第七章电离辐射吸收剂量的测量教材课件.ppt

1、生物医学工程学院医疗仪器研究所生物医学工程学院医疗仪器研究所第七章第七章电离辐射吸收剂量的测量电离辐射吸收剂量的测量南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所电离室测量吸收剂量的基本过程是：通过测量电离室测量吸收剂量的基本过程是：通过测量电离电离辐射辐射在与物质相互作用过程中产生的在与物质相互作用过程中产生的次级粒子次级粒子的的电离电离电荷量电荷量，由计算得出吸收剂量。，由计算得出吸收剂量。一、电离室的工作机制一、电离室的工作机制南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所( (一一) )电离室基本原理电离室基本原理两个互相平行的电极之间充满空气，虚线所包括的范围称两个互相平

2、行的电极之间充满空气，虚线所包括的范围称为为电离室灵敏体积电离室灵敏体积。当电离辐射，如。当电离辐射，如X或或射线射入这个灵敏体射线射入这个灵敏体积内，与其中的空气介质相互作用，产生积内，与其中的空气介质相互作用，产生次级电子次级电子。这些电子。这些电子在其运动径迹上使空气中的原子在其运动径迹上使空气中的原子电离电离，产生一系列正负离子对。，产生一系列正负离子对。在灵敏体积内的电场作用下，电子、在灵敏体积内的电场作用下，电子、正离子正离子 分别向两极漂移，使相分别向两极漂移，使相应极板的感应电荷量发生变化，应极板的感应电荷量发生变化，成成电离电流电离电流。在电子平衡条件下。在电子平衡条件下测到

3、的电离电荷，理论上应为次测到的电离电荷，理论上应为次级电子所产级电子所产 生的全部电离电荷。生的全部电离电荷。 南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所根据以上原理可以制成根据以上原理可以制成自由空气电离室自由空气电离室主要由两个相互平行的平主要由两个相互平行的平板型电极构成，极间相互板型电极构成，极间相互绝缘并分别连接到电源高绝缘并分别连接到电源高压的正负端，电极间充有压的正负端，电极间充有空气。构成电离室的一个空气。构成电离室的一个极板与极板与电源高压电源高压的正端或的正端或负端相连，另一极板与负端相连，另一极板与静静电计输入端电计输入端相连，称为收相连，称为收集极。集极。南方

4、医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所电离室的电离室的灵敏体积灵敏体积是指通是指通过收集极边缘的过收集极边缘的电力线电力线所所包围的两个电极间的区域。包围的两个电极间的区域。在灵敏体积外的电极称为在灵敏体积外的电极称为保护环保护环，其作用时使灵敏，其作用时使灵敏体积边缘外的电场保持均体积边缘外的电场保持均匀，并同时使绝缘子的漏匀，并同时使绝缘子的漏电流不经过测量回路，减电流不经过测量回路，减少对信号的影响。少对信号的影响。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所在实际应用中，电离室的输出信号电流在在实际应用中，电离室的输出信号电流在1010-10-10A A量级，为弱电量

5、级，为弱电流，必须经过流，必须经过弱电流放大器弱电流放大器（静电计静电计）对其进行放大，此类）对其进行放大，此类静电计通常称为剂量测量仪。如下图所示，静电计实际上就静电计通常称为剂量测量仪。如下图所示，静电计实际上就是一个负反馈运算放大器。以三种方式测量电离室的输出信是一个负反馈运算放大器。以三种方式测量电离室的输出信号：号：1 1、测量输出电荷量、测量输出电荷量2 2、测量输出电流、测量输出电流3 3、测量输出回路中形成的电压信号。、测量输出回路中形成的电压信号。自由空气电离室一般为国家一级或自由空气电离室一般为国家一级或二级剂量标准实验室所配置，二级剂量标准实验室所配置，作为标准，在现场使

6、用的电离室型剂量仪进行校准，并不适作为标准，在现场使用的电离室型剂量仪进行校准，并不适合于在现场如医院使用。合于在现场如医院使用。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所(二二)指形电离室指形电离室指形电离室指形电离室是根据自由空气电是根据自由空气电离室的原理，为便于常规使用而设离室的原理，为便于常规使用而设计的。图计的。图a表示的电离室表示的电离室设想设想有圆形有圆形空气外壳空气外壳，中心为充有空气的气腔。，中心为充有空气的气腔。假定空气外壳的假定空气外壳的半径半径等于电离辐射等于电离辐射在空气中产生的在空气中产生的次级电子的最大射次级电子的最大射程程，满足进入气腔中的电子数与离

