電離輻射吸收劑量的測量

第三章電離輻射吸收劑量的測量X(Y)射線和高能電子束等電離輻射進入人體組織后，通過和人體組織中的原子相互作用，而傳遞電離輻射的一部分或全部能量。人體組織吸收電離輻射能量后，會發(fā)生系列的物理、化學、生物學變化，最后導致組織的生物學損傷，即生物效應。生物效應的大小正比于組織中吸收的電離輻射的能量。因此確切地了解組織中所吸收的電離輻射的能量，對于評估放射治療的療效和它的副作用是極其重要的。單位質(zhì)量的物質(zhì)吸收電離輻射的平均能量稱為吸收劑量，它的精確確定，是進行放射治療最基本的物理學要素。本章將介紹劑量學中所涉及的輻射量及其單位，重點闡述電離室法測量吸收劑量的原理、方法和步驟，并對其它測量方法的原理和應用作相應說明。第一節(jié)劑量學中的輻射量及其單位本節(jié)主要根據(jù)國際輻射單位和測量委員(ICRU)會第33號報告的內(nèi)容，重點介紹與放射治療和輻射防護有關的輻射量及其單位。一、 粒子注量粒子注量①(particlefluence)是以入射粒子數(shù)目描述輻射場性質(zhì)的一個量，它等于dN除以da所得的商。即輻射場中以某一點為球心的一個小球，進入該小球的粒子數(shù)dN與其截面da的比值①二dN/da單位m2截面da必須垂直于每個粒子的入射方向，為使來自各個方向的入射粒子都能滿足這個要求，采用小球來定義。粒子注量率：單位時間內(nèi)粒子注量的增量。單位。二、 能量注量能量注量W(energyfluence)是以進入輻射場內(nèi)某點處單位截面積球體的粒子總動能來描述輻射場性質(zhì)的一個量，它等于dR除以da所得的商。中二dR/da單位。能量注量率：單位時間內(nèi)能量注量的增量。單位J.。粒子注量和能量注量都是描述輻射場性質(zhì)的物理量，它們之間的關系單能中=中?E非單能中=jEma牛EdE0eE為粒子能量，氣為同一位置粒子注量的能譜分布。三、照射量照射量X（exposure）等于dQ除以dm所得的商。即X（丫）輻射在質(zhì)量為dm的空氣中釋放的全部次級電子（正負電子）完全被空氣阻止時，在空氣中形成的同一種符號的離子總電荷的絕對值（不包括因吸收次級電子發(fā)射的軔致輻射而產(chǎn)生的電離）dQ與dm的比值，即X=dQ/dmX的單位為。曾用單位為倫琴（R），1R=x10-4C.kg-i。照射量是用以衡量X（Y）輻射致空氣電離程度的一個量，不能用于其它類型輻射（如中子或電子束等）和其他物質(zhì)（如組織等）。根據(jù)照射量的定義，dQ中不包括次級電子發(fā)生軔致輻射被吸收后產(chǎn)生的電離，這點在X（Y）射線能量較高時會有明顯意義。如果X（Y）射線能量不是很高，次級電子發(fā)射的軔致輻射可以忽略，則空氣中某點的照射量就是X（Y）輻射在該點空氣中比釋動能K空氣的電離當量，即x="氣在單能光子輻射場中，同一點上的照射量X與能量注量甲有如下關系e是每一離子的電荷，W是在空氣中每形成一個離子對消耗的平均能量，七"P是空氣對給定能量光子的質(zhì)能吸收系數(shù)。由于現(xiàn)有技術還不能對能量很低和很高的X（Y）射線的照射量做精確測量，因此照射量實際僅對光子能量介于幾千電子伏至幾兆電子伏范圍內(nèi)X（Y）射線適用。照射（量）率：單位時間內(nèi)照射量的增量。單位。（曾用單位R.s-i）四、 吸收劑量吸收劑量D(absorbeddose)等于』廠除以dm所得的商，即電離輻射給予質(zhì)量為dm的介質(zhì)的平均授予能芯:D=d廠/dm單位為；專用名戈瑞(Gray，符合表示Gy),1Gy=1。曾用單位為拉德(rad),1Gy=100rad。吸收劑量是度量單位質(zhì)量受照物質(zhì)吸收電離輻射能量多少的一個量，它在輻射效應研究中是極為重要的。因為輻射作用于物質(zhì)引起的效應主要決定于該物質(zhì)所吸收的輻射能量。吸收劑量適用于任何類型和任何能量的電離輻射，以及適用于受到照射的任何物質(zhì)。由于在同樣的照射條件下，不同物質(zhì)，如骨和軟組織等，吸收輻射能量的本領不一樣，所以在論及吸收劑量時，應該明確輻射類型、介質(zhì)種類和特定位置。數(shù)值上吸收劑量可表示為D=中(更/p)en單位時間內(nèi)吸收劑量的增量，稱為吸收劑量率，單位為。五、 比釋動能比釋動能K(kineticenergyreleasedinmaterial,kerma)等于dEtr除以dm所得的商。即不帶電電離粒子在質(zhì)量為dm的介質(zhì)中釋放的全部帶電粒子的初始動能之和。K=dE/dmK的單位為；專用名為Gy。按照比釋動能的定義，dEtr應包括帶電電離粒子在軔致輻射中輻射的能量和發(fā)生在dm介質(zhì)中二次效應產(chǎn)生的所有帶電電離粒子如俄歇電子的能量。比釋動能用以衡量不帶電電離粒子與物質(zhì)相互作用時，在單位物質(zhì)中轉(zhuǎn)移給次級帶電粒子初始動能的總和的多少的一個量，因此與吸收劑量不同，比釋動能只適用于間接致電離輻射，但適用于任何介質(zhì)。在帶電粒子平衡條件下，數(shù)值上比釋動能等于K=中小/p)/(1-g)eng為次級帶電粒子以軔致輻射損失其能量的份額。

