电离辐射剂量学

电离辐射剂量学：研究电离辐射能量在物质中的转移和沉积的规律，特别是转移和沉积的度量（量的定义、测量、计算等）的科学。剂量计算或测量两种基本途径：辐射场本身测量辐射场粒子数、辐射的能谱分布、辐射能量沉积本领电离辐射：通过初级和次级过程引起物质电离，α粒子、β粒子、质子、中子X和γ 射线等。1、辐射的分类电离辐射：通过初级和次级过程引起物质电离，α粒子、β粒子、质子、中子、X和γ 射线等。非电离辐射：与物质作用不产生电离的辐射，如微波、无线电波、红外线等。da┴θdada┴θdada┴=dacosθ定义：Φu=dN/da┴为单向辐射场的粒子注量。一般情况：各向辐射场dadaP定义：Particlefluence(粒子注量)Φ：Φ=dN/da，m-2Energyfluence（能量注量）Ψ：Ψ=dR/da，j.m-2E按能谱分布： d(E)/dEEE能量注量： dEft/da

max

(E)EdE0系 EEdE3、相互作用系数 0A、带电粒子（e、、重带电粒子）总阻止本领:总线阻止本领带电粒子通过物质时在单位路程上损失的能量。sdEdl—dE是dl距离上损失能量的数学期望值。总线阻止本领与带电粒子的性质（电荷、质量、能量）和物质的性质（原子序数、密度）有关。去除物质密度的影响可得到总质量阻止本领公式：s/1dEdl总质量阻止本领描述带电粒子在物质中穿过单位路程时，因各种相互作用而损失的能量。它可分解为各种相互作用阻止本领之和。S/(S/)c(S/)r质量碰撞阻止本领（包括电离和激发对能量损失的贡献）(S/)c

1dE

/dl((S/)r1dE/dlr定限碰撞阻止本领（（1）δ粒子L∆/ρ ）δ粒子定义：能够产生分支径迹的次级电子（2)L∆/ρ定义：L/ρ=(dE/dl)∆/ρdE为带电粒子在密度为ρdl时，由传递能量小于指定值期望值。∆的碰撞而损失的能量的数学的介质中穿行距离为L∆称为传能线密度LET（Linearenergytransfer）。LET:程时，由能量转移小于某一指定值的历次碰撞所造成的平均能量损失。L∞=Sc， L∞/ρ=(S/ ρ)c质量辐射阻止本领（由非弹性辐射相互作用导致的初级带电粒子的能量损失决定） 5MeVr=1mm栅0.2×1mm2 5MeVnr=1mm栅元0.2×1mm2笔形束辐射在水模中的纵向能量沉积型：X、射线与物质作用类型：光电效应康普顿效应电子对生成中子与物质相互作用类型:弹性散射g非弹性散射（c去弹性散射cg（n.（俘获（enγ。散射（Spallation）B、不带电粒子（X、、中子）质量减弱系数（：描述物质中入射不带电粒子数目的减小，不涉及具体物理过程。（值。只涉及带电粒子获得的能量，而不涉及这些能量是否被物质吸收。质量能量吸收系数（：描述不带电粒子穿过物质时，不带电粒子被物质吸收的能量。en/(tr/)(1g)当次级带电粒子动能较小、物质原子序数较低时，轫致辐射弱，g值接近于零，此en/值近似tr/值。（en/）4、辐射剂量学中使用的量A、比释动能（K）同转移能（tr）相联系，不带电粒子在质量dm的物质中释放出的全部带电粒子的初始动能总和的平均值。Kdtr/dm单位Gy。针对不带电粒子，对受照物质整体，而不对受照物质的某点而言。Kfk比释动能率(Kermarate)(1)定义