7、，满足进入气腔中的电子数与离开的相等，开的相等，电子平衡存在电子平衡存在。此条件。此条件下的电离室可认为与自由空气电离下的电离室可认为与自由空气电离室具有等同功能。室具有等同功能。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所(二二)指形电离室指形电离室如果将图如果将图a的空气外壳压缩，的空气外壳压缩，则可形成图则可形成图b所表示的所表示的固态的固态的空气等效外壳空气等效外壳。所谓。所谓空气等效空气等效就是该种物质的有效原子序数就是该种物质的有效原子序数与空气有效原子序数相等。与空气有效原子序数相等。由于固体空气等效材料的由于固体空气等

8、效材料的密度远大于自由空气的密度，密度远大于自由空气的密度，该种材料中达到电子平衡的厚该种材料中达到电子平衡的厚度可远度可远小于小于自由空气的厚度。自由空气的厚度。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所(二二)指形电离室指形电离室图图c就是根据上述思想设计就是根据上述思想设计而成的指形电离室的剖面图。指而成的指形电离室的剖面图。指形电离室的材料一般选用石墨，形电离室的材料一般选用石墨，它的有效原子序数小于空气它的有效原子序数小于空气（7.67）而接近于碳（）而接近于碳（6）。其）。其表面涂有一层导电材料，形成一表面涂有一层导电材料，形成一个电极。另一个收集电极位于中个电极。另一个

9、收集电极位于中心。心。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所如上所述，空气气腔中所产生的电离电荷，是由四周室壁如上所述，空气气腔中所产生的电离电荷，是由四周室壁中的次级电子所产生。中的次级电子所产生。为了使指形电离室与自由空气电离室具有相同的效应，为了使指形电离室与自由空气电离室具有相同的效应，它它的室壁应与空气外壳等效的室壁应与空气外壳等效，即在指形电离室壁中产生的次级，即在指形电离室壁中产生的次级电子数和能谱与空气中产生的一样。电子数和能谱与空气中产生的一样。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所通常用作室壁材料的石墨，酚醛树脂和塑料，其有效原子通常用作室壁材料

10、的石墨，酚醛树脂和塑料，其有效原子序数序数略小于略小于空气的有效原子序数，这种室壁材料在空气气腔空气的有效原子序数，这种室壁材料在空气气腔中产生的电离电荷也中产生的电离电荷也略少于略少于自由空气电离室。自由空气电离室。因此，选用有效原子序数略大的材料，制成中心收集电极，因此，选用有效原子序数略大的材料，制成中心收集电极，可补偿室壁材料的不完全空气等效。可补偿室壁材料的不完全空气等效。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所二、电离室的工作特性二、电离室的工作特性(一一)电离室的方向性电离室的方向性电离室本身有角度依赖性，电离室本身有角度依赖性，其正确的使用方法是，平行板电其正确的使

11、用方法是，平行板电离室应使其表面离室应使其表面垂直于垂直于射束中心射束中心轴，指形电离室应使其主轴线与轴，指形电离室应使其主轴线与射束中心轴的入射方向射束中心轴的入射方向 相垂直。相垂直。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所 (二二)电离室的饱和特性电离室的饱和特性电离辐射在空气中产生的正负离子，在电离辐射在空气中产生的正负离子，在没有没有外加电场的作外加电场的作用或电场强度不够大时，会因热运动由密度大处向密度小用或电场强度不够大时，会因热运动由密度大处向密度小处扩散，导致宏观的带电粒子流动，称为离子，电子的处扩散，导致宏观的带电粒子流动，称为离子，电子的扩扩散运动散运动。同时

12、，正离子与负离子在到达收集极前可能相遇同时，正离子与负离子在到达收集极前可能相遇复合复合成中成中性的原子或分子，这种复合会性的原子或分子，这种复合会损失损失一部分由电离辐射产生一部分由电离辐射产生的离子对数，从而影响电离效应与电离室输出信号之间的的离子对数，从而影响电离效应与电离室输出信号之间的对应关系。对应关系。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所当电离室工作电压当电离室工作电压较低较低时，正负离子的复合与扩散作用显时，正负离子的复合与扩散作用显得较为突出。如下图所示：当入射电离辐射的强度不变时，得较为突出。如下图所示：当入射电离辐射的强度不变时，电离室的输出信号电流电离室的

