电离辐射剂量学基础ppt课件——第六章-外辐射剂量学

第六章第六章 外辐射剂量学（外辐射剂量学（ERD）ERD研究以人身为主的各种客体受体外辐射源研究以人身为主的各种客体受体外辐射源照射的剂量学问题照射的剂量学问题。第六章 外辐射剂量学（ERD）ERD研究以人身为主的第一讲第一讲 体模、射束和体模中体模、射束和体模中 吸收剂量的测量吸收剂量的测量 一、体模（一、体模（Phantom）体模体模 在辐射防护、放射治疗和辐射加工中，在辐射防护、放射治疗和辐射加工中，为了模拟测量和计算受外部辐射源照射的人体、实为了模拟测量和计算受外部辐射源照射的人体、实验动物或辐照产品中的吸收剂量分布，设计或制作验动物或辐照产品中的吸收剂量分布，设计或制作的一些具有的一些具有约定尺寸和材料组成约定尺寸和材料组成的模型。的模型。第一讲 体模、射束和体模中体模的形状、材料和尺寸体模的形状、材料和尺寸形状：形状：可根据模拟对象做成任意形状可根据模拟对象做成任意形状体模的形状、材料和尺寸形状：可根据模拟对象做成任意形状 材料：材料：组织等效组织等效指的是材料对不带电粒子的衰减系数、指的是材料对不带电粒子的衰减系数、能量转移系数和能量吸收系数以及对带电粒子的碰撞能量转移系数和能量吸收系数以及对带电粒子的碰撞阻止本领、辐射阻止本领和散射本领等均与组织的接阻止本领、辐射阻止本领和散射本领等均与组织的接近，因而对电离辐射的吸收，衰减和散射作用与组织近，因而对电离辐射的吸收，衰减和散射作用与组织的近似。的近似。例如：对于光子和电子，水具有较好的组织等效性；例如：对于光子和电子，水具有较好的组织等效性；对于中子，组织等效塑料（对于中子，组织等效塑料（A150）、聚甲基）、聚甲基丙烯酸甲脂（丙烯酸甲脂（PMMA）。）。材料：典型的体模典型的体模 ICRU球球 MIRD体模：见体模：见P.198.图图7-1 中国人体模：四川大学林大全教授中国人体模：四川大学林大全教授 尺寸：尺寸：未受照部分（射束周围）的宽度，测量点以未受照部分（射束周围）的宽度，测量点以下的深度的大小须提供充分的反散射物质。下的深度的大小须提供充分的反散射物质。典型的体模 尺寸：深度剂量分布：深度剂量分布：体模中体模中D沿参考轴的分布（参考轴为源的沿参考轴的分布（参考轴为源的 几何中心与光栏中心的直线）几何中心与光栏中心的直线）深度剂量分布：体模中D沿参考轴的分布（参考轴为源的水等效厚度：水等效厚度：如果平行射束垂直照射水体模时深度如果平行射束垂直照射水体模时深度Zw处处 的吸收剂量，与照射介质的吸收剂量，与照射介质m组成的体模时深度组成的体模时深度Zm处的吸处的吸收剂量相等，则称收剂量相等，则称Zw为介质层为介质层Zm的水等效厚度。的水等效厚度。定义：定义：标度因子（标度因子（Scaling factor）对于不带电粒子射束：对于不带电粒子射束：对于电子束：对于电子束：若对非平行射束：若对非平行射束：水等效厚度：如果平行射束垂直照射水体模时深度Zw处 二、射束特性二、射束特性能量参数能量参数射程参数射程参数1、电子束的特性参数、电子束的特性参数电子谱的最大能量电子谱的最大能量Em、最可几能量、最可几能量Ep、注量谱的平均能量注量谱的平均能量E、能量峰值半高度的全、能量峰值半高度的全宽度宽度R85、R85、R50、Rq、Rp二、射束特性能量参数射程参数1、电子束的特性参数电子谱的最大2、光子束的品质、光子束的品质射线：射线：用放射性核素的原子序数和原子量表征用放射性核素的原子序数和原子量表征 X射线：射线：半价层厚度（半价层厚度（Half-value thickness）是使是使X射线平行射线平行窄束的照射量减小到原来的窄束的照射量减小到原来的1/2时所需要的铝，铜或铅的时所需要的铝，铜或铅的厚度。