中华放射医学与防护杂志  2018, Vol. 38 Issue (5): 368-373   PDF    
引用本文
薛娴, 罗素明, 何志坚, 袁继龙. 125I粒籽源植入中职业人员眼晶状体和手部受照剂量分析[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2018, 38(5): 368-373, DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2018.05.009.
125I粒籽源植入中职业人员眼晶状体和手部受照剂量分析
薛娴 , 罗素明 , 何志坚 , 袁继龙     
100088 北京, 中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 辐射防护与核应急中国疾病预防控制中心重点实验室
收稿日期: 2017-08-30
基金项目: 国家科技支撑计划课题（2014BAI12B04）
通信作者: 罗素明, Email: sumingluo@163.com
[摘要] 目的 用热释光剂量计（TLD）和光致发光剂量计（OSLD）测量125 I粒籽源植入过程中职业人员眼晶状体和手部皮肤剂量，并进行对比分析。方法 从同批次中，选取TLD退火，包装，贴在仿真人模体腹部平坦处，125 I粒籽源放在与模体相同高度，距离15 cm处，分别照射不同剂量：1.0、1.5、3.0、5.0、10.0、12.0、20.0、25.0、30.0、50.0、60.0μGy，照射后的TLD经热释光测量仪测量，建立标准空气比释动能刻度曲线；选择2家医院4个部位：肺部14例、腹部10例、盆腔5例和颈部6例进行125 I粒籽源植入治疗，将刻度的TLD分别贴在职业人员眼部的左、中、右位置，手部左、右位置，进行测量，得到相应部位的空气比释动能值，最后用眼部Hp（3）转换因子和手部Hp（0.07）转换因子分别计算职业人员眼晶状体和手部皮肤剂量当量值。同时建立OSLD测量方法，将退火后的OSLD放在与TLD相同位置直接测量职业人员眼晶状体和手部皮肤剂量当量。结果 125 I粒籽源植入治疗过程中，应用TLD测量得到手术医生和助手的眼晶状体累积剂量当量分别为0.8和1.6 mSv（肺部）、1.3和1.2 mSv（腹部）、0.9和0.6 mSv（盆腔）、均为0.3 mSv（颈部）；手部累积剂量当量分别为1.4和2.1 mSv（肺部）、1.2和1.0 mSv（腹部）、0.5和0.9 mSv（盆腔）、均为0.1 mSv（颈部）；单次手术植入时，职业人员眼晶状体和手部接受的最大剂量当量分别为1.2和1.0 mSv。应用OSLD测量得到肺部治疗时手术医生和助手的眼晶状体累积剂量当量分别为0.2和0.1 mSv，手部累积剂量当量分别为0.4和0.6 mSv；腹部治疗时手术医生手部累积剂量当量为0.1 mSv；其他部位治疗时不同职业人员的剂量当量值均为0 mSv。结论 TLD不仅能给出累积剂量当量，也能给出单次手术的剂量当量，按照ICRP 118号报告修订后规定的职业人员眼晶状体限值，本实验中以单次治疗时眼晶状体接受的最大剂量当量估算，则每年植入病例数不应超过17例。OSLD只能给出累积剂量，测量低剂量的准确性有待研究。
[关键词] 热释光剂量计     光致发光剂量计     125I粒籽源     职业人员     剂量当量    
Analysis on eye lens doses and hand doses of working operator in 125I seed source implantation
Xue Xian, Luo Suming, He Zhijian, Yuan Jilong     
Key laboratory of Radiological Protection and Nuclear Emergency, China CDC, National Institute for Radiological Protection, Chinese Centre for Disease Control and Prevention, Beijing 100088, China
Fund programs: National Science Technology Infrastructure Program （2014BAI12B04）
Corresponding author: Luo Suming, Email: sumingluo@163.com
[Abstract] Objective To measure the doses to eye lens and hands of workers, using thermo luminescent dosimeter (TLD) and optically stimulated luminescence dosimeter (OSLD). Methods TLDs in the same batch were annealed, packed and stuck to the flat abdomen of Alderson-Phantom at a distance of about 15 cm from 125I seed source, while irradiated at different doses:1.0, 1.5, 3.0, 5.0, 10.0, 12.0, 20.0, 25.0, 30.0, 50.0 and 60.0 μGy. And then TLDs were measured by dosimeters to establish a dose calibration curve. By implnting seed source into the selected lung for 14 cases, belly for 10 cases, pelvic for 5 case and neck for 6 cases while placing calibrated TLDs on the left, middle and right above eyes, left and right hands of the workers to obtain the location-specific kerma values. Finally, the conversion factors Hp(3)and Hp(0.07) were used to calculate the values of dose equivalent to eye lens and hands. Additionally, OSLDs were used to measure the doses to workers in the same way. Results The TLD-measured eye lens doses to the operator and his assistant were 0.8 and 1.6 mSv in lungs, 1.3 and 1.2 mSv in bellies, 0.9 and 0.6 mSv in pelves, 0.3 mSv in necks, respectively. Meanwhile, hand doses to the operator and his assistant were 1.4 and 2.1 mSv in lungs, 1.2 and 1.0 mSv in bellies, 0.5 and 0.9 mSv in pelves, 0.1 mSv in necks, respectively. The maximum doses to eye lens and hands were 1.2 and 1.0 mSv, respectively in a single treatment. OSLD-measured dose equivalents from lung therapy were 0.2 and 0.1 mSv for eye lens of the operator and his assistant and 0.4 and 0.6 mSv for hands. For belly therapy, the accumulated dose equivalent to hands of the operator was 0.1 mSv while those for other types of therapy were 0 mSv. Conclusions TLDs have the capability to measure not only accumulated dose but also dose equivalent from a single therapy According to ICRP 118 publication and as estimated in the present study, the number of therapy should be not more than 17 every year. OSLDs only give the accumulated dose, the accuracy of which needs to be studied in low-dose measurement.
[Key words] Thermoluminescent dosimeter     Optically stimulated luminescence dosimeter     125I seed source     Working operator     Doses equivalent    