六、當量劑量當量劑量Ht（equivalentdose）等于某一組織或器官T所接受的平均劑量DT,R，經(jīng)輻射質(zhì)為R的輻射權重因子（radiationweightfactor）wR加權處理后的吸收劑量。H=￡wDR單位為，專用名為希沃特（Sievert）,符合為Sv,1Sv=。當量劑量是輻射防護劑量學的基本的量，是在嚴格意義上的吸收劑量。輻射權重因子代表特定輻射在小劑量照射時誘發(fā)隨機性效應的相對生物效應（RBE）的數(shù)值。轂si 因于陣財與剪■寤霞電子我孫于0旬AB*15他egmtv10innev-sAkT￡MeV-EOMrV1口，網(wǎng)MrV5就手.能毋A衛(wèi)MfVA .緬應該指出，當量劑量只限于在輻射防護所涉及的劑量范圍內(nèi)使用。七、照射量、吸收劑量、比釋動能的關聯(lián)和區(qū)別（一）間接致電離輻射的能量轉(zhuǎn)移和吸收間接致電離輻射在放射性治療中主要指X（Y）輻射，即放射性核素產(chǎn)生的Y射線以及各類X射線治療機和醫(yī)用加速器產(chǎn)生的X射線。X（Y）光子進入介質(zhì)，經(jīng)與介質(zhì)相互作用損失能量，可以分為兩步：g]3-2尤于在十低中侵生（a） 入射光子將其全部或部分能量轉(zhuǎn)移給介質(zhì)而釋g]3-2尤于在十低中侵生放出次級電子；（b） 獲得光子轉(zhuǎn)移能量的大部分次級電子再與介質(zhì)原子的電子相互作用，以使原子電離或激發(fā)的形式損失能量，即被介質(zhì)吸收；而少數(shù)次級電子與介質(zhì)原子的原子核作用，發(fā)生軔致輻射產(chǎn)生X射線。光子能量在（a）點釋放出次級電子的損失，即光子的能量轉(zhuǎn)移，以比釋動能來度量；沿徑跡（b）的損失，即光子的能量被介質(zhì)吸收，以吸收劑量來度量。比釋動能是入射光子在作用點（a）處釋放給次級電子的總動能；而吸收劑量是次級電子沿其徑跡（b）釋放給介質(zhì)的能量。因此只有當次級電子的射程很短，能量很低時，次級電子一產(chǎn)生就將其獲得的光子轉(zhuǎn)移能量全部釋放給作用點附近的介質(zhì)，此時介質(zhì)作用點（a）處體積元內(nèi)所吸收的次級電子能量，即吸收劑量，在數(shù)值上恰好等于入射光子釋放給作用點（a）處的比釋動能。（二）電子平衡由于比釋動能的計算點，與次級電子的能量沉積點即吸收能量的測量點和計算點不在同一位置，利用比釋動能計算吸收劑量必須附加條件，而電子平衡或廣義的帶電粒子平衡就是其中最重要的條件之一。電子平衡或帶電粒子平衡是劑量學的一個重要的概念。人射光子圖43電子平窿示意的如果所有離開小體積AV的次級電子帶走的能量，恰好等于進入小體積AV的次級電子帶入的能量，則稱在。點處存在"電子平衡”。電子平衡成立的條件：（1）小體積AV周圍的X（Y）輻射場必須均勻，以使AV周圍X（Y）光子釋放的次級電子的注量率保持不變。這不僅要求AV周圍的輻射強度和能譜不變，而且要求AV周圍（圖中虛線以內(nèi)部分）的介質(zhì)是均勻的。（2）小體積AV在各個方向離開介質(zhì)邊界的距離d要足夠大，至少要大于次級電子的最大射程。嚴格將，上述條件難以實現(xiàn)，特別是近輻射源處，輻射強度隨位置變化顯著；以及兩種不同介質(zhì)的交界處，為非均勻介質(zhì)，都不可能滿足電子平衡的條件。但在實踐中，需對某些條件作些處理，以使在一定的精度范圍內(nèi)，可認為電子平衡成立。如當X（Y）射線能量較低時，由于次級電子射程相對較短，X（Y）光子的衰減可以忽略，則在某些受照射的介質(zhì)中，可認為近似存在電子平衡。（三）照射量和比釋動能根據(jù)照射量的定義，在電子平衡條件下，它與X（Y）光子輻射在空氣中的能量注量的關系為— eX衣（吃/P）?而而當X（Y）光子輻射的能量限于6GC0Y射線的能量以下時，它在空氣中產(chǎn)生的次級電子發(fā)生軔致輻射的份額很低，約，如忽略不計，則K=中小/P)/(1-g)可寫成K=中小/P)en en得到在空氣介質(zhì)中照射量和比釋動能的關系實際上在低原子序數(shù)介質(zhì)如空氣、水、軟組織中，電子的初始動能的大部分消耗于與介質(zhì)電子發(fā)生非彈性碰撞，引起原子的電離或激發(fā)，僅有一小部分消耗于與原子核發(fā)生輻射效應（軔致輻射）。這樣，比釋動能可以分成兩部分，即K=K『Krad因此，空氣介質(zhì)中照射量和比釋動能的關系實際為（四）照射量和吸收劑量當滿足電子平衡條件時，在空氣介質(zhì)中，照射量和吸收劑量數(shù)值上的關系WD=X?—