13、输出信号电流I随工作电压随工作电压V变化的关系，称为变化的关系，称为“电离室的饱和特性电离室的饱和特性”。图中。图中OA段，电离室工作电压逐段，电离室工作电压逐渐增高，离子或电子的飘移速度加大，逐渐克服复合与扩渐增高，离子或电子的飘移速度加大，逐渐克服复合与扩散作用的影响，输出信号电流也逐渐增加。散作用的影响，输出信号电流也逐渐增加。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所AB段内，由于复合与扩散影响已基本消除，信号电流不段内，由于复合与扩散影响已基本消除，信号电流不再随工作电压改变而保持稳定，此段称为再随工作电压改变而保持稳定，此段称为电离室的饱和区电离室的饱和区。电离室正常工作

14、时，其工作电压应处于这一范围。随着工电离室正常工作时，其工作电压应处于这一范围。随着工作电压的继续提高，作电压的继续提高，BC段电离室内电场过强，因离子或段电离室内电场过强，因离子或电子运动速度加大，产生碰撞电离，离子数目变大，信号电子运动速度加大，产生碰撞电离，离子数目变大，信号电流急剧上升，超出电离室正常工作状态。电流急剧上升，超出电离室正常工作状态。饱和区饱和区南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所(三三)电离室的杆效应电离室的杆效应电离室的灵敏度，也会受到电离室电离室的灵敏度，也会受到电离室金属杆金属杆和和电缆电缆在电在电离辐射场中的被照范围的影响。因为电离室的金属杆和绝

15、离辐射场中的被照范围的影响。因为电离室的金属杆和绝缘体及电缆，在电离辐射场中会产生缘体及电缆，在电离辐射场中会产生微弱的电离微弱的电离，叠加在，叠加在电离室的信号电流中，形成电离室杆的泄漏，这叫做电离室的信号电流中，形成电离室杆的泄漏，这叫做杆效杆效应应。实验表明，对于实验表明，对于X()射线，杆效应表现有明显的射线，杆效应表现有明显的能量能量依赖性依赖性，能量越大，杆效应越明显。而对于电子束，表现，能量越大，杆效应越明显。而对于电子束，表现不甚明确。另一特点是，当电离室受照范围较小时，杆效不甚明确。另一特点是，当电离室受照范围较小时，杆效应变化较大，当受照长度超过应变化较大，当受照长度超过1

16、0cm时，基本不再变化。时，基本不再变化。它影响射野输出因子的测量精度。它影响射野输出因子的测量精度。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所(四四)电离室的复合效应：电离室的复合效应：电离室即使工作在饱和区，也存在正、负离子复合效电离室即使工作在饱和区，也存在正、负离子复合效应的影响。应的影响。复合效应的校正，通常采用称为复合效应的校正，通常采用称为“双电压双电压”的实验方的实验方法。法。具体做法具体做法:对相同的辐射场，电离室分别加两种不同的对相同的辐射场，电离室分别加两种不同的工作电压工作电压V1和和V2，其中，其中V1为常规工作电压，并且为常规工作电压，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，得到不同工作电压时的收集电荷，得到不同工作电压时的收集电荷数数Q1和和Q2，然后利用以下公式计算复合校正因子：，然后利用以下公式计算复合校正因子：Ps=a0+a1(Q1/Q2)+a2(Q1/Q2)2式子中，式子中，ai为实验拟合系数。不同类型的电离辐射的为实验拟合系数。不同类型的电离辐射的a1值分别列于书上值分别列于书上Page50的表的表3-2，3-3南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所复合效应依赖于电离室的复合效应依赖于电离室的几何尺寸几何尺寸、工作电压工作电压的选择的选择和和正负离子产生的速率正负离子产生的速率。对医用加速器的对医用加速

18、器的脉冲式辐射脉冲式辐射，特别是脉冲扫描式辐射，特别是脉冲扫描式辐射，复合效应的校正尤为重要；复合效应的校正尤为重要；但对于放射性核素产生的但对于放射性核素产生的射线（如钴射线（如钴-60），复合效），复合效应非常小。应非常小。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所(五五)电离室的极化效应电离室的极化效应对给定的电离辐射，电离室收集的电离电荷会因收集极工作电压极对给定的电离辐射，电离室收集的电离电荷会因收集极工作电压极性的改变而变化，这种变化现象称为性的改变而变化，这种变化现象称为极化效应极化效应。改变电离室工作电压的极性会影响它的收集效率。改变电离室工作电压的极性会影响它的收集