KdK/dt单位：JKg-1s-1或Gys-1或rads-1对单能不带电粒子的辐射，有：K(tr/)EE(tr/)E[E(tr/)E]空气比释动能率常数空气比释动能率常数Γδ（AirKerma-rateconstant）单位活度的指定放射性核素点源在空气中放的光子产生的比释能动率。1m处释对于点源，活度为A，各粒子产额为ni,能量为 hυi，则K4r21Ahvinii(tr/)i定义4hvinii(tr/)i则有Ar2不同介质中的比释动能(1)含义VV(2)关系rVrWK(V中r点）K（Vr点）K /K(en/)iim( /)enm(r/)EE(r/)iE/EEB、照射量（X）X或射线在单位质量的空气中，释放出来的全部电子完全被空气阻止时，在空气中产生一种符号的离子的总电荷的绝对值。XdQ/dmC/kgX射线、空气。空气中各点的照射量不同。X的关系：X(en/)a(e/wa)若粒子为单能的，则照射量与粒子注量有如下关系：Xfx fxE(en/)a(e/)X和 值得说明的问题含义:自由空间或不同于空气的材料内某一点的照射量或照射量率的概念Kc,a来取代照射量原因：a.由电离电荷量到能量的换算（乘以(w/e)a因子）很不方便bExposure的含义容易混cXγ射线；d只对空气；e测量时必须满足电子平衡；f不能作为剂量的单位，历史误会。C比转换能（C）比转换能（cema）C(T,r)dEc(T,r)/dmTrdm的物质中，因电离、激发过程，重带电粒子(c)(包括其释出的δ粒子）损失的能量。3-13-2，比转换能为：C(T,r)c,D(T,r)c,(T,r)ηc,δ(T,r)——T时间内相关位置上，单位质量物质中，由重带电粒子(c)释放出的所有δ粒子的初始动能的总和。ηc,D(T,r)——单位质量物质中，带电粒子产生电离、激发时，为克服结合能而被“就地”吸收的那部分能量。比转换能（C）与重带电粒子注量（Φ）的关系Vr点处，重带电粒子的谱分布为ΦE，重带电粒子ΦV中rVVrV[S / ]

[CVrr[Scol/]Vcol

V是以r点处重带电粒子注量谱分布的权平均，物质V对重带电粒子的质量碰撞阻止本领的平均值：[Scol

/

0[

col

/

E

V rd/0

rdE受约束的比转换能(CΔ)单位质量物质内电子在电离、激发过程中损失的能量分成三部分：（1）“”ηδ,D；Δδ粒子动能的总和ηδ,δ与Δ值相应的电子射程范围内局部转移；Δδ粒子动能的总和ηδ,δ>Δδ粒子视同原来的电子一样，可能参与又一次的能量递减。比转换能（C）包括以上三部分，若仅包括（1）和（2，即扣除（3）释出的动能大于特定ΔδCΔ。D、吸收剂量（D）同授与能（）相联系，单位质量受照物质中所吸收的平均辐射能量。Dd/dm单位GyE辐射平衡E、完全辐射平衡（Completeradiationsequilibrium,CRE）定义•••

辐射平衡RRoutRindV•条件:介质和源的均匀分布不带电粒子辐射场电离辐射场次级带电粒子辐射场带电粒子辐射场平衡）初始动能大于Δ的δ粒子辐射场次级δ粒子辐射场（δ电子平衡）初始动能不大于的δ粒子辐射场（初始动能不大于Δ特定值Δ的部分δ粒子平衡）带电粒子平衡不带电粒子在某一体积元的物质中，转移给带电粒子的平均能量，等于该体积元物质所吸收的平均能量。发生在物质层的厚度大于次级带电粒子在其中的最大射程深度处。5MeV r=1mm0.2×1mm2比释动能与吸收剂量在物质中的变化：比释动能与吸收剂量在物质中的变化：带电粒子平衡的条件：离介质边界有一定距离，dRmax；均匀照射条件；带电粒子平衡不成立：辐射源附近；两种物质的界面；高能辐射。带电粒子平衡条件下，空气中照射量（X）和同一点处空气吸收剂量(Da)的关系为：D Xa e吸收剂量与物质的质量吸收系数成正比，即

