CN105008961A

CN105008961A - 借助于在光谱模式中使用的辐射探测器、尤其是X辐射或γ辐射探测器来测量剂量的方法以及使用该方法的剂量测量***

Info

Publication number: CN105008961A
Application number: CN201480010193.7A
Authority: CN
Inventors: 让-马克·丰博纳; 让·科林; 凯茜·丰博纳; J·热埃纳
Original assignee: Areva NC SA
Current assignee: Ou Annuozaixunhuan
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2034-02-19
Also published as: JP6502860B2; WO2014128174A1; CN105008961B; EP2959316A1; FR3002648B1; FR3002648A1; JP2016513256A; US20160003950A1; RU2657296C2; US10031239B2; RU2015140137A; EP2959316B1

Abstract

本发明尤其适用于高能物理学，根据本发明，选择能量范围和剂量类型H；使用给定类型的辐射探测器(14)；针对给定类型的各个入射辐射，建立由所述探测器测量的光谱，所述各个辐射的能量在所选择的范围内，并且所述各个辐射各自的剂量是已知的；以及基于所述光谱确立加权函数，即平均剂量增量和储存在所述探测器中的平均能量之间的对应关系。这使得具有与已知的探测器等同的剂量计的人在任何时间都能够获知以量H表示的平均吸收剂量流。

Description

借助于在光谱模式中使用的辐射探测器、尤其是X辐射或γ辐射探测器来测量剂量的方法以及使用该方法的剂量测量***

技术领域

本发明涉及一种用于借助于辐射探测器、尤其是X辐射或γ辐射辐射探测器来测量剂量的方法。

本发明还涉及一种使用这种方法来测量剂量的***。

本发明尤其适用于流式细胞计、高能物理学以及核物理仪器仪表的领域。

背景技术

国际权威机构已经规定了许多剂量测定量，尤其是吸收剂量、10毫米或70微米处的个人剂量、垂直于人员的单方向通量下的剂量或全方向通量下的剂量。这些量通常基于被人体模型的特定点处给定的介质(通常是软组织)所吸收的剂量的表示，该人体模型的形状和性质是由有关机构规定的。

为了设计一种能够测量这些量中任一项的剂量计，建议尽可能地接近所施加的条件或增加仪器以便更正他们的响应。

以下将描述多种已知的剂量测定技术。

在高能X剂量测定(放射疗法)中，通常使用的探测器是空气电离室。空气是在光量子的能量为100千电子伏(KeV)到几兆电子伏(MeV)范围中等同于组织的介质。在绝对剂量测定中，电离室浸泡在水中(等同于组织的人体模型)。电离室的使用及其性能为其提供了用于测量吸收剂量的良好性能。

对于承受放射治疗的患者的剂量测定，检测介质通常为硅，一种不等同于硅的材料。然后硅响应通过平衡帽(equilibration cap)来进行校正，该平衡帽使得探测器能够被放置在所期望的“虚拟”深度处并且补偿探测器的响应函数。在这些条件下，针对给定的深度、给定的辐射性质以及限定的方向对剂量计进行校准。

对于处理放射性物质的人的剂量测定，能量的范围与放射治疗中使用的能量的范围大不相同。无源襟章(passive badge)通常由包括胶片或例如氟化锂的其他感光介质的几个平面(plage)构成。每个平面由给定的平衡帽覆盖。对分别由多个探测器提供的个体信息的同时使用使得所期望的量能够被获取。

US5572028描述了多元件剂量测定***。US6423972描述了用于使用至少两个合适的探测器来确定中子光谱的方法和设备。在下文中将会提及这两个文献。

进一步地，一些剂量计采用了探测器(典型地为固体探测器或基于闪烁晶体的探测器)中测量的光谱。该光谱是针对预定时间获取的并且通常被分析以用于评估入射粒子影响：执行光谱反卷积。考虑到国际权威机构所建立的转移曲线，因此可以以期望的测量单位确定出吸收剂量。

这是通过光谱反卷积的响应校正法。使用例如反卷积的剂量测定方法还从以下文献中获知：

US2009/0127468，用于X射线和γ辐射的光谱测定的光子剂量测定方法(Method for the spectrometric photon dosimetry for X-ray and gamma radiation)。