厚度。NACP(Nordic Association of Clinical Physics)其中，其中，J100为为100mm深处的电离量；深处的电离量；J200为为200mm深处的电离量。深处的电离量。2、光子束的品质射线：用放射性核素的原子序数和原子量表征 3、核粒子束特性、核粒子束特性Bragg峰峰3、核粒子束特性Bragg峰三、体模中吸收剂量的测量三、体模中吸收剂量的测量（一）参考点吸收剂量的测量（一）参考点吸收剂量的测量1.为什么测参考点的为什么测参考点的D？参考点附近的剂量剃度小，受散射辐射等干扰因参考点附近的剂量剃度小，受散射辐射等干扰因素素 影响的程度也较小，容易实现影响的程度也较小，容易实现D的准确测量；的准确测量；参考点的参考点的D测准后，体模中的测准后，体模中的D分布可以用相对方分布可以用相对方法测量。法测量。参考点参考点D的精确测量是体模中的精确测量是体模中D测量的关键测量的关键 三、体模中吸收剂量的测量（一）参考点吸收剂量的测量参考点D2.测量参考点测量参考点D的方法的要求及选择的方法的要求及选择 方法选择要求：所选择的剂量计必须是经过国方法选择要求：所选择的剂量计必须是经过国家标准实验室刻度或由国家标准传递的剂量计。家标准实验室刻度或由国家标准传递的剂量计。特点：应用普及、操作简便、精密度高；特点：应用普及、操作简便、精密度高；，其中，其中rst,g为由空腔气体的平均为由空腔气体的平均Dg,u到组织等效材料（体模）中到组织等效材料（体模）中Dst的转换因子；的转换因子；Pu为干扰为干扰修正因子。修正因子。（1）电离室法）电离室法2.测量参考点D的方法的要求及选择特点：应用普及、操作简便特点：特点：作为一次基准对其它剂量计进行刻度或给出各作为一次基准对其它剂量计进行刻度或给出各种剂量计测定所必需的参数；种剂量计测定所必需的参数；量热计作为绝对测量装置处于剂量学测量仪器量热计作为绝对测量装置处于剂量学测量仪器刻度链的顶点。刻度链的顶点。（2）量热计）量热计其中刻度因子特点：作为一次基准对其它剂量计进行刻度或给出各种剂量计测（二）剂量分布的测量（二）剂量分布的测量（三）非均匀体模中（三）非均匀体模中D的测量的测量（四）射束监测（四）射束监测（五）辐射加工中的剂量测量（五）辐射加工中的剂量测量（二）剂量分布的测量（三）非均匀体模中D的测量（四）射束（六）测量数据的归一化表示（六）测量数据的归一化表示1.百分深度剂量（百分深度剂量（PDD）和离轴比）和离轴比百分深度剂量（百分深度剂量（Percentage depth dose）：）：定义：体模中射束轴上某一深度定义：体模中射束轴上某一深度z处的吸收剂量处的吸收剂量Dz与最大值点的与最大值点的吸收剂量吸收剂量Dm以百分数表示的比值以百分数表示的比值,用用p(z)表示。表示。P.209图图7.17 描述光子在水体模中的百分深度剂量分布特点。描述光子在水体模中的百分深度剂量分布特点。（六）测量数据的归一化表示1.百分深度剂量（PDD）和离轴比用用p(z)和和Kc,a表示表示Dz离轴比（离轴比（off-axis ratio,OAR）定义定义 gz(x)和和p(z)可以给出体模中可以给出体模中D的二维分布。的二维分布。用p(z)和Kc,a表示Dz离轴比（off-axis ra2.