粒籽植入是在图像引导下, 将放射性同位素125I粒籽源植入患者肿瘤靶区内的一种肿瘤治疗方法。125I粒籽源光子加权平均能量为27.4 keV, 半衰期为59.4 d, 衰变产生的低能X-γ射线用于前列腺癌、头颈癌、肺癌、胰腺癌、腹部癌等治疗[1]。由于粒籽源是近距离植入, 在植入过程中对职业人员将产生放射性危害。近几年随着开展粒籽源植入医院的不断增加, 植入过程中职业人员手部和眼晶状体接受的剂量受到高度关注。本课题组选择肺部、腹部、盆腔、颈部4种治疗部位, 建立热释光剂量计(TLD)和光致发光剂量计(OSLD)测量方法, 对职业人员如医生和助手眼晶状体和手部所受剂量进行测量。现报道如下。

材料与方法

1.材料和设备:125I粒籽源, 直径0.8 mm, 长度4.5 mm, 壁厚0.05 mm, 平均活度2.59×107Bq(北京原子高科股份有限公司); TLD, 型号LiF:Mg, Cu, P, 测量范围0.01μSv~10 Sv(北京康科洛电子有限公司); 热释光测量仪(型号Harshaw3500)和退火炉(型号47900)购自美国Thermo Fisher Scientific公司; 仿真人模体(美国Alderson公司); OSLD, 型号:XA型剂量计(OSL四元件能量鉴别式个人剂量计), 元件材料Al2O3:C, 测量范围:0.01 mSv~10 Sv(美国Landauer公司); 光致发光测量仪, 型号InLight 200(美国Landauer公司)。

2. 125I粒籽源植入不同部位的病例选择:按照125I粒籽源植入的部位, 以及其1年实际所治疗的病例数, 分别选择2015年的中国人民解放军总医院的14例肺部、10例腹部和5例盆腔癌症病例, 并选择来源于解放军307医院的6例颈部癌症病例, 不同部位的粒子源累积活度分别为2.9×1010、2.0×1010、0.9×1010和0.2×1010 Bq。

3.建立TLD测量方法

(1) TLD片分散性实验[2]:选用TLD, 高温240℃退火10 min, 迅速冷却, 过程重复5次。在60Co γ射线束均匀辐射场, 源皮距80 cm, 照射野30 cm×30 cm, TLD放在1 mm的有机玻璃浅盘中, 上面覆盖3 mm有机玻璃板照射, 照射剂量50 cGy。