这些已知的方法使用了后验信号处理，因此至少在非常宽的入射辐射的能量范围上，不能对吸收剂量进行实时测量。

发明内容

本发明的一个目的在于克服这个缺陷。为了达到上述目的，本发明使用了与这些已知方法不同的、被一次性确立的加权函数。

具体的，本发明的一个目标是提供一种用于测量吸收剂量的方法，其特征在于：

选择能量范围；

选择剂量类型H；

使用给定类型的辐射探测器；

针对给定类型的各个入射辐射S，建立由所述探测器测量的光谱(dn/dE)，所述各个入射辐射各自的能量在所选择的范围内并且所述各个入射辐射各自的剂量H_S(通过测量或计算)是已知的；以及

根据所述光谱(dn/dE)建立加权函数F(E)，所述加权函数F(E)是平均剂量增量与沉积在所述探测器中的平均能量E之间的对应关系，所述加权函数F(E)使得具有与所述给定类型的辐射探测器等同的剂量计的人在任何时间都能够获知以量值H表示的平均吸收剂量速率，所述剂量计用于确立所述加权函数F(E)。

因此，在本发明中，使用了给定类型的单一辐射探测器(本发明基于光谱方法)，而US5572028和US6423972公开的方法需要至少两个辐射探测器。进一步地，US5572028公开的方法不能建立本发明中确立的光谱：这个已知的方法不能测量沉积的能量的光谱。进一步地，在这个文件中，没有讨论根据建立的光谱来确立本发明中使用的这种加权函数：在这个已知的方法中，根据量L1、L2…来测量权值，每个量与沉积在所使用的探测器中的一个中的总能量成比例。并且，US6423972只是US5572028的用于中子通量的变体。

根据作为本发明目的的方法的优选实施例，能量范围的最低能量低于50千电子伏。

优选地，所选择的剂量类型H是Hp(0.07)。

根据本发明的优选实施例，所述探测器是X辐射或γ辐射探测器。

优选地，所述探测器选自多像素光子计数器、硅探测器和闪烁器-光电倍增管组件。

单一加权函数F(E)可通过针对所有辐射S同时求解以下方程来建立：

对于每个辐射S，

\underset{E}{Σ} F (E) \cdot {(d n / d E)}_{S} . Δ E = H_{S}

其中，H_S表示与辐射S相关联的剂量，(dn/dE)表示在辐射S的能量E处记录的计数数量，以及ΔE表示用于光谱的能量测量节距(处于测量单位一致性的原因而被提及)。

本发明还涉及一种用于使用作为本发明目的的方法来测量剂量的***，所述***包括：

与给定类型的辐射探测器等同的剂量计，该剂量计能够提供表示其接收的辐射的信号；以及

电子处理设备，其中存储有加权函数F(E)，并且被设置为处理由剂量计提供的信号以及在任何时间确定平均吸收剂量。

附图说明

通过阅读参考附图对以下给出的完全用于示例而非限制性目的的实施例所做的描述，将有助于更好地理解本发明，在附图中：

图1示意性地示出了在给定的探测器介质中对一些辐射剂量的吸收；

图2示意性地示出了在另一种用于测量剂量H的介质中对这一剂量的吸收；

图3为能够确定加权函数的设备的示意图；

图4是作为本发明目标的用于测量剂量的***的特定实施例的示意图；以及

图5示出了示例性的加权函数的曲线图。

具体实施方式

下面给出本发明的方法的各种实施例。

该方法使得在给定的探测器介质2(参见对应于实际情况的图1，并且在图1中入射辐射具有附图标记4，以及操作人员或等价的人体模型具有附图标记6)中被吸收的剂量能够被转移到用于在点8(参见对应于由官方规定的理论情况的图2，并且在图2中入射辐射具有附图标记10以及标记12表示人体模型)处测量初始量H的另一介质中，该初始量H例如为Hp(0.07Ω)。

这个初始量未必是可通过实验得到的。为了此目的，如已经看到的，该方法通过光谱反卷积来进行校正，而不会具有缺陷和局限性。特别地，在下文中可以看到并没有试图对入射颗粒影响进行评估。

根据本发明，通过入射颗粒(X光子或γ光子)的各相互作用而沉积在探测器2(图1)中的能量Ed[i]被记录(以任意单位UA表示)，并且通过传递函数F或加权函数以与入射能量测量值相同的单位来校正这个沉积的能量，传递函数F或加权函数通过校准来进行确立。则，量F(Ed[i])对应于在初始量H必须被测量的理论情况下(图2)由入射辐射产生的剂量增量。

为了确立加权函数，探测器经受一组覆盖整个预期的能量范围的入射辐射。规定这个范围将代表对剂量计的预期使用，并且在参考条件下和针对这个能量的范围能够测量或计算期望的量H。

