临床上, 介入诊断或治疗需近台操作, 会受到较大剂量的X射线照射, 其中主要是散射。目前, 介入术者的防护主要有铅衣、铅围脖、铅帽和铅眼镜, 但铅眼镜由于较重及佩戴不便较少使用。

介入工作人员从事介入工作时接受的有效剂量, 通过佩戴的个人剂量计测量的个人剂量当量经换算得到。单个个人剂量计测量个人剂量当量可能导致不正确的结果, 将剂量计置于铅衣下会低估有效剂量, 反之, 置于铅衣外会高估有效剂量。采用双剂量计, 即一个置于铅衣外, 一个置于铅衣内, 可以更准确地估算有效剂量。国际放射防护委员会(ICRP)建议介入工作人员应佩戴双剂量计^[1]。目前报道的双剂量计算法较多, 较流行且有代表性的有3种, 即NCRP法^[2-3]、Niklason法^[4]和Boetticher法^[5]。

本研究采用在仿真人体内布放热释光剂量片的方式直接估算介入工作人员从事介入工作时的有效剂量, 并与3种双剂量计算法所得结果进行比较, 以确定优劣。

1.主要仪器设备

(1)数字剪影血管造影(DSA):美国通用电器公司生产, 型号为Innova 3100 IQ。该DSA为下X射线管, 影像接收器斜径30 cm。实验时, X射线管至影像接收器距离取100 cm。诊疗床边设置铅挂帘, 体模左前方悬挂铅玻璃屏风, 均为0.5 mm铅当量。

(2)仿真人体模:由美国奥尔德森公司生产, 模拟身高175 cm, 体重73.5 kg成年男性。该体模采用组织等效材料制成, 其质量密度对应于人体相应组织。体模分为头颈、胸腹和臀部, 水平分为34个部分, 每部分厚2.5 cm。每一部分都分布有小圆孔, 用于布放热释光剂量片。

(3)散射模体:本实验使用两个散射体模, 分别是:美国CIRS公司放疗调强体模, 该体模模仿人体胸部, 用组织等效材料制成, 能有效区分骨骼和软组织等; 德国IBA公司生产的CT剂量检测模体。

(4)热释光剂量监测系统:读出器为北京防化研究院生产的RGD-3B型热释光剂量仪。热释光剂量片为BR-1000, 成分LiF (Mg, Cu, P), 片状。分散性厂家标称为 < 1%, 经实测为3%。退火炉为北京康科洛电子有限公司生产的TLD2000B远红外精密退火炉。热释光剂量盒型号CTLD-J4000, 具有同时测量个人剂量当量H_p(10)和H_p (0.07)的能力。读出器和剂量片均经中国计量科学院检定, 并在检定有效期内。

2.测试方法与步骤

(1)扫描模式:DSA设定为自动条件, 在放置散射模体的情况下, 具体参数为:使用CIRS体模, 63 kV, 8.6 mA, 0.3 mm/Cu, 累计曝光时间为30 min; 使用CT模体, 77 kV, 31.2 mA, 0.3 mm/Cu, 累计曝光时间为20 min。因DSA设定为自动条件, 所以实际曝光条件因散射模体不同而异, 时间也分别设置为30和20 min, 以观察不同条件、不同时间下各算法的一致性。

(2)热释光剂量片的布放:参照ICRP 103号出版物建议的组织、器官, 在体模横断面的小孔中放入经过退火的热释光剂量片, 每孔1个^[6]。唾液腺部位预留孔上面无覆盖物, 故以胶布覆盖。具体分布情况为:脑4个、唾液腺2个、甲状腺2个、肺10个、食管1个、乳腺2个、肝5个、胃3个、结肠2个、膀胱2个、睾丸2个、骨骼54个(颅骨11个、颌骨3个、颈椎2个、肱骨3个、肩胛骨3个、胸骨3个、肋骨10个、胸椎4个、腰椎4个、骶椎3个、下肢骨4个及骨盆4个)、其他组织9个(眼晶状体2个、胸腺1个、脾1个、胰腺1个、肾2个、小肠2个)、皮肤5个(面部、后颈部、胸部、背部及臀部各1个), 共计103个。另外, 实验前预留3个作为本底。将仿真人体模竖立置于支撑物上, 使其与正常成年人等高(175 cm), 面向操作台, 处于第一术者位置。在仿真人体模外穿铅衣、铅围脖和铅帽, 其屏蔽厚度均为0.5 mm铅当量。准备两个放置了热释光剂量片的个人剂量盒, 一个放在铅衣内左胸前, 另一个置于左颈部铅围脖外。

(3)实验过程:按照设置好的条件对散射模体进行曝光至设定时间, 扫描完毕后取回剂量片(仿真人体模内和热释光剂量盒内), 编号, 带回实验室测量。

(4)有效剂量估算:

①仿真人体模器官或组织的吸收剂量D_T:

式中, D_T为仿真人体模内器官或组织T的吸收剂量, Gy; $\frac{{{{\left( {{\mu _{{\rm{en}}}}/\rho } \right)}_{\rm{T}}}}}{{{{\left( {{\mu _{{\rm{en}}}}/\rho } \right)}_{{\rm{air}}}}}}$为对于单能光子, 肌肉、骨骼、脂肪与空气的质量能量吸收系数比^[7], 有用线束能量估计值(keV)取有用线束管电压平均值(kVp)的1/2^[6]; C_f为刻度因子, X_i为仪器测量值减去本底。

②骨髓吸收剂量:

式中, D_T为骨组织的吸收剂量, Gy; F_i为骨组织内红骨髓占全部红骨髓的百分含量, 根据文献[7], 头颅骨13.1%、上肢带8.3%、胸骨2.3%、肋骨7.9%、颈椎3.4%、胸椎14.1%、腰椎10.9%、骶骨13.9%、下肢带26.1%。

③有效剂量:

式中, E为有效剂量, Sv; ω_T是与组织、器官相对应的组织权重因子; ω_R为辐射R的辐射权重因子, 本实验体模置于X射线辐射场中, 在X射线能量范围内, ω_R=1。

④根据3种双剂量计算法估算有效剂量:算法及公式列于表 1。

表 1(Table 1)

表 1 3种双剂量计算法公式 Table 1 Three kinds of double-dosimetry algorithms 双剂量计算法 公式 含义 NCRP法 E=0.5Hw+0.025Hn Hw为围裙内腰部测量值Hp(10);Hn为铅围脖外颈部测量值Hp(10) Niklason法 E=0.02(Hos-Hu)+Hu Hos为铅围脖外颈部测量值Hp(0.07);Hu为围裙内腰部测量值Hp(10) Boetticher法 E=0.84Hp.c.u+0.051Hp.n.o Hp.c.u为围裙内前胸部测量值Hp(10);Hp.n.o为铅围脖外颈部测量值Hp(10)

表 1 3种双剂量计算法公式 Table 1 Three kinds of double-dosimetry algorithms

1.仿真人体模法测量得到的各组织器官吸收剂量:结果列于表 2。由表 2可知, 在使用CIRS体模及CT模体时, 肺、食管、乳腺、肝、胃、结肠、膀胱和睾丸由于铅衣的保护, 其吸收剂量均较低, 其中使用CIRS体模时已经无法测出; 本研究中DSA使用自动条件, 在使用CT模体时其条件较高, 由表中可见其各部位吸收剂量均较使用CIRS体模时高。

表 2(Table 2)

表 2 仿真人体模法所得器官吸收剂量(mGy) Table 2 Absorbed doses measured using phantom methods (mGy) 体模 脑 唾液腺 甲状腺 肺 食管 乳腺 肝 胃 结肠 膀胱 睾丸 骨表面 红骨髓 皮肤 其他 CIRS体模 0.032 0.184 0.038 0 0 0 0 0 0 0 0 0.126 0.012 0.004 0.096 CT模体 0.099 0.480 0.073 0.036 0.031 0.042 0.021 0.028 0.019 0.025 0.092 0.785 0.075 0.011 0.724

表 2 仿真人体模法所得器官吸收剂量(mGy) Table 2 Absorbed doses measured using phantom methods (mGy)

2.佩戴于铅防护服内外的个人剂量计测量:结果列于表 3。其中, 使用CT模体条件下各剂量当量均高于使用CIRS体模, 两种照射条件下H_p(10)均高于H_p(0.07), 与其能量及穿透能力一致。

表 3(Table 3)

表 3 铅防护服内外个人剂量计测量值(mSv) Table 3 Doses measured from TLDs worn inside and outside lead apron (mSv) 体模 部位 Hp(10) Hp(0.07) CIRS体模 铅衣内 0.007 0.011 铅围脖外 0.397 0.643 CT模体 铅衣内 0.136 0.417 铅围脖外 1.158 1.396 注:Hp(10)、Hp(0.07).个人剂量当量

表 3 铅防护服内外个人剂量计测量值(mSv) Table 3 Doses measured from TLDs worn inside and outside lead apron (mSv)

3.经仿真人体模法及3种双剂量计法计算的有效剂量:结果列于表 4。表中列出了经仿真人体模法及3种算法估算的有效剂量, 可见NCRP法计算的有效剂量低于经仿真人体模法估算的有效剂量, 而Niklason法和Boetticher法的计算值高于经仿真人体模法估算的有效剂量。3种算法中Niklason法的结果与仿真人体模法最为接近。

表 4(Table 4)