19、效率。(六六)环境因素对工作特性的影响环境因素对工作特性的影响非密闭型电离室，空腔中的空气质量随非密闭型电离室，空腔中的空气质量随环境温度环境温度和和气压气压变化而改变，变化而改变，即气压或温度变化时，空气质量都会改变，就会直接影响电离室测量的即气压或温度变化时，空气质量都会改变，就会直接影响电离室测量的灵敏度，现场使用时必须给予校正。校正系数与温度和气压的关系为：灵敏度，现场使用时必须给予校正。校正系数与温度和气压的关系为：Kpt = (273.2+t)/(273.2+T) (1013/p)式中式中T为电离室在国家实验室校准时的温度，一般为为电离室在国家实验室校准时的温度，一般为20C或或2

20、2C；t为为现场测量时的温度；现场测量时的温度；p为现场测量时的气压。为现场测量时的气压。 南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所三、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由电离室工作原理可以看到它的作用是测量电离辐射在由电离室工作原理可以看到它的作用是测量电离辐射在空气中或在空气等效壁中产生的次级粒子的电离电荷。空气中或在空气等效壁中产生的次级粒子的电离电荷。而在空气中每产生一对正负离子所消耗的电子动能，对而在空气中每产生一对正负离子所消耗的电子动能，对所有的电子来说，基本是一个常数，即平均电离能为所有的电子来说

21、，基本是一个常数，即平均电离能为W/e = 33.97 J/C 。e是每一个离子的电荷，是每一个离子的电荷，W是空气中每形成一个离子对所消耗的是空气中每形成一个离子对所消耗的平均能量平均能量南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所用电离室测量吸收剂量可以分为用电离室测量吸收剂量可以分为两步两步：首先首先测量由电离测量由电离辐射产生的电离电荷，辐射产生的电离电荷，然后然后利用空气的平均电离能计算并转利用空气的平均电离能计算并转换成电离辐射所沉积的能量，即吸收剂量。由于电离室本身换成电离辐射所沉积的能量，即吸收剂量。由于电离室本身特性的限制，采用这种方法测量吸收剂量时，对不同能量的特性

22、的限制，采用这种方法测量吸收剂量时，对不同能量的电离辐射，所依据的基础和计算方法不同。电离辐射，所依据的基础和计算方法不同。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所(一一)中低能中低能X()射线吸收剂量的测量射线吸收剂量的测量根据照射量的定义，如果用于测量的指形电离室符合条根据照射量的定义，如果用于测量的指形电离室符合条件室壁由空气等效材料制成；室壁厚度件室壁由空气等效材料制成；室壁厚度(或加平衡帽后或加平衡帽后)可达到电子平衡；气腔体积可精确测定，则可以用来直接可达到电子平衡；气腔体积可精确测定，则可以用来直接测量照射量，再转换为吸收剂量。测量照射量，再转换为吸收剂量。(3-18

23、)南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所对中低能对中低能X()射线来说，电子平衡能够建立，介质中的射线来说，电子平衡能够建立，介质中的吸收剂量可用相同位置处的照射量进行转换。吸收剂量可用相同位置处的照射量进行转换。需要注意的是这种测量的前提条件：电离室壁材料不仅需要注意的是这种测量的前提条件：电离室壁材料不仅要空气等效，而且壁厚要满足电子平衡条件。要空气等效，而且壁厚要满足电子平衡条件。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所(二二)高能电离辐射吸收剂量的测量高能电离辐射吸收剂量的测量上述用电离室测量照射量，再转换为吸收剂量的方法，上述用电离室测量照射量，再转换为吸收

24、剂量的方法，前提条件是必须建立电子平衡，这只对能量前提条件是必须建立电子平衡，这只对能量不高于不高于2MV的的X()射线适用。射线适用。另外，另外，照射量的定义仅适用于照射量的定义仅适用于X()光子辐射，光子辐射，不能用于其它类型的电离辐射，如电子、中子等。不能用于其它类型的电离辐射，如电子、中子等。布拉格格雷空腔布拉格格雷空腔理论可以用来直接从测量结果计算理论可以用来直接从测量结果计算吸收剂量。布拉格格雷空腔理论认为，电离辐射在介质吸收剂量。布拉格格雷空腔理论认为，电离辐射在介质中的沉积能量即介质吸收剂量，可通过测量其置放在介质中的沉积能量即介质吸收剂量，可通过测量其置放在介质中的小气腔内的

25、电离电荷转换。中的小气腔内的电离电荷转换。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所假设在一均匀介质中有一充有空气的气腔，电离辐射如假设在一均匀介质中有一充有空气的气腔，电离辐射如X()射线射线入射，它在介质中产生的次级电子穿过气腔时会在其中产生电离。这入射，它在介质中产生的次级电子穿过气腔时会在其中产生电离。这种电离可以是种电离可以是X()射线在气腔空气中产生的次级电子所致，也可以是射线在气腔空气中产生的次级电子所致，也可以是在电离室空气等效壁材料中产生的次级电子所致。假定在电离室空气等效壁材料中产生的次级电子所致。假定气腔的直径远气腔的直径远远小于次级电子的最大射程远小于次级电子

