第七章放射线的测量

第七章放射线的测量交流一下，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）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。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.一.照射量的测量1、自由空气电离室电子平衡1、自由空气电离室VQX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。1、自由空气电离室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.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：电离室在使用一段时间后需要校准，定期校准条件：(20°C,760mmHg)PtKtp7602.2932.273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。第二节吸收剂量的测量二.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。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dmdTdTdEdmdED1、基本测量——量热法介质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。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.二.电离室测量法1、首先测量空气介质中的吸收剂量ω为电离一对离子所需平均电离能=33.73eVXeDkq(Gy)XDkq73.33(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：fXXDDkqenwzenkqkqenwzenwz73.33)/()/()/()/(•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.吸收剂量的测量光子能量水骨骼肌肉光子能量水骨骼肌肉0.010MeV35.35137.2135.850.020MeV34.15163.9535.500.030MeV33.68170.1635.270.040MeV34.03160.4735.620.050MeV34.57138.7635.890.060MeV35.08112.7936.010.080MeV36.1274.0336.400.100MeV36.7456.2036.740.200MeV37.7137.9537.330.300MeV37.4436.3637.090.400MeV37.4435.9736.980.500MeV37.4435.8537.090.600MeV37.4435.8537.090.800MeV37.4035.6637.051.00MeV37.4035.7437.052.00MeV37.4435.7036.983.00MeV37.2935.9736.984.00MeV37.1236.0536.745.00MeV36.9836.2036.596.00MeV37.2136.7836.788.00MeV37.0537.0536.5910.0MeV36.2437.2136.01不同光子能量对应几种物质的f值(单位:Gy/C/kg)•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。已测知二.吸收剂量的测量例题2用电离室测得体模内一点空气照射率为例题1-Co60373.31.073.3373.33XDkq(Gy)Gy/h1048.9Gy/h1058.274.3645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-1-15hkgC1058.2,已知光子的能量为0.1MeV,求该点的吸收剂量率。解查表得f水=36.74Gy/C/kgD水=三、吸收剂量的其他测量方法热释光剂量仪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1h400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％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1×10-5Gy2.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。•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”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光学密度用来定量胶片黑的程度，用符号OD表示定义为式中：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ItILgOD0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光学密度和透明度的测量仪器主要有光学密度计(又称黑度计)扫描仪和激光数字化仪对于同一型号的胶片其灵敏度与射线质(射线能量)射线入射角度照射剂量洗片条件胶片的批号等因素有关与照射剂量率无关胶片在剂量学中的应用主要有三个方面：检查射野的平坦度和对称性获取临床剂量学数据高能X(γ)射线的离轴比电子束的百分深度剂量和离轴比验证剂量分布相邻射野间剂量分布的均匀性治疗计划系统剂量计算的精确度测量时胶片与模体紧密贴合以免空气间隙造成不规则的花斑和条纹与其他类型剂量仪相比，胶片剂量仪的优点是：同时测量一个平面内所有点以减少照射时间和测量时间有很高的空间分辨率可以测量不均匀固体介质中剂量分布胶片灵敏度显著地受X(γ)射线能量和洗片条件的影响近年来，新型胶片引起广泛的研究兴趣具有较好的组织等效性，并且不需要暗室操作不需要显影、定影但也存在一些缺陷如灵敏