电离辐射吸收剂量的测量

第三章 电离辐射吸收剂量的测量 X 射线和高能电子束等电离辐射进入人体组织后 通过和人体组织中的原子相互作用 而传递电离辐射的一部分或全部能量 人体组织吸收电离辐射能量后 会发生系列的物理 化学 生物学变化 最后导致组织的生物学损伤 即生物效应 生物效应的大小正比于组织中吸收的电 离辐射的能量 因此确切地了解组织中所吸收的电离辐射的能量 对于评估放射治疗的疗效和它 的副作用是极其重要的 单位质量的物质吸收电离辐射的平均能量称为吸收剂量 它的精确确定 是进行放射治疗最基本的物理学要素 本章将介绍剂量学中所涉及的辐射量及其单位 重点阐述电离室法测量吸收剂量的原理 方 法和步骤 并对其它测量方法的原理和应用作相应说明 第一节 剂量学中的辐射量及其单位 本节主要根据国际辐射单位和测量委员 ICRU 会第 33 号报告的内容 重点介绍与放射治疗 和辐射防护有关的辐射量及其单位 一 粒子注量 粒子注量 particle fluence 是以入射粒子数目描述辐射场性质的一个量 它等于 dN 除以 da 所得的商 即辐射场中以某一点为球心的一个小球 进入该小球的粒子数 dN 与其截面 da 的比 值 dN da 单位 m 2 截面 da 必须垂直于每个粒子的入射方向 为使来自各个方向的入射粒子都能满足这个要求 采用小球来定义 粒子注量率 单位时间内粒子注量的增量 单位 m 2 s 1 二 能量注量 能量注量 energy fluence 是以进入辐射场内某点处单位截面积球体的粒子总动能来描述辐 射场性质的一个量 它等于 dR 除以 da 所得的商 dR da 单位 J m 2 能量注量率 单位时间内能量注量的增量 单位 J m 2 s 1 粒子注量和能量注量都是描述辐射场性质的物理量 它们之间的关系 单能 E 非单能 max 0 E EEdE E 为粒子能量 为同一位置粒子注量的能谱分布 E 三 照射量 照射量 X exposure 等于 dQ 除以 dm 所得的商 即 X 辐射在质量为 dm 的空气中释放 的全部次级电子 正负电子 完全被空气阻止时 在空气中形成的同一种符号的离子总电荷的绝 对值 不包括因吸收次级电子发射的轫致辐射而产生的电离 dQ 与 dm 的比值 即 XdQ dm X 的单位为 C kg 1 曾用单位为伦琴 R 1R 2 58 10 4C kg 1 照射量是用以衡量 X 辐射致空气电离程度的一个量 不能用于其它类型辐射 如中子或 电子束等 和其他物质 如组织等 根据照射量的定义 dQ 中不包括次级电子发生轫致辐射被吸 收后产生的电离 这点在 X 射线能量较高时会有明显意义 如果 X 射线能量不是很高 次级电子发射的轫致辐射可以忽略 则空气中某点的照射量 就是 X 辐射在该点空气中比释动能的电离当量 即K空气 e XK W 空气 在单能光子辐射场中 同一点上的照射量 X 与能量注量有如下关系 en e X W e 是每一离子的电荷 W 是在空气中每形成一个离子对消耗的平均能量 是空气对给 en 定能量光子的质能吸收系数 由于现有技术还不能对能量很低和很高的 X 射线的照射量做精确测量 因此照射量实际 仅对光子能量介于几千电子伏至几兆电子伏范围内 X 射线适用 照射 量 率 单位时间内照射量的增量 单位 C kg 1 s 1 曾用单位 R s 1 四 吸收剂量 吸收剂量 D absorbed dose 等于除以 dm 所得的商 即电离辐射给予质量为 dm 的介质的d 平均授予能 d Dddm 单位为 J kg 1 专用名戈瑞 Gray 符合表示 Gy 1Gy 1 J kg 1 曾用单位为拉德 rad 1Gy 100rad 吸收剂量是度量单位质量受照物质吸收电离辐射能量多少的一个量 