醫(yī)用射線防護(hù)輻射劑量儀的工作原理

醫(yī)用射線防護(hù)輻射劑量儀的工作原理是一個(gè)核心問題。需要首先明確的是，“輻射劑量儀”是一個(gè)廣義術(shù)語，它包含多種原理不同、用途各異的設(shè)備。但它們的基本目標(biāo)都是探測和測量電離輻射的能量沉積，并將其轉(zhuǎn)換為可讀的數(shù)值（如毫希沃特 mSv 或 微戈瑞 μGy）。?????????????????????????其工作原理可以概括為以下三個(gè)核心步驟：

1. 輻射與物質(zhì)的相互作用：射線進(jìn)入劑量儀的敏感區(qū)域（探測器），與其原子發(fā)生相互作用（如電離、激發(fā)）。
2. 能量轉(zhuǎn)換與信號收集：相互作用產(chǎn)生的效應(yīng)（如離子對、閃爍光）被收集起來。
3. 信號處理與結(jié)果輸出：收集到的微小信號被放大、處理，最終計(jì)算出輻射劑量并顯示出來。

下面介紹幾種主流的醫(yī)用輻射劑量儀的工作原理：

• 電離室型劑量儀

這是最經(jīng)典、精度最高、常用作基準(zhǔn)和校準(zhǔn)的劑量儀，尤其在放療科的高劑量測量中。

工作原理：1. 其核心是一個(gè)充滿空氣或特定氣體的腔室，內(nèi)部有正負(fù)兩個(gè)電極。

2. 當(dāng)射線穿過腔室時(shí)，會使腔室內(nèi)的氣體分子電離，產(chǎn)生正負(fù)離子對。
3. 在兩個(gè)電極上施加一個(gè)工作電壓，形成電場。在電場作用下，正離子趨向負(fù)極，電子（負(fù)離子）趨向正極，于是形成了電離電流。
4. 測量這個(gè)極其微弱的電離電流，經(jīng)過精密電路的放大和處理。
5. 通過測量到的電流大小，計(jì)算出射線在空氣中產(chǎn)生的電荷量，再根據(jù)嚴(yán)格的物理公式和轉(zhuǎn)換系數(shù)，即可得到吸收劑量（通常以戈瑞 Gy 為單位）。

特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：精度高、穩(wěn)定性好、能量響應(yīng)良好。· 缺點(diǎn)：需要高壓電源，靈敏度相對較低，探測器體積通常較大。

主要應(yīng)用：放療科輸出劑量的絕對測量和校準(zhǔn)（如水箱掃描），CT劑量指數(shù)（CTDI） 的測量。

• 半導(dǎo)體探測器劑量儀

這類劑量儀在現(xiàn)代醫(yī)療輻射防護(hù)中應(yīng)用非常廣泛，特別是作為個(gè)人劑量計(jì)和便攜式巡測儀。工作原理：1. 其核心是一塊半導(dǎo)體材料（最常用的是硅），通常做成PIN二極管的形狀。

2. 在半導(dǎo)體兩端加上反向偏壓，形成一個(gè)“耗盡區(qū)”，相當(dāng)于一個(gè)固態(tài)電離室。
3. 當(dāng)射線射入耗盡區(qū)時(shí)，會將其原子電離，產(chǎn)生電子-空穴對。
4. 在電場作用下，電子和空穴分別向兩極移動，形成電脈沖信號。
5. 由于半導(dǎo)體材料的密度遠(yuǎn)高于氣體，產(chǎn)生一對電子-空穴對所需的能量遠(yuǎn)低于氣體中產(chǎn)生一對離子對所需的能量，因此靈敏度非常高。

?特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、體積小巧、響應(yīng)速度快、無需高壓氣體。 缺點(diǎn)：對射線能量的響應(yīng)不如電離室平坦（尤其在低能區(qū)），讀數(shù)易受溫度影響。

主要應(yīng)用：便攜式巡測儀：用于測量工作場所的輻射水平（周圍劑量當(dāng)量率）。· 個(gè)人劑量計(jì)/報(bào)警儀：醫(yī)護(hù)人員佩戴在身上，實(shí)時(shí)顯示累積劑量和劑量率，超閾值報(bào)警。 患者劑量監(jiān)測：在某些介入手術(shù)中，用于測量患者特定部位的皮膚劑量。

• 閃爍體探測器劑量儀

工作原理：1. 其核心是一塊閃爍晶體（如NaI, CsI, 塑料閃爍體），當(dāng)射線與晶體相互作用時(shí)，會使其原子激發(fā)。

2. 被激發(fā)的原子在退激時(shí)，會放出可見光或紫外光的光子。
3. 這些微弱的光信號被后端的光電倍增管或光電二極管接收，并將其放大轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。
4. 脈沖信號的幅度與射線在閃爍體中沉積的能量成正比，通過分析這些脈沖即可得到輻射劑量信息。

特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：靈敏度極高，探測效率高，響應(yīng)速度快。缺點(diǎn)：本底噪聲較大，能量分辨率通常不如半導(dǎo)體，且光電倍增管易碎。主要應(yīng)用：主要用于核醫(yī)學(xué)科，探測γ射線。也用于一些環(huán)境監(jiān)測和輻射巡測。

• 被動式個(gè)人劑量計(jì)（非直讀式）

這類劑量計(jì)本身沒有電路和顯示，需要后期處理才能讀數(shù)，主要用于常規(guī)的個(gè)人劑量監(jiān)測和檔案記錄。

1. 熱釋光劑量計(jì)（TLD）：核心是晶態(tài)磷光體（如LiF）。射線照射使其晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，電子被陷阱俘獲。測量時(shí)，用加熱器對晶體加熱，被俘獲的電子獲得能量后逃逸，同時(shí)釋放出與吸收劑量成正比的光子，通過測量發(fā)光強(qiáng)度來確定劑量。
2. 光致發(fā)光劑量計(jì)（OSL）：· 核心是碳氧化鋁（Al?O?:C）等材料。射線照射后，電子被晶格缺陷俘獲。 測量時(shí)，用特定波長的激光照射晶體，被俘獲的電子發(fā)生躍遷，釋放出可見光（熒光），其強(qiáng)度與吸收劑量成正比。OSL比TLD更靈敏，可重復(fù)測量。

特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：體積小、佩戴方便、不受電磁干擾、可測量非常低的累積劑量、成本較低。缺點(diǎn)：無法實(shí)時(shí)讀數(shù)，需要送回實(shí)驗(yàn)室用專用設(shè)備讀取。

主要應(yīng)用：醫(yī)院所有輻射工作人員的常規(guī)月度/季度劑量監(jiān)測，是職業(yè)健康檔案的法律依據(jù)。