随着介入诊疗病例不断上升，对介入医师带来的辐射危害风险不断增大，越来越多的研究者对单双剂量计算法进行研究，以期达到对介入医师有效剂量的准确评估^[1]。其中国际放射防护委员会(ICRP)于2018年颁布了《介入治疗中的职业放射防护》(ICRP 139)^[2]，该报告推荐了4种用于介入医师剂量评估的方法，分别为Swiss ordinance法^[3]、McEwan法^[4]、Von Boetticher法^[5]和Martin-Magee法^[6]。Swiss ordinance法^[3]最初于1999年由瑞士联邦政府提出，该法规建议当工作涉及高剂量辐射时，需利用双剂量计算法对工作人员受照剂量进行评估。McEwan法^[4]是McEwan于1999年根据新西兰国家辐射实验室(National Radiation Laboratory, NRL)发布的外照射剂量资料推算得到的，其算法均是在未佩戴铅围脖情况下使用。Von Boetticher等^[5]根据德国放射防护委员会2006年发表的第43号报告中器官相关转换系数f_{k, T}及能量相关转换系数f_p推算得到Von Boetticher法，ICRP 139号报告中算法的α、β系数与原文不一致，调换了位置，本次计算按照ICRP 139号报告里的公式计算。Martin和Magee^[6]通过汇总前人关于在不同管电压，不同铅当量情况下，使用单个剂量计评估时有效剂量与个人剂量当量的比值，提出了介入医师单剂量计算法公式。有学者认为采用Von Boetticher法估算易高估术者的有效剂量^[7]，而其他3种方法评估术者有效剂量的准确性在国内少有研究。现场仿真人体模型模拟法直接采用现场模拟重建的形式进行有效剂量测量，其结果一般较为可信。介入医师中往往第1术者接受的剂量最大，因此本研究采用现场模拟测量估算一种典型心血管介入诊疗场景中第1术者的有效剂量，同时，再应用4种不同算法估算其有效剂量，并进行比较，为合理评估介入诊疗程序中第1术者的受照剂量以及开展其个人剂量监测提供依据。

1.主要仪器设备

(1) 介入诊疗设备：荷兰飞利浦公司生产的Allura Xper FD20平板数字减影血管造影机(DSA)。该设备为床下X射线管，床边配有0.5 mmPb铅挂帘。

(2) 仿真人体模型：本研究模拟第1术者采用的仿真人体模型(简称模体)为美国奥尔德森公司生产的ART-200型仿真男性躯干模体(图1)。该男性躯干模体由遵循国际辐射单位和计量委员会(ICRU)44号标准^[8]的组织等效材料制成，可有效区分骨骼、软组织和肺组织。全身平分为35个部分，头颈部9片，胸部15片，腹部及臀部11片。每个切片厚2.5 cm，其上每隔1.5 cm×1.5 cm网格内有一直径为7 mm的圆孔，该圆孔由相应组织的圆柱体(直径7 mm、长25 mm)插件填充；模拟患者采用的躯干模体为成都方拓仿真技术有限责任公司生产的ICRU命名成都剂量女性躯干模体。该模体高85 cm，无四肢，全身共分为18片，由组织等效材料制成。

(3) 热释光剂量测量系统：本研究使用的热释光剂量测量系统为GR-200型LiF(Mg, Cu, P)热释光探测器(北京光润意通辐射监测设备有限公司)，外形为圆柱形，直径4.5 mm，厚0.8 mm，剂量线性范围10^-7~12 Gy，分散性≤1.0%。热释光剂量盒型号为TLD-469型。读出仪为RGD-3型热释光剂量仪(中国人民解放军防化研究院)。退火炉为FJ-411型热释光精密退火炉(北京核仪器厂)。

2.实验方法与步骤

(1) 热释光探测器及剂量计的校准：将筛选后分散性为≤1%的热释光探测器共168片，在240℃条件下退火10 min，放置24 h后送至标准场中进行校准，采用NS100标准辐射质在距离源1.5 m处的空气中照射1 mGy(空气比释动能)，校准点的剂量率为0.241 4 mGy/min，照射时间248 s。放置24 h后对每个探测器进行测量，得到刻度系数C_f1=1.051×10^-3 mGy/X_i，X_i为发光值。热释光H_p(10)个人剂量计经过检定和校准，得到刻度系数C_f2为9.60×10^-4 mSv/X_i。