Dm(uen/)mDa (uen/)a故空气中同一点处物质的吸收剂量Dm为：mD(en/)mWaX33.85(en/)mXfXm((en

/)a

e (en

/)a照射量换算到某物质吸收剂量的换算因子，可查表得到。带电粒子准平衡（）3-10所示。0吸收剂量、比释动能和照射量的区别K(d)Ked0吸收剂量、比释动能和照射量的区别c K(d)Ked(1g)K(d)(1gc D(d)Kc(d)['/(1)]''且电子平衡时且电子平衡时吸收剂量与比释动能的关系带电粒子平衡下D=K（1-g）g是次级电子在慢化过程中，能量损失于轫致辐射的能量份额。对低能X或射线，可忽略轫致辐射能量损失，此时D＝K一、名词解释粒子注量率照射量二、填空题完整描述辐射场性质的5个要素是( )（ （ 、（ ）和（ 三、选择题带电粒子在物质中以下列哪种形式沉积能量（ a ）a、电离和激发 、光电效应 c、康普顿散射 、弹性散四、简答题13min14.5MeV1.5×1011m-2能量注量和能量注量率。E14.51.510112.1751012MeV/m20.348J/m2&/dt933103J/(m2s)1.61019J2137Csγ3.7×107Bq662keV100%。求在离10m处γ10minγ光子注量和能量注量。& A n

3.7107

4m2s14r2i

i43.14102

2.94610E&0.6622.9461041.950104MeVcm2s13.120109Jcm2s1& 7 2t1.76710mt1.872106Jcm2第四、五章回顾一、剂量与效应的关系随机性效应（Stochasticeffect）“线性”指随机性效应发生几率与所受剂量成线性关系，但其后果的严重程度不一定与所受剂量有关系。ICRP在其建议书草案(征求意见稿,2006)中将确定性效应也称为组织反应。辐射防护中使用的量一、与个体相关的辐射量1造成的生物效应的严重程度或发生几率的大小。HT WR,RRWR——与辐射种类和能量有关；DT，RTR的吸收剂量；HTSv。WRQ值一致。所谓辐射品质，是指电离辐射授予物质能量是描述加射品质的方法之一。2ESv。WT——组织权重因子，在全身均匀受照射下各器官对总危害的相对贡献。器官或组织受照射所产生的危害与全身均匀受照射时所产生的总危害的比值。即反映了在全身均匀受照射下各器官对总危害的相对贡献。EWTWRT R评价危险时，当量剂量、有效剂量，只能在远低于确定性效应阈值的吸收剂量下提供随机性效应概率的依据。3H50,TH50，E描述内照射情况下，放射性核素进射性核素后将发生随机性概效应的平均几率。t050&0H0Tt0

HT(t)dtH50,EWTH50,TT4ICRU量外照射监测中使用的剂量当量（ICRU）定义四个运用量是很有用的，即周围ICRU而不是以当量剂量的概念为依据[辐射在器官或组织中的当量剂量定义为式中，WR。环境监测周围剂量当量H*(d)：H*(d)ICRU球内、逆齐向场的半径d。定向剂量当量H(d,Ω)：H(d,ΩICRU球内、沿指定方向Ωd0.07mm，这相当辐射防护标准和各种限值剂量限值辐射防护标准和各种限值剂量限值应用职业人员公众有效剂量20mSv·a-11mSv·a-1连续5年内平均50mSv·在任一年a-1d处定义的。深部个人剂量当量Hp(d)：d处的软组d10mmHp(d)Hp(10)。浅表个人剂量当量Hs(d)：dd0.07mmHs(d)写为Hs(0.07)。辐射防护的基本原则辐射防护的目的防止有害的确定性效应，并限制随机性效应的发生率，使它们达到被认为可以接受的不平。辐射实践正当化否则不得采用。防护与安全的最优化在考虑了经济和社会因素之后，应当全部保持在合理可行的最低程度（ALARAAsLowAsye约束。剂量限制个人剂量限值个人受到所有有关实践联合产生的照射，应当遵守剂量限值。年当量剂量眼睛150mSv15mSv皮肤四肢500mSv500mSv50mSv本章试题举例1、确定性效应、随机性效应2、当量剂量、有效剂量3、待积当量剂量4、辐射防护三原则5、周围剂量当量、定向剂量当量第六章回顾第一节外照射防护的一般方法、外照射防护的基本原则内、外照射的特点照射方式照射方式辐射源类型危害方式常见致电离粒子照射特点内照射外照射电离、化学毒性电离、持续高能Xn射线的剂量计算点源的照射量率计算5把辐射源看成是点状的，称其为点状源，简称点源。5射源有一定的大小和形状，因而该辐射源不能视为简单的点源。2点源辐射场任何两点处空气比释动能率，存在如下关系：2各向同性点源

