《-放射成像中剂量管理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《-放射成像中剂量管理（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 医疗照射中的剂量学与质量控制第一节 X射线能谱自从89年伦琴发现X线以来,对X线能谱的研究始终在进行着。精确地掌握有关线能谱的知识,在许多领域都是必要的。在放射诊断影像中，许多问题可通过蒙特卡罗模拟法来研究解决，但是它规定X线能谱作为其输入的数据。对X线能谱的研究，可使X线系统的设计者更精确地预测患者所受的剂量，从而研制更好的硬件和软件系统来减少患者所受的剂量。在诊断放射影像质量保证中,X线能谱的分布对于评价诊断影像的产生和优化影像质量是十分重要的。 厚靶持续X线能谱的最早理论模型是出名的Krae 方程,它非常简朴,与实验成果有较大的差别。1979年,Bih 等人提出了计算持续X线能谱
2、的经验模型。191年，Tcker等人提出了半经验模型，该模型以量子力学理论为基本，同步又采用了多项式拟和后的参数,目前得到广泛的应用。998年，Bloagh 等人提出了仅基于基本原理的计算模型,该模型不需要测量的数据和拟和参数，在计算钼靶的X线能谱时非常有效。此外,蒙特卡罗模拟和多项式内插模型也在使用。总之,X线能谱的精确计算与测量措施是在发展着。一、持续射线模型（BremsstralungMode）根据量子力学理论，一种动能为的电子与电荷数为Ze的原子核发生碰撞,则在EE+dE能量范畴内发射X射线光子的微分截面是： (-)这里,=，是精细构造常数，re是电子典型半径；Z是靶材料有效原子序数；
3、 是在距靶面x处电子的动能;是电子的静止能量;是一种随Z和T缓慢变化的函数,对于给定的T和X射线能量间隔,它正比于每个入射电子产生的光子数。若动能为的电子沿入射方向在靶中穿过的距离为dx,则产生的轫致辐射(持续辐射）的平均能量是: （2-2)式中,是靶密度；A是靶原子质量；是单位体积内的靶原子数。 假定电子在靶内穿过距离dx，其损失的能量为T,则就是电子能量转化为能量为E的轫致辐射的份额。对所有电子能量积分,就得EEdE能量范畴内轫致辐射的强度为: (-3)式中,是由管电压决定的入射电子的动能。此式还表白,只有电子的动能不小于E,才干产生能量为E的光子。 把式(-)、(2-2）代入式(2-3)
4、，得 (2-)式中,是靶材料的质量制止本领。 如图2-1所示，在实际的计算时，必须考虑产生的X射线在靶中的自吸取状况。假设在靶中沿入射方向的距离为x，则入射光子在靶中传播的距离d为: (-5）式中，是靶倾角;是中心轴到计算点的角度。 图 2-1 厚靶中产生持续X线时X线管的几何条件此时,自吸取因子为: （-6)式中,是能量为E的光子在靶中的线性衰减系数。此外,沿入射方向通过距离后的动能T可由ThosoWhdington关系给出,即 (2-)式中,c是由入射电子动能决定的经验常数,如表2-所示。表2-1 Thomson-hidingon经验常数c电子能量(KeV)T-W常数c(eV2./k) 将
5、式(2-7)代入式(2-6),得 （-)因此,在考虑了靶自吸取后，式（24)变为： (2-9) 为便于计算,质量衰减系数一般用一多项式来体现： （2-10） 这里，=E/0keV，是X射线光子的能量,是常数,如表-2所示。 质量碰撞制止本领可拟合为随电子动能的变化,其体现式为: (-11)这里是用最小二乘法拟合的系数，如表2-3所示。表22 不同元素和材料的质量衰减系数的参数材料/元素 铝钨()钨（）铼（)铼()空气油有机树脂耐热玻璃9.601-32.3410-24210-2-2.9871-2-5.8310-8810-21.010-1.06211510-29.71103-14010-2-363
6、61-1.815103.3610-16.0410-383810-3121039.136103-5.6510-3102011.4866.23023.2210-1-2.8103-3.21-6.0510-35.94103.5311-4.79510-3-940410-7.720-31.52118.7310-48.710-42.110-3278510-3-2.4661-1.3810.41-1-6.155-40.0-3.110-53.90610-5-15480-1.90510-4注：参数的单位是m/kg；钨和铼的K吸取限Ek分别是69.50kV和71.0ke。表2-3 钨和铼的质量制止本领参数元素 钨铼2