照射量和吸收劑量的轉(zhuǎn)換關系式D(J/kg)=X(C/kg).33.97(J/C)D(cGy)=X(R).0.876(cGy/R)（五）吸收劑量和比釋動能當滿足電子平衡條件，并且由次級電子產(chǎn)生的軔致輻射可以忽略時，吸收劑量和比釋動能在數(shù)值上是相等的。當電子平衡條件不能建立時，為使兩者之間進行數(shù)值轉(zhuǎn)換，需引入一個電子平衡系數(shù)qe，它表示X（Y）光子輻射在一小體積單位內(nèi)沉積的能量Edep與X（Y）光子輻射在同體積內(nèi)電離過程中釋放的能量Ecol之比，即的能量Ecol之比，即qe=Edep/Ecol超都略基際剽民蕓一手圖3-4吸收剜和比棒動能通介質(zhì)深度的變化第二節(jié)電離室測量吸收劑量原理一、電離室的工作機制電離室是最早應用的電離輻射探測器，其測量吸收劑量的基本過程是，通過測量電離輻射在與物質(zhì)相互作用過程中產(chǎn)生的次級粒子的電離電荷量，由計算得到吸收劑量。（一）電離室的基本原理

兩個互相平行的電極之間充滿空氣，稱為電離室靈敏體積。當電離輻射，如X射線或Y射線射入電離室的靈敏體積內(nèi)，與其中的空氣介質(zhì)相互作用產(chǎn)生次級電子。這些電子在其運動徑跡上使空氣中的原子電離，產(chǎn)生一系列的正負離子對。在靈敏體積內(nèi)的電場作用下，電子、正離子分別向兩極漂移，引起相應極板的感應電荷量發(fā)生變化，從而在外接電路中形成電離電流。兩個互相平行的電極之間充滿空氣，稱為國3-：；國3-：；電胡室匚作原墨示櫻田IHI主要由兩個互相平行的平板形電極構(gòu)成，電極間相互絕緣并分別連接到高壓電源的正負端，電極間充有空氣。構(gòu)成電離室的一個極板連接到高壓電源的正極或負極，另一極板與靜電計的輸入端相連，稱為收集極。電離室的靈敏體積是指通過收集極邊緣的電力線所包圍的兩極間區(qū)域。在靈敏體積外的電極稱為保護環(huán)，其作用有兩個，其一是使靈敏體積邊緣的電力線保持均勻，其二是防止絕緣子的漏電流進入測量回路，減少對被測信號的影響。IHI實際應用中，電離室輸出的信號電流約為1010A量級，為弱電流，必須使用弱電流放大器一一靜電計對其進行放大，此類靜電計通常稱為劑量測量儀。

[d3-7屯商室與福'宣it前磴人晦迎接回悻原更氐自由空氣電離室一般為國家一級或二級劑量標準實驗室所配置，作為標準，主要用于對現(xiàn)場使用的電離室型劑量儀進行校準，并不適合現(xiàn)場如醫(yī)院使用。（二）指形電離室指形電離室（thimblechamber）是依據(jù)自由空氣電離室的原理，為便于常規(guī)使用而設計的。