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吸收剂量的测量,湖北省肿瘤医院放疗科徐利明,吸收剂量的测量方法,吸收剂量测量的原理照射量与吸收剂量的概念照射量转换为吸收剂量测量吸收剂量的条件和技术要求介质、设备和技术要求电离室的校准标准和规范C和CE方法IAEA277号报告及其修定GB,吸收剂量测量的原理,二者概念完全不同照射量表达的是电离辐射对空气电离的本领；吸收剂量表达的是电离辐射在物质中沉积的能量的多少。二者的关系,D空气=fX,吸收剂量的测量,电离室测量吸收剂量的原理电离室的工作原理表明，它的作用是收集被电离的空气中的电离电荷，以电离电流的大小来反映电离辐射的强度的，所以电离室实际测量的是照射量。在空气中每产生一对正负离子所消耗的电子动能，对所有能量的电子来讲，基本上是一个常数，即平均电离能为W/e=33.97J/C。因此，便决定了吸收剂量的测量是通过两步来完成的：测量电离辐射产生的电离电荷；利用空气的平均电离能来计算电离产生的能量沉积，即吸收剂量。,空气中吸收剂量的测量,如果用于测量的电离室为：室壁由空气等效材料制成；室壁厚度（或加平衡帽后）可达到电子平衡；气腔体积可精确确定。,式中：Q气腔中释放的电离电荷，-气腔中的空气密度，V气腔体积A传输系数，表示能量通过室壁的份额，其值略小于1。,而吸收剂量则为：Da=XW/e即：Da（J/kg)=X（R）2.5810-4(C/kg/R)33.97(J/C)=0.87610-2（J/kgR）X（R）Da（rad）=0.876（rad/R）X(R)即：Da=fXf:伦琴-拉德转换因子，或照射量-吸收剂量转换因子。,吸收剂量转换为照射量的过程,1电子电量e=1.602110-19库仑在空气中产生一对离子所消耗的平均电离能量W/e=33.97eV1eV=1.6010-19J1R=2.5810-14CKg-12.5810-14D空气=33.971.6010-191.602110-19=8.7610-3Gy=0.876cGy,吸收剂量转换为照射量的过程,(en/)物质(en/)物质D物质=D空气=(8.7610-3)X(en/)空气(en/)空气=fX(en/)物质f=(8.7610-3)(GyR-1)(en/)空气(en/)物质物质的质能吸收系数(en/)空气空气的质能吸收系数,吸收剂量转换为照射量的过程,D物质=fXf:照射量吸收剂量转换因子(GyR-1),介质、设备和技术要求,测量介质（ICRU定义的模体）标准模体30立方厘米水模体均匀模体固态或干水，边长30cm，不同厚度的组合，用于常规检查人体模体标准人体外型，模拟人体不同组织器官密度，若干片状组合，用于特殊治疗的剂量学研究剂量准确性要求标准水模体的测量值为标准其它替代介质的精度要求误差不超过标准水模体的1%。,定义：对射线的散射和吸收的特性与人体组织相同的材料即为组织替代材料。材料的选择总线性（或总质量）衰减系数与被替代的组织相同；质量密度（物理密度）近似相等；组织替代材料间的转换不同能量的射线与替代材料的作用方式有所不同，则计算替换厚度的数学模型不同,人体模型（组织替代材料）,介质、设备和技术要求,不同介质对水的吸收剂量的转换(en/)wDw=Dm(en/)m不同介质对水的等效厚度的转换T水=T模体模体(Z/A)模体(Z/A)水,介质、设备和技术要求,不同介质对水的测量深度的校正在SCD固定不变的前提下，校正系数为：SF=dw/dm=m/w不同介质对水的额外散射的转换(en/)wDw=DmESC(en/)m,常用组织替代材料的物理参数,电离室的结构与技术要求,适用于放射治疗测量用的电离室的主要指标,适用于放射治疗测量用的静电计的主要指标,示值非线性,仪表在不同量程范围内示值偏离线性的百分偏差。