吸收剂量的测量

吸取剂量的测量湖北省肿瘤医院放疗科徐利明吸取剂量的测量方法吸取剂量测量的原理照射量与吸取剂量的概念照射量转换为吸取剂量测量吸取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Cλ和CE方法IAEA277号报告及其修定GB吸取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事；吸取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=f·X吸取剂量的测量电离室测量吸取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，对全部能量的电子来讲，基本上是一个常数，即平均电离能为W/e=33.97J/C。因此，便确定了吸取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，即吸取剂量。空气中吸取剂量的测量假如用于测量的电离室为：①室壁由空气等效材料制成；②室壁厚度（或加平衡帽后）可达到电子平衡；③气腔体积可精确确定。式中：Q–气腔中释放的电离电荷，

ρ-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。而吸取剂量则为：Da=X×W/e即：Da（J/kg)=X（R）×2.58×10-4(C/kg/R)×33.97(J/C)=0.876×10-2（J/kg·R）×X（R）Da（rad）=0.876（rad/R）·X(R)即：Da=f·Xf:伦琴-拉德转换因子，或照射量-吸取剂量转换因子。吸取剂量转换为照射量的过程1电子电量e=1.6021×10-19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=1.60×10-19J1R=2.58×10-14C·Kg-1∴2.58×10-14D空气=

───────

×

33.97×1.60×10-19

1.6021×10-19=8.76×10-3Gy=0.876cGy

吸取剂量转换为照射量的过程(μen/ρ)物质(μen/ρ)物质D物质=─────··D空气=(8.76×10-3)·──────··X(μen/ρ)空气(μen/ρ)空气=f·X(μen/ρ)物质f=(8.76×10-3)·──────(Gy·R-1)(μen/ρ)空气

(μen/ρ)物质─物质的质能吸取系数(μen/ρ)空气─空气的质能吸取系数吸取剂量转换为照射量的过程D物质=f·Xf:照射量～吸取剂量转换因子(Gy·R-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立方厘米水模体匀整模体固态或干水，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探讨剂量精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：对射线的散射和吸取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取剂量的转换(μen/ρ)wDw=Dm─────(μen/ρ)m不同介质对水的等效厚度的转换

T水=T模体×ρ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=μm/μw不同介质对水的额外散射的转换

(μen/ρ)wDw=Dm─────·ESC(μen/ρ)m材料质量密度(g·cm-3)电子密度(电子数·g·cm-3)有效原子序数(光电效应)空气1.29×10-33.89×10-37.78水1.003.347.42聚苯乙烯1.03～1.053.34～3.405.69有机玻璃1.16～1.203.76～3.896.48聚乙烯0.923.166.16石蜡0.87～0.933.00～3.215.42MIXD0.993.377.05M31.053.517.35常用组织替代材料的物理参数射线质低能X中能X高能X钴-60γ电离室形状平板柱形柱形柱形入射窗或室壁厚度薄膜＜0.1g·cm2＜0.1g·cm2＜0.1g·cm2收集极直径≤20mm≤2mm≤2mm≤2mm保护极宽度＞3mm＞3mm气腔内直径≤7mm≤7mm≤7mm气腔长度＜25mm＜25mm＜25mm材料入射窗，室壁与中心电极最好用相同低原子序数材料平衡帽+室壁厚度0.4～0.6g·cm2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漏电流受电离辐射照射前，5min内小于10-14A，照射后1min内小于5×10-13A和5min内小于10-13A重复性钴-60照射5Gy，读数重复性应在0.5%之内杆效应10cm×35cm射野内电离室主轴与射野长轴平行，照射后的读数与照射野旋转90°后的读数差别应在0.5%之内能量响应电离室对中低能X线（HVL=2mm铝到4mm铜）的响应与钴-60γ线的响应系数差别小于0.5%角度依赖性指形电离室沿主轴旋转，角度依赖性应小于0.5%极化效应X（γ）光子辐射条件下，改变收集极极性，电离室响应差别小于0.5%收集效率“双电压”法测量加速器X线，剂量率4Gy/min，收集效率应好于99.5%环境影响非密闭型电离室的灵敏体积，应在1小时内达到于环境的热平衡适用于放射治疗测量用的静电计的主要指标预热预热10min后，零点漂移24小时应小于1mV本底电流电离辐射照射前及照射后30秒内，本地电流小于5×10-15A杆效应10cm×35cm射野内电离室主轴与射野长轴平行，照射后的读数与照射野旋转90°后的读数差别应在0.5%之内刻度线性好于0.01%环境敏感性环境温度变化每摄氏度，零点漂移小于150μA反馈电容泄漏静态时，静电计读数变化率每分钟小于0.5%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：

