1、第七章第七章 放射线的测量放射线的测量 首都医科大学潞河教学医院医学影像教研室首都医科大学潞河教学医院医学影像教研室 王珍琦王珍琦1 1、辐射场分布的测量、辐射场分布的测量 （对环境的测量）（对环境的测量）2 2、吸收剂量的测量、吸收剂量的测量 （对人体的测量）（对人体的测量）放射线的测量放射线的测量 第一节第一节 照射量的测量照射量的测量照射量的测量照射量的测量 照射量：是以放射线在空气中产生的照射量：是以放射线在空气中产生的电离电离电荷电荷的数量来反映射线强度的物理量。的数量来反映射线强度的物理量。对照射量的测量：就是对对照射量的测量：就是对电离电荷的收集电离电荷的收集，是通过，是通过空气
2、电离室来空气电离室来实现的。实现的。照射量的测量照射量的测量 测量工具：测量工具：自由空气电离室（自由空气电离室（标准电离室标准电离室）：根据）：根据照射量的定义设计的，是对照射量进行直照射量的定义设计的，是对照射量进行直接绝对测量的标准仪器。接绝对测量的标准仪器。电离室测量的原理电离室测量的原理内容概要内容概要:一、电离室的工作机制一、电离室的工作机制二、电离室测量吸收剂量的原理二、电离室测量吸收剂量的原理 电离室测量的原理电离室测量的原理一、电离室的工作机制一、电离室的工作机制 电离室测量的基本过程是：通过测电离室测量的基本过程是：通过测量量电离辐射电离辐射在与物质相互作用过程中产在与物质
3、相互作用过程中产生的生的次级粒子次级粒子的的电离电荷量电离电荷量。电离室测量的原理电离室测量的原理（一）电离室的基本原理（一）电离室的基本原理 两个相互平行的电两个相互平行的电极之间充满空气，虚线极之间充满空气，虚线所包括范围，称为所包括范围，称为电离电离室灵敏体积室灵敏体积。当电离辐。当电离辐射，如射，如X X或或射线摄入射线摄入这个灵敏体积内，与其这个灵敏体积内，与其中的空气介质相互作用，中的空气介质相互作用，产生产生次级电子次级电子。这些电。这些电子在其运动轨迹上使空子在其运动轨迹上使空气中的原子气中的原子电离电离，产生，产生一系列正负离子对。一系列正负离子对。电离室测量的原理电离室测量
4、的原理 在灵敏体积的电场作在灵敏体积的电场作用下，电子、正离子用下，电子、正离子分别向两级漂移，使分别向两级漂移，使相应极板的感应电荷相应极板的感应电荷量发生变化，形成量发生变化，形成电电离电流离电流。在电子平衡。在电子平衡条件下测到的电离电条件下测到的电离电荷，理论上应为次级荷，理论上应为次级电子所产生的全部电电子所产生的全部电离电荷。离电荷。电离室测量的原理电离室测量的原理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主要由两个相互平行的平板电极构成，极的平板电极构成，极间相互绝缘并连接到间相互绝缘并连接到电源电压的正负端，电源电压的正负端，电极间充
5、有空气。构电极间充有空气。构成电离室的一个极板成电离室的一个极板与与电源高压电源高压的正端或的正端或负端相连，另一极板负端相连，另一极板与与静电计输入端静电计输入端相连，相连，称为收集级。称为收集级。电离室测量的原理电离室测量的原理在实际应用中，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10 10 A A数量数量级，为弱电流，必须经过级，为弱电流，必须经过弱电流放大器（静电计）弱电流放大器（静电计）对其进行放大，此类静电计通常称为剂量测量仪。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，静电计实际上就是一个负反馈运算放如下图所示，静电计实际上就是一个负反馈运算放大器。
6、以三种方式测量电离室的输出信号：大器。以三种方式测量电离室的输出信号：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、测量输出回路中形成的电压信号成的电压信号-10电离室测量的原理电离室测量的原理 自由空气电离室一般为国家一级或二级剂量标准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，作为标准，在现场使用的电离室实验室所配置，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型剂量仪进行校准，并不适合于在现场如医院使用。用。标准电离室缺点标准电离室缺点1 1、体积庞大、体积庞大2 2、技术复杂、技术复杂3 3、不能
7、作为现场测量、不能作为现场测量 实用型电离室实用型电离室 电离室测量的原理电离室测量的原理（二）实用型电离室（二）实用型电离室（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是根据自由空气电离室原理，为便于常气电离室原理，为便于常规使用而设计的。图规使用而设计的。图a a表示表示的电离室的电离室设想设想有圆形有圆形空气空气外壳外壳，中心为充有空气的，中心为充有空气的气腔。假定空气外壳的气腔。假定空气外壳的半半径径等于电离辐射在空气中等于电离辐射在空气中产生的产生的次级电子的最大射次级电子的最大射程程，满足进去气腔中电子，满足进去气腔中电子数与离开的相等，数与离开的相等，电子平电子平