电离室置于恒定辐射场内合适的剂量率点上，在被检量程内选点5个以上，记录从0累积到不同示值的时间，以量程示值的中点测量的时间归一，计算各点示值偏离线性的百分偏差：ti1Ki=（-1）100%2t0i式中：ti第i点的测量时间；t0量程示值中点的测量时间；i相应点的百分比（相对满量程）。标准：工作级1.0%；次级标准02.%,参考源及其应用,参考源的意义亦称监督源或检验源，用于对剂量仪的检验和校准。同位素锶-90（90Sr），半衰期=28.1年，释放射线（最高能量0.54MeV）。应用一般以120s为测量基准归一；测量值应使用10%以上量程参考源原则上只能在检定周期（一年）内应用,应用电离室剂量仪的注意事项,定期送国家计量部门检定；仪器灵敏度不得随意调整，电离室不得随意拆卸，使用加长电缆时，加长电缆须与电离室同时校准；防潮、防震、防尘、防霉；电离室壁薄而脆，应用时应小心谨慎，勿碰撞和挤压尽可能不使用塑料材料制成的电离室；注意电离室与模体的环境条件平衡；测量不同质的辐射场时，注意电离室的能量响应；实际测量时，应注意使剂量仪主机尽可能远离辐射场，电离室电缆应尽量拉直，以减少辐射场对电缆的有效照射长度。,规程演变,1964年，ICRU第14号报告：1973年，ICRU第23号报告：单束X或射线照射体模中吸收剂量的测定；1983年，美國物理与医学学会(AAPM)出版之TG21号议定书；1987年，国际原子能机构IAEA第277号报告光子和电子束中的吸收剂量测定1989年，国家技术监督局颁布JJG58989号规程：60Co远距离治疗辐射源1990年，国家技术监督局颁布JJG66490号规程：医用加速器X辐射源规定的剂量定标方法与ICRU23号报告一致，1991年，国家技术监督局颁布JJG102691号规程：光子和高能电子束吸收剂量的测定方法转换到了IAEA277号报告的方法。1999年，AAPM颁布了新的议定书TG51.2001年,国家技术监督局颁布JJG66490号规程：外照射治疗辐射源,规程演变（ICRU）,1964年ICRU第14号报告和1973年ICRU第23号报告：单束X或射线照射体模中吸收剂量的测定；Cf(ab/)med，wallSwall,airkc+(1-f)Sm,airkaW/e上式中，f为光子在电离室气腔内发生作用的份额，ab/为光子质能吸收系数，k为电离室扰动修正，脚标med,wall,air和a,b分别代表电离室外介质、壁材料、腔内空气和气腔内径、平衡帽外径。,规程演变（AAPM）,1983年，美國物理与医学学会(AAPM)出版物TG21号议定书；1999年，AAPM颁布了新的议定书TG51.将照射量转换系数Nx气转换为气腔校正系数（CavityGasCalibrationFactor)Ngas来修正电离室，即：,规程演变（IAEA）,1987年，国际原子能机构IAEA第277号报告：光子和电子束中的吸收剂量测定1997年，国际原子能机构IAEA第277号报告：光子和电子束中的吸收剂量测定，国际实用规定1997年第二版将比释动能因子Nk转换为空气吸收剂量系数ND来修正电离室，即：Nd=Nk（1-g）KattKm或：Nd=Nx（W/e）KattKmKatt电离室材料对射线吸收和散射的校正因子；Km电离室材料空气不完全等效的校正因子；,规程演变（IAEA与ICRU的差异）,两个报告实际结果的差异为2.0；IAEA277号报告引进了有效测量点的新概念，估计由这项位移引入的差异为0.8%；W/e数据带来的差异约0.7%；综合考虑上述因素，这两个报告的系统差异约为0.8%。