它在辐射效应研究中是 极为重要的 因为辐射作用于物质引起的效应主要决定于该物质所吸收的辐射能量 吸收剂量适 用于任何类型和任何能量的电离辐射 以及适用于受到照射的任何物质 由于在同样的照射条件 下 不同物质 如骨和软组织等 吸收辐射能量的本领不一样 所以在论及吸收剂量时 应该明 确辐射类型 介质种类和特定位置 数值上吸收剂量可表示为 en D 单位时间内吸收剂量的增量 称为吸收剂量率 单位为 Gy s 1 五 比释动能 比释动能 K kinetic energy released in material kerma 等于 dEtr除以 dm 所得的商 即不带电 电离粒子在质量为 dm 的介质中释放的全部带电粒子的初始动能之和 tr KdEdm K 的单位为 J kg 1 专用名为 Gy 按照比释动能的定义 dEtr应包括带电电离粒子在轫致辐射中辐射的能量和发生在 dm 介质中 二次效应产生的所有带电电离粒子如俄歇电子的能量 比释动能用以衡量不带电电离粒子与物质相互作用时 在单位物质中转移给次级带电粒子初 始动能的总和的多少的一个量 因此与吸收剂量不同 比释动能只适用于间接致电离辐射 但适 用于任何介质 在带电粒子平衡条件下 数值上比释动能等于 1 en Kg g 为次级带电粒子以轫致辐射损失其能量的份额 六 当量剂量 当量剂量 HT equivalent dose 等于某一组织或器官 T 所接受的平均剂量 DT R 经辐射质为 R 的辐射权重因子 radiation weight factor wR加权处理后的吸收剂量 TRT R R Hw D 单位为 J kg 1 专用名为希沃特 Sievert 符合为 Sv 1Sv J kg 1 当量剂量是辐射防护剂量学的基本的量 是在严格意义上的吸收剂量 辐射权重因子代表特 定辐射在小剂量照射时诱发随机性效应的相对生物效应 RBE 的数值 应该指出 当量剂量只限于在辐射防护所涉及的剂量范围内使用 七 照射量 吸收剂量 比释动能的关联和区别 一 间接致电离辐射的能量转移和吸收 间接致电离辐射在放射性治疗中主要指 X 辐射 即放射性核素产生的 射线以及各类 X 射线治疗机和医用加速器产生的 X 射线 X 光子进入介质 经与介质相互作用损失能量 可 以分为两步 a 入射光子将其全部或部分能量转移给介质而释 放出次级电子 b 获得光子转移能量的大部分次级电子再与介质 原子的电子相互作用 以使原子电离或激发的形式损失 能量 即被介质吸收 而少数次级电子与介质原子的原 子核作用 发生轫致辐射产生 X 射线 光子能量在 a 点释放出次级电子的损失 即光子 的能量转移 以比释动能来度量 沿径迹 b 的损失 即光子的能量被介质吸收 以吸收剂量来度量 比释动能是入射光子在作用点 a 处释放给次级电 子的总动能 而吸收剂量是次级电子沿其径迹 b 释放给介质的能量 因此只有当次级电子的射 程很短 能量很低时 次级电子一产生就将其获得的光子转移能量全部释放给作用点附近的介质 此时介质作用点 a 处体积元内所吸收的次级电子能量 即吸收剂量 在数值上恰好等于入射光 子释放给作用点 a 处的比释动能 二 电子平衡 由于比释动能的计算点 与次级电子的能量沉积点即吸收能量的测量点和计算点不在同一位 置 利用比释动能计算吸收剂量必须附加条件 而电子平衡或广义的带电粒子平衡就是其中最重 要的条件之一 电子平衡或带电粒子平衡是剂量学的一个重要的概念 如果所有离开小体积的次级电子带走的能量 恰好等于进入小体积的次级电子带入的V V 能量 则称在 O 点处存在 电子平衡 电子平衡成立的条件 1 小体积周围的 X 辐射场必须均匀 以使周围 X 光子释放的次级电子V V 的注量率保持不变 这不仅要求周围的辐射强度和能谱不变 