(2) TLD片校正因子实验:照射后的TLD片, 用热释光测量仪测量。用测量的TLD片平均读数除以每片TLD读数, 得到每片TLD的校正因子, 每片TLD的分散性控制在±1.5%。

(3) TLD衰退实验[3]:在60Co γ射线辐射场照射TLD, 剂量为50 cGy。选择不同的时间:0.5、4、24、48、72 h, 用热释光测量仪测量。根据公式计算衰退校正因子:

$ {{\mathit{K}}_{\text{fad}}}={{(\mathit{M}/\mathit{D})}_{0.5}}/({{\mathit{M}}_{\text{st}}}/{{\mathit{D}}_{0.5}}) $ (1)

式中, Kfad为衰退校正因子; M为TLD在参考时间0.5 h的响应读数, μA·s;D为电离室在与M同一时间同一条件所测的剂量, cGy; Mst为TLD在其他时间时的响应读数, μA·s; D0.5为电离室参考时间所测的剂量, cGy。

TLD片衰退校正因子见表 1。

表 1 TLD片衰退校正因子 Table 1 TLD fading correction factor

(4) 建立TLD标准剂量曲线实验:从厂家购进125I粒籽源, 活度为3.77×107Bq, 用井型电离室测量得到125I粒籽源空气比释动能强度, 从而计算出剂量为1.0、1.5、3.0、5.0、10.0、12.0、20.0、25.0、30.0、50.0、60.0 μGy所对应的照射时间, 将3片TLD片用薄塑料膜包装, 贴在仿真人模体腹部平坦的部位距源15 cm, 按照不同剂量时间进行照射, 得到不同剂量时的TLD。照射后的TLD用热释光测量仪测量, 标准剂量曲线, 见图 1。

图 1 125I粒籽源空气比释动能刻度曲线 Figure 1 Kerma-dose calibration curve using 125I seed source

(5)TLD布放位置：对职业人员进行测量时可以将TLD片放在OSLD袋空白处作为一个整体测量元件，方便测量。测量元件布放位置见图 2。

图 2 模体上TLD和OSLD布放位置 Figure 2 Locations of TLD and OSLD in phantom

(6) TLD现场测量职业人员眼晶状体和手部皮肤剂量:选择临床肺部、腹部、盆腔、颈部4个部位癌症病例, 测量手术医生和助手的眼部和手部植入粒籽源过程中所接受辐射剂量。剂量计贴在手术大夫和助手的眼左、前额正中处、眼右、左手、右手皮肤上面, 每个部位放3片TLD, 3个读数求平均值, 测量部位见图 3。

图 3 职业人员TLD和OSLD的布放位置 Figure 3 Locations of TLD and OSLD in workers

(7) 确定TLD计算方法:照射后的TLD读数代入建立的TLD标准剂量曲线图, 得到每个部位的空气比释动能值。根据Gualdrini等[4]的文章和国际放射防护委员会(ICRP)74号报告[5], 使用Hp(3)空气比释动能转换因子, 根据公式(2)计算眼晶状体剂量当量:

$ {{\mathit{H}}_{\text{p}}}\text{ }\left( 3 \right)\text{=}{{\mathit{K}}_{\text{a}}}\times {{\mathit{N}}_{\text{f}}}\times {{\mathit{K}}_{\text{chip}}}\times {{\mathit{K}}_{\text{fad}}}\times {{\mathit{K}}_{\text{energ}}} $ (2)

式中, Ka为眼晶状体的TLD空气比释动能读数, Gy; Nf为Hp(3)和自由空气中空气比释动能转换因子, Sv/Gy; Kchip为TLD片校正因子; Kfad 为TLD片衰退校正因子; Kenerg为能量校正因子。

使用Hp(0.07)空气比释动能转换因子, 根据公式(3)计算手部剂量当量:

$ {{H}_{\text{p}}}\text{ }\left( 0.07 \right)\text{=}{{\text{K}}_{\text{a}}}\times {{N}_{\text{f}}}\times {{K}_{\text{chip}}}\times {{K}_{\text{fad}}}\times {{K}_{\text{energ}}} $ (3)

