射线剂量学是研究电离射线与物质的相互作用和射线对物质的能量转换，其主要内容是研究射线的质和量及其测量方法。

电磁辐射与物质的相互作用 当一定能量的入射光子与核外电子碰撞时，一种情况是前者将其能量全部传给后者，使电子脱离原子并以一定速度射出，入射光子消失。这种作用称为光电效应(图1a)，获得能量的电子叫光电子。另一种情况是入射光子仅将一部分能量传给电子，本身以较低的能量改变方向继续前进，这种作用称为康普顿效应。改变了方向的射线称为散射线(图1b)。散射线能量愈低，散射角愈大;能量愈高，散射角愈小。还有一种情况是当入射光子能量大于1.02MeV时，入射光子与原子核中的核电荷作用，光子突然消失，变成正、负电子，这个正电子与其他电子作用而湮灭转变成两个低能光子(图1c)，这种效应称为电子对效应。光电效应与吸收物质的原子序数有关，随能量增高而下降; 电子对效应随原子序数增加而增加，也随能量增加而增加;康普顿吸收只与物质的电子密度有关。因此，低能X线有很强的光电吸收，高能X线(>2MeV)几乎全部为散射线吸收，而当能量大于50MeV时，则电子对吸收为其主要形式。组织内各种不同能量光子的吸收方式列表如下：

图1 电磁辐射与物质相互作用的三种形式

图2示不同能量X线在人体三种组织——骨、肌肉、脂肪的吸收情况。在200keV～7MeV能量范围内，由于康普顿吸收占主要形式，骨、肌肉、脂肪三种组织对放射线的吸收相近; 低于200keV能量的X线，以光电吸收为主，三种组织吸收的差别大;高于7MeV能量X线，电子对效应变得重要，骨组织吸收增大。因此，放疗中最合适的X线能量为200keV～7MeV范围，相当于1MV～22MV的峰值X线。无论吸收的形式如何，均使射线的强度不断减低。射线强度下降除与射线能量和吸收介质有关外，主要取决于吸收物质的厚度。同一物质的相同厚度使射线减弱的比例亦相同，如1mm铜可使200 kVX线强度减低50%，若原射线强度为100，经1、2、3mm铜后，强度分别为50、25、12.5，这种按指数方式递减，称为指数吸收定律。

图2 各种能量X线在骨、肌肉、脂肪中的相对吸收系数

射线的质 射线的质是表示射线穿透物质的能力，即射线的硬度，用能量表示。临床上常用下述方法粗略地描述射线的质： ①对2MV以下的X线通常用它的管电压值表示X线的峰值能量，如200kV的X线，它的最大能量为220keV。X线能谱是连续的，平均能量难以计算，临床上一般用半价层(HVL)表示X线的硬度。②对2MV以上的X线，通常以MV数表示。③对γ射线，通常用同位素表示，如60钴γ线、137铯γ线等。当射线仅限于X线、γ线时，射线质只表示射线在物质中的穿透能力。但当射线扩展到其他种类如快中子、负π介子时，射线质的概念应表示射线的生物效应。

射线的量 射线的量表示放射线的强度。过去用居里(Ci)作单位，现在用贝柯勒尔(Bq)作单位。1居里表示每秒有3.7×10¹⁰次蜕变，1个贝柯勒尔(Bq)=1/秒，两者的关系为：1Bq=1秒^-1＝2.703×10^-11居里(Ci)。居里和Bq，射线的强度只表明放射性元素的蜕变情况，不表示蜕变方式、发射的粒子种类以及这些粒子的能量，因此它不能表示实际的剂量。同样强度的不同放射源在生物组织中释放的能量(即剂量)就不大一样。

剂量单位及其测量 放疗中常用射线曝射量和射线吸收量表示射线的剂量。

曝射量 反映射线在空间某一点产生电离的能力，通常与射线和空气发生电离作用相联系，用空气作为测量曝射量的材料。曝射量的单位为伦琴(Roentgen，R)，表示一毫升空气在760mm汞柱大气压、0℃的标准状况下，经X线、γ线照射后产生一个静电系单位的电荷量。单位时间的曝射量称为剂量率。X线、γ线在空气中的剂量率与照射距离的平方成反比。根据伦琴的定义，曝射量的测量需将射线在某点体积元内所产生的电离电荷全部收集起来。实际上，电离电荷在不断运动，不可能停留在某点上。因此，常将离去该点体积元的电荷量与进入该点体积元的电荷量相等时建立起的动态平衡状态等效为相应的测量条件，称之为电子平衡条件。当X线、γ线能量小于1MeV时，电子平衡条件一般可以建立，曝射量可以使用;当射线能量大于1MeV时，由于次级电子射程增长，而且角分布更加向前，用电子平衡条件测量曝射量比较困难。这时，用电离室收集的已不是按伦琴定义要求所收集的电离，仪表反映的不是曝射量。

吸收剂量 放疗的作用是通过射线与生物体间能量的传递引起细胞结构及细胞活性的改变，甚至把细胞杀死。因此临床上更关心的是组织内能量吸收的大小，并把1克物质吸收100尔格射线能量所对应的吸收剂量称为1rad。目前国际上采用新的吸收剂量单位戈瑞(Gy)，代替rad，1Gy=100rad。吸收剂量不仅反映射线的性质，也反映射线与物质的相互作用，且取决于吸收介质。用空腔电离室测量吸收剂量有两种情况： ①当入射光子能量小于1MeV时，可将电离室当作曝射仪表，先测量介质内某一点曝射量，然后利用表1的R-rad转换系数换算成该点的吸收剂量;②当入射光子能量大于1McV时，不能建立电子平衡，无法按定义测量曝射量。这时可将介质中的吸收剂量与介质中Bragg-Gray空腔电离室单位体积的电离电荷联系起来，并将仪表读数乘以该电离室在2MVX线或⁶⁰钴γ线束中与标准电离室的比对系数称为^“60钴R”或称“2MVX线R”。用此方法测量吸收剂量分两个步骤： 第一步，将空腔电离室和2MVX线或⁶⁰钴γ线标准进行对比，校对仪表的读数;第二步，将校对的电离室放到高能线束中测量。介质中吸收剂量和仪表读数关系为： Dm=R·Nc·Cλ;式中Dm为介质中吸收剂量(单位rad)，R为仪表读数，Nc为电离室2MVX线或60钴γ线与标准电离室的比对系数，Cλ为“R”-rad转换系数，数值列于表2中。最直接测量吸收剂量的方法用量热计法。通过探测温度的相应升高，测量质量不大的材料所吸收的能量，这种方法原理简单，但在技术上非常困难，很少用于临床。临床上除用电离室法测量吸收剂量之外，还有胶片法、化学剂量计、热释光剂量计等。这些方法用于不同目的各具有自己的优缺点。高能电子束测量 因为X线、γ线的直接电离粒子为电子，所以Bragg-Gray空腔电离室可用为测量电子束的吸收剂量。电子束照射介质，介质中吸收剂量与电离室仪表读数间关系为： Dm=R·NC·CF; CF为电子束的“R”转换成rad的转换系数，列于表3。这些系数也随测量深度变化，同样能量的电子束，不同的深度处，CF值不相同。

表1 R转换为rad系数(F)

表2 各种射线质的Cλ值

表3 电子束的“R”转换成rad的转换系数