26、的最大射程，则以下三个假定成立：，则以下三个假定成立： X()射线光子在空腔中所产生的射线光子在空腔中所产生的次级电子的电离，即次级电子的电离，即“气体作用气体作用”可以可以忽略；忽略； 气腔的引入并不影响次气腔的引入并不影响次 级电子级电子的注量及能谱分布；的注量及能谱分布； 气腔周围的邻近介质中，气腔周围的邻近介质中，X()射射线的辐射场是均匀的。线的辐射场是均匀的。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所(续续)也就是说也就是说气腔的引入并不改变次级电子的分布气腔的引入并不改变次级电子的分布，则介质，则介质所吸收的电离辐射的能量所吸收的电离辐射的能量E m与气腔中所产生的电离

27、量与气腔中所产生的电离量J a 应应有如下关系：有如下关系： 式中式中w/e 为电子的平均电离能；为电子的平均电离能； ( S /)m / ( S /)a 为介质与空气的平均质量阻止为介质与空气的平均质量阻止 本领率之比。本领率之比。此式即是此式即是布拉格格雷布拉格格雷关系式。关系式。用布拉格格雷理论测量吸收剂量时用布拉格格雷理论测量吸收剂量时不需要电子平衡不需要电子平衡条件条件。 amamSSeWJE)/()/( 南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所小结小结综合低能和高能电离辐射的测量原理，需注意以下几点：综合低能和高能电离辐射的测量原理，需注意以下几点：1、中低能中低能X(

28、)射线吸收剂量的测量，首先测量的可以是照射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要空气等效，而且壁厚要满足电子量，但电离室壁材料不仅要空气等效，而且壁厚要满足电子平衡条件。平衡条件。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所小结小结2、用布拉格格雷理论测量吸收剂量时，就不需要电子平衡、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论，气腔中产生的电离电荷量只条件，因为根据空腔电离理论，气腔中产生的电离电荷量只和介质中实际吸收的能量有关。和介质中实际吸收的能量有关。对中低能对中低能X()射线测量时，只要电离室壁材料和空气等效，对射线测量

29、时，只要电离室壁材料和空气等效，对空腔的大小没有特别的限制。如在空气中测量低水平辐射，空腔的大小没有特别的限制。如在空气中测量低水平辐射，电离室体积往往比较大。电离室体积往往比较大。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所小结小结3、用空腔理论测量高能电离辐射的吸收剂量时，空腔应足、用空腔理论测量高能电离辐射的吸收剂量时，空腔应足够小，一般要小于次级电子的最大射程，但也不能过小，以够小，一般要小于次级电子的最大射程，但也不能过小，以致造成由次级电离产生的电子大量跑出气腔，而使布拉格致造成由次级电离产生的电子大量跑出气腔，而使布拉格格雷关系式失效格雷关系式失效南方医科大学医疗仪器研究

30、所南方医科大学医疗仪器研究所四、电离辐射质的确定四、电离辐射质的确定电离辐射电离辐射质质即即辐射能量辐射能量。对某些类型的辐射，如各类治疗。对某些类型的辐射，如各类治疗机所产生的机所产生的X X射线，由于是轫致辐射和为了适应临床治疗射线，由于是轫致辐射和为了适应临床治疗需要给与均整改造后，能谱甚为复杂，规定和测量其能量需要给与均整改造后，能谱甚为复杂，规定和测量其能量较为困能。较为困能。实际上，放射治疗临床对辐射能量的关心，实际上，放射治疗临床对辐射能量的关心，主要集中主要集中在电在电离辐射穿透物质的能力上。因此，电离辐射质定义为离辐射穿透物质的能力上。因此，电离辐射质定义为电离电离辐射穿射物

31、质的本领辐射穿射物质的本领。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所四、电离辐射质的确定四、电离辐射质的确定(一一) X()射线质的确定射线质的确定 1、中低能、中低能X射线质，一般用半价层射线质，一般用半价层(HVL)来表示。来表示。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所HVL可以通过可以通过X射线束贯穿某种介质时的减弱程度来射线束贯穿某种介质时的减弱程度来定义和确定。定义和确定。 N = N0e-式中式中N为达到探测器的光子数，为达到探测器的光子数，N0为入射光子数，为入射光子数，为线性衰减系数，为线性衰减系数，为吸收体的厚度。为吸收体的厚度。 HVL = 0.6