圖（a）表示的電離室設想有圓形空氣外殼，中心為充有空氣的氣腔。假定空氣外殼的半徑等于電離輻射在空氣中產(chǎn)生次級電子的最大射程，滿足進入氣腔中的電子數(shù)與離開的相等，電子平衡存在。此條件下的電離室可認為與自由空氣電離室具有同等功能。圖（b）是將圖（a）的空氣外殼壓縮，而形成固態(tài)的空氣等效外殼。所謂空氣等效是指該種物質(zhì)的有效原子序數(shù)與空氣的有效原子序數(shù)相等。由于固態(tài)空氣等效材料的密度遠遠大于自由空氣的密度，所以該種材料中達到電子平衡的厚度可遠小于自由空氣的厚度。如對于100?250keV的X射線，其空氣等效壁的厚度約為1mm，就可達到電子平衡。

圖（c）是根據(jù)上述設想而制成的指形電離室的剖面圖。壁材料一般選石墨，它的有效原子序數(shù)小于空氣（），而接近于碳（）。其內(nèi)表面涂有一層導電材料，形成一個電極。另一電極位于中心,是由較低原子序數(shù)材料如石墨、鋁等制成的收集板。如上面所提到的，空氣氣腔中所產(chǎn)生的電離電荷，是由產(chǎn)生于其四周室壁中的次級電子所引起的。為使指形電離室與自由空氣電離室具有相同的效應，它的室壁應與空氣外殼等效，即在指形電離室壁中產(chǎn)生的次級電子數(shù)目和能譜與在空氣中產(chǎn)生的一樣。通常用作室壁的材料，為石墨、酚醛樹脂和塑料，其有效原子序數(shù)略小于空氣的有效原子序數(shù)，這種室壁材料在空氣氣腔中產(chǎn)生的電離電荷也會略少于自由空氣電離室。為此選用有效原子序數(shù)略大的材料制成中心收集極，并注意其幾何尺寸和在空腔中的位置，可部分補償室壁材料的不完全空氣等效。目前國內(nèi)普遍使用的是指形電離室，是由英國物理學家Farmer最初設計，后由Aird和Farmer改進的所謂Farmer型指形電離室。二、電離室的工作特性為保證電離室測量的精度，除定期（一般每年一次）將其和靜電計送國家標準實驗室校準外，在實際使用時，必須了解電離室本身所具有的特性，并注意掌握正確的使用方法和按照測量給予必要的修正。（一） 電離室的方向性由于電離室本身固有的角度依賴性，電離室的靈敏度會受到電離輻射的入射方向的影響。正確的使用方法：平行板電離室應使其表面垂直于射線的中心軸，指形電離室應使其主軸線與射線束中心軸的入射方向相垂直。（二） 電離室的飽和性電離察丁佳電崖V圖職皿電離室飽和特性曲線正負離子的復合與擴散，會影響電離效應與電離室輸出信號之間的關系。當入射電離輻射的強度保持不變時，電離室的輸出信號電流I隨其工作電壓V變化的關系，稱為“電離室的飽和特性”。圖中OA段，電離室的工作電壓逐漸增高，電子和離子的漂移速度