,规程演变（W/e的变化）,从上述演变可以看出，无论是C还是ND或Ngas中均含有W/e（在空气中产生一对离子所需要的平均能量）项，而W/e的公布数据是变化的：60年代：33.73J/C70年代：33.85J/C现在：33.97J/CC0.95是W/e=33.73时代的数据,如果考虑到W/e的变化,C应增加0.7%（0.8%),由此算得的剂量也应该增加0.7%(0.8%)。,电离室的校准,现场使用的电离室，须经国家标准实验室的照射量基准或空气比释动能基准校准Nx=Xc/Mc或Nk=Ka,c/McM仪表读数c辐射质近似关系：Nk=Nx（W/e）,电离室的校准,在60-Co或（X）射线下，依次用标准照射量计和被检照射量计在同样的辐射条件下测量照射量率，分别得到测量值Xa和Xm，则被检照射量计的校准因子为：nc=（NcXa）/Xm式中：Nc标准照射量计的校准因子Xa经过空气密度校正的标准照射量计测量值Xm经过空气密度校正的被检照射量计测量值参考条件：温度20，气压101.32kPa注：密封电离室须进行灵敏度校正，无须空气密度校正。,校正因子的使用,仅对被检量程有效，若须使用其它量程，必须另行校准；对于60-220kV的X射线，至少在5个射线质下确定校正因子；不同能级的校准因子不能混用；工作级照射量计校准因子的不确定度：标准级照射量计校准因子的不确定度；检定过程中的传递误差；被检照射量计的固有误差；置信度：99%,C和CE方法,电离室校准辐射场：钴-60射线或2MVX射线满足电子平衡钴-60射线在水中的吸收剂量为：,钴-60射线照射量-吸收剂量转换因子C,因此Dw=RNC,不同物质在不同能量时的C值,对高能电子束，水中吸收剂量计算的标准公式为：Dw=RNCE,吸收剂量的测量实践（C和CE方法）,准备工作温度平衡：模体置于加速器室2小时现场气压、温度和湿度数据的获取仪器摆放：电缆、电池等加速器准备：预热、1010cm照射野空气密度校正DW=MUNXCKPT测量深度校准DW=MUNXCKPTPDD,C和CE方法的问题,空气照射量校准因子模体中的吸收剂量有相当部分源于低能散射光子，且随深度和射野变化，不同于空气中校准时的情况，且校正困难；等效材料的矛盾C方法将电离室假定为水的等效材料，而CE法时又将电离室假定为空气的等效材料；不同置换因子的应用矛盾没有考虑辐射质和深度的影响。,IAEA277号报告,电离辐射的测量结果在相当大的程度上受电离室的尺寸、结构、形状和材料的影响，而C和CE方法由于当时对辐射理论认识的局限性，却又在相当大的程度上忽略了这些因素的影响，因而使这种方法存在着较大的误差。80年代ICRU23和24号报告对此做了一定的修正，但未解决根本问题。IAEA提出了有效测量点的概念，同时更加关注电离室尺寸、结构、形状和材料的影响。,修正系数Katt、Km随所用的电离室不同（主要是收集电极、壁材料不同）有所变化；因此，引进对特定电离室的修正就显得十分必要，尽管此项修正数据的来源部分基于理论计算，仍有有待完善之处。事实上，在ICRU报告的C计算公式中除W/e外的每一项都与特定的电离室有关，但ICRU报告在发布C值时仅将其作为能量的函数列出。如果认为ICRU当时的做法是认为C因电离室不同的变化不大，那么，随着现在用于放射治疗定标电离室的品种和材料的增加，这两项修正的乘积可以从0.950(EXRADIN0.5cm3)到0.990(CAPINTEC0.65cm3PR0.6C),变化幅度达4%。,吸收剂量的测量实践（国标方法）,JJG589-2001以IAEA277号报告为引用文献:Absorbeddosedeterminationinphotonandelectronbeams,AnInternationalcodeofPractice,SecondEdition,IAEATech.RerSer.No.277,VIENNA1997,术语,组织体模比（Tissue-PhantonRatio）TPR辐射源到探测器的距离（SCD）恒定，在与辐射轴垂直并包含探测器的平面上，以探测器为中心的照射野取以特定值，在模体不同中心轴上，探测器测得的吸收剂量与这个特定值的比值即为TPR，当这个特定值最大剂量深度时，即为TMR。