而且要求周围 图中虚线以V V 内部分 的介质是均匀的 2 小体积在各个方向离开介质边界的距离 d 要足够大 至少要大于次级电子的最大射V 程 严格将 上述条件难以实现 特别是近辐射源处 辐射强度随位置变化显著 以及两种不同 介质的交界处 为非均匀介质 都不可能满足电子平衡的条件 但在实践中 需对某些条件作些 处理 以使在一定的精度范围内 可认为电子平衡成立 如当 X 射线能量较低时 由于次级 电子射程相对较短 X 光子的衰减可以忽略 则在某些受照射的介质中 可认为近似存在电 子平衡 三 照射量和比释动能 根据照射量的定义 在电子平衡条件下 它与 X 光子辐射在空气中的能量注量的关系为 en e X W 而当 X 光子辐射的能量限于 60Co 射线的能量 1 25MeV 以下时 它在空气中产生的次级 电子发生轫致辐射的份额很低 约 0 003 如忽略不计 则 可写成 1 en Kg en K 得到在空气介质中照射量和比释动能的关系 W KX e 实际上在低原子序数介质如空气 水 软组织中 电子的初始动能的大部分消耗于与介质电 子发生非弹性碰撞 引起原子的电离或激发 仅有一小部分消耗于与原子核发生辐射效应 轫致 辐射 这样 比释动能可以分成两部分 即 colrad KKK 因此 空气介质中照射量和比释动能的关系实际为 col W KX e 四 照射量和吸收剂量 当满足电子平衡条件时 在空气介质中 照射量和吸收剂量数值上的关系 a W DX e 照射量和吸收剂量的转换关系式 33 97 a D J kgX C kgJ C 0 876 a D cGyX RcGy R 五 吸收剂量和比释动能 当满足电子平衡条件 并且由次级电子产生的轫致辐射可以忽略时 吸收剂量和比释动能在 数值上是相等的 当电子平衡条件不能建立时 为使两者之间进行数值转换 需引入一个电子平衡系数 qe 它 表示 X 光子辐射在一小体积单位内沉积的能量 Edep与 X 光子辐射在同体积内电离过程中 释放的能量 Ecol之比 即 qe Edep Ecol 第二节 电离室测量吸收剂量原理 一 电离室的工作机制 电离室是最早应用的电离辐射探测器 其测量吸收剂量的基本过程是 通过测量电离辐射在 与物质相互作用过程中产生的次级粒子的电离电荷量 由计算得到吸收剂量 一 电离室的基本原理 两个互相平行的电极之间充满空气 称 为电离室灵敏体积 当电离辐射 如 X 射线 或 射线射入电离室的灵敏体积内 与其中 的空气介质相互作用产生次级电子 这些电 子在其运动径迹上使空气中的原子电离 产 生一系列的正负离子对 在灵敏体积内的电 场作用下 电子 正离子分别向两极漂移 引起相应极板的感应电荷量发生变化 从而 在外接电路中形成电离电流 在电离平衡条件下 测量到的电离电荷 理论上应该为次级电子所产生的全部电离电 荷量 根据这一原理制成自由空气电离室 主要由两个互相平行的平板形电极构成 电极间相互绝缘并分别连接到高压电源的正负端 电极间充有空气 构成电离室的一个极板连接到高压电源的正极或负极 另一极板与静电计的输 入端相连 称为收集极 电离室的灵敏体积是指通过收集极边缘的电力线所包围的两极间区域 在灵敏体积外的电极称为保护环 其作用有两个 其一是使灵敏体积边缘的电力线保持均匀 其 二是防止绝缘子的漏电流进入测量回路 减少对被测信号的影响 实际应用中 电离室输出的信号电流约为 10 10A 量级 为弱电流 必须使用弱电流放大器 静电计对其进行放大 此类静电计通常称为剂量测量仪 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 主要用于对现场 使用的电离室型剂量仪进行校准 并不适合现场如医院使用 二 指形电离室 指形电离室 thimble