(2) 热释光探测器及剂量计的布放：参照ICRP 103号报告建议^[9]的组织和器官，在模体横断面的预定孔内放入经过退火的热释光探测器，每孔1片。若同一器官存在多个热释光探测器采样点，则取采样点的均值作为器官剂量。具体分布情况为肺9片、胃2片、结肠4片、性腺2片、甲状腺2片、食管1片、膀胱2片、肝2片、脑7片、唾液腺2片、其他组织12片(肾上腺2片、心脏1片、胰腺1片、肾2片、小肠3片、胆囊1片、前列腺1片、脾1片)，骨骼45片(颅骨7片、股骨4片、下颌骨3片、骨盆4片、肋骨5片、肩胛骨2片、颈椎5片、胸椎5片、腰椎4片、骶骨3片、胸骨3片)。另外，实验前预留5个探测器作为本底。在模拟第1术者的模体外穿单面包裹式防护围裙以及佩戴铅围脖(青岛长江辐射防护设备公司)，其屏蔽厚度均为0.5 mm Pb。

ICRP 139号报告推荐的4种算法均采用H_p(10)个人剂量计，且部分算法未明确个人剂量计佩戴于身体何处^[2]，因此本研究中，在该模体的铅衣内外的脖子处、胸部、腹部左中右各放置一个热释光H_p(10)个人剂量计，并在实验前预留3个热释光H_p(10)个人剂量计作为本底。

(3) 实验过程：将模拟第1术者的仿真人体模型竖立置于支撑物上，使其与正常成年人等高(174 cm)，面向操作台，距离诊疗床17 cm，在患者心脏沿床长轴方向平移50 cm处，居第1术者位置；将代替患者的仿真人体模型放置于诊疗床上，影像接收器对准患者模体的心脏处。X射线管距离影像接收器为119 cm，诊疗床距离X射线管中心为48 cm。采用摄影模式进行后前位(PA位)照射，具体参数为管电压100 kV，管电流10 mA，累积净曝光时间为59 min。结束后取回热释光探测器及个人剂量计，编号并送回实验室测量。

3.第1术者有效剂量的估算

(1) 通过模体的模拟测量估算有效剂量：仿真人体模型器官或组织的吸收剂量D_T计算：利用SpekCalc能谱计算软件得到100 kV管电压下标准辐射质的平均能量为50.8 keV。由于散射线的能谱在各个散射方向上基本相同且比主射线硬化一点^[10]，因此，通过查表^[11]得到肌肉、骨骼、肺分别与空气的质量能量吸收系数比，即为1.06、5.72、1.07。仿真人体模型器官或组织的吸收剂量D_T计算公式如下：

式中，D_T为仿真人体模型体内的器官或组织T的吸收剂量，mGy；X_i为减去本底的净读出值；C_f1为探测器的刻度系数；(μ_en/ρ)_T / (μ_en/ρ)_air为肌肉、骨骼、肺分别与空气的质量能量吸收系数比。

骨髓及骨表面吸收剂量计算：

式中，D_r为骨髓的吸收剂量，mGy；D_b为骨表面的吸收剂量，mGy；D_i为骨器官i的吸收剂量，mGy；P_ir为骨器官i中红骨髓所占百分比；P_ib为骨器官i中骨表面所占百分比^[12]。

有效剂量计算：

式中，E为有效剂量，mSv; w_T为相应组织或器官的组织权重因子；w_R为辐射质R的辐射权重因子，由于仿真人体模型受照的辐射质为低能X射线，因此w_R=1。

(2) 单双剂量计算法对有效剂量的估算：根据ICRP 139号报告^[2]推荐的4种单双剂量计算法估算有效剂量：算法及公式列于表 1。此次心血管介入诊疗程序模拟均满足4种单双剂量计算法的使用条件。其中，Swiss ordinance法^[3]、Von Boetticher法^[5]与Martin-Magee法^[6]分别有佩戴与未佩戴铅围脖的两种算法，此次模拟第1术者佩戴铅围脖，因此计算时均采用佩戴铅围脖的公式。

