第七章放射线的测量

光子能量 水 骨骼 肌肉 光子能量 水 骨骼 肌肉
0.010MeV 0.020MeV 0.030MeV 0.040MeV 0.050MeV 0.060MeV 0.080MeV 0.100MeV 0.200MeV 0.300MeV 0.400MeV
35.35 34.15 33.68 34.03 34.57 35.08 36.12 36.74 37.71 37.44 37.44

Dkq e X (Gy)
ω为电离一对离子所需平均电离能= 33.73 eV
Dkq 33.73 X (Gy)
• 经试验得知，在满足电子平衡的前提下，1库仑/千克 的照射量，能使每千克标准空气吸收射线的能量为 33.73戈瑞。
2、在任意介质中的吸收剂量
在实际工作中，常常需要知道生物组织中物质的吸收剂 量，直接测量组织的吸收剂量比较困难，需要借助体 模进行测量。通过有无体模对测得射线在空间一点的 吸收剂量进行换算比较，得出任意介质的吸收剂量和 照射量的关系：
由于辐射使温度升高的值T只有10-2 10-3 °C,故测量技术要求很高,只能做标 准仪器校对其它测D的仪器.
二. 吸收剂量的测量 1、基本测量——量热法
介质
D dE dE dT dm dT dm
热电偶 吸收体
量热法(calorimetry) 测量物体温度的变化来确定吸收剂量的方法 是测量介质中的吸收剂量最直接、最基本的方法 基本原理： 当介质受到电离辐射照射后，介质所吸收的辐射能量 除少部分可能引起化学反应外，主要会转换成热能 从而导致该介质温度的升高 温度的变化直接反映了介质吸收辐射能量的程度 由此可确定介质的吸收剂量
热释光材料的剂量响应依赖于许多条件 因此校准要在相同条件 如同一读出器，近似相同的辐射质和剂量水平下进行 经过严格校准和对热释光材料的精心筛选 测量精度可达到95％—97％
热释光元件基本特性： 1.灵敏度----热释光元件能测量吸收剂量的最低限
如LiF灵敏度为1 × 10-5 Gy 2.剂量响应线性----TL元件的吸收剂量与发光强度成正比
10-5 -1Gy 线性 如LiF超过5Gy超线性 3.能量响应----TL元件的灵敏度随射线能量不同而改变的特性 4.剂量率响应----TL元件的灵敏度随辐射剂量率而变化的特性
5.光效应----光作用下使被照射的TL发生衰变 要求光效应小
6.衰退----TL元件受照射后在储存期TL值的变化特性 要求衰退小，否则加热后测量时TL值减弱
硅晶体半导体探测器 主要用于测量高能X(γ)射线和电子束的相对剂量 半导体探测器的输出信号可以通过静电计放大后测量 优点： 辐射剂量与半导体探测器的输出信号有很好的线性关系
半导体剂量仪优点 用硅晶体制成的半导体探测器与空气电离室相比较 具有极高的灵敏度 半导体探头可以做得非常小(0.3-0.7mm3) 常规用于测量剂量梯度比较大的区域 剂量建成区、半影区的剂量分布 用于小野剂量分布的测量 近十年来 半导体探测器越来越被广泛用于患者治疗过程中的剂量监测
37.44 37.44 37.40 37.40 37.44 37.29 37.12 36.98 37.21 37.05 36.24
35.85 35.85 35.66 35.74 35.70 35.97 36.05 36.20 36.78 37.05 37.21
37.09 37.09 37.05 37.05 36.98 36.98 36.74 36.59 36.78 36.59 36.01第七章放射线的测量来自交流一下， 熟悉一下……