chamber 是依据自由空气电离室的原理 为便于常规使用而设计的 图 a 表示的电离室设想有圆形空气外壳 中心为充有空气的气腔 假定空气外壳的半径等 于电离辐射在空气中产生次级电子的最大射程 满足进入气腔中的电子数与离开的相等 电子平 衡存在 此条件下的电离室可认为与自由空气电离室具有同等功能 图 b 是将图 a 的空气外壳压缩 而形成固态的空气等效外壳 所谓空气等效是指该种 物质的有效原子序数与空气的有效原子序数相等 由于固态空气等效材料的密度远远大于自由空 气的密度 所以该种材料中达到电子平衡的厚度可远小于自由空气的厚度 如对于 100 250keV 的 X 射线 其空气等效壁的厚度约为 1mm 就可达到电子平衡 图 c 是根据上述设想而制成的指形电离室的剖面图 壁材料一般选石墨 它的有效原子序 数小于空气 7 76 而接近于碳 6 0 其内表面涂有一层导电材料 形成一个电极 另一电极 位于中心 是由较低原子序数材料如石墨 铝等制成的收集板 如上面所提到的 空气气腔中所 产生的电离电荷 是由产生于其四周室壁中的次级电子所引起的 为使指形电离室与自由空气电 离室具有相同的效应 它的室壁应与空气外壳等效它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电子数目和 能谱与在空气中产生的一样 通常用作室壁的材料 为石墨 酚醛树脂和塑料 其有效原子序数 略小于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会略少于自由空气电 离室 为此选用有效原子序数略大的材料制成中心收集极 并注意其几何尺寸和在空腔中的位置 可部分补偿室壁材料的不完全空气等效 目前国内普遍使用的是指形电离室 是由英国物理学家 Farmer 最初设计 后由 Aird 和 Farmer 改进的所谓 Farmer 型指形电离室 二 电离室的工作特性 为保证电离室测量的精度 除定期 一般每年一次 将其和静电计送国家标准实验室校准外 在实际使用时 必须了解电离室本身所具有的特性 并注意掌握正确的使用方法和按照测量给予 必要的修正 一 电离室的方向性 由于电离室本身固有的角度依赖性 电离室的灵敏度会受到电离辐射的入射方向的影响 正 确的使用方法 平行板电离室应使其表面垂直于射线的中心轴 指形电离室应使其主轴线与射线 束中心轴的入射方向相垂直 二 电离室的饱和性 正负离子的复合与扩散 会影响电离效 应与电离室输出信号之间的关系 当入射电 离辐射的强度保持不变时 电离室的输出信 号电流 I 随其工作电压 V 变化的关系 称为 电离室的饱和特性 图中 OA 段 电离室 的工作电压逐渐增高 电子和离子的漂移速 度加大 逐渐克服复合与扩散的影响 输出 信号电流逐渐增加 AB 段内 由于复合与 扩散的影响已基本消除 信号电流不再随工 作电压的改变而改变 基本保持恒定 此段 称为电离室的饱和区 电离室正常工作时 其工作电压应当处于这一范围 随着工作电 压的进一步升高 BC 段电离室内电场过强 离子或电子的运动速度加大 产生碰撞电离 使离子对数目变大 信号电流急剧上升 超出电离 室正常工作状态 边缘效应和绝缘子的漏电流使得电离室在 AB 饱和区段 其收集极电流随工作电压的升高而有 所增加 饱和区段的长度及其电流的变化是衡量电离室饱和特性的主要技术指标 三 电离室的杆效应 电离室的灵敏度 也会受到电离室金属杆和电缆在电离辐射场中的被照射范围的影响 电离 室的金属杆和绝缘体及电缆 在辐射场中 会产生微弱的电离 叠加在电离室的信号电流中 形 成电离室杆的泄漏 这一效应称为杆效应 电离室的杆效应一般较小 1 但也有的电离室会 高达 10 故在实际应用中应尽量避免并给予校正 