表 4 体模法及3种双剂量计算法对两种体模估算的有效剂量(mSv) Table 4 Effective dose estimated using the phantom method and three kinds of double-dosimetry algorithms (mSv) 估算方法 CIRS体模 CT模体 体模法 0.018 0.138 NCRP法 0.013 0.097 Niklason法 0.019 0.161 Boetticher法 0.026 0.173

表 4 体模法及3种双剂量计算法对两种体模估算的有效剂量(mSv) Table 4 Effective dose estimated using the phantom method and three kinds of double-dosimetry algorithms (mSv)

在目前国内的临床实践中, 介入放射学工作者受照剂量仅次于核医学, 人均年有效剂量为0.44 mSv^[8], 且介入放射学工作人员呈逐年增加的趋势, 加之其受照方式的特殊性, 对介入工作人员进行准确的受照剂量估算, 对其放射防护及监管具有重要意义。对于局部和不均匀照射, ICRP建议采用有效剂量等效地估算全身剂量^[11]。目前, 国内介入放射工作人员仍采用在铅衣内单剂量计法估算有效剂量, 其准确性较低, 不能真实反映工作人员受照情况。对欧洲13个国家进行的调查显示, 有5个国家建议将个人剂量计戴在铅衣外, 7个国家建议将个人剂量计戴在铅衣内, 只有1个国家建议常规使用两个剂量计^[9]。

由于介入手术的复杂性, 如不同的电压、不同的投照方位等都会对术者所受照射造成影响, 以个人剂量计来估算术者的有效剂量会存在一定偏差。本实验采用两种散射体模拟, 得到了两种不同条件下的结果, 且结论一致, 即3种算法中Niklason法与仿真人结果最相近。本研究采用估算有效剂量的金标准-仿真人体模法对3种双剂量计算法进行检验, 结果发现, NCRP法计算的有效剂量低于经体模法估算的有效剂量, 而Niklason法和Boetticher法的计算结果高于体模法, 其中Niklason法的结果与体模法最为接近。Schultz和Zoetelief^[10]研究发现, NCRP法最高可高估2.25倍和最低低估1.2倍有效剂量, 其中高估2.25倍见于单剂量计算法, 而低估1.2倍见于双剂量计算法, 即本研究所使用的计算法, 与本研究的结论相近; 对于Niklason法, Schultz和Zoetelief^[10]认为该法最高可高估2倍和最低低估1.3倍有效剂量, 本研究结果显示, 在63和77 kV条件下, Niklason法分别高估有效剂量5.59%和16.6%。

3种双剂量计算法中, NCRP法和Niklason法采用的是ICRP 60号出版物^[11]推荐的组织权重因子来计算有效剂量, 而Boetticher法采用的是ICRP 103号出版物^[12]的组织权重因子推荐值。新的权重因子推荐值对计算有效剂量有较大影响, 特别是铅防护服没有屏蔽的那些部位, 如甲状腺、大脑、唾液腺、外胸区及口腔黏膜。上述器官的权重因子份额增加了1.4倍, 这在本实验中也得到了体现, 即Boetticher法的计算值高于Niklason法, 但由于本实验按照目前的临床实践在体模外穿戴了铅围脖及铅帽, 所以增加幅度较小; 铅帽的穿戴也影响了体模法的有效剂量估算结果, 造成其计算值偏低, 而3种算法都不包括穿戴铅帽, 所以相对增加了3种算法的计算值。本研究结果显示, 躯干部分组织器官的吸收剂量很低, 在CIRS体模作为散射体的模式下甚至出现了吸收剂量为零的情况, 这主要是由于铅衣对射线的衰减所致, 因为在70~100 kV条件下, 0.5 mm铅当量铅衣可阻挡掉96.5%~99.5%的X射线^[13]。CT模体作为散射体时, 电压高于CIRS体模, X射线还是有极小部分透过铅衣。

本研究发现, Niklason双剂量计法与经仿真人法得到的有效剂量最为接近且偏大, 并使用了H_p(10)和H_p(0.07)两个实用量更好地考虑两者对有效剂量的影响, 同时具备准确性和安全性, 是一种更为准确和实用的方法。Boetticher法作为最近出现的算法, 采用的ICRP103号出版物的组织权重因子, 其结果与Niklason法接近, 也能较真实地反映实际剂量。3种算法中, NCRP法是唯一经ICRP推荐的, 且在欧美等国广泛使用的一种方法, 但本研究发现相对于其余两种算法, 其存在低估有效剂量的缺陷。

本研究的不足之处是仿真人体模无四肢部分, 因此, 在计算皮肤剂量时采用头面部及躯干皮肤吸收剂量作为皮肤剂量的估计值。但由于皮肤的组织权重因子只有0.01, 故这一因素对有效剂量的影响较小。