学习目标：
• 掌握照射量及吸收剂量测量的方法及肿瘤 放射治疗剂量学计算的基本概念；
• 熟悉诊断x射线辐射剂量学评价测量方法； • 了解放射线测量的基本方法。
为什么进行放射线的测量： 测量输出的射线强度,以确定照射量
测量吸收剂量,以判断预期疗效，其精确 确定是进行放射治疗最基本的物理学要素 （世界范围15％患者接受的剂量不准确）
二. 电离室测量法
• 量热法测量辐射在介质中的吸收剂量有很 多限制，如灵敏度低、使用操作复杂，测 量结果不能随时显示。因此，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。
二. 电离室测量法
现场大多通过 照射量的测量， 然后再换算成介 质的吸收剂量.
1、首先测量空气介质 中的吸收剂量
应用半导体探头测量较低能量的电子束剂量分布 优于平行板电离室 (平行板电离室对较低能量电子束较高的侧向散射反应不灵敏)
半导体探测器在实际使用中，应注意 首先由于硅的原子序数(z：14)比水的有效值高 对中低能x射线(200keV以下） 大照射野的边缘 较大的深度处测量等剂量分布 会受到一定的影响
半导体探测器的另一个主要缺陷是 高能辐射轰击硅晶体，会使晶格发生畸变 导致探头受损，灵敏度下降 对于给定的探头，受损程度依赖于辐射类型和受照历史 例如: 20MeV电子束对探头的损伤要比 8MVX射线的损伤大20倍左右
对医学和防护学有意义的量是 吸收剂量。吸收剂量一般通过间接 测量来获取，考察某点能量沉积产 生的理化变化，间接反映该点物质 吸收的射线能量。经过适当校准， 给出D的大小。
二. 吸收剂量的测量
1、基本测量——量热法
任何物质受照射后吸收的射线能量都 会以热的形式表现.能量—— 热量—— 温度.测量—— 热量计。
一. 照射量的测量
利用空气电离室测量.根据照射量的定义 设计,分若干种类.最准确的叫自由空气电离 室 又叫标准电离室.
1、自由空气电离室
1、自由空气电离室
电子平衡
1、自由空气电离室
步骤
(1) 设法隔离已知质量的空气
(2) 测量该空气中X、γ线使物质放 出的次级粒子电离产生的同种离子 总电量。
X Q
光学密度用来定量胶片黑的程度，用符号OD表示
定义为 OD Lg I0
It
式中：I0是射线入射强度，It是射线透过强度
没有曝光的胶片也能阻止少量光线，形成本底密度
测量密度扣除本底密度称为净密度
光学密度概念一般用于胶片黑度测量 透明度概念用于计算机图像显示处理 光学密度测量结果真实地反映 人眼感觉到的物体黑的程度的变化
许多晶体材料具有热释光现象（Thermoluminescence,TL) 具有晶体结构的固体，因含有杂质，造成晶格缺陷 当晶体被射线辐射后，能量滞留在晶阵中 而晶体被加热时又转为可见光形式释放 发光强度与“陷阱”所释放的电子数成正比 而电子数又与物质吸收辐射能量有关 经过标定，可测量吸收剂量
常用的热释光材料 氟化锂(LiF）、氟化钙（CaF2) 、氧化铝(Al2O3)等
7.重复使用性---TL的灵敏度在连续重复使用中保持特性不变
个人剂量计
• 由于人群中个体差异性较大，入射辐射在各人身 体内的散射、吸收情况不尽相同。因此，即使个 人剂量计佩在相同部位，受到相同情况的照射， 个人剂量计的辐射响应也会因人而异。就是同一 个人，个人剂量计佩在身体的不同部位，其辐射 响应也有差别；即使人体所处位置不变，佩在同 一部位的剂量计，其辐射响应也会因个人相对于 辐射源的朝向改变而变化。
Dwz