组织组织-空气比（空气比（Tissue-air ratio,TAR）定义：体模中射束轴上给定点的定义：体模中射束轴上给定点的Dz与空气中同一点处与空气中同一点处 小块体模材料达到电子平衡时小块体模材料达到电子平衡时D0之比。之比。用用Kc,a和和T(z)表示表示Dz2.组织-空气比（Tissue-air ratio,TAR第二讲第二讲 外辐射剂量计算外辐射剂量计算 理论计算法理论计算法经验数据法：应用体模中的测量数据进行计算经验数据法：应用体模中的测量数据进行计算理论计算法理论计算法第二讲 外辐射剂量计算 理论计算法 经验数据法：应用体模中一、经验数据法一、经验数据法1.先说明先说明P.212.的例子的例子 一、经验数据法1.先说明P.212.的例子 2.不均匀校正方法不均匀校正方法2.不均匀校正方法定义：定义：等效厚度系数等效厚度系数其中，其中，h为与为与h厚的物质块对平行初级射束的减弱作用相同的厚的物质块对平行初级射束的减弱作用相同的水层厚度。水层厚度。校正因子校正因子CF 定义：等效厚度系数其中，h为与h厚的物质块对平行初级射3.Q点在介质层下面水中时点在介质层下面水中时CF的计算的计算物质衰减等效水层厚度物质衰减等效水层厚度z 对于对于f和和Wm均相同的情况（均相同的情况（b,a情况）情况）3.Q点在介质层下面水中时CF的计算物质衰减等效水层厚度z对对且且（b,c情况）情况）物质衰减和距离衰减均相同，因此物质衰减和距离衰减均相同，因此Q,Q点的点的D相等。相等。其中其中 对且（b,c情况）物质衰减和距离衰减均相同，因此Q,Q4.当当Q点在介质层内时点在介质层内时CF的计算的计算 介质层介质层h对初级辐射的衰对初级辐射的衰减校正与减校正与3讨论的相同。但介讨论的相同。但介质层对辐射的吸收作用与水不质层对辐射的吸收作用与水不同。故在计算吸收剂量校正因同。故在计算吸收剂量校正因子时，还应该考虑对能量吸收子时，还应该考虑对能量吸收的修正，即的修正，即4.当Q点在介质层内时CF的计算 介质层h对初二、互易定理二、互易定理 1.定理：定理：若有两个粒子数相等的点状射束若有两个粒子数相等的点状射束a和和b垂直照到无垂直照到无限大均匀体模上，其间距为限大均匀体模上，其间距为r，A和和B是两射束轴上深度为是两射束轴上深度为z处的点，则射束处的点，则射束a在在B点产生的吸收剂量与射束点产生的吸收剂量与射束b在在A点产点产生的吸收剂量相同。生的吸收剂量相同。二、互易定理 1.定理：若有两个粒子数相等的点状射束a和b垂2.互易关系式互易关系式3.实践意义实践意义 用宽大的探测器在细束中测量或用小探测器在宽束中用宽大的探测器在细束中测量或用小探测器在宽束中测量，均可得到宽束轴上的吸收剂量分布。测量，均可得到宽束轴上的吸收剂量分布。2.互易关系式3.实践意义 用宽大的探测器在细束第三讲第三讲 外辐射实用量外辐射实用量 一、外辐射实用量的引入一、外辐射实用量的引入 1.辐射防护的目的辐射防护的目的 防止有害的确定性效应，并将随机性效应的发生几防止有害的确定性效应，并将随机性效应的发生几率限制到被认为可以接受的水平。率限制到被认为可以接受的水平。需要需要测量测量HT和和E 要精确地计算或者测定人体器官的当量剂量或有效要精确地计算或者测定人体器官的当量剂量或有效 剂量是极其困难甚至是不可能的。剂量是极其困难甚至是不可能的。需要引入新的物理量：通过对这些量的测量来定量需要引入新的物理量：通过对这些量的测量来定量 地描地描述个人或公众所接受的实际或潜在的照射，并述个人或公众所接受的实际或潜在的照射，并 将所得结果与将所得结果与主管当局所规定的防护限值进行比较，检查规范的执行情况主管当局所规定的防护限值进行比较，检查规范的执行情况和防护设施的可靠性。