ti1△Ki=（──×──-1）×100%2t0ρi式中：ti─第i点的测量时间；t0─量程示值中点的测量时间；

ρi─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β射线（最高能量0.54MeV）。应用一般以120s为测量基准归一；测量值应运用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留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，运用加长电缆时，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，应用时应当心谨慎，勿碰撞和挤压尽可能不运用塑料材料制成的电离室；留意电离室与模体的环境条件平衡；测量不同质的辐射场时，留意电离室的能量响应；实际测量时，应留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，以削减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Υ射线照射体模中吸取剂量的测定》；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取剂量测定》1989年，国家技术监督局颁布JJG589－89号规程：《60Co远距离治疗辐射源》1990年，国家技术监督局颁布JJG664－90号规程：《医用加速器X辐射源》规定的剂量定标方法与ICRU23号报告一样，1991年，国家技术监督局颁布JJG1026－91号规程：《光子和高能电子束吸取剂量的测定方法》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JJG664－90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Υ射线照射体模中吸取剂量的测定》；Cλ＝｛f·(μab/ρ)med，wall·Swall,air·kc+(1-f)·Sm,air·ka｝·W/e上式中，f为光子在电离室气腔内发生作用的份额，μab/ρ为光子质能吸取系数，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取剂量测定》1997年，国际原子能机构IAEA第277号报告：《光子和电子束中的吸取剂量测定，国际好用规定》1997年其次版将比释动能因子Nk转换为空气吸取剂量系数ND来修正电离室，即：Nd=Nk×（1-g）×Katt×Km或：Nd=Nx×（W/e）×Katt×KmKatt电离室材料对射线吸取和散射的校正因子；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的变更）从上述演化可以看出，无论是Cλ还是ND或Ngas中均含有W/e（在空气中产生一对离子所须要的平均能量）项，而W/e的公布数据是变更的：60年头：33.73J/C70年头：33.85J/C现在：33.97J/CCλ＝0.95是W/e=33.73时代的数据,假如考虑到W/e的变更,Cλ应增加0.7%（0.8%),由此算得的剂量也应当增加0.7%(0.8%)。电离室的校准现场运用的电离室，须经国家标准试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-Coγ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=（Nc×Xa）/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。校正因子的运用仅对被检量程有效，若须运用其它量程，必需另行校准；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%Cλ和CE方法电离室校准辐射场：钴-60γ射线或2MVX射线满足电子平衡钴-60γ射线在水中的吸取剂量为：钴-60γ射线照射量-吸取剂量转换因子Cλ因此

Dw=R·N·Cλ射线质量Cλ（水中）Cλ（组织中）钴-600.950.944MV0.940.948MV0.930.9212MV0.920.9116MV0.910.9020MV0.900.8930MV0.890.87不同物质在不同能量时的Cλ值对高能电子束，水中吸取剂量计算的标准公式为：

Dw=R·N·CE吸取剂量的测量实践（Cλ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得仪器摆放：电缆、电池等加速器准备：预热、10×10cm照射野空气密度校正DW=MU×NX×Cλ×KPT测量深度校准DW=MU×NX×Cλ×KPT×PDDCλ和CE方法的问题空气照射量校准因子模体中的吸取剂量有相当部分源于低能散射光子，且随深度和射野变更，不同于空气中校准时的状况，且校正困难；等效材料的冲突Cλ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冲突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、形态和材料的影响，而Cλ和CE方法由于当时对辐射理论相识的局限性，却又在相当大的程度上忽视了这些因素的影响，因而使这种方法存在着较大的误差。80年头ICRU23和24号报告对此做了确定的修正，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、形态和材料的影响。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）有所变更；因此，引进对特定电离室的修正就显得特殊必要，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Cλ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Cλ值时仅将其作为能量的函数列出。假如认为ICRU当时的做法是认为Cλ因电离室不同的变更不大，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),变更幅度达4%。吸取剂量的测量实践（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，探测器测得的吸取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。吸取剂量的测量实践（国标方法）术语rPPeff（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，电离室测出的吸取剂量将不是电离室几何中心处的吸取剂量，而是有效测量处的吸取剂量。吸取剂量的测量实践（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取剂量的仪器，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。吸取剂量的测量实践（国标方法）术语校准深度（CalibrationDepth）在模体中进行吸取剂量校准测量时，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。校准因子可以是吸取剂量（ND）、比释动能（NK）或照射量（NX）的校准因子。吸取剂量的测量实践（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，得到的极性电流的确定值分别是|Ｉ+|和|Ｉ-|，（|Ｉ+|-|Ｉ-|）则2———————（|Ｉ+|+|Ｉ-|）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。吸取剂量的测量实践（国标方法）术语吸取剂量的测量实践（国标方法）D20/D10SSD=100cm，模体表面照射野为10×10cm，在辐射中心轴上，模体内深度分别为20cm和10cm测得的吸取剂量的比值。术语吸取剂量的测量实践（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10×10cm，在为20cm和10cm测得的吸取剂量的比值。20cm10cm术语最大吸取剂量（MaximumAbsorbedDose）辐射在模体内沿辐射中心轴产生的吸取剂量最大者，称为最大吸取剂量。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）模体表面处的吸取剂量与在同一点处无模体时的吸取剂量的比值。吸取剂量的测量实践（国标方法）吸取剂量的测量实践（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-60γ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-60γ射线都以0.6r

为宜。电离室的有效测量点吸取剂量的测量实践（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处的吸取剂量。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取剂量的测量实践（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吸取剂量的测量实践（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吸取剂量的测量实践（国标方法）不同射线深度剂量特性的比较0100DoseDepth━深部X线━钴-60γ线━加速器高能X线━加速器电子线吸取剂量的测量实践（国标方法）电离室校准因子（ND）的确定照射量校准因子NX为：ＸNX=———（C/kg）Ｍ式中：