具体测量时 虚线所示的电离室的受 照长度保持不变 电离室的杆效应特点 1 对 X 射线 其杆效应表现 有明显的能量依赖性 能量越高 杆效应 越明显 而对电子束表现不甚明显 大致 是 6MeV 的电子束杆效应最大 2 当电离室受照范围较小时 杆效 应变化较大 而当受照长度超过 10cm 时 基本上不再变化 四 电离室的复合效应 电离室即使工作在饱和区 也还是存 在正 负离子的复合效应 recombination effect 的影响 并随辐射类型和辐射强度 注量率 变化 这种影响可用收集效应表示 收集效应表示电离室收集的电离离子对数目与由 电离辐射产生的电离离子对数目之比 复合效应的修正 采用 双电压 的实验方法 具体作法是 对相同的辐射场 电离室分别加两种不同的工作电压 V1和 V2 其中 V1为常规工作电压 并且 V1 和 V2的比值要大于或等于 3 得到不同工作电压时的收集电荷数 Q1和 Q2 然后用 IAEA 推荐的二 次多项式计算得出复合校正因子 Ps 2 0112212 s Paa QQa QQ 式中 ai为实验拟合系数 结论 电离室的复合效应依赖于电离室的几何尺寸 工作电压的选择和正负离子的产生速率 对医用加速器的脉冲式辐射 特别是脉冲扫描式辐射 复合效应的校正尤其重要 但对连续式电 离辐射 如放射线核素产生的 射线 复合效应非常小 五 电离室的极化效应 对于给定的电离辐射 电离室收集的电离电荷会随收集极工作电压极性的变化而变化 这种 变化现象称为极化效应 polarity effect 当电离室正常工作在饱和区时 引起极化效应的主要原因是 1 对于指形电离室 主要是电极结构的形式 使得电荷的空间分布依赖于收集极电压的极 性 因为正负离子的迁移速率不同 造成电离室收集效率的差异 对这一差异可以通过提高收集 极电压而减小 但不能完全消除 2 由高能光子产生的高能次级电子如康普顿电子形成康普顿电流 这也会因收集极的不同 极性或增加或减小信号电流 消除这一误差 可以通过变换电离室工作电压的极性 将不同极性 电压下测量得到的结果的平均值 视为真实的电离电流 3 电离室灵敏体积以外收集到的电流 也会引起极化效应 电离室的极化效应对电子束测量的影响 高于对光子的测量影响 并且随能量的减小而增加 为了提高电离室的测量精度 电离室的极化效应应控制在 5 以内 六 环境因素对电离室工作特性的影响 非密闭型电离室 现场使用时 必须给予校正 如温度以为单位 气压以 mbar 毫巴 为C 单位 校正系数与温度和气压的关系 273 21013 273 2 pt t K Tp A T 为电离室在国家实验室校准时的温度 一般为 20或 22 t 为现场测量时的温度 p 为C C 现场测量时的气压 电离室受空气湿度的影响较小 如校准时的相对湿度为 50 而现场相对湿度为 20 70 范围内 不需要做相对湿度校正 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 原理 电离室可以用来测量电离辐射在空气或空气等效壁中产生的次级粒子的电离电荷 另 外 在空气中产生一对正负离子对所消耗的电子动能 基本为一常数 即平均电离能为 W C 33 97J C 用电离室测量吸收剂量分两步 首先用电离室测量由电离辐射产生的电离电荷 然后用空气 的平均电离能计算并转换成电离辐射沉积的能量 即吸收剂量 由于电离室本身的特性限制 采用这种方法测量吸收剂量 对不同的电离辐射 依据的基础 和计算方法是不同的 必须分别对待 一 中低能 X 射线吸收剂量的测量 如果指形电离室满足 1 室壁由空气等效材料制成 2 室壁的厚度 或加平衡帽后 可达到电子平衡 3 气腔的体积可以精确测量而确定 用其直接测量照射量时有 