对于与一组辐射中的一个辐射对应的各入射光谱S，因此获知所期望的量H_S的(例如以戈瑞(gray)或西韦特(sievert，Sv)表示的)结果和已经由探测器记录的光谱(dn/dE)_S。符号(dn/dE)_S更精确地表示了在能量E(或任何其他的以任意单位表示的等价的量)处记录的计数数量，这个数量被除以入射光谱S的测量节距(以任意单位表示的能量或等价量)。

然后，寻找F(E)以使得：

对于任意光谱S，

\underset{E}{Σ} F (E) . \frac{d n}{d E})_{S} . Δ E = H_{S},

其中ΔE表示能量测量节距，在本文中出于测量单位一致性的原因而被简单提及。

应该注意以下几点：

1、响应是与计数数量呈线性关系的，其对于任何递送的剂量，保证了对应于上述等式的方程组的线性。

2、函数F(E)不一定存在。这里讨论的方程组绝大部分是超定的，并且通常没有解。例如，如果在1024个通路上记录了10个参考光谱，则所讨论的方程组包括针对10个方程的1024个未知数。进而，函数既可以被分解，也可以由多项式等来定义。假设待确定的未知数的数量小于或等于参考光谱的数量，则通过例如通最小二乘法来求解。

3、函数F(E)旨在对入射电离辐射所沉积的能量出现的非线性加以校正。这些非线性具有：

a)物理起因，例如其与以下各项相关：探测方法对于组织的非等价性、人体模型在探测器的后部的严格缺失或者探测器介质不在合适的深度和/或不具有合适的尺寸；

b)或者实验起因，其与探测器自身相关或与相关联的电子读取装置相关。

4、函数F(E)的单位与期望的量H除以计数数量的单位一致。因此，函数F(E)例如以西韦特/计数或戈瑞/计数来表示。

5、初始光谱的基线(base)是任意基线。优选地这个基线涵盖整个预期的能量场并且是尽量富余的。为了这个目的，具有大量的彼此不同的辐射源以及他们各自的在探测器中测得的光谱(而不是相对于所关注的辐射的结合的单一结果)是更好的。

在任何情况下，如果不总是存在满足上述等式的函数，则可以例如通过改变探测器介质的性质获得所期望的精确度上的函数。

最后，需要注意的是，加权函数或校正函数对于一系列探测器和给定的期望量H是一次性确立的。这个函数必须可以转换到所有的具有相同几何结构和相同探测器介质、并且测量这个量H的剂量计上。

探测器校准可以是非常简短的。将探测器暴露于其自身活动稳定的给定放射源中一给定的持续时间就足够了。因此，确定探测器执行的能量测量的稳定性是必要和充分的。实际上，这个探测器在脉冲状态下运行以使得所测量的计数数量的稳定性由非饱和的计数速率来保障。适当地规定源的尺寸足以使得探测器不饱和。

一旦确立了校正函数，剂量计就在脉冲状态下操作，并且对每个相互作用i，沉积的能量Ed[i]被记录下来。因此，根据与探测器相关联的计算装置，可以：

(a)计算持续时间ΔT内光谱中的计数，在周期结束时，计算期望的量：

\underset{E}{Σ} F (E) . \frac{d n}{d E})_{S} . Δ E = H_{S}

(b)或对于每个相互作用，计算剂量增量：

H_i＝H_i-1+F(Ed[i]).

在所有情况下，平均剂量速率对应于最终剂量和初始剂量之间的差值除以积分周期的持续时间。尽管如此，需要注意的是如果累计周期较长，第二方案(b)在以高的并且有害的速率进行偏移的情况下能够产生迅速的报警。

下面描述本发明的另一实施例。

为了测量吸收剂量，将能量的范围选择为[E_min；E_max]，其中，出于仅仅用于表示而非限制的目的，E_min低于50KeV，E_min＝10KeV以及E_max＝1MeV；选择一种类型的剂量速率H，例如Hp(0.07)；使用X辐射和γ辐射探测器，其可以是多像素光子计数器或或硅探测器或闪烁器-光电倍增管组件；建立由用于各种X和γ入射辐射的探测器测量到的光谱S，其中入射辐射各自的能量在选定的范围之内并且其各自的剂量是已知的，以及根据光谱S确立加权函数F(E)，这个加权函数F(E)是平均剂量增量和沉积在探测器中的平均能量E之间的对应关系。