表 1(Table 1)

表 1 4种单双剂量计算法公式 Table 1 Four kinds of dosimetry algorithms 单双剂量计算法 公式 参数 Swiss ordinance法[3](2008) Hp(10)=Hu+ 0.05Ho Hu：铅衣内；Ho：铅衣外二者均未说明放置位置 McEwan法[4] (2000) E=0.71 Hu + 0.05Ho Hu：铅衣内，躯干处；Ho：铅衣外，衣领处 Von Boetticher法[5](2010) E=0.79Hp, c, u(10) + 0.051Hp, n, o(10) Hp, c, u(10)：铅衣内，胸部；Hp, n, o(10)：铅衣外，脖子处 Martin-Magee法[6] (2013) E=0.1Hnop Hnop：铅衣外，脖子处

表 1 4种单双剂量计算法公式 Table 1 Four kinds of dosimetry algorithms

模拟测量得到各组织或器官的吸收剂量以及根据不同组织权重因子得到的加权器官剂量结果列于表 2。其中，唾液腺的器官剂量最高，其次为骨表面，肝的器官剂量最低。通过ICRP 60号报告^[13]推荐的组织权重因子计算得到的有效剂量为0.551 mSv，通过ICRP 103号报告^[9]推荐的组织权重因子计算得到的有效剂量为0.581 mSv。即ICRP 103号报告对组织权重因子的调整使得有效剂量增加了5.44%。器官加权剂量增加较为明显的器官为剩余器官，器官加权剂量降低较为明显的器官为性腺、甲状腺、食管、膀胱和肝。

表 2(Table 2)

表 2 模拟测量得到的各个器官吸收剂量值(mGy)及ICRP加权器官剂量值(mSv) Table 2 Absorbed doses (mGy) and Weighted organ doses (mSv) measured using phantom methods 器官/组织 器官剂量 ICRP 103[10] ICRP 60[14] 肺 0.261 0.031 0.031 胃 0.273 0.033 0.033 结肠 0.271 0.033 0.033 性腺 0.278 0.022 0.056 甲状腺 0.587 0.023 0.029 食管 0.254 0.010 0.013 膀胱 0.289 0.012 0.014 肝 0.056 0.002 0.003 脑 1.087 0.011 - 唾液腺 4.696 0.047 - 红骨髓 2.468 0.296 0.296 骨表面 3.008 0.030 0.030 剩余器官 0.259 0.031 0.013 注：“-”为无数据。

表 2 模拟测量得到的各个器官吸收剂量值(mGy)及ICRP加权器官剂量值(mSv) Table 2 Absorbed doses (mGy) and Weighted organ doses (mSv) measured using phantom methods

佩戴于铅衣内外的个人剂量计测量结果列于表 3。其中，除佩戴于脖子处的剂量计测得值为中间剂量计测得值最大，铅衣内外佩戴于胸部及腰部的剂量计测得值均随左、中、右顺序递减，且左侧与右侧剂量计测得值之比为2.34~17.25。

表 3(Table 3)

表 3 铅衣内外个人剂量计测量值(mSv) Table 3 Doses measured using TLDs worn inside and outside lead apron (mSv) 部位 左 中 右 铅衣内   脖子 0.123 0.314 0.098   胸部 0.356 0.059 0.022   腰部 0.483 0.075 0.028 铅衣外   脖子 7.520 8.535 5.731   胸部 14.37 9.657 6.136   腰部 18.69 14.536 3.688

表 3 铅衣内外个人剂量计测量值(mSv) Table 3 Doses measured using TLDs worn inside and outside lead apron (mSv)