& & Ka)/Kb))

/(r1)向所有空间方向发散出的粒子的类型、能量都相同的点源。各向同性点源下&(r)A2)1、X射线剂量的计算：（1）X射线机的发射率常数X：当管电流为1mA时，距离靶1m处，由初级射线束产生的空气比释动能率，单位：mGy·m2·mA-1·min-1。发射率常数与X光机工作管电压、X射线出口过滤条件有关。（2）X射线剂量率的计算：2、点源的照射量率计算

单位：mGy·min-1γB（（计算：

& AQ(r)r2计算时，根据需要，选择合适的Γ常数，Q（r）可以是空气比释动能率、周围剂量当量率、定向剂量当量率、照射量。3、X、γ辐射人体组织吸收剂量计算计算方法包括两大类理论计算理论计算dD（d）可按下式计算：0D(d)DB(d)eud0D0体表剂量；μd在深度d处的人体组织的误减因子B(ddp。一位置上产生的吸收剂量的比值。经验分析方法固定射野治疗有两种实施方法：tned”深度。tsed”中，放射治疗中，推算相同照射条件下患者体内的吸收剂量，可借助以下量获得参考点（referencepoint)和参考点剂量百分深度剂量（PDD）组织空气比参考点SSDdm处一点。参考点吸收剂量即射D。SAD：参考点位于射线束旋转中心。如果射线束光子能量不超过钴-60γ光子，参考点剂量是自由空气中旋转中心所在处“小块组织的吸收剂量”。而“小块组织的吸收剂量”是借助同一位置上空气比释动能的实测值或计算值。Ka(r)

Akr2

Dm,aKa)(en/) /(en/)肌肉/空气周围必须围以厚度相当于入射光子次级电子射程的空气替代物。反散射因子（backscatterfactor，BSF）体模内，沿射线束中心轴，参考深度(dm)处的吸收剂量[Dm(Wm)]，与体模不在时同一位置上空气中小块组织吸收剂量[Dm,a(Wm)]的比值BSF)Dm)/Dm,a)以上,W-是参考深度(dm)处的射野大小；如果,人体（或体模）衷面的射野尺寸是W0，则0[(SSDdm)/SSD]W0对于相同线质、相同的射野面积，因射野形状不同造成的BSF值的差异并不显著。反散射因子（F）主要了决于辐射品质（）和参考深度处的射野面积（W，可记为（，W。百分深度剂量（percentagedepthdose,PDD）实质是体模内沿射线束中心轴两个不同深度上的吸收剂量的比值。PDD(d)[Dd(Wd)/Dm(Wm)]100%影响百分深度剂量的因素有：特定的皮下深度（d）参考深度上射野（Wm）的大小和形状源皮距（SSD）及辐射的线质（Q）PDD（Q，SSD，Wm，d）组织空气比（tissue-airratio,TAR）体膜内，沿射线束中心轴所关注的深度d处的吸收剂量[Dd(Wd)]与体模不在时同一位置上空气中小块组织吸收剂量[Dd,a(Wd)]的比值：TAR(Wd)Dd(Wd)/Dd,a(Wd)组织－最大比（TMR）体膜内沿射线束中心轴，与源的距离相同，且射野形状、尺寸也相同，组织厚度为d时的吸收剂量[Dd(Wd)]与组织厚度等于参考深度dm时的吸收剂量[Dm(Wd)]的比值：TMR(Wd)Dd(Wd)/Dm(Wd)4、发散射束垂直入射时人体组织剂量的计算SSD量即为峰值剂量[Dm(Wm)]。d[射野面积(Wd)]上的组织吸收剂量[Dd(Wd)]为：Dd(Wd)Dm(Wm)PDD(Q,SSD,Wm,d)SAD治疗方法，剂量计算的参考点则在旋转中心。（TMR）的组织吸收剂量[Dd(Wd)]为：Dd)Dd,a)TAR(Q,Wd,d) （6.38）Dd)Dm)TMR(Q,Wd,d)

