介入放射学手术中, 职业人员位于患者床旁操作, 受到来自患者身体和周围物体的散射线以及X射线管少量主射线或漏射线照射, 因而辐射剂量明显高于其他放射诊疗工作人员。目前介入职业人员的辐射防护已受到越来越多的关注^[1-3]。

介入职业人员眼晶状体剂量测量大多采用热释光剂量计(TLD)^[4-7]或光激发光剂量计(OSLD)^[8], 但它们无法获得单次手术中职业人员眼晶状体受照剂量, 且无法现场实时读数。

直读式电子剂量计可以实时监测手术中介入职业人员受照剂量率及单例手术剂量, 国外仅有少量报道^[9-11], 国内介入设备尚未配备。

本研究拟建立直读式剂量计测量介入职业人员眼晶状体个人剂量当量H_p(3)的方法, 为介入职业人员眼晶状体剂量的实时监测提供新思路。

1.剂量计选择:采用美国Fluke公司生产的型号为RaySafe i2的直读式电子剂量计。该剂量计是半导体个人剂量计, 重量30 g, 尺寸(长×宽×厚度)为44 mm×45 mm×10 mm。本研究涉及的大多数病例的曝光参数(70~100 kV)范围内, 剂量计能量响应偏差 < 20%。射线方向与剂量计夹角 < 5°时, 其角度响应偏差仅为5%, 射线方向与剂量计夹角 < 50°时, 其角度响应偏差在30%以内。剂量率 < 150 mSv/h时, 剂量计的剂量率响应偏差 < 10%。作为比较研究的TLD探测元件为LiF (Mg, Cu, P), 分散性 < 3%。

2.剂量计刻度:根据国际辐射单位与测量委员会(ICRU)的建议, H_p(3)是最适合评价眼晶状体受照剂量的实用量^[12]。因此, 本研究中采用欧盟辐射防护最优化项目(Optimization of Radiation Protection for Medical Staff, ORAMED)推荐的刻度方法^[13], 结合H_p(3)与空气比释动能的转换系数^[14], 对选用的直读式电子剂量计进行H_p(3)刻度。刻度在中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所国家二级标准剂量学实验室进行。选用直径20 cm, 高20 cm的圆柱体聚甲基丙烯酸甲酯水模体, 作为H_p(3)刻度时使用的头部衰减模体。将电子剂量计固定于头部模体侧表面。选择N-80标准辐射质, 在1 m处垂直照射固定于模体表面的电子剂量计。取一系列不同的照射剂量, 对各电子剂量计分别给予该系列剂量的照射。作为比较研究的热释光剂量计(TLD)采用相同的刻度方法对其进行H_p(3)刻度。

3.剂量计佩戴和数据测读:将直读式电子剂量计固定在弹性可伸缩绷带上佩戴于介入手术职业人员的头部左侧(图 1A)。TLD同样悬挂在介入手术职业人员头部左侧, 两种剂量计相互紧贴。在不影响术者操作的情况下, 将剂量计尽可能靠近术者左眼。为每例介入手术的第一术者和第二术者佩戴剂量计。个别手术类型由唯一术者完成, 则只记录第一术者剂量。一些手术病例需要3名术者共同完成, 则也为第三术者佩戴剂量计。

图 1 直读式剂量计佩戴示意图及实时剂量率和累积剂量监测图A.佩戴示意图; B.电子显示屏实时监测图 Figure 1 The schematics of wearing direct-reading dosimeters and the display of the real-time monitoring of dose rate and accumulated dose A. Schematics of wearing the direct-reading dosimeters; B. A screenshot of the real-time monitoring

将直读式电子剂量计与电子显示屏通过蓝牙配对连接, 在手术过程中通过电子显示屏实时观察和读取术者的瞬时剂量率, 在手术结束后读取该例手术的术者累积剂量。图 1B为某单例介入手术中用电子剂量计测得术者眼晶状体的实时剂量率曲线和该例手术累积剂量曲线的示例。手术结束后记录每例手术的曝光参数及设备显示的患者累积剂量。当同种手术类型累积到一定例数时, 对作为比较研究的TLD结果进行测读。