在图3中示意性地示出了了能够确定F(E)的设备。可以看到探测器14，例如装备有塑料闪烁器的

由于合适的但未示出的装置，探测器14在脉冲状态下进行操作。探测器14连续地暴露于各种辐射S。为此，对应的源以面对探测器14的方式被连续地放置。在图3中，可以看到这些源中的一个源16，源16发出辐射18。探测器14具有电子处理装置20，电子处理装置20被设置为在暴露于各种辐射S时处理由探测器提供的信号、建立各种对应的光谱(dn/dE)_S以及确定函数F(E)。

图4是本发明的用于测量剂量的示例性***的示意图。该***包括与图3中的探测器13等同的剂量计22。因此，这是装备有闪烁器的这个剂量计22能够提供表示其接收的辐射23的信号。具有剂量计的人未示出。图3的***还包括电子处理设备24，该电子处理设备24中存储有加权函数F(E)，并且该电子处理设备24被设置为处理由剂量计22提供的信号以及在任何时间确定人接收到的平均吸收剂量。设备24设置有用于显示由该设备24执行的计算的结果的装置26。

图5示意性地示出了示例性加权函数。横坐标为由闪烁器在相互作用期间产生并且被测量到的光电子的数量Nph；在纵坐标中，量值D^*为剂量除以计数数量，该量值以微西韦特/计数(μSv/cps)为单位进行表示。

为了确定这个函数，具有下表中给出的特性的五个源被使用：

在这个示例中，寻找下列形式的加权函数：

F (C p) = Σ_{k = 0}^{6} a_{k} \log {(C p - C_{0})}^{k}

其中Cp表示处理装置24的通路数量，C₀对应于在这个装置上表示零能量的通路。

所使用的源能够得到下列系数：

a₀＝0.001173049

a₁＝0.000641594

a₂＝0.041835963

a₃＝0.080156831

a₄＝0.042976988

a₅＝0.003726018

a₆＝0.000000002

C₀＝4.965286421。

由此推导出曲线图如图5所示的函数F。

然后，可进行实验室测试以将校准函数F调整为尽可能接近无源剂量计的、表示出沉积的剂量当量Hp(0.07)的响应，校准函数F是针对与该函数F相关联的探测器的响应而得到的。因此，这个校准可以整合实验室中执行的校准和无源剂量计的能量响应。

在本发明的已给出的示例中，大体上考虑了HP(0.07)。但是本发明不限于Hp(0.07)的使用。本发明可使用任何其他类型的剂量当量来实现。

此外，在本发明的以上给出的示例中，只考虑了X辐射和γ辐射的测量。但是本发明可以使用其他辐射来实现，尤其是电子辐射和质子辐射。

本领域中的技术人员可以使给出的示例适应于任何其他辐射测量方法，无论这个方法在性质(中子、质子等)或数量(剂量测定或流速测量)上是否不同。

Claims

1.一种用于测量吸收剂量的方法，其特征在于：

选择能量范围；

选择剂量类型H；

使用给定类型的辐射探测器(14)；

针对给定类型的各个入射辐射S，建立由所述探测器测量的光谱(dn/dE)_S，所述各个辐射各自的能量在所选择的范围之内，并且所述各个辐射各自的剂量是已知的；以及

根据所述光谱(dn/dE)_S建立加权函数F(E)，所述加权函数F(E)是平均剂量增量与沉积在所述探测器(14)中的平均能量E之间的对应关系，所述加权函数F(E)使得具有与所述给定类型的辐射探测器等同的剂量计的人在任何时间都能够获知以量值H表示的平均吸收剂量速率，所述剂量计用于建立所述加权函数F(E)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述能量范围的最低能量低于50千电子伏。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中，所选择的剂量类型H为Hp(0.07)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述探测器(14)为X辐射和γ辐射探测器。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述探测器(14)选自多像素光子计数器、硅探测器和闪烁器-光电倍增管组件。

6.根据权利要求4和5中任一项所述的方法，其中，通过对以下等式进行求解来确立所述加权函数：

对于每个辐射S，

\underset{E}{Σ} F (E) . {(d n / d E)}_{S} . Δ E = H_{S}

其中，H_S表示与所述辐射S相关联的剂量，(dn/dE)_S表示在所述辐射S的能量E处记录的计数数量，以及ΔE表示用于所述光谱的能量测量节距。

7.一种用于使用根据权利要求4至6中任一项所述的方法来测量剂量的***，所述***包括：

与所述给定类型的辐射探测器等同的剂量计(22)，该剂量计能够提供表示其所述接收的辐射的信号；以及

电子处理设备(24)，其中存储有所述加权函数F(E)，并且被设置为处理由所述剂量计提供的信号以及在任何时间确定所述平均吸收剂量。