32、93南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所2、放射性核素产生的、放射性核素产生的射线射线与与X射线不同，每种放射性核素放出射线不同，每种放射性核素放出射线的衰变过程是射线的衰变过程是特定的，根据它们的衰变图可以很清楚地了解所用放射性核特定的，根据它们的衰变图可以很清楚地了解所用放射性核素的素的射线能量。例如钴射线能量。例如钴60在衰变过程中释放两种不同能在衰变过程中释放两种不同能量的量的射线，射线，1.17和和1.33MeV，因为它们的衰变概率相同，所，因为它们的衰变概率相同，所以它们的平均能量为以它们的平均能量为1.25MeV。对能谱比较复杂的放射性核。对能谱比较复杂的放射性核

33、素，经过对不同能量素，经过对不同能量射线衰变概率的加权处理，就可以得射线衰变概率的加权处理，就可以得到其平均能量。到其平均能量。因此，放射治疗中放射性核素的因此，放射治疗中放射性核素的射线质，一般用其射线质，一般用其核核素名素名和和辐射类型辐射类型表示，如钴表示，如钴60 射线、铯射线、铯137 射线等。射线等。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所3、高能、高能X射线射线加速器产生的高能加速器产生的高能X射线，能谱是连续的，最大能量可以射线，能谱是连续的，最大能量可以认为与加速电子打靶前的能量相同。高能认为与加速电子打靶前的能量相同。高能X射线的射线质原则射线的射线质原则上也可

34、以用某种材料的半价层值表示，但因为高能上也可以用某种材料的半价层值表示，但因为高能X射线的穿射线的穿透力较强，线性衰减系数透力较强，线性衰减系数值随射线质的变化比较小，因此高值随射线质的变化比较小，因此高能能X射线的射线质一般用射线的射线质一般用电子的标称加速电位电子的标称加速电位表示，单位是百表示，单位是百万伏万伏(或兆伏，或兆伏，MV)。从剂量学角度考虑，对高能从剂量学角度考虑，对高能X射线质的确定，常用射线质的确定，常用辐射质辐射质指数指数 I 来表示。来表示。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所辐射质指数的定义方法有辐射质指数的定义方法有两种两种：一是一是保持靶到探测器

35、的距离保持靶到探测器的距离不变，以水模中不变，以水模中20cm处和处和10cm各处的组织体模比各处的组织体模比TPR的比值的比值表示；表示；二是二是保持靶到模体表面的距离不变，以水模中保持靶到模体表面的距离不变，以水模中20cm处处和和10cm处的百分深度剂量处的百分深度剂量PDD的比值表示。的比值表示。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所(二二)高能高能电子束电子束射线质的确定射线质的确定加速器产生的高能电子束，在加速器产生的高能电子束，在电子引出窗以前电子引出窗以前，能谱相对，能谱相对较窄，基本可认为是单能。较窄，基本可认为是单能。电子束引出后电子束引出后，经过散射箔、监，

36、经过散射箔、监测电离室、空气等介质，并经准直器限束到模体测电离室、空气等介质，并经准直器限束到模体(或患者或患者)表面表面和进入模体后，能谱逐渐变宽。和进入模体后，能谱逐渐变宽。因此，电子束能量因此，电子束能量在不同位置数值差别很大在不同位置数值差别很大。从临床使用。从临床使用和水中吸收剂量测量考虑，对高能电子束，首先要关心和水中吸收剂量测量考虑，对高能电子束，首先要关心模体模体表面表面和和水中特定深度处水中特定深度处的能量的定义和表示法。的能量的定义和表示法。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所1、模体表面的平均能量、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

37、在模体表面的平均能量 0，是表示电子束穿射介质的能力，是表示电子束穿射介质的能力和确定模体不同深度处电子束平均能量的一个重要参数。确定和确定模体不同深度处电子束平均能量的一个重要参数。确定 0的方法是的方法是通过测量高能电子束在水中的百分深度剂量曲线（如图），找出它的通过测量高能电子束在水中的百分深度剂量曲线（如图），找出它的半峰半峰值剂量深度值剂量深度R50(cm)。 0 = 2.33 R 50系数系数2.33的单位是的单位是MeV cm-1，它是利用蒙特卡罗方法模拟高能电子束百分，它是利用蒙特卡罗方法模拟高能电子束百分深度剂量而得来的。深度剂量而得来的。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大