電離察丁佳電崖V圖職皿電離室飽和特性曲線加大，逐漸克服復合與擴散的影響，輸出信號電流逐漸增加。AB段內(nèi)，由于復合與擴散的影響已基本消除，信號電流不再隨工作電壓的改變而改變，基本保持恒定，此段稱為電離室的飽和區(qū)。電離室正常工作時，其工作電壓應當處于這一范圍。隨著工作電壓的進一步升高，BC段電離室內(nèi)電場過強，離子或電子的運動速度加大，產(chǎn)生碰撞電離，使離子對數(shù)目變大，信號電流急劇上升，超出電離室正常工作狀態(tài)。邊緣效應和絕緣子的漏電流使得電離室在AB飽和區(qū)段，其收集極電流隨工作電壓的升高而有所增加。飽和區(qū)段的長度及其電流的變化是衡量電離室飽和特性的主要技術指標。電離室的桿效應電離室的靈敏度，也會受到電離室金屬桿和電纜在電離輻射場中的被照射范圍的影響。電離室的金屬桿和絕緣體及電纜，在輻射場中，會產(chǎn)生微弱的電離，疊加在電離室的信號電流中，形成電離室桿的泄漏，這一效應稱為桿效應。電離室的桿效應一般較小(<1%)，但也有的電離室會高達10%，故在實際應用中應盡量避免并給予校正。照射虻IA—電隊方向照射虻IA—電隊方向長度保持不變電離室的桿效應特點：圖*持指形電高宰樣散應物置示意圖

具體測母時，康線所示熬電離室

的受理射長度保圖*持指形電高宰樣散應物置示意圖

具體測母時，康線所示熬電離室

的受理射長度保持不變，當電離室受照范圍較小時，桿效應變化較大，而當受照長度超過10cm時，基本上不再變化。電離室的復合效應電離室即使工作在飽和區(qū)，也還是存在正、負離子的復合效應(recombinationeffect)的影響，并隨輻射類型和輻射強度(注量率)變化，這種影響可用收集效應表示。收集效應表示電離室收集的電離離子對數(shù)目與由電離輻射產(chǎn)生的電離離子對數(shù)目之比。復合效應的修正，采用“雙電壓”的實驗方法。具體作法是，對相同的輻射場，電離室分別加兩種不同的工作電壓V1和V2,其中V1為常規(guī)工作電壓，并且V1和V2的比值要大于或等于3,得到不同工作電壓時的收集電荷數(shù)Q1和Q2。然后用IAEA推薦的二次多項式計算得出復合校正因子PsP=a+a(Q/Q)+a(Q/Q)2s0 112 2 1 2式中aj為實驗擬合系數(shù)。1.E5V,■/：=!.75□.gt我3-]-.族電成法哈定電離室復合致應的空駐致?lián)技y結(jié)論：電離室的復合效應依賴于電離室的幾何尺寸、工作電壓的選擇和正負離子的產(chǎn)生速率。對醫(yī)用加速器的脈沖式輻射，特別是脈沖掃描式輻射，復合效應的校正尤其重要；但對連續(xù)式電離輻射，如放射線核素產(chǎn)生的Y射線，復合效應非常小。電離室的極化效應對于給定的電離輻射，電離室收集的電離電荷會隨收集極工作電壓極性的變化而變化，這種變化現(xiàn)象稱為極化效應(polarityeffect)。當電離室正常工作在飽和區(qū)時，引起極化效應的主要原因是：對于指形電離室，主要是電極結(jié)構(gòu)的形式，使得電荷的空間分布依賴于收集極電壓的極性。因為正負離子的遷移速率不同，造成電離室收集效率的差異，對這一差異可以通過提高收集極電壓而減小，但不能完全消除。（2） 由高能光子產(chǎn)生的高能次級電子如康普頓電子形成康普頓電流，這也會因收集極的不同極性或增加或減小信號電流。消除這一誤差，可以通過變換電離室工作電壓的極性，將不同極性電壓下測量得到的結(jié)果的平均值，視為真實的電離電流。（3） 電離室靈敏體積以外收集到的電流，也會引起極化效應。電離室的極化效應對電子束測量的影響，高于對光子的測量影響，并且隨能量的減小而增加。為了提高電離室的測量精度，電離室的極化效應應控制在5%以內(nèi)。（六）環(huán)境因素對電離室工作特性的影響非密閉型電離室，現(xiàn)場使用時，必須給予校正。如溫度以仃為單位，氣壓以mbar（毫巴）為單位，校正系數(shù)與溫度和氣壓的關系：K_273.2+11013p廠273.2+TgpT為電離室在國家實驗室校準時的溫度，一般為20oC或22oC；t為現(xiàn)場測量時的溫度；p為現(xiàn)場測量時的氣壓。電離室受空氣濕度的影響較小。如校準時的相對濕度為50%，而現(xiàn)場相對濕度為20%?70%范圍內(nèi)，不需要做相對濕度校正。三、電離室測量吸收劑量的原理原理：電離室可以用來測量電離輻射在空氣或空氣等效壁中產(chǎn)生的次級粒子的電離電荷。另外，在空氣中產(chǎn)生一對正負離子對所消耗的電子動能，基本為一常數(shù)，即平均電離能為W/C=C。用電離室測量吸收劑量分兩步：首先用電離室測量由電離輻射產(chǎn)生的電離電荷，然后用空氣的平均電離能計算并轉(zhuǎn)換成電離輻射沉積的能量，即吸收劑量。由于電離室本身的特性限制，采用這種方法測量吸收劑量，對不同的電離輻射，依據(jù)的基礎和計算方法是不同的，必須分別對待：（一）中低能X（Y）射線吸收劑量的測量如果指形電離室滿足：（1）室壁由空氣等效材料制成;