由于所采用的4种算法中均未说明剂量计具体佩戴在第1术者身体的左、中、右何处，因此在利用算法进行评估时，考虑每个位置处的剂量计测得值得到各自算法的有效剂量，及其与模拟测量得到有效剂量之间的相对偏差，如采用铅衣外脖子处左、中、及右侧个人剂量当量值分别与0.1系数相乘，得到Martin-Magee法估算的有效剂量分别为0.752、0.854和0.573 mSv，取3者平均值为0.726 mSv，相对偏差范围为-1.4%~46.9%，具体结果列于表 4。除Swiss ordinance法和Martin-Magee法，其余2种双剂量计算法得到的有效剂量值均低于模拟测量得到的结果。其中，Swiss ordinance法的结果与模拟测量得到的结果最为接近。

表 4(Table 4)

表 4 4种单双剂量计算法的有效剂量与模拟测量结果的相对偏差 Table 4 Effective dose and relative deviation estimated using phantom method and four kinds of single and double dosimetry algorithms 估算方法 有效剂量(mSv) 相对偏差(%) Swiss ordinance法[3](2008) 0.667(0.206~1.418) 14.8(-64.5~143.9) McEwan法[4] (2000) 0.484(0.302~0.770) -16.7(-48.0~-32.5) Von Boetticher法[5](2010) 0.485(0.309~0.717) -16.5(-46.7~23.3) Martin-Magee法[6] (2013) 0.726(0.573~0.854) 24.9(-1.36~46.9) 注：表中相对偏差=(算法估算有效剂量值-模拟测量估算有效剂量值)/模拟测量估算有效剂量值

表 4 4种单双剂量计算法的有效剂量与模拟测量结果的相对偏差 Table 4 Effective dose and relative deviation estimated using phantom method and four kinds of single and double dosimetry algorithms

仿真人体模型的不同组织或器官的吸收剂量各不相同，这主要与各组织或器官的防护状态及其在人体中的大小和位置有关。实验中，该人体模型身着包裹式防护围裙，颈部佩戴铅围脖，即全身的颈部、胸部和腹部器官均得到了良好的防护，而头部未戴铅帽，致使其暴露在散射场中，因此唾液腺的器官剂量较高。肝的器官剂量最低，这与以往研究^[7]有差异的原因可能是此次肝的取点较少且偏右部，而肝脏作为人体最大的腺体，其在人体的腹部器官中所占比例较大，因此应在肝脏处增加取值点以充分代表肝器官的剂量沉积。

器官或组织的权重因子来自ICRP的推荐值。ICRP 103号报告^[9]对ICRP 60号报告^[13]组织权重因子的调整趋势是强调某些器官对计算有效剂量的重要性的同时，也削弱了其他一些器官的作用。此次采用现场模拟测量计算得到ICRP 103号报告对组织权重因子的调整使得有效剂量增加了5.44%。该值增加的主要原因为ICRP 103号报告提高了剩余器官的组织权重因子，同时将脑及唾液腺纳入到主要器官中。肾脏、胰腺、脾等腹部器官虽有铅衣防护，但相对于胸部器官其距离患者以及X射线管较近，易发生能量沉积，且此次模拟中该仿真人体模型未戴铅帽，无法对脑部进行有效防护，因而这对第1术者有效剂量的增加有比较大的影响。与此同时，肝脏、膀胱、食管及甲状腺的组织权重因子从ICRP 60号报告^[3]的0.05降至0.04，降低幅度只有0.01，因此，这些加权器官剂量的减少并不改变整体有效剂量增加的趋势。

由于在介入诊疗程序中，第1术者一般站立于患者身体的右侧位，因而第1术者的左侧更接近X射线管，从而导致其铅衣内外佩戴于胸部及腰部的剂量计测得值随左、中、右顺序递减。左右剂量计的测得值相差较大，这意味着如若在算法或实际诊疗过程中不明确剂量计的佩戴位置，直接采用体表某处个人剂量当量值进行有效剂量的估算，将导致第1术者受照剂量评估不准确且偏差较大。铅衣和铅围脖内的剂量当量比外面的值低，这也说明铅衣与铅围脖对术者辐射防护的有效性。