和防护设施的可靠性。第三讲 外辐射实用量 一、外辐射实用量的引入 1.辐射防护2.指数量指数量Di和和Hi 辐射场中某点的吸收剂量指数辐射场中某点的吸收剂量指数Di：是当是当ICRU球球心位于该点时，球内的最大吸收剂量。心位于该点时，球内的最大吸收剂量。辐射场中某点的当量剂量指数辐射场中某点的当量剂量指数Hi：是当是当ICRU球球心位于该点时，球内的最大当量剂量。心位于该点时，球内的最大当量剂量。浅层当量剂量指数浅层当量剂量指数 深部剂量当量指数深部剂量当量指数 限定指数量（狭义指数量，限定了区域）2.指数量Di和Hi 辐射场中某点的吸收剂量非限定指数量或广义指数量非限定指数量或广义指数量 特点：特点：指数是不满足叠加原理，不易实现测量；指数是不满足叠加原理，不易实现测量；与关键器官和组织相联系，对保护关键器官有利。与关键器官和组织相联系，对保护关键器官有利。非限定指数量或广义指数量 特点：应具备的特点：应具备的特点：对各类电离辐射的通用性；对各类电离辐射的通用性；与辐射防护限值的相关性；与辐射防护限值的相关性；由空间指定点辐射场所决定的唯一性；由空间指定点辐射场所决定的唯一性；与人体或体模的相关性；与人体或体模的相关性；对各种电离辐射的可叠加性。对各种电离辐射的可叠加性。3.外辐射适用量引入的必要性外辐射适用量引入的必要性解决可测量性解决可测量性 应具备的特点：对各类电离辐射的通用性；3.外辐射适用量引入二、外辐射实用量（剂量学量）二、外辐射实用量（剂量学量）1.分类分类 环境测量（监测）用当量剂量环境测量（监测）用当量剂量、个人测量（监测）用当量剂量个人测量（监测）用当量剂量、2.衍生辐射场衍生辐射场 衍生辐射场：衍生辐射场：由实际辐射场抽象出来的，具有某由实际辐射场抽象出来的，具有某些规定特性的辐射场。些规定特性的辐射场。扩展场：扩展场：注量及其角分布和能量分布在所关心的注量及其角分布和能量分布在所关心的区域处处与实际辐射场中参考点的相同的辐射场。区域处处与实际辐射场中参考点的相同的辐射场。齐向扩展场：齐向扩展场：注量及其能量分布在所关心的体积注量及其能量分布在所关心的体积中处处与实际辐射场中参考点的相同，而能量是单向中处处与实际辐射场中参考点的相同，而能量是单向的衍生辐射场。的衍生辐射场。二、外辐射实用量（剂量学量）1.分类 环境测量（监测）用当目的目的 更好地定义实用量更好地定义实用量 弱贯穿辐射与强贯穿辐射：弱贯穿辐射与强贯穿辐射：目的 更好地定义实用量 弱贯穿辐射与强贯穿辐射：3.周围剂量当量周围剂量当量H*(d)用途：用途：环境监测环境监测 定义：定义：辐射场中某点的周围当量剂量辐射场中某点的周围当量剂量H*(d)是由相应是由相应的齐向扩展场在的齐向扩展场在ICRU球中对着齐向场方向的半径上球中对着齐向场方向的半径上深度深度d处产生的当量剂量。处产生的当量剂量。*H*(d)值由参考点的辐射场唯一确定值由参考点的辐射场唯一确定;*H*(d)可用各向同可用各向同 性响应的测量仪器精确测量性响应的测量仪器精确测量;*可用可用H*(d)表征有效剂量（有效剂量概念的实表征有效剂量（有效剂量概念的实质是各器官和组织随机危险的叠加性），且可以给质是各器官和组织随机危险的叠加性），且可以给出有效剂量的偏安全的估计值（一般出有效剂量的偏安全的估计值（一般H*(d)略大于略大于HE）（图）（图7.35，7.36）特点：特点：3.