38、学医疗仪器研究所需要特别指出，在确定需要特别指出，在确定R50时，要求固定时，要求固定源（即靶位置）源（即靶位置）到电离室的距离到电离室的距离，然后测量百分深度剂量或深度电离量。，然后测量百分深度剂量或深度电离量。为克服射野的影响，测量时应采用为克服射野的影响，测量时应采用较大的射野较大的射野，一般为，一般为15cm15cm* *15cm15cm或者更大，特别对于大于或者更大，特别对于大于15MeV15MeV的高能电子束的高能电子束更应如此。更应如此。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所对于这个对于这个 0 = 2.33 R 50式子，式子，只适用于只适用于固定源到电离固定源到

39、电离室距离测量条件，如果采用固定源到模体表面距离室距离测量条件，如果采用固定源到模体表面距离（固定（固定SSDSSD）方法，上式应改为：）方法，上式应改为：南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所2、不同深度处的平均能量、不同深度处的平均能量随着模体深度的增加，电子束能量发生变化。在深度随着模体深度的增加，电子束能量发生变化。在深度z处的电处的电子束的平均能量，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来表示：来表示： z= 0(1-z/R p)该式是一近似关系式，仅对该式是一近似关系式，仅对较低能量较低能量的电子束（的电子束（10MeV），），或或

40、较高的电子能量较高的电子能量时时较小深度较小深度处成立。处成立。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所电子射程电子射程R p定义为水中百分深度剂量曲线定义为水中百分深度剂量曲线下降部分梯度最大下降部分梯度最大点的切线点的切线，与，与轫致辐射部分外推延长线交点处轫致辐射部分外推延长线交点处的深度的深度(cm)。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所五、吸收剂量的校准五、吸收剂量的校准用电离室方法测量吸收剂量，理论上设想的是一理想电离室。用电离室方法测量吸收剂量，理论上设想的是一理想电离室。当用于当用于中低能中低能射线吸收剂量测量时，假定电离室室壁材料为空射线吸收剂量测

41、量时，假定电离室室壁材料为空气等效，空腔体积能精确测定和电离室室壁厚度可达到完全的气等效，空腔体积能精确测定和电离室室壁厚度可达到完全的电子平衡。电子平衡。而当用于而当用于高能高能电离辐射吸收剂量测量时，电离室又被理想化为电离辐射吸收剂量测量时，电离室又被理想化为布拉格布拉格-格雷腔。如果要满足上述条件，电离室的设计与制作格雷腔。如果要满足上述条件，电离室的设计与制作十分困难。十分困难。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所对现场使用的电离室，为了能适应实际测量的需要，往往对有对现场使用的电离室，为了能适应实际测量的需要，往往对有些条件作了近似处理。些条件作了近似处理。当将电离室

42、空腔中产生的电离电荷量转换成组织中的吸收剂量当将电离室空腔中产生的电离电荷量转换成组织中的吸收剂量时，对计算中使用的相关系数也做了近似的处理。时，对计算中使用的相关系数也做了近似的处理。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所因此，将现场电离室直接用于测量各种类型电离辐射因此，将现场电离室直接用于测量各种类型电离辐射的吸收剂量之前，必须对它们校准，并选择和确定与它们的吸收剂量之前，必须对它们校准，并选择和确定与它们相适应的相关系数。相适应的相关系数。这一工作应由这一工作应由国家级国家级的计量监督部门，作为的计量监督部门，作为一级国家一级国家标准实验室标准实验室来完成，或由其授权并经

43、计量标准传递的地方来完成，或由其授权并经计量标准传递的地方级计量监督部门，作为次级实验室来完成。级计量监督部门，作为次级实验室来完成。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所(一一)吸收剂量测量用电离室、模体、几何条件的技术吸收剂量测量用电离室、模体、几何条件的技术要求要求为了量值的统一和测量结果的准确，国内外的基本做法为了量值的统一和测量结果的准确，国内外的基本做法是，首先建立是，首先建立国家级的剂量基准国家级的剂量基准，并制定相关的吸收剂量测，并制定相关的吸收剂量测量规程。量规程。根据电离室测量吸收剂量的原理，根据电离室测量吸收剂量的原理，北京中国计量科学院北京中国计量科学院作

44、为国家作为国家一级一级标准实验室，就建立有照射量基准的国家级一标准实验室，就建立有照射量基准的国家级一级标准。级标准。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所(续续)并在有条件的省市建立了并在有条件的省市建立了次级次级标准实验室，负责对标准实验室，负责对现场现场如医院如医院使用的测量仪表使用的测量仪表(电离室和静电计电离室和静电计)进行进行校准校准和和检定检定，给出相关的照射量校准因子给出相关的照射量校准因子NX或空气比释动能校准因子或空气比释动能校准因子NK，并对现场使用给予指导和检查。并对现场使用给予指导和检查。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所(续续)放射治