4.介入手术设备选择:本研究选取了临床使用较多的2台单X射线管和3台双X射线管DSA设备。所有设备均配备悬吊式铅防护屏和床侧铅防护帘。

5.介入手术类型选择:临床上介入手术应用较多的为心血管系统和脑血管系统疾病的诊断和治疗。本研究选取了冠状动脉造影术、冠状动脉支架植入术、脑部血管支架植入术、脑部血管栓塞术、神经系统血管造影5类介入手术类型。

1.直读式剂量计的线性和一致性:对8个直读式电子剂量计在0.1、0.2、0.3、0.5和1.0 mSv 5个剂量点进行H_p(3)刻度, 根据刻度结果分别线性拟合出8个剂量计的刻度曲线, 如表 1所示。8条刻度曲线的拟合度均较好, 表明在0~1.0 mSv区间内, 每个直读式剂量计可采用相应的单一刻度因子对测读数据进行校准。

表 1(Table 1)

表 1 8个直读式剂量计刻度结果的拟合函数 Table 1 Fitting functions of calibration results for 8 direct-reading dosimeters 剂量计编号 拟合函数 R2 1 y=0.922 5x 0.999 8 2 y=0.935 9x 0.999 7 3 y=0.912 6x 0.999 9 4 y=0.889 5x 0.999 9 5 y=0.942 4x 0.999 8 6 y=0.937 9x 0.999 8 7 y=0.880 8x 0.999 9 8 y=0.881 7x 0.999 6

表 1 8个直读式剂量计刻度结果的拟合函数 Table 1 Fitting functions of calibration results for 8 direct-reading dosimeters

在5个剂量点分别计算8个剂量计的变异系数。在0.1、0.2、0.3、0.5、1.0 mSv的变异系数分别为3.99%、4.68%、3.45%、2.69%、2.85%, 均 < 5%。由此可以认为, 在0~1.0 mSv区间内, 8个直读式剂量计离散程度较小, 一致性较好。

因此, 本研究采用的刻度方法可行, 利用直读式电子剂量计测读介入职业人员的眼晶状体剂量, 电子屏显示数据经校准后可作为眼晶状体H_p(3)的实时测量值。

2.直读式剂量计用于介入职业人员眼晶状体H_p(3)监测的可靠性:选取相同手术类型, 比较直读式剂量计和TLD测得的第一术者眼晶状体H_p(3)。利用直读式剂量计测量了14例冠状动脉造影介入手术和13例脑部支架植入手术中第一术者眼晶状体的单例剂量数据, 如表 2所示, 并分别计算平均值。当病例完全相同时, 直读式剂量计测得平均值与TLD测得平均值数值接近, 说明直读式剂量计用于介入职业人员眼晶状体H_p(3)监测方法可行。

表 2(Table 2)

表 2 直读式剂量计测得两种介入手术类型中第一术者眼晶状体个人剂量当量Hp (3)(μSv) Table 2 Personal dose equivalent Hp(3) to main operators' eye lens obtained by direct-reading dosimeters in two kinds of interventional procedures (μSv) 病例编号 冠状动脉造影 脑部支架植入术 1 22.5 36.5 2 3.6 12.2 3 5.4 38.3 4 9.9 7.0 5 2.7 6.3 6 4.5 22.1 7 12.7 10.2 8 22.0 35.5 9 12.0 6.3 10 2.5 10.8 11 50.6 92.8 12 6.0 18.9 13 2.4 21.6 14 11.7 - x±s 12.0±12.9 24.5±23.6 注:"-"无病例。TLD测得剂量平均值为冠状动脉造影11.9 μSv, 脑部支架植入术22.7 μSv

表 2 直读式剂量计测得两种介入手术类型中第一术者眼晶状体个人剂量当量Hp (3)(μSv) Table 2 Personal dose equivalent Hp(3) to main operators' eye lens obtained by direct-reading dosimeters in two kinds of interventional procedures (μSv)

选取多种手术类型, 直读式电子剂量计测得介入职业人员眼晶状体H_p(3)结果与TLD测得结果比较见表 3。由直读式剂量计实时测量的各单例介入手术结果计算得到介入职业人员眼晶状体H_p(3)平均值, 按5种介入手术类型中第一术者H_p(3)平均值由高到低排序, 可以得到冠状动脉支架植入术 > 脑部支架植入术 > 脑部血管栓塞术 > 神经系统血管造影 > 冠状动脉造影。若手术由多位术者共同完成, 则同种手术类型职业人员眼晶状体H_p(3)通常表现为第一术者 > 第二术者 > 第三术者。这一结果与TLD测得的H_p(3)平均值数值近似, 且呈现趋势大体相同。从而再次验证了直读式剂量计用于介入职业人员眼晶状体H_p(3)监测方法的可行性。