(en / )wz (en / )kq
Dkq

(en / )wz (en / )kq
33.73 X

fX
• 上式中，f为照射量-吸收剂量转换系数，也 称转换因子。下表列出了水、肌肉和骨骼 等不同能量光子的f系数值
二. 吸收剂量的测量
不同光子能量对应几种物质的f值(单位:Gy/C/kg)
测量屏蔽防护,以判断是否达到安全标准
测量依据的辐射效应:电离作用、热作用、 感光作用、荧光作用。
第一节 照射量的测量
• 照射量实际上是以x、r射线在空气中产生的 电离电荷的数量来反映射线强度的物理量， 对其进行测量就涉及如何收集、测量射线 所产生的微量电离电荷。在实际应用中， 电离电荷的收集、测量是通过空气电离室 来实现的。
电离室在使用一段时间后需要校准， 定期校准条件： (20°C,760mmHg)
用标准电离室对实用型电离室做校准刻度， 用两种电离室同时测量已知强度的X、γ线源, 得出实用空气电离室的校准因子，用于校正 实用型电离室所测照射量的值。 校正系数为：
273.2 t 760
Ktp
293.2
P
第二节吸收剂量的测量
氟化锂(LiF）最适合临床应用： 1.有效原子序数与软组织接近 2.对紫外线不敏感，不易潮解 3.形式多样（粉末、薄片、柱状等）
热释光材料的剂量响应与其受辐照和加热历史有关 在使用前必须退火 如LiF在照射前要经过1h 400度高温和24h80度低温退火 剂量响应，一般在10Cy以前呈线性变化 其灵敏度基本不依赖于X(γ)射线光子的能量 但对于低于10MeV的电子束，灵敏度下降5％-10％
2、实用空气电离室 实用空气电离室可直接用于照射量的测量 特点
(1)空气压缩,减 小电离室体积
(2) 压缩空气可 用等效材料替 (Z接近),如石墨, 有机玻璃,石蜡
(3)体积小,可现 场携带测量.
实用空气电离室可直接用于照射量的测量
测量条件:
(1) 室壁与空气等效 (2) 准确得知空气腔体积 (3) 室壁厚度满足电子平衡条件
V
造成空 气室非 稳定态 的因素
空气对X线的吸收和散射 离子的复合 入口对X线吸收产生多余次级电子 电离室壁的阻止使电子损失的能量 温度气压变化引起的空气密度改变
所以必须进行校正, 统一标准. 国家级的叫 基本标准,对省市(次级标准)统一校正.自由空 气电离室很大,约20m2,成本高,技术复杂,不能 作现场仪器,只能作标准.
137.21 163.95 170.16 160.47 138.76 112.79 74.03 56.20 37.95 36.36 35.97
35.85 35.50 35.27 35.62 35.89 36.01 36.40 36.74 37.33 37.09 36.98
0.500MeV 0.600MeV 0.800MeV 1.00MeV 2.00MeV 3.00MeV 4.00MeV 5.00MeV 6.00MeV 8.00MeV 10.0MeV
例题2 用电离室测得体模内一点空气照射率为
2.58105C kg-1h-1,已知光子的能量为
0.1 MeV,求该点的吸收剂量率。 解 查表得f水=36.74 Gy/C/kg D水=36.74 2.58105Gy/h 9.48104Gy/h
三、吸收剂量的其他测量方法 热释光剂量仪
• 因此，给出个人剂量当量数值时，还应说明：个 人受照情况及剂量计的佩戴部位。
二. 吸收剂量的测量
多功能数 字化γ谱仪
移 动 式 空 气 放 射 性 监 测 仪 (α/β)
二. 吸收剂量的测量
α /β/ γ 闪烁探头
核应急个 人剂量计
二. 吸收剂量的测量
（二）半导体剂量仪 半导体剂量仪使用的探测器是一种特殊的PN型二极管 根据半导体理论 P型晶体和N型晶体结合起来 则在结合面(界面)两边的一个小区域里，即PN结区 N型晶体一侧由于电子向P型晶体扩散而显正电 P型晶体一侧由于空穴向N型晶体扩散而显负电 受到电离辐射照射时，会产生新的载流子——电子和空穴 在电场作用下它们很快分离并形成脉冲信号 半导体探测器称为“固体电离室”
• 应用：若要求某种物质的吸收剂量，只要 在物质中待测点位置留个小腔，然后把电 离室放入小腔，测出小腔的照射量X，再查 表找到f值，就可以计算出物质中该点处的 吸收剂量。
二. 吸收剂量的测量
例题1 已测知 60Co - 在空气中某点处照射量
为0.1C/kg,求空气中该点处的吸收剂量. 解 Dkq 33.73X 33.73 0.1 3.373 (Gy)
半导体探测器的灵敏度还受到 环境温度、照射野大小 脉冲式电离辐射场中的剂量率的影响
对于每一个具体的探头，其数值也有较大的差异
因此，在实际使用中，对每一个半导体探头 都应做上述诸多因素的修正，并定期校验
（三）胶片剂量仪
当胶片受可见光或电离辐射照射时，溴化银(AgBr)晶体 颗粒中的银离子(Ag+)还原为银原子(Ag)，数个银原子就 形成所谓的“潜影”,洗片时，洗片液分子促使晶体颗粒 的Ag+还原为Ag,形成黑度差别的影像