（6.39）若拟用计算方法取得公式（7（6.39）中参考点处的吸收剂量)或（“剂量”Dm,a(Wm)Dm,a(Wd)加以估计：Dm)Dm,a)BSF(Q,Wm)或Dm)Dm,a)BSF(Q,Wd)为：“”Dd,a(Wd)Dm,a(Wd)或Dm,a(Wm)则可由沿射线束中心轴上同一位置（WmWd）上空气的比释动能（Ka）Dd,a(Wd)为：Dd,a(Wd)Ka(Wd)(en/)/(/)相关位置上空气比释动能则为：KaAKa或

t/r2a要点：P109习题 P107例6.5a

KIt/r2第七章放射性药物内照射剂量估算的基本方法1、隔室（Compartment）根据物质代谢的动力学数据，能加以区分、且以特定速率（λb）廓清滞留物质的“代谢池”。可以为一个器官也可以是器官的一部分。特定速率（λb）又称为生物廓清速率常数。[A/A(t)]/t （7.1）ΔA/A(t)是在t至t+Δt时间内滞留物质量减少的份额。A(0)t时刻，隔室中的物质滞留量[A(t)]为： A(t)A(0)etA(0)e0.693t/Tb bA(t)A(0)exp(bt)A(0)exp(0.693t/Tb)t)t)/2半廓清时间或生物半排期 ln2/b平均滞留时间 b1/bR(t)单次吸收后，隔室中物质的初始滞留量[A(0)]到t时刻留下的份额。若摄入物质是放射性的，相应的衰变常数为λr,半衰期为Tr，则单次吸收后t时刻，隔室中的物质滞留量还需进行放射性衰变修正：(t)[(0)ebt]ert(0)e(br)t(0)eefft有效廓清速率： eff有效半减期：Teff0.693/effTbTr/(TbTr)有效滞留分数单次吸收后，隔室中放射性物质的初始放射性活度[A(0)]到t时刻留下的份额。rt)Rt)ertebterteefft(t)器官的滞留函数和有效滞留函数若器官、组织（S）中，物质初始滞留量为As(0)，其中，因代谢过程，以廓清速率λi,b廓清的份额为ki，则按隔室模型，到t时刻该器官、组织中摄入物质的滞留量As(t)为：n(t)(0)ki(i,bt)i1n是器官、组织（S）中存在的隔室数。滞留函数 Rs(t)n单次吸收后，器官、组织（S）中物质的初始滞留量[As(0)]，因代谢过程，到t时刻残留的份额称器官、组织（S）中物质的有效滞留函数Rs(t)：nRs(t)As(t)/As(0)kiexp(i,bt) （7.10）i1有效滞留函数 rs(t)nrs(t)Rs(t)exp(rt)[kiexp(i,bt)]exp(rt)]i1n n （7.11）kiexp[(i,br)t]kiexp[i,efft]i1 i12、内照射剂量计算源器官含有大量该放射性核素的组织或器官靶器官吸收辐射能量的组织或器官内照射剂量估算的基本公式人体内，任一含有放射性核素的源器官（S）对靶器官（T）产生的待积当量剂量[H(T←S)]可按下式计算：H50

S

1.61013A)SEES)103s内照射剂量估算两个要素：sAs(τ)S“”；SEE(TS)——ST产生的