式中, Ka为手部皮肤的TLD空气比释动能读数, Gy; Nf为Hp(0.07)和自由空气中空气比释动能转换因子, Sv/Gy; Kchip, Kfad , Kenerg 同上。

4、建立OSLD测量方法

(1) OSLD不确定度:OSLD探测元件能量响应范围5 keV~20 MeV, 不确定度为±5%。

(2) OSLD布放位置及现场测量:与TLD作为一整体, 布放及测量位置相同, 见图 3。

(3) 确定OSLD计算方法:4片OSLD装入测量盒中。每片OSLD分别判别能量, 射线种类。照射后的OSLD片, 用光致发光测量仪(InLight200)测量。

(4) 计算OSLD剂量当量(LLD), 公式如下:

$ \text{LLD}=2[{{\mathit{t}}_{\text{p}}}{{\mathit{S}}_{\text{o}}}+({{\mathit{t}}_{\text{p}}}{{\mathit{S}}_{1}}/{{\mathit{H}}_{\text{o}}})]/[1-{{({{\mathit{t}}_{\text{p}}}{{\mathit{S}}_{1}}/{{\mathit{H}}_{1}})}^{2}}] $ (4)

式中, tp为自由度为n-1, p值为0.95时的t分布; So为未照射剂量计测量结果标准偏差; S1为照射剂量计测量结果标准偏差; Ho为未照射剂量计测量结果平均值; H1为照射剂量计测量结果平均值。

结果

1.肺部TLD测量结果:结果列于表 2。由表 2可知, 将左眼, 眼中和右眼的累积量求平均值, 得到手术医生和助手眼晶状体累积剂量当量分别为0.8和1.6 mSv, 将左手和右手的累积量求平均值, 得到手部的累积剂量当量分别为1.4和2.1 mSv。单次操作125I粒籽源植入肺部过程中眼晶状体最大剂量当量分别为0.4和0.7 mSv, 手部均为1.0 mSv。

表 2 125I粒籽源植入肺部中TLD测量职业人员剂量当量结果(μSv) Table 2 TLD-measured dose equivalent from 125I seed source implantation to lung(μSv)

表 3 125I粒籽源植入腹部中TLD测量职业人员剂量当量结果(μSv) Table 3 TLD-measured dose equivalents from 125I seed source implantation to abdomen(μSv)

2.腹部TLD测量结果:由表 3可知, 手术医生和助手眼晶状体累积剂量当量分别为1.3和1.2 mSv, 手部分别为1.2和1.0 mSv。单次操作粒籽源植入腹部过程中, 手术医生和助手眼晶状体最大剂量当量分别为1.2和0.9 mSv, 手部分别为0.8和0.9 mSv。

3.盆腔TLD测量结果:由表 4可知, 手术医生和助手眼晶状体累积剂量当量分别为0.9和0.6 mSv, 手部分别为0.5和0.9 mSv。单次操作125I粒籽源植入盆腔过程中, 手术医生和助手眼晶状体最大剂量当量分别为1.1和0.7 mSv, 手部分别为0.6和1.0 mSv。

4.颈部TLD测量结果:由表 5可知, 手术医生和助手眼晶状体累积剂量当量均为0.3 mSv, 手部均为0.1 mSv。单次操作125I粒籽源植入颈部过程中, 手术医生和助手眼晶状体最大剂量当量分别为0.5和0.4 mSv, 手部均为0.1 mSv。

5.OSLD测量结果:见表 6。由表 6可知, 粒子植入肺部时, 手术医生和助手眼晶状体累积剂量当量分别为0.2和0.1 mSv; 手部分别为0.4和0.6 mSv。腹部治疗时, 手术医生和助手眼晶状体累积剂量当量均为0 mSv; 手部分别为0.1和0 mSv。盆腔与颈部治疗时, 手术医生和助手眼晶状体和手部累积剂量当量均分别为0 mSv。

表 4 125I粒籽源植入盆腔中TLD测量职业人员剂量当量结果(μSv) Table 4 TLD-measured dose equivalent from 125I seed source implantation to pelvic(μSv)

表 5 125I粒籽源植入颈部TLD测量职业人员剂量当量结果(μSv) Table 5 TLD-measured dose equivalent from 125I seed source implantation to neck(μSv)