8、衡存在衡存在。此条件下的电离。此条件下的电离室可认为与自由空气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。如果将图如果将图a a的空的空气外壳压缩，则可形成气外壳压缩，则可形成图图b b所表示的所表示的固态的空气固态的空气等效外壳等效外壳，所谓空气等，所谓空气等效就是该种物质的有效效就是该种物质的有效原子序数与空气有效原原子序数与空气有效原子序数相等。子序数相等。由于固体空气等效材料由于固体空气等效材料的密度远大于自由空气的密度远大于自由空气的密度，该种材料中达的密度，该种材料中达到电子平衡的厚度可远到电子平衡的厚度可远小于小于自由空气的厚度。自由空气的厚度。电离室测量的原理电离
9、室测量的原理 电离室测量的原理电离室测量的原理图图c c就是根据上述思就是根据上述思想设计而成的指形电想设计而成的指形电离室的剖面图离室的剖面图,指形指形电离室的材料一般选电离室的材料一般选用石墨，它的有效原用石墨，它的有效原子 序 数 小 于 空 气子 序 数 小 于 空 气(7.67)(7.67)而接近于碳而接近于碳(6)(6)，其表面涂有一，其表面涂有一层导电材料，形成一层导电材料，形成一个电极，另一个收集个电极，另一个收集电极位于中心。电极位于中心。l如上所述，空气气腔中所产生的电离电如上所述，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。荷，是由四周室壁中的次级电子所产
10、生。l为了使指形电离室与自由空气电离室具为了使指形电离室与自由空气电离室具有相同的效应，有相同的效应，它的室壁应与空气外壳它的室壁应与空气外壳等效等效，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。电离室测量的原理电离室测量的原理 吸收剂量的测量吸收剂量的测量第二节第二节吸收剂量的测量吸收剂量的测量-基本测量法基本测量法 任何一种物质，当受到辐射照射后，其吸任何一种物质，当受到辐射照射后，其吸收的射线能量将以热的形式表现出来，吸收的射线能量将以热的形式表现出来，吸收的能量越大，产生的热量越高。通过测收的能量越大，产生的
11、热量越高。通过测量此热量，就可以定量给出吸收剂量的大量此热量，就可以定量给出吸收剂量的大小。小。吸收剂量的测量吸收剂量的测量-基本测量法基本测量法 在吸收介质内需要测定吸收剂量的部位，在吸收介质内需要测定吸收剂量的部位，放一体积较小的吸收体，作为量热计的敏感放一体积较小的吸收体，作为量热计的敏感材料它与周围介质必须达到热绝缘，吸收材料它与周围介质必须达到热绝缘，吸收体吸收了射线能量后，温度升高，借助微型体吸收了射线能量后，温度升高，借助微型测温器件测温器件(热电偶或热敏电阻热电偶或热敏电阻)测出吸收体的测出吸收体的温升，计算出吸收体吸收的能量，以求出小温升，计算出吸收体吸收的能量，以求出小块吸
12、收体材料中的吸收剂量。块吸收体材料中的吸收剂量。吸收剂量的测量吸收剂量的测量-电离室测量电离室测量法法吸收剂量的现场测量大多通过测量照射吸收剂量的现场测量大多通过测量照射量，然后换算成介质的吸收剂量。量，然后换算成介质的吸收剂量。1 1、热释光剂量计测量、热释光剂量计测量 2 2、胶片剂量测量、胶片剂量测量 3 3、半导体剂量仪测量、半导体剂量仪测量热释光剂量计测量法热释光剂量计测量法胶片剂量测定法胶片剂量测定法半导体剂量仪半导体剂量仪第三节第三节 射线质的测定射线质的测定 射线的质：射线的能量，决定了射线射线的质：射线的能量，决定了射线在物质中的穿透能力。在物质中的穿透能力。放射线质的测定放
13、射线质的测定 1 1、中低能、中低能X X射线（射线（400kv400kv以下）以下）2 2、高能、高能X X线（单位：线（单位：MVMV）3 3、高能电子束、高能电子束1.1.中低能中低能X X射线质射线质,一般用半价层一般用半价层(HVL)(HVL)来表示来表示.2 2、高能高能X X射线射线 加速器产生的高能加速器产生的高能X X射线射线,能谱是连续的能谱是连续的,最大能最大能量可以认为与加速电子打靶前的能量相同量可以认为与加速电子打靶前的能量相同.高能高能X X射线的射线质原则上也可以用某种材料的半价层射线的射线质原则上也可以用某种材料的半价层值表示值表示,但因为高能但因为高能X X射
14、线的穿透力较强射线的穿透力较强,线性衰减线性衰减系数系数值随射线质的变化比较小值随射线质的变化比较小,因此高能因此高能X X射线射线的射线质一般用电子的标称加速电位表示的射线质一般用电子的标称加速电位表示,单位是单位是兆伏兆伏(MV).(MV).从剂量学角度考虑从剂量学角度考虑,对高能对高能X X射线质的确定射线质的确定,常常用用辐射质指数辐射质指数来表示来表示.3 3、高能电子束射线质的确定、高能电子束射线质的确定 加速器产生的高能电子束加速器产生的高能电子束,在电子引出窗在电子引出窗以前以前,能谱相对较窄能谱相对较窄,基本可认为是单能。电子基本可认为是单能。电子束引出后束引出后,经过散射箔