（2）室壁的厚度（或加平衡帽后）可達到電子平衡;（3）氣腔的體積可以精確測量而確定。用其直接測量照射量時有:式中Q為在氣腔中釋放的電離電荷假定中.式中Q為在氣腔中釋放的電離電荷假定中.為空氣中某點的能量注量，中以為相同位置以某種介質(zhì)（如水）置換空氣后的能量注量。在電子平衡條件下，分別計算空氣中和介質(zhì)中的吸收劑量。兩者的關系為匚=（叩P%，A―D（七/P）a匕將空氣的吸收劑量和照射量的轉(zhuǎn)換關系代入，得w（g/P）.D廣Xg7%T7?廣財ena（二）高能電離輻射吸收劑量的測量用電離室測量照射量，然后轉(zhuǎn)換為吸收劑量的方法，其前提條件是電子平衡。而電子平衡只能在X（Y）射線的能量不高于2MVX射線或鉆一60Y射線的能量時才能達到。另外照射量的定義僅適用與X（Y）光子輻射，不能用于其它類型的電離輻射如電子和中子等。布拉格一格雷（Bragg—Gray）空腔理論認為，電離輻射在介質(zhì)中沉積的能量即吸收劑量，可以通過測量其置放在介質(zhì)中的小氣腔內(nèi)的電離電荷量轉(zhuǎn)換得到。電離輻射在介質(zhì)中產(chǎn)生的次級電子穿過氣腔時會在其中產(chǎn)生電離。這種電離可以是X（Y）射線在氣腔空氣中產(chǎn)生的次級電子所致，也可以是電離室空氣壁等效材料中產(chǎn)生的次級電子所致。前者稱電離輻射在介質(zhì)中產(chǎn)生的次級電子穿過氣腔時會在其中產(chǎn)生電離。這種電離可以是X（Y）射線在氣腔空氣中產(chǎn)生的次級電子所致，也可以是電離室空氣壁等效材料中產(chǎn)生的次級電子所致。前者稱“氣體作用”，后者稱為“室壁作用”。圖3-15布喇格?格雷空腔理論示意圖次級電于X。）射找假定氣腔的直徑遠遠小于次級電子的最大射程，則以下三個假定成立:（1） X（Y）射線在空腔中產(chǎn)生的次級電子的電離，即"氣體作用”可以忽略;（2） 氣腔的引入并不影響次級電子的注量和能譜分布；（3）氣腔周圍的鄰近介質(zhì)中，X（Y）射線的輻射場是均勻的。總的說就是，氣腔的引入不會次級電子的分布產(chǎn)生影響。這樣介質(zhì)吸收電離輻射的能量Em與氣腔中所產(chǎn)生的電離量Ja應有以下關系:-rW(S/P)布拉格一格雷關系式：E—Jg—g mmae(S/p)a為介質(zhì)與空氣的平均質(zhì)量阻止本領之比。實驗表明，只有像石墨等與空氣有效原子序數(shù)相近的室壁材料，在電離輻射能量較高，氣腔幾何尺寸適中的條件下，布拉格一格雷關系式才能較為精確的成立。綜合低能X（Y）射線和高能電離輻射（包括電子、X（Y）射線等）的測量原理，需注意以下幾點.:（1） 中低能X（Y）射線吸收劑量的測量，首先測量的可以是照射量，但電離室壁材料不僅空氣等效，而且室壁厚度要滿足電子平衡條件；（2） 利用布拉格一格雷理論測量吸收劑量時，就不需要電子平衡條件，因為根據(jù)空腔電離理論，氣腔中產(chǎn)生的電離電荷量只與介質(zhì)實際吸收的能量有關。（3） 對中低能X（Y）射線測量時，只要電離室壁材料和空氣等效，對空腔的大小并沒有實際的限制。如在空氣中測量低水平輻射時，電離室的體積往往較大。用空腔理論測量高能電離輻射的吸收劑量時，氣腔應足夠小，一般要小于次級電子的最大射程，但也不能過分小，以致造成由次級電子電離產(chǎn)生的電子大量跑出氣腔，而使布拉格一格雷關系式失效。第三節(jié)電離輻射質(zhì)的確定電離輻射質(zhì)即輻射能量。放射治療中常用的電離輻射是X（Y）射線和高能電子束，在確定吸收劑量時，其所用的許多參數(shù)都依賴于電離輻射的能量，但由于對電離輻射的能量進行規(guī)定和測量有時比較復雜，所以放射治療臨床上對能量的關心，主要集中在電離輻射穿透物質(zhì)的本領上。