45、疗中对吸收剂量的校准一般都是通过放射治疗中对吸收剂量的校准一般都是通过组织替代水组织替代水模体模体中的吸收剂量进行转换。因此，对吸收剂量的校准，一中的吸收剂量进行转换。因此，对吸收剂量的校准，一般是在般是在水模体水模体(简称简称水箱水箱)中进行。中进行。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所电离室中心所收集的电荷，是源于它前方的某一点产生的次电离室中心所收集的电荷，是源于它前方的某一点产生的次级电子，有必要定义电离室的级电子，有必要定义电离室的有效测量点有效测量点Peff，以修正电离室气，以修正电离室气腔内电离辐射的注量梯度变化。（如图）有效测量点腔内电离辐射的注量梯度变化。（如

46、图）有效测量点Peff位于电位于电离室中心点离室中心点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表示电离室半径，表示电离室半径，对不同辐射质，对不同辐射质， Peff分别位于：分别位于： 高能电子束为高能电子束为0.5r； 高能高能X射线为射线为0.75r； 60Co射线为射线为0.5r； 中能中能X射线为几何中心。射线为几何中心。 1、电离室的有效测量点、电离室的有效测量点南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所2、校准深度、校准深度在水模中测量吸收剂量，需要规范测量的几何条件，例如在水模中测量吸收剂量，需要规范测量的几何条件，例如为了减少水中吸收剂量梯度变化的

47、影响，一般都将电离室为了减少水中吸收剂量梯度变化的影响，一般都将电离室置放在水中一个置放在水中一个特定的校准深度特定的校准深度，具体参看表，具体参看表311。南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所为了使用方便，模体材料也可以选择使用原子序数和为了使用方便，模体材料也可以选择使用原子序数和质量密度与水介质接近的固体材料，如质量密度与水介质接近的固体材料，如有机玻璃有机玻璃、聚苯乙聚苯乙烯烯、“固体水固体水”等，但是测量结果必须最终转换成水中吸等，但是测量结果必须最终转换成水中吸收剂量。收剂量。3 3、水模和固体模体中吸收剂量的转换、水模和固体模体中吸收剂量的转换南方医科大学医疗仪器

48、研究所南方医科大学医疗仪器研究所对对X(X()射线射线，将，将固体介质固体介质中测量的中测量的吸收剂量吸收剂量转换成转换成水中水中的的吸吸收剂量收剂量时，如果在测量位置，射线的能谱分布和原射线与散时，如果在测量位置，射线的能谱分布和原射线与散射线的注量在两种介质中相同，则有：射线的注量在两种介质中相同，则有：3.1 3.1 水模和固体模体中吸收剂量的转换（水模和固体模体中吸收剂量的转换（ X()射线）射线）南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所测量深度的校正测量深度的校正：因水和固体模体对射线的吸收不完全相同，：因水和固体模体对射线的吸收不完全相同，还需对测量深度进行校正。测量时

49、，一般应保持还需对测量深度进行校正。测量时，一般应保持放射源放射源到到电电离室离室的距离的距离SCDSCD和和照射野照射野大小不变，如图大小不变，如图3-253-25所示。水中测量所示。水中测量深度深度dwdw与固体模体中的测量深度与固体模体中的测量深度dmdm的比值为比例系数的比值为比例系数SFSF：南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所散射校正散射校正：由于固体材料尤其是有机玻璃，其：由于固体材料尤其是有机玻璃，其电子密度电子密度比水比水大，这样在固体模体中引起的大，这样在固体模体中引起的散射散射不同于在水模体中的散射，不同于在水模体中的散射，需做额外需做额外散射校正散射校正

50、ESCESC。ESCESC因子与因子与照射野大小照射野大小、测量深度测量深度有有关。加入关。加入ESCESC校正后，前面式子变成：校正后，前面式子变成：南方医科大学医疗仪器研究所南方医科大学医疗仪器研究所对对高能电子束高能电子束，测量吸收剂量的校准深度都应位于，测量吸收剂量的校准深度都应位于最大剂量深最大剂量深度度d dmaxmax处。如果水箱和固体模体中，深度处。如果水箱和固体模体中，深度d dmaxmax处的电子谱和注量处的电子谱和注量相同，电子束在相同，电子束在水水和和固体固体材料中材料中吸收剂量吸收剂量的相应关系为：的相应关系为：3.2 3.2 水模和固体模体中吸收剂量的转换（高能电子