准传递的地方计量监督部门，作为次级标准实验室。递的地方计量监督部门，作为次级标准实验室。校准执行的技术规程：校准执行的技术规程：IAEA和和WHO发表的发表的277号技术报告及其修订版推荐的号技术报告及其修订版推荐的X（）射线和电子）射线和电子束吸收剂量测量的技术规程。我国国家技术监督束吸收剂量测量的技术规程。我国国家技术监督局根据这一技术规程，于局根据这一技术规程，于1991年颁布了国家计量年颁布了国家计量技术规范，并于技术规范，并于1992年实施。年实施。光子和高能电子束吸收剂量测定方法光子和高能电子束吸收剂量测定方法 中国中国计量出版社计量出版社 1991一、吸收剂量测量用电离室、模体、几何条件的一、吸收剂量测量用电离室、模体、几何条件的技术要求技术要求 由有照射量基准或空气比释动能基准的标准实验由有照射量基准或空气比释动能基准的标准实验室，负责对现场使用的测量仪表（电离室和静电室，负责对现场使用的测量仪表（电离室和静电计）进行校准和检验，给出相关的照射量校准因计）进行校准和检验，给出相关的照射量校准因子子Nx或空气比释动能校准因子或空气比释动能校准因子Nk，并对现场使，并对现场使用给予指导和检查。用给予指导和检查。在吸收剂量测量中，不同辐射质的电离辐射对在吸收剂量测量中，不同辐射质的电离辐射对电离室的特性要求是不同的。电离室的特性要求是不同的。一般都是在水模体（简称水箱）中进行的。因一般都是在水模体（简称水箱）中进行的。因为人体组织接受的电离辐射的吸收剂量，是通过为人体组织接受的电离辐射的吸收剂量，是通过在水模体中测得的吸收剂量转换后得到的。在水模体中测得的吸收剂量转换后得到的。扰动因子扰动因子PU，修正电离室对修正电离室对X（）射线或电子）射线或电子束在水中的注量产生的扰动影响。束在水中的注量产生的扰动影响。有效测量点有效测量点Peff，修正电离室气腔内电离辐射注，修正电离室气腔内电离辐射注量的梯度变化。量的梯度变化。不同辐射质有效测量点不同辐射质有效测量点Peff的的位置，位置，r为电离室气腔半径为电离室气腔半径辐射质辐射质 Peff中能中能X射线射线 几何中心几何中心 60Co 射线射线 0.6r 高能高能X射线射线 0.6r高能电子线高能电子线 0.5r在水中测量吸收剂量，需规范在水中测量吸收剂量，需规范测量的几何条件测量的几何条件，如为了克服水中吸收剂量梯度变化对剂量校准的如为了克服水中吸收剂量梯度变化对剂量校准的影响，电离室应置于一特定深度，此为影响，电离室应置于一特定深度，此为校准深度校准深度。固体体模中固体体模中X()吸收剂量的测量吸收剂量的测量如果在测量位置处，射线的能谱分布和原射线和如果在测量位置处，射线的能谱分布和原射线和散射线的注量在两种介质中相同，则固体体模中散射线的注量在两种介质中相同，则固体体模中吸收剂量转换到水中吸收剂量公式为：吸收剂量转换到水中吸收剂量公式为：因水和固体体模对射线的吸收不完全相同，需对测因水和固体体模对射线的吸收不完全相同，需对测量深度进行校正：量