1Q X V A A 式中 Q 为在气腔中释放的电离电荷 A 为传输系数 表示能量通过室壁的份额 其值略小于 1 假定为空气中某点的能量注量 为相同位置以某种介质 如水 置换空气后的能量注 a m 量 在电子平衡条件下 分别计算空气中和介质中的吸收剂量 两者的关系为 menm aena D A D A m a A 将空气的吸收剂量和照射量的转换关系代入 得 enm m ena W DXA e AAA 二 高能电离辐射吸收剂量的测量 用电离室测量照射量 然后转换为吸收剂量的方法 其前提条件是电子平衡 而电子平衡只 能在 X 射线的能量不高于 2MV X 射线或钴 60 射线的能量时才能达到 另外照射量的定义 仅适用与 X 光子辐射 不能用于其它类型的电离辐射如电子和中子等 布拉格 格雷 Bragg Gray 空腔理论认为 电离辐射在介质中沉积的能量即吸收剂量 可 以通过测量其置放在介质中的小气腔内的电离电荷量转换得到 电离辐射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 X 射线在气腔空气 中产生的次级电子所致 也可以是电 离室空气壁等效材料中产生的次级电 子所致 前者称 气体作用 后者称为 室壁作用 假定气腔的直径远远小于次级电 子的最大射程 则以下三个假定成立 1 X 射线在空腔中产生的 次级电子的电离 即 气体作用 可以忽 略 2 气腔的引入并不影响次级电 子的注量和能谱分布 3 气腔周围的邻近介质中 X 射线的辐射场是均匀的 总的说就是 气腔的引入不会次级电子的分布产生影响 这样介质吸收电离辐射的能量 Em与 气腔中所产生的电离量 Ja应有以下关系 布拉格 格雷关系式 m ma a SW EJ eS AA 为介质与空气的平均质量阻止本领之比 m a S S 实验表明 只有像石墨等与空气有效原子序数相近的室壁材料 在电离辐射能量较高 气腔 几何尺寸适中的条件下 布拉格 格雷关系式才能较为精确的成立 综合低能 X 射线和高能电离辐射 包括电子 X 射线等 的测量原理 需注意以下 几点 1 中低能 X 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空 气等效 而且室壁厚度要满足电子平衡条件 2 利用布拉格 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与介质实际吸收的能量有关 3 对中低能 X 射线测量时 只要电离室壁材料和空气等效 对空腔的大小并没有实际 的限制 如在空气中测量低水平辐射时 电离室的体积往往较大 用空腔理论测量高能电离辐射 的吸收剂量时 气腔应足够小 一般要小于次级电子的最大射程 但也不能过分小 以致造成由 次级电子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 第三节 电离辐射质的确定 电离辐射质即辐射能量 放射治疗中常用的电离辐射是 X 射线和高能电子束 在确定吸 收剂量时 其所用的许多参数都依赖于电离辐射的能量 但由于对电离辐射的能量进行规定和测 量有时比较复杂 所以放射治疗临床上对能量的关心 主要集中在电离辐射穿透物质的本领上 因此 电离辐射质的定义为电离辐射穿射物质的本领 一 X 射线质的确定 放射性治疗中所用的 X 射线又分中低能和高能 X 射线 某些放射性核素产生的 射线 它们的射线质确定的方法不尽相同 需分别对待 一 中低能 X 射线 中低能 X 射线质 通常用半价层 half value layer HVL 来表示 它可通过 X 射线光子束 贯穿某种介质的减弱程度来定义和确定 假设在吸收体厚度为 处 入射的光子数为 N 穿过薄层时 有 