医用诊断X射线的特性、测量与防护研究

发布时间：2017-08-31 07:18

  本文关键词：医用诊断X射线的特性、测量与防护研究

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【摘要】：目的:X射线在医学中应用广泛,如放射治疗、放射诊断、核医学和介入放射等领域。医用诊断X射线相比一般X射线,在其质与量、能量表达、剂量测量等方面有其自身的特性。在医学诊断应用中,患者接收X射线照射检查时,应避免受到过量直接照射,并尽量减少医护工作人员受到的次级辐射。本研究旨在为诊断X射线的测量与防护提供理论与数据基础。方法:分析医用诊断X射线的能量表达、计算其在物质中衰减后的能谱变化情况,理论研究并实验测量电离室型剂量仪的响应时间对诊断X射线测量结果的影响和修正方法,计算并测量几种常用防护措施的防护效果。结果:1、分析了医用诊断X射线的特性,解析了其能量表达方式。从X射线的产生得出X射线的能量分布具有连续性;分析其质与量涉及的各特征量,包括管电压、PPV等,得出X射线的能量有多种表达方式,根据具体需求和研究条件,选择合适的方式进行描述,常用的包括半值层、等效能量和平均能量等。其中,能谱和平均能量是准确表达X射线能量的方式。X射线能谱的测量需专门的仪器,要求较高,可利用计算机模拟计算描绘X射线的能谱,对射线能量分布、能谱变化等情况进行表达。医学应用的日常监测和防护中,表征X射线的量主要为能量和剂量率。2、根据X射线与物质的相互作用过程,分别计算了不同厚度铝板及铁板衰减后射线的能量变化及能谱,并计算了90度散射角方向散射线的能谱及能量,计算并实验测量不同物质对X射线的不同衰减效率。医用诊断X射线与物质相互作用过程主要有光电效应和康普顿散射。射线与物质的相互作用会衰减X射线的强度。透射物体后,单能光子能量和强度变低;一般连续X射线强度变低,平均能量变高,能谱变窄。光电吸收效应是物质衰减射线的主要形式,并伴随发生荧光效应和俄歇效应。X射线与物质发生散射主要包括相干散射与非相干散射。非相干散射即康普顿散射,可根据康普顿散射公式及散射比等计算散射线的能量及强度,其强度和能量均小于原发X射线。物质对X射线的衰减能力各有不同,这与物质的密度、厚度、形状等有关,理论计算物质对X射线的衰减能力,并实验测量相关数据,验证理论计算结果。3、分析并实验测量了剂量仪的响应时间对诊断X射线测量结果的影响和修正,研究了剂量仪的能量响应、方向响应、灵敏度等性能参数。不同的剂量仪响应时间、能量响应等参数是不同的,同一仪器的不同量程,其响应时间也不相同。诊断X射线剂量测量时,应根据要求选取合理的测量仪器,必要时需对测量结果进行修正。根据剂量率仪表电路的读数响应过程,将其等效简化为RC电路充电过程,可理论计算已知率表的响应时间常数及时间分辨修正系数,通过实验测量,验证修正结果,得出准确的响应时间,在防护评价中可用于修正测量结果。医用诊断X射线多为中能和低能射线,分析了医用诊断X射线对率表能量响应的要求,并计算和实验研究了不同仪器的能量响应对X射线测量结果的影响。4、计算并测量了距离、铅衣、铅屏、墙壁(混凝土)等对医用诊断X射线的防护效果,提出了对X射线的防护建议。医用诊断X射线在机房中,经过空气、床体、患者、墙壁和屏蔽等的吸收和散射,不同物质对X射线的阻挡效果不同。无屏蔽措施时,理想条件下X射线在真空其强度与距离的平方成反比,现实测量结果表明医用诊断X射线在空气中距离越远,剂量率越低;计算和实测结果都表明铅作为诊断X射线的防护材料,可屏蔽大部分的X射线。根据实验结果,提出防护建议:重要部位着铅衣屏蔽,再综合利用墙壁、距离等多种屏蔽措施可以较好达到对医用诊断X射线的防护效果。结论:能谱和平均能量可较为准确的表达医用诊断X射线的能量,在不严格进行能谱要求时,也可用半值层、等效能量描述X射线;剂量率仪表的响应时间对医用X射线拍片时的剂量率测量影响很大,实测值与真实值可能相差数倍或数十倍,需对实测值进行曝光时间的修正,并得到了部分仪器的准确响应时间。医用诊断X射线在测量时,所选仪器的能量响应是十分重要的指标,对测量结果影响很大,应根据测量目标选取能量响应合适的仪器进行测量;医用诊断X射线对剂量仪的其他性能参数也具有较高的要求;X射线与物质作用前后的原始射线、散射线、透射线具有一定的关系,分析了三种射线能谱的变化情况,并计算和测量了透射线、散射线强度的变化,由此可得出物质对X射线的衰减规律,根据不同材料衰减能力的不同,可选取合适的屏蔽材料;医用诊断X射线的防护中,铅是最重要的屏蔽材料,辅以距离、墙壁等条件,可较好的防护X射线的有害照射;不同的防护用具单独使用与综合使用防护效果不同,综合使用多种防护措施与工具能够更好的防护X射线的照射。本论文的工作在医学中X射线的测量与防护等方面具有实际意义。
【关键词】：X射线 能量 散射 监测 防护
【学位授予单位】：中国人民解放军军事医学科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R814;O434.1
【目录】：