因此，電離輻射質(zhì)的定義為電離輻射穿射物質(zhì)的本領。一、X（Y）射線質(zhì)的確定放射性治療中所用的X（Y）射線又分中低能和高能X射線、某些放射性核素產(chǎn)生的y射線，它們的射線質(zhì)確定的方法不盡相同，需分別對待。（一）中低能X射線中低能X射線質(zhì)，通常用半價層（halfva山elayer， HVL）來表示，它可通過X射線光子束貫穿某種介質(zhì)的減弱程度來定義和確定。假設在吸收體厚度為l處，入射的光子數(shù)為N，穿過dl薄層時，有dN個光子與吸收體的原子發(fā)生相互作用，則-dN=rNdl進一步變換為:N=Ne-r0式中N0為入射的光子數(shù)，I為吸收體厚度，R為線性衰減系數(shù)。該式稱為X（Y）射線穿過介質(zhì)時的指數(shù)吸收規(guī)律。國國4缶度胡理0 1Z3 4「S? 7驅(qū)收體扉度AH四豹L& 光子粗對穿射建度與阻瞿體庠匿的美親曲魏葬1率址JEth9ftmmAL霽￡平冊RtK?mmALffi3 2.0TflfflAL臨床上使用的半價層（HVL）定義為使入射X（Y）射線光子強度或注量率減低一半時所需要的某種材料吸收體的厚度，它與線性吸收（線性衰減）系數(shù)的關系：HVL=0.693/p因線性吸收系數(shù)P依賴于射線質(zhì)和吸收體的材料，所以用某種材料的半價層值就可以表示射線穿射介質(zhì)的本領，即可用它表示X（Y）射線的射線質(zhì)。臨床劑量學中，半價層通常按X射線機的球管電壓的大小和使用的過慮板，分別用鋁或銅材料的厚度來表示，如2mmAl，Cu等。半價層值需要在窄束條件下通過實驗測量，如圖3-19所示。為避免散射射線對測量精度的影響，電離室至少距吸收體50cm以上，并使用小照射野（即窄束條件）進行測量。囹A19半憂房爵最的霧區(qū)活彩陶為了得到臨床上需要的半價層的X射線，用改變X射線機球管的電壓和相應過濾板的不同組合通過測量達到。對半價層相同的射線質(zhì)，其X射線的能譜也會不同，百分深度劑量分布也可能不同。因此，中低能X射線質(zhì)除用半價層表示外，還應給出管電壓數(shù)，或同質(zhì)性系數(shù)h(homogeneitycoefficient)，它定義為第1半價層和第2半價層的比值。表3-6中低能X射線質(zhì)的有關參數(shù)放射性核素產(chǎn)生的Y射線與X射線不同，每種放射性核素放出的Y射線的衰變過程是特定，根據(jù)其衰變綱圖，可以很清楚的了解所用放射性核素的Y射線能量。例如鉆-60在其衰變過程中釋放兩種不同能量的Y射線，和，因它們的衰變概率基本相同，所以它們的平均能量為。因此，放射治療中放射性核素的Y射線質(zhì)，一般用其核素名和輻射類型表示，如鉆-60Y射線、艷-137y射線等。高能X射線高能X射線質(zhì)的幾種表示方法：標稱加速電位。高能X射線的射線質(zhì)原則上也可以用半價層來表示，但是因高能X射線的穿透力較強，線性衰減系數(shù)隨射線質(zhì)的變化比較小，因此高能X射線的射線質(zhì)通常用電子的標稱加速電位(nominalaccelerationpotential)表示，單位為百萬伏或兆伏(MV)。電子的標稱加速電位應該等于電子擊靶前的電子束能量，但實際測量該值比較困難。80%劑量深度d80。英國放射學會(BIR)和醫(yī)院物理學家協(xié)會(HPA)提出的，對2?25MV的X射線，推薦用標準照射條件(源皮距100cm，射野10cmx10cm)下水體模中80%中心軸劑量深度d80，來確定其標稱加速電位。