表 3(Table 3)

表 3 5种介入手术类型中不同剂量计测得介入职业人员眼晶状体个人剂量当量Hp(3)(μSv) Table 3 Personal dose equivalent Hp(3) to occupational staff's eye lens obtained by different dosimeters in five kinds of interventional procedures (μSv) 介入手术类型 介入职业人员 例数 直读式剂量计 热释光剂量计 冠状动脉造影 第一术者 29 10.82 11.04 第二术者 21 7.39 10.39 神经系统血管造影 第一术者 54 12.36 13.90 脑部血管栓塞术 第一术者 22 16.03 23.21 第二术者 21 13.73 15.20 脑部支架植入术 第一术者 16 23.04 24.26 第二术者 19 31.76 32.09 第三术者 9 14.74 22.79 冠状动脉支架植入术 第一术者 12 23.55 22.10 第二术者 13 10.78 17.35

表 3 5种介入手术类型中不同剂量计测得介入职业人员眼晶状体个人剂量当量Hp(3)(μSv) Table 3 Personal dose equivalent Hp(3) to occupational staff's eye lens obtained by different dosimeters in five kinds of interventional procedures (μSv)

3.直读式剂量计用于各单例手术中介入职业人员眼晶状体H_p(3)的监测结果:对5种介入手术类型中各单例手术的介入职业人员眼晶状体H_p(3)进行统计, 结果如表 4所示。各手术类型中, 介入职业人员眼晶状体H_p(3)的平均值与中位数并不重合, 且标准偏差均较大。同类手术中, 各单例手术介入职业人员眼晶状体H_p(3)的分布范围较宽。以脑部血管栓塞术第二术者为例, 单例手术介入职业人员眼晶状体H_p(3)的最大值为80 μSv, 最小值仅为0.2 μSv, 最大值高达最小值的400倍。

表 4(Table 4)

表 4 直读式剂量计测得介入职业人员眼晶状体个人剂量当量Hp(3)(μSv) Table 4 Personal dose equivalent Hp(3) to occupational staff's eye lens measured by direct-reading dosimeters in interventional procedures (μSv) 介入手术类型 介入职业人员 例数 x±s 25%分位数 中位数 75%分位数 范围 冠状动脉造影 第一术者 29 10.82±10.67 3.70 7.35 13.08 0.40~34.70 第二术者 21 7.38±5.01 4.56 6.00 11.45 1.20~22.30 神经系统血管造影 第一术者 54 12.36±14.27 2.00 6.20 18.90 0.30~65.60 脑部血管栓塞术 第一术者 22 16.03±19.91 0.98 6.40 21.10 0.20~78.60 第二术者 21 13.73±19.55 1.15 7.00 16.03 0.20~80.00 脑部支架植入术 第一术者 16 23.04±25.14 7.60 12.75 28.23 1.80~103.10 第二术者 19 31.76±40.64 10.85 18.00 30.20 6.00~151.10 第三术者 9 14.74±11.72 6.00 12.40 26.70 2.10~34.00 冠状动脉支架植入术 第一术者 12 23.55±21.13 9.70 17.00 32.30 6.80~81.00 第二术者 13 10.78±11.84 4.03 7.35 16.00 1.30~43.00

表 4 直读式剂量计测得介入职业人员眼晶状体个人剂量当量Hp(3)(μSv) Table 4 Personal dose equivalent Hp(3) to occupational staff's eye lens measured by direct-reading dosimeters in interventional procedures (μSv)

本研究利用直读式电子剂量计, 对介入职业人员在单例手术中的眼晶状体H_p(3)进行了监测和研究。由于H_p(0.07)已有成熟的刻度方法, 国际上已报道的利用电子剂量计研究眼晶状体受照剂量的工作大多采用H_p(0.07)刻度^[10-11]。由于目前国内H_p(3)的刻度方法正在研究建立中, 因而很少将H_p(3)用于眼晶状体剂量的研究。本研究选用ICRU推荐的H_p(3)评价眼晶状体受照剂量, 利用国内首次建立的H_p(3)刻度方法, 将H_p(3)用于眼晶状体剂量的监测和研究, 并对临床常见的多种介入手术类型中介入职业人员眼晶状体剂量H_p(3)进行测读和分析, 从而弥补了电子剂量计用于介入职业人员眼晶状体剂量监测在刻度方法和应用范围上的不足。