• 缩略词表6-7
• 摘要7-9
• Abstract9-13
• 前言13-15
• 第一章 医用诊断X射线简介15-23
• 1.1 X射线的产生15-17
• 1.2 X射线能量分布及能量表达17-20
• 1.2.1 能量分布17-18
• 1.2.2 特征描述及能量表达18-20
• 1.3 医用诊断X射线特征及能谱20-21
• 1.4 小结21-23
• 第二章 诊断X射线与物质的相互作用23-31
• 2.1 综述X射线与物质相互作用23
• 2.2 光电效应23-25
• 2.3 康普顿散射25-26
• 2.4 散射线的计算研究26-28
• 2.4.1 散射线能量计算26-27
• 2.4.2 散射线强度27-28
• 2.5 散射线实验测量28-29
• 2.6 小结29-31
• 第三章 诊断X射线在物质中的衰减计算研究31-41
• 3.1 单能光子束在物质中的衰减规律31-32
• 3.2 连续X射线衰减规律32-33
• 3.3 诊断X射线衰减规律计算33-38
• 3.3.1 衰减系数的计算33-34
• 3.3.2 衰减物质厚度对衰减效率的影响34-36
• 3.3.3 不同衰减物质对衰减效率的影响36-37
• 3.3.4 光子能量对衰减效率的影响37-38
• 3.4 透射率实验测量38-40
• 3.5 小结40-41
• 第四章 医用诊断X射线测量要求41-59
• 4.1 辐射探测器简介41-44
• 4.1.1 辐射探测器原理41
• 4.1.2 气体探测器41-43
• 4.1.3 闪烁探测器43
• 4.1.4 半导体探测器43-44
• 4.2 辐射测量仪表的响应时间44-48
• 4.2.1 探测器响应时间44
• 4.2.2 电子电路响应时间44-47
• 4.2.3 剂量仪响应时间47-48
• 4.3 响应时间研究48-53
• 4.3.1 研究背景48-49
• 4.3.2 响应时间常数计算49-50
• 4.3.3 响应时间实验测量50-53
• 4.4 能量响应研究53-56
• 4.5 其他测量要求56-57
• 4.6 小结57-59
• 第五章 医用诊断X射线防护研究59-71
• 5.1 有害X射线分析59-60
• 5.2 防护效果理论计算60-64
• 5.3 实验测量64-69
• 5.3.1 距离防护效果的贡献64-66
• 5.3.2 不同防护工具的防护效果66-67
• 5.3.3 机房防护测量67-69
• 5.4 小结69-71
• 总结71-73
• 参考文献73-77
• 附录77-79
• 论著79-83
• 致谢83-85
• 个人简历85

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本文编号：764208