,吸收剂量的测量实践（国标方法）,术语,r,P,Peff,（电离室）有效测量点（TheeffectivePiontofmeasurement（ofanionizationchamber)模体中有了电离室的空气空腔后，辐射的注量梯度将与无腔时的注量梯度不同，电离室测出的吸收剂量将不是电离室几何中心处的吸收剂量，而是有效测量处的吸收剂量。,吸收剂量的测量实践（国标方法）,术语,电离室剂量计（Dosemeterwithionizationchamber)以电离室为探测器的测量吸收剂量的仪器，通常由一个或几个电离室及平衡帽、测量单元和稳定性检验源组成。,吸收剂量的测量实践（国标方法）,术语,校准深度（CalibrationDepth）在模体中进行吸收剂量校准测量时，探测器的有效测量点所在的深度。校准因子（CalibrationFactor）计量检定机构给出的剂量值与被检定剂量计对该剂量的显示值的比值。校准因子可以是吸收剂量（ND）、比释动能（NK）或照射量（NX）的校准因子。,吸收剂量的测量实践（国标方法）,术语,极化效应（Polarityeffect）对相同的电离辐射，当电离室的极化电压大小相等但极性相反时，得到的极性电流的绝对值分别是|+|和|-|，（|+|-|-|）则2（|+|+|-|）即为该电离室的极化效应，这种效应不是由电离辐射产生的电离或绝缘不好形成的电荷（流）所产生的效应，而是极化电压极性不同引起的效应。,吸收剂量的测量实践（国标方法）,术语,吸收剂量的测量实践（国标方法）,D20/D10SSD=100cm，模体表面照射野为1010cm，在辐射中心轴上，模体内深度分别为20cm和10cm测得的吸收剂量的比值。,术语,吸收剂量的测量实践（国标方法）,TPR20/10SCD=100，在电离室有效测量点所在的并与辐射轴垂直的平面上，以辐射束轴为中心的照射野为1010cm，在为20cm和10cm测得的吸收剂量的比值。,20cm,10cm,术语,最大吸收剂量（MaximumAbsorbedDose）辐射在模体内沿辐射中心轴产生的吸收剂量最大者，称为最大吸收剂量。几何野（GeometricalField）模体表面上由光野限定的范围，为几何野；在模体的不同深度处，几何野的投影与几何野的大小相同；反散射因子（BackscatterFactor）模体表面处的吸收剂量与在同一点处无模体时的吸收剂量的比值。,吸收剂量的测量实践（国标方法）,吸收剂量的测量实践（国标方法）,确定有效测量点ND的确定等效材料转换现场准备工作测量并计算结果,有效测量点的规定高能电子束0.5r高能X射线0.75r钴-60射线0.5r中能X射线几何中心IAEA修订(1997)：建议高能X射线和钴-60射线都以0.6r为宜。,电离室的有效测量点,吸收剂量的测量实践（国标方法）,固体模有效测量点的确定在校准深度下，以有效测量点深度处的PDD计算dm处的吸收剂量。以可调整深度的水箱，精确将测量深度调整至有效测量点，然后对固体模进行比对后校准。,电离室的有效测量点,吸收剂量的测量实践（国标方法）,校准深度,有效测量点深度,固体模有效测量点的确定在校准深度下，以有效测量点深度处的PDD计算dm处的吸收剂量。,0.6r,吸收剂量的测量实践（国标方法）,校准深度,电离室几何中心深度,水箱中有效测量点的确定以可调整深度的水箱，精确将测量深度调整至有效测量点，然后对固体模进行比对后校准。公式,0.6r,吸收剂量的测量实践（国标方法）,不同