水模體中go%劑itis度（cm）圖3-20標準測量條件劑量深度義口與標禰加速電位的關系曲線可以看出，在X射線能量大于10MV以上時，能量再增加，d80的變化越來越緩慢。說明用這一方法確定X射線能量，仍會有一定的誤差，特別是在較高能量的情況下。（3）從劑量學角度考慮，對高能X射線質(zhì)的確定，通常的作法是用輻射質(zhì)指數(shù)l（radiationqualityindex）來表示。輻射質(zhì)指數(shù)的定義方法有兩種：（a） 保持靶到探測器的距離不變，分別以水體模中20cm處與10cm處的組織模體比TPR的比值表示。（b） 保持靶到模體表面的距離不變，以水體模中20cm和10cm處的百分深度劑量PDD之比表表3-7比較高能X射線質(zhì)幾種表示方法的相應關系

南」7比■畜-X射線修JI我匱希養(yǎng)咸購相S.美睥TPSTPRe標蹤i□第電FODjb/PD&ijQ-3-5asafi0、盤M90-.5J5aut4￡j*5時mseJij5-4山5網(wǎng)5Aei.7a-啪■ft網(wǎng)TT.llsona71E?,§Qbme4.74%5口&?n加7310-5$-5(hMOQ,T6IEB-SA-diS0.TTId9..1Ol?￡S0-7?36.?'5h御0-7925i0?0.S75(0.57*JCoY射劇加Lms，二、高能電子束射線質(zhì)的確定由于電子束是帶電粒子，它的能譜隨著射線在介質(zhì)中的穿行而連續(xù)變化。加速器產(chǎn)生的高能電子束，在電子被引出窗以前，能譜相對較窄，基本可以認為是單能的。電子束引出以后，經(jīng)過散射薄、監(jiān)測電離室、空氣等介質(zhì)，并經(jīng)準直器限束到達模體（或患者）表面和進入模體后，能譜逐漸變寬。陵3.隊電孑束惟惜分布承廉矗王IE角:h毛勘租.于引出■血置能埴妙齊［密標日和，'中囹為林審春面旋惟訪曲■AH黑贛d）,

左田為棋像算度a蚣走皆分曲寸加標E.男中也,哀余畿夫可隊怔虬，舌表示平均催傲.對于高能電子束，主要關心的是模體表面和水中特定深度處的能量定義和表示方法。（一）模體表面的平均能量

高能電子束在模體表面的平均能量E。，是表示電子束穿射介質(zhì)的能力和確定模體中不同深度處電子束平均能量的一個重要參數(shù)。確定E的方法：通過