由于所采用的4种算法中均未具体说明剂量计佩戴在第1术者身体的左、中、右何处，因此在利用算法进行评估时，考虑每个位置处的剂量计测得值得到各自算法的有效剂量与模拟测量得到结果之间的相对偏差。其中，Swiss ordinance法^[3]采用铅衣内脖子右侧剂量计与铅衣外胸部中间剂量计与现场模拟测量计算结果符合较好，为-0.025%；McEwan法^[4]采用铅衣内胸部左侧剂量计与铅衣外脖子右侧剂量计符合较好，为-7.18%；Von Boetticher法^[5]采用铅衣内胸部左侧剂量计与铅衣外脖子右侧剂量计组合符合较好，为-1.29%；Martin-Magee法^[6]采用脖子右侧剂量计符合较好，为-1.36%。同时，本研究中采用均值进行检验发现，Swiss ordinance法和Martin-Magee法计算得到的有效剂量均值高于经模拟测量的结果。Martin-Magee法作为4种推荐算法中唯一一种采用单剂量计估算的方法，其采用铅衣外脖子处的单剂量计进行推算，无法良好地评估铅衣内躯干部的受照剂量，因此引起了结果的高估。Schultz和Zoetelief^[14]研究也发现当术者身着0.5 mm Pb包裹式铅衣时，Swiss ordinance法估算结果为蒙特卡罗法的8.25倍，即产生高估。McEwan研究其算法时采用的是ICRP 60号报告推荐的组织权重因子进行计算，而Von Boetticher采用的是ICRP 103号组织权重因子推算，因而与McEwan相比，其偏差较小。Jarvinen等^[3]推荐的双剂量计法为Swiss ordinance法及McEwan法。

本研究发现ICRP推荐的4种方法得到第1术者有效剂量与此次模拟测量结果均有较大差异，其中，Swiss ordinance法与仿真人体模型模拟法计算的有效剂量最为接近且偏大。同时，第1术者左侧个人剂量当量值相对于中间及右侧值较高。从辐射防护角度来讲，为尽量不低估辐射风险，保证第1术者的安全性，适度的高估比低估更可取，因而Swiss ordinance法是一种相对较为适用的方法，同时，建议第1术者在进行个人剂量计佩戴时尽量考虑左侧。然而术者佩戴两个剂量计无论在管理方面还是剂量计成本方面与单个剂量计相比均有一定的困难，因此，ICRP 139号报告^[2]认为当术者受照剂量远低于剂量限值时，没有必要对有效剂量进行准确评估，可采用铅衣外剂量计进行估算，但当铅衣外脖子处的剂量当量(H_o)超过20 mSv时，则建议在铅衣内增加一个剂量计并采用算法进行估计。

此次研究有以下问题需要考虑：一是为更准确评估模体的受照剂量，且由于时间与条件所限，现场模拟时只考虑了一种心血管介入诊疗场景，即电压和投照方位固定。然而对于某种具体诊疗场景，如冠状动脉造影，手术过程中，其电压值是不断处于变化当中，以及涉及投照方位可达7种。此次模拟，为保守估计，将电压值设置为100 kV，同时，因除右侧位(RLAT)与前后位(AP)外其他投照方位下的剂量值大小趋势一致^[15-16]，且大多数模拟研究均涉及PA位^[3]，因此考虑PA位照射。建议在日后研究中应多增加几种照射情况，以实现剂量值的准确评估。二是此次模拟中第1术者站立不动，由于实际工作中，第1术者大多数在第1术者位(0~60 cm)内活动^[17]，且主要为手部活动，因而该因素对有效剂量的评估影响较小。三是该仿真人体模型无四肢，未考虑皮肤和乳腺的器官剂量，由于四肢受照主要影响皮肤的器官剂量，然而皮肤的组织权重因子只有0.01，因而这一影响较小。男性乳腺在1岁半左右逐渐蜕变，腺体虽有导管，但无腺泡且不分叶，无论是其形态还是其对辐射的敏感性均远低于女性，此次模拟第1术者的模体性别为男性，因而这一因素对有效剂量的影响也较小。四是由于第1术者受到的大多为散射线，无法获得各个器官或组织其能量谱的分布，因此肌肉、骨骼、肺与空气的质量能量吸收系数比值是根据主射线的能量查表得到，但由于散射线的能谱在各个散射方向上基本相同且比主射线硬化一点^{[5, 10-11]}，因而这一因素对有效剂量的影响较小。