7、2.41 keVm2 kg-2.4 kV 2 kg-116.1 kV m2 1107.6 V2 g-10695 eV-10.0468 keV-， (2-12),T这里,E代表X射线光子能量，T0是入射电子的能量,是电子能量，,，和是由通过符合测量后的能谱得到的参数,对于钨铼的原子比例为0/1的合金靶而言,3.610-2光子数电子，2.01-5光子数(电子keV)，=-5.04,=1.87,=10516和3.42。 二、特性X射线模型(Charateiic X-ra moel)实验证明,特性X射线是随电子在靶中深度产生的。在这里,引入一种与深度有关的概率密度函数来体现这一问题，为: ， (-3）
8、这里,R是电子的平均动能等于壳层的结合能k时，由式(-7)拟定的距离。 再考虑到靶自身的吸取后,产生的能量为Ei的特性X射线光子数是: (214)这里，Ek是K壳层的结合能；是能量为i的特性线占总特性线的份额;Ak1310-3光子数/电子和nk=.6,它们是模型的参数。假定靶是由9%的钨原子和0%的铼原子构成的，K壳层的结合能k和特性线的份额列在表-中。表2- 钨和铼的特性X射线(靶是由9%的钨原子和10%的铼原子构成) K系特性线 能量（keV)产额比例 钨 铼 59.3257.9867.267.161.1459.7269.21.204500.25920.15210.380.04980.02
9、8830.0130.0049三、X射线总能谱 X射线能谱是持续能谱与特性能谱叠加，同步考虑到固有滤过和附加滤过的影响后，总能谱可体现为: （2-5)这里，=,表达固有滤过和附加滤过对X射线的衰减,其中,和分别是固有滤过和附加滤过的线性衰减系数，和分别是固有滤过和附加滤过的厚度。 一旦拟定射线能谱,在距焦点距离处每m的照射量为： (2-6)这里,是电子的电荷;3.97J/C,是在空气中产生一种离子对所消耗的平均能量;是空气中的质能吸取系数。 对于给定的靶材料,在已知管电压kVp、靶倾角、中心轴线到测量点的夹角、固有滤过的材料和厚度以及附加滤过的材料和厚度的状况下,运用上述模型计算的X射线能谱如图
10、2-2所示。 图2-2a 不同管电压下计算的能谱 靶倾角10,固有滤过3mmAl,钨靶. 图2-2b X线靶不同出射方向计算的能谱. 10k,靶倾角100,固有滤过3mAl,钨靶.图2-2 不同靶倾角计算的能谱. 10kV，固有滤过3mAl,钨靶懂得X射线能谱，对于计算量子检出效率是非常重要的。第二节 射线诊断剂量学与质量控制在诊断放射学中，剂量测量的目的重要是：测量患者剂量与剂量指引水平相比较;测量模体中剂量评价设备性能；测量患者剂量评价辐射危险。为质量控制目的,所使用的剂量学应是可直接测量的。这些量的测量可以在人体表面,也可以使用模体。对于评价设备性能，运用模体进行剂量测量的精确度比在人体
11、表面测量的精确度要高，特别对设备性能的一致性检查使用模体最为合适。在国内电离辐射防护与辐射源安全基本原则（GB 18871）中推荐了典型成年受检者在X射线照相、透视、T检查和乳腺照相中的剂量或剂量率指引水平，并规定在放射学检查中应测定“典型成年受检者的入射体表剂量、剂量与面积之积、剂量率及照射时间或器官剂量等的代表值”。一、 常规X射线照相和透视用于常规X射线照相和透视剂量测量的量是入射体表剂量(entace suce dse，ESD）和剂量面积乘积（doaraproduct,A)。入射体表剂量（ES)就是在辐射射入受检者的体表处照射野中心的吸取剂量，可用考虑反散射后空气中的吸取剂量表达。剂量面积乘积(AP）就是辐射束的截面积与所致平均剂量的乘积。在剂量测量时,为评价患者剂量,SD的测量应在患者体表测量,不需使用模体。测量应涉及足够数目的患者，以得到有代表性的平均值。例如，至少10个患者，且接近人体的典型尺寸。这样的测量成果可反映出在实际临床检查中个体剂量差别的状况。ESD的测量常使用热释光剂量计(TL),一般把L包在胶囊中置于患者的皮肤表面。D的测量可在射线管的光栏和患者之间任何距离处进行，只要来自患者的散射线对探测器的读数的影响可以忽视,DAP的成果与距离无关。DA的测量使用大面积平