15、经过散射箔,监测电离室监测电离室,空气等介空气等介质质,并经准直器限束到模体并经准直器限束到模体(或患者或患者)表面和进表面和进入模体后入模体后,能谱逐渐变宽。因此能谱逐渐变宽。因此,电子束能量在电子束能量在不同位置数值差别很大。从临床使用和水中吸不同位置数值差别很大。从临床使用和水中吸收剂量测量考虑收剂量测量考虑,对高能电子束对高能电子束,首先要关心模首先要关心模体表面和水中特定深度处的能量的定义和表示体表面和水中特定深度处的能量的定义和表示法。法。3 3、高能电子束射线质的确定、高能电子束射线质的确定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在模体表面的平
16、均能量E E0 0.是表是表示电子束穿射介质的能力和确定模体不同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深度处电子束平均能量的一个重要参数.确确定定E E0 0.的方法是通过测量高能电子束在水中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的百分深度剂量曲线(如图如图),),找出它的半峰找出它的半峰值测量深度值测量深度R50(cm)R50(cm)E E0 0=2.33=2.33*R50R50系数系数2.332.33的单的单位是位是MeV/cmMeV/cm，它是利用蒙特它是利用蒙特卡洛方法模拟卡洛方法模拟高能电子束百高能电子束百分深度剂量而分深度剂量而得来的。得
17、来的。第四节第四节医用诊断医用诊断X X线检查技术的辐射剂量学的评价线检查技术的辐射剂量学的评价1 1X X线检查技术线检查技术 2 2X X线透视技术线透视技术3 3X X线计算机断层成像技术线计算机断层成像技术CTCT等等医用诊断医用诊断X X线检查线检查评价方法评价方法1 1、入射剂量（、入射剂量（incident dose,incident dose,IDID）2 2、表面入射剂量（、表面入射剂量（entrance surface entrance surface dose,dose,ESDESD）3 3、剂量面积之积（、剂量面积之积（dose-area product,dose-ar
18、ea product,DAPDAP）4 4、CTCT剂量指数（剂量指数（computerd tomography dose computerd tomography dose index,index,CTDICTDI）入射剂量入射剂量 IDID：X X线摄影是投射到被检者体表部位的线摄影是投射到被检者体表部位的x x线所致空气吸收剂量。线所致空气吸收剂量。（不含背向散射）（不含背向散射）国际单位：国际单位：GyGy表面入射剂量表面入射剂量 ESD:ESD:X X线摄影成像时，被检者体表处线摄影成像时，被检者体表处照射野中心的空气吸收剂量。（与曝光条照射野中心的空气吸收剂量。（与曝光条件有关，件
19、有关，MASMAS越大、越大、ESDESD越大。）越大。）国际单位：国际单位：GyGy剂量面积之积剂量面积之积 DAP DAP：照射到人体表面的照射到人体表面的x x线束的横线束的横断面积与照射野内平均空气吸收剂量的断面积与照射野内平均空气吸收剂量的乘积。乘积。（透视的评估方法）（透视的评估方法）CTCT剂量指数剂量指数 CTDICTDI：指沿着垂直于断层平面方向上指沿着垂直于断层平面方向上的吸收剂量分布，除以的吸收剂量分布，除以X X线管在线管在360360度的单度的单次旋转是产生的断层切片数与标称厚度之次旋转是产生的断层切片数与标称厚度之积的积分。积的积分。小结小结 射线测量涉及射线强度的
20、测量射线测量涉及射线强度的测量 辐射剂量学测量辐射剂量学测量小结小结 电离室及半导体探测器是射线强度测量的电离室及半导体探测器是射线强度测量的最常用传感器，自由空气电离室由于体积最常用传感器，自由空气电离室由于体积及测量条件所限只能作为标准仪器使用，及测量条件所限只能作为标准仪器使用，实用型电离室和半导体探测器常作为现场实用型电离室和半导体探测器常作为现场仪器使用。仪器使用。小结小结 量热法是吸收剂量的标准测量方法，但其量热法是吸收剂量的标准测量方法，但其灵敏度低，受环境温度影响较大，不适合灵敏度低，受环境温度影响较大，不适合现场测量。现场测量。吸收剂量通常采用照射量转换的方法获得吸收剂量通常采用照射量转换的方法获得。小结小结 在评价诊断在评价诊断X X线检查技术中的辐射剂量学问线检查技术中的辐射剂量学问题时，需针对相应的检查技术使用不同的题时，需针对相应的检查技术使用不同的剂量学参量。剂量学参量。