表 6 125I粒籽源植入术中OSLD测量职业人员剂量当量结果(mSv) Table 6 OSLD-measured dose equivalent from 125I seed source implantation brachytherapy(mSv)

讨论

本文使用TLD和OSLD两种元件测量。由于OSLD元件包装袋大, 既要让两种元件布放在同一个位置, 又能准确测量职业人员受照剂量, 故开展了两个实验, 实验一TLD元件贴在OSLD元件包装上, OSLD在上, TLD在下, 作为整体粘贴仿真人模体上, 实验二TLD片直接贴在仿真人模体上的同一位置处, 对这两种条件, 用乳腺X射线束管电压30 kV, 有效能量15.2 keV, 照射10 min, 剂量56 mGy。用热释光测量仪测量, 两种条件的读数进行比较, 得到TLD贴在仿真人模体和TLD贴在OSLD袋空白处同一位置的的校准因子分别为1.000和1.004, 偏差因子仅为0.4%, 确定选择TLD片贴在OSLD袋空白处测量的合理性, 这样既不影响OSLD接受来自粒籽源的辐射剂量, 也不影响TLD的布放位置, 同时保证TLD在相同位置接受来自粒籽源的辐射剂量。

TLD测量空气比释动能强度, 再根据Hp(3)和Hp(0.07)转换因子, 计算粒籽源植入过程中职业人员眼晶状体和手部剂量当量, 在国内是首次。

本研究结果显示, TLD不仅能给出单次剂量当量, 也能给出累积剂量当量, 准确可靠。单次手术植入时, 职业人员眼晶状体接受的最大剂量当量为1.2 mSv, ICRP118号报告[6]中修定后的眼晶状体当量剂量连续5年内平均不得超过20 mSv/年, 按最大剂量估算, 则每年植入病例数不应超过17例(如果实际操作中植入粒籽源活度比本实验高, 则每年治疗病例数应该相应减少); 手部接受的最大剂量当量为1.0 mSv, 根据GB 18871-2002[7], 职业人员手部剂量不超过500 mSv/年, 则手部所受照射不会超过最大限值。OSLD测量粒籽源植入过程中, 职业人员眼晶状体和手部剂量当量单次测量结果为0, 累积测量结果很小, 因此, OSLD不适合测量粒籽源植入过程中职业人员剂量, 更适合用于个人防护剂量测量。

对职业人员粒籽源植入治疗时的防护, 主要是缩短治疗时间, 增加与源的距离和屏蔽。向辉云等[1]认为, 应根据实际情况采取具体措施, 如通过培训、模拟操作练习等方式, 以及术前做好充分的准备, 加快操作时间; 在对术后患者进行日程护理或问诊时, 适当增加距离; 在植入过程中穿着铅衣、铅眼镜、铅围脖等进行防护。GBZ 178-2017[8]建议, 职业人员应站在屏风后分装粒籽源, 屏风上方应有1 mm Pb当量的铅玻璃; 职业人员应穿铅防护衣, 戴铅手套、铅玻璃眼镜、铅围脖等, 尽可能缩短操作时间。陈清凤等[9]认为, 植入的粒籽数量越多, 放射工作人员所接受的剂量越大, 故放射工作人员应熟练操作、尽量缩短术中操作时间, 以减少辐射剂量。本实验中, 选择医院为三级甲等医院, 手术医生和助手专业能力较强, 对粒籽植入手术较熟练, 有效减少治疗时间; 医生在取出粒籽源装入植入枪时手部会受一定剂量的辐射, 治疗时医生和助手穿着0.25 mm Pb当量铅衣及铅围脖, 佩戴0.5 mm Pb当量眼镜, 做好屏蔽, 有效避免照射。手术时, 医务工作者低头操作, 铅眼镜一般很重, 尤其当工作人员眼睛近视, 佩戴非常不方便, 因此今后有必要研制新型、轻便且易佩戴的铅眼镜。

利益冲突 无
作者贡献声明 薛娴主要完成TLD校正, 职业人员剂量监测、数据整理及撰写论文; 罗素明为本研究技术支持和顾问, 指导和参与实验过程; 何志坚主要完成TLD校正, 职业人员剂量监测工作; 袁继龙完成部分职业人员剂量监测工作
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