直读式剂量计在各单例介入手术介入职业人员眼晶状体H_p(3)的分析研究中具有独特优势。对同类手术同一操作位职业人员的眼晶状体受照剂量进行统计分析, 发现其剂量标准偏差较大, 说明剂量分布离散度较高。平均值与中位数偏离较远, 表明数据不服从正态分布。对于非正态分布数据, 采用四分位数较之平均值更能反映该系列数据的分布特点。这种非正态剂量分布方式, 恰恰反映出介入放射学中各单例手术情况相对独立的特点。同类手术不同病例中介入职业人员眼晶状体受照剂量与多种因素相关, 包括:设备型号差异、手术参数差异(如曝光时间、曝光参数、X射线管方向等)、患者因素的差异(如患者身高、体重不同导致散射线剂量差异)、手术复杂程度的差异、术者自身因素的差异(如操作熟练程度、身高不同导致器官受照剂量不同)、附加防护设施(铅吊屏、床侧铅防护帘等)及其使用习惯的差异等。因此, 针对每单例手术中介入职业人员眼晶状体受照剂量的监测和研究十分必要。使用直读式剂量计, 可以获得各单例手术中介入职业人员眼晶状体受照剂量信息, 从而对各单例介入术中参数与职业人员剂量监测结果进行匹配分析。这一优势是TLD等现有的其他类型剂量计无法实现的。

直读式剂量计还可实时监测剂量率和累积剂量。由于每例手术病灶位置和诊疗目标不同, 介入手术过程中X射线管的角度经常变化。在防护设施种类和位置不变的情况下, 术者瞬时剂量率会随X射线管角度的不同发生变化, 有可能出现瞬时较高剂量率。因此, 实时剂量率监测在介入职业人员辐射防护领域具有重要意义。直读式剂量计通过蓝牙与电子显示屏相连后, 在电子显示屏上实时监控手术过程中术者的瞬时剂量率和累积剂量变化, 根据医院年工作量和管理目标值设置报警阈值, 在高剂量率时报警, 从而使介入职业人员及时采取更有效的防护措施, 保护其健康。直读式剂量计由于其实时显示和高剂量率报警的功能, 深受介入职业人员的欢迎。

目前, 国内用于研究介入职业人员眼晶状体剂量的TLD受探测下限所限, 通常需要监测若干病例才能读取累计剂量, 无法记录各单例手术中介入职业人员眼晶状体受照剂量, 也无法反映手术过程中的瞬时剂量率。因此, 只能根据累积剂量和病例数求得剂量平均值, 用平均值大致表征各类介入手术中职业人员眼晶状体的个人剂量当量分布趋势。可读取单例手术中介入职业人员眼晶状体受照剂量信息, 并对实时剂量率进行监测, 这两点是直读式剂量计相对于TLD在介入职业人员眼晶状体受照剂量研究方面的显著优势。但由于单个直读式剂量计成本较高、累积剂量有上限等因素, 直读式电子剂量计更适于与设备配套使用, 对单例手术中介入职业人员瞬时剂量率和累积剂量进行监控, 暂时不适用于放射职业人员长期个人剂量监测。

由于介入职业人员眼晶状体个人剂量当量与曝光时间、屏蔽防护措施、患者体型等因素相关, 采取相应的措施可以降低介入职业人员眼晶状体受照剂量。建议介入职业人员在手术过程中, 在保证诊疗效果的前提下, 减少非必要的曝光, 以降低每单例手术介入人员眼晶状体个人剂量当量。本研究中的数据均为介入职业人员未佩戴铅眼镜条件下的眼晶状体个人剂量当量, 佩戴铅眼镜可以有效降低眼晶状体剂量。在介入放射学技术与应用飞速发展的同时, 为更好地保护介入职业人员的健康, 需要加强对介入职业人员的放射防护教育。在不影响诊断和治疗的情况下, 研究改进附加的辐射防护屏蔽设施, 鼓励开展介入放射学的医院配备直读式电子剂量计, 以建立受照剂量的实时监测和高剂量报警机制, 最大限度地降低介入职业人员的辐射剂量, 保护其健康。