dN 个光子与吸收体的原子ldl 发生相互作用 则 dNNdl 进一步变换为 0 l NN e 式中 N0为入射的光子数 为吸收体厚度 为线性衰减系数 该式称为 X 射线穿过介l 质时的指数吸收规律 临床上使用的半价层 HVL 定义为使入射 X 射线光子强度或注量率减低一半时所需要 的某种材料吸收体的厚度 它与线性吸收 线性衰减 系数的关系 0 693 HVL 因线性吸收系数依赖于射线质和吸收体的材料 所以用某种材料的半价层值就可以表示射 线穿射介质的本领 即可用它表示 X 射线的射线质 临床剂量学中 半价层通常按 X 射线机的球管电压的大小和使用的过虑板 分别用铝或铜材 料的厚度来表示 如 2mm Al 0 5mm Cu 等 半价层值需要在窄束条件下通过实验测量 如图 3 19 所示 为避免散射射线对测量精度的影响 电离室至少距吸收体 50cm 以上 并使用小照射野 即窄束条件 进行测量 为了得到临床上需要的半价层的 X 射线 用改变 X 射线机球管的电压和相应过滤板的不同组 合通过测量达到 对半价层相同的射线质 其 X 射线的能谱也会不同 百分深度剂量分布也可能不同 因此 中低能 X 射线质除用半价层表示外 还应给出管电压数 或同质性系数 h homogeneity coefficient 它定义为第 1 半价层和第 2 半价层的比值 表 3 6 中低能 X 射线质的有关参数 二 放射性核素产生的 射线 与 X 射线不同 每种放射性核素放出的 射线的衰变过程是特定 根据其衰变纲图 可以很 清楚的了解所用放射性核素的 射线能量 例如钴 60 在其衰变过程中释放两种不同能量的 射线 1 17MeV 和 1 33MeV 因它们的衰变概率基本相同 所以它们的平均能量为 1 25MeV 因此 放 射治疗中放射性核素的 射线质 一般用其核素名和辐射类型表示 如钴 60 射线 铯 137 射线 等 三 高能 X 射线 高能 X 射线质的几种表示方法 1 标称加速电位 高能 X 射线的射线质原则上也可以用半价层来表示 但是因高能 X 射线 的穿透力较强 线性衰减系数随射线质的变化比较小 因此高能 X 射线的射线质通常用电子的标 称加速电位 nominal acceleration potential 表示 单位为百万伏或兆伏 MV 电子的标称加速 电位应该等于电子击靶前的电子束能量 但实际测量该值比较困难 2 80 剂量深度 d80 英国放射学会 BIR 和医院物理学家协会 HPA 提出的 对 2 25MV 的 X 射线 推荐用标准照射条件 源皮距 100cm 射野 10cm 10cm 下水体模中 80 中心轴剂量深度 d80 来确定其标称加速电位 可以看出 在 X 射线能量大于 10MV 以上时 能量再增加 d80的变化越来越缓慢 说明用这 一方法确定 X 射线能量 仍会有一定的误差 特别是在较高能量的情况下 3 从剂量学角度考虑 对高能 X 射线质的确定 通常的作法是用辐射质指数 I radiation quality index 来表示 辐射质指数的定义方法有两种 a 保持靶到探测器的距离不变 分别以水体模中 20cm 处与 10cm 处的组织模体比 TPR 的 比值表示 b 保持靶到模体表面的距离不变 以水体模中 20cm 和 10cm 处的百分深度剂量 PDD 之比 表示 表 3 7 比较高能 X 射线质几种表示方法的相应关系 二 高能电子束射线质的确定 由于电子束是带电粒子 它的能谱随着射线在介质中的穿行而连续变化 加速器产生的高能 电子束 在电子被引出窗以前 能谱相对较窄 基本可以认为是单能的 电子束引出以后 经过 散射薄 监测电离室 空气等介质 并经准直器限束到达模体 或患者 表面和进入模体后 能 谱逐渐变宽