周围剂量当量H*(d)用途：环境监测 定义：辐射场4.定向当量剂量定向当量剂量 目的和用途：目的和用途：避免皮肤受过量的辐射照射而产生避免皮肤受过量的辐射照射而产生 确定性效应。确定性效应。环境监测。环境监测。定义：定义：辐射场中某点的定向剂量当量是由相应的扩辐射场中某点的定向剂量当量是由相应的扩展场在展场在ICRU球中指定方向的半径迹深度球中指定方向的半径迹深度d处产生的处产生的当量剂量。当量剂量。特点：特点：*很强的方向性（很强的方向性（P.230，图，图7.37）*用平行板探测器实现测量用平行板探测器实现测量 *4.定向当量剂量 目的和用途：避免皮肤受过量的辐射照射而5.个人当量剂量个人当量剂量 定义定义 贯穿个人当量剂量贯穿个人当量剂量Hp(d)：身体上指定点下适于身体上指定点下适于强贯穿辐射的深度强贯穿辐射的深度d处软组织中的当量剂量，处软组织中的当量剂量，d的建的建议值为议值为10mm。浅层个人当量剂量浅层个人当量剂量Hs(d)：身体上指定点下适身体上指定点下适于弱贯穿辐射的深度于弱贯穿辐射的深度d处软组织中的当量剂量处软组织中的当量剂量,d的的建议值为建议值为0.07mm。讨论讨论*个人当量剂量是在人体组织中定义的，因而既不个人当量剂量是在人体组织中定义的，因而既不能直接测量，也不可能从一种普通的刻度方法推能直接测量，也不可能从一种普通的刻度方法推导出来；导出来；5.个人当量剂量 定义 贯穿个人当量剂量Hp*辐射场均匀，且身体上指定点的外法线方向与定义辐射场均匀，且身体上指定点的外法线方向与定义 的的指定方向重合，则指定方向重合，则 ；*在单向均匀辐射场中如果指定点外法线的方向与入射辐在单向均匀辐射场中如果指定点外法线的方向与入射辐射的方向反平行，则射的方向反平行，则 一般一般*戴在手臂上的个人剂量计，用戴在手臂上的个人剂量计，用ICRU球刻度会产生过高球刻度会产生过高的反散射，但的反散射，但辐射除外；辐射除外；*测量测量Hp和和Hs的剂量计都是按佩带在人体表面设计的，的剂量计都是按佩带在人体表面设计的，人体提供了反散射，但剂量计要覆盖适当厚度的衰减材人体提供了反散射，但剂量计要覆盖适当厚度的衰减材料，使之对不同方向的入射辐射获得正确的响应。料，使之对不同方向的入射辐射获得正确的响应。上述四个剂量学量满足了实用量应具备的特点。上述四个剂量学量满足了实用量应具备的特点。*辐射场均匀，且身体上指定点的外法线方向与定义 的指 三、实用量的测量三、实用量的测量 1.绝对测量：绝对测量：按的按的 定义测量定义测量 2.相对测量：相对测量：测空气中的吸收剂量测空气中的吸收剂量 ，利用这些量到环境当量剂量的换算系数计算出射束中的。利用这些量到环境当量剂量的换算系数计算出射束中的。讨论：讨论：*在已知在已知 的参考射束中，利用转换系数对的参考射束中，利用转换系数对环境监测仪按环境监测仪按 进行刻度时，监测仪可直接放在射进行刻度时，监测仪可直接放在射束中进行；束中进行；*对于佩带在人身上的个人计，对于佩带在人身上的个人计，、，故剂量计按，故剂量计按 的刻度可应用的刻度可应用H的转换因子的转换因子在在ICRU球上进行；球上进行；三、实用量的测量 1.绝对测量：按的 *对于环境水平的照射，对于环境水平的照射，可给出居民外辐射有效可给出居民外辐射有效剂量的近似估计值，室内、室外应分别考虑；剂量的近似估计值，室内、室外应分别考虑；*对于事故监测，方法多种多样。对于事故监测，方法多种多样。*对于环境水平的照射，可给出居民