由于介入手术较复杂、透视时间长、工作人员操作位置距诊疗床较近，与其他放射诊疗相比，介入放射学对放射工作人员带来更高的辐射风险^[1]。多项针对介入放射工作人员的染色体畸变分析研究显示，其染色体畸变率为0.1% ~ 3.7%，显著高于其他工种^[2-4]。

蒙特卡罗可以模拟并跟踪辐射粒子输运，从而获取和分析辐射能量沉积的分布情况，使用蒙特卡罗构建真实照射环境结合具有真实解剖结构的人体计算模型，可以较为准确地估算组织器官剂量和有效剂量。目前，已有研究人员使用曲面人体计算模型根据受照人员的身高、体重、内部解剖结构和姿势等信息构建特异性体模^[5-7]，从而分析个体形态和姿态的区别对器官吸收剂量的影响。本研究基于国际放射防护委员会(ICRP)发布的成人网格型参考计算体模(MRCPs)^[8]，根据一起介入手术过量照射事件中相关工作人员的身高、体重和姿势构建特异性体模，利用蒙特卡罗软件PHITS计算工作人员的辐射剂量。

1例女性患者于2020年在某县级医院行冠状动脉造影+支架植入介入手术，术中植入3个冠状动脉支架，手术过程持续约3.5 h，术后背部出现放射性皮肤损伤。本研究团队前期已成功构建符合该患者体型的特异性体模并计算了患者各组织器官剂量^[9]，现进行该起事件中两名介入术者剂量估算。收集患者临床诊疗资料并现场采集了介入治疗医院照射设备数据^[10]。参与手术的第一术者和第二术者均为男性，身高均为180 cm，体重分别为100和85 kg。术者使用的个人防护用品包括铅衣和铅围脖，等效铅厚度为0.5 mm。手术过程中使用北京乐普装备公司生产的数字剪影血管造影(DSA)装备^[11]，型号为Vicor-CV100，分别使用了设备的减影模式和透视模式。术者操作时该设备曝光条件下电压稳定在85~95 kVp，手术视野为15 cm × 15 cm。根据第一术者描述，患者在手术过程中主要受到后前位(PA)方向的照射。根据医院记录，该手术减影模式和透视模式下的曝光时间分别约为10和30 min；现场采用300 mm × 300 mm × 200 mm标准水模模拟患者，使用瑞典奥利科公司X射线机多功能质量检测仪(B-Piranha 657型，中国计量科学研究院校准)，模拟患者手术时的条件，测得在减影模式和透视模式下透视受检者入射体表空气比释动能率分别为373.5和47.8 mGy/min，测量时源皮距为60 cm，DSA设备显示电压分别为90和88 kVp。

本研究采用的体模原型来自ICRP 145号报告^[8]的成人网格型参考计算体模，原始体模的身高和体重分别为175 cm、75 kg。

本工作对人体模型的构建主要分为两个部分。第一部分为根据两术者的身高体重对原始体模进行体型调整，第二部分为姿势调整。体型调整的具体操作是针对标准体模进行三维缩放，并在脂肪易堆积部位处增加软组织的体积，如腹部、背部、臀部等，以使得调整后体模的体型与术者相匹配。姿势调整的具体操作是根据人体手腕、肘部和肩部的活动自由度^[12]，限制体模大臂和小臂的旋转角度，然后使用反向动力学移动体模的手部，此时体模的手臂自动旋转到一个更合理的位置。这些操作在开源软件Blender中实现。最后，需检查网格交叉对内部器官进行相应局部微调，避免发生曲面重叠。如图 1所示为调整后的术者模型。为计算手部皮肤剂量，使用Rhino中的修剪工具在体模皮肤外表面的基础上获得手部皮肤表面(包括手背皮肤)，然后向内侧偏移获得距离皮肤外表面0.05 mm，厚度为0.05 mm的用于计算手部皮肤剂量的模型(图 2)。

图 1 调整后的术者模型 Figure 1 Adjusted operator phantoms

图 2 用于计算手部皮肤剂量的模型 Figure 2 Model used to calculate skin dose on the hand

铅衣分为背心和围裙两个部分，背心部分与铅围脖作为一个整体进行建模，覆盖体模的颈部和躯干, 围裙部分覆盖体模的腿部。对于背心部分与铅围脖，在建模软件Rhino中复制一个额外的皮肤外表面，并“修剪”该外表面使其仅包括腰部以上躯干和颈部^[13]，然后使用修剪后的外表面生成具有一定厚度的封闭网格，从而定义铅衣与铅围脖的等效铅当量(0.5 mm)。围裙部分则使用上沿和下沿高度分别对应于体模的腰部和膝盖的中空长方体替代，其内部空间长宽高分别为38、26和44 cm，外部空间长宽高分别为38.1、26.1和44 cm，壁厚为0.5 mm。

使用日本和欧洲多个研究所合作开发的通用蒙特卡罗粒子和重离子传输代码系统PHITS 3.24^[14]进行模拟计算。模拟环境中包括两名术者和患者模型、病床、探测器、铅屏风、铅玻璃和个人防护用品(图 3)。

图 3 蒙特卡罗模拟示意图(A)与实景(B) Figure 3 Schematic(A) and real(B) scene of Monte Carlo simulation

患者背部皮肤表面距离地面约93 cm，病床建模为一个铝制长方体，尺寸为长180 cm、宽50 cm、厚2 mm，紧贴患者体模的背部，铅屏风长90 cm、宽90 cm、厚0.5 mm，放置在第一术者与病床之间，最左侧可以遮挡第一术者的左腿，最高点距离地面93 cm, 铅玻璃长60 cm、宽90 cm、厚0.5 mm，放置在铅屏风上方。第一术者站立在患者右侧，距离病床约10 cm，第一术者中心距离X射线源约65 cm，第二术者位于第一术者右侧。

X射线由放置在患者心脏中心位置下方距离床板60 cm的点光源产生，照射野选择15 cm×15 cm的正方形区域。在SpekPy 2.0软件中输入X射线管的靶物质类型、总过滤、电压等信息，可以生成X射线管发射出的光子能谱^[15]。由于X射线管电压为88和90 kVp时所产生的能谱非常接近，本文在模拟中仅使用电压为90 kVp时的X射线能谱。

由于缺乏手术时X射线实际出束的暴露量(mAs)，使用PHITS重建了调查人员测量透视受检者入射体表空气比释动能率的场景。PHITS输出数据为一个光子照射时的透视受检者入射体表空气比释动能。因此两种曝光条件下受照人员的吸收剂量可以通过式(1)、(2)计算。

式中，τ为单位曝光时间内该设备X射线管发出的光子数，min^-1；D_BS为PHITS的输出数据，Gy；K_BS为调查人员实测所得透视受检者入射体表空气比释动能率，Gy/min。

式中，D为受照人员的吸收剂量，Gy；D_BS1为减影模式下PHITS的输出数据，Gy；t₁为减影模式下的暴露时间，min；D_BS2为透视模式下PHITS的输出数据，Gy；t₂为透视模式下的暴露时间，min。

为保证PHITS输运计算的主要结果相对误差不超过5%，个别误差不超过20%，运行的初始光子数为8×10⁹。相关的计算条件为：CPU intel xeon V5，128 cores，内存256 G，单次任务时长约为72 h。

蒙特卡罗模拟得到的各组织或器官的吸收剂量以及根据ICRP 103号报告推荐的组织权重因子^[16]计算得到的有效剂量列于表 1。在有个人防护用品的情况下，第一术者位列前3位的组织或器官的剂量分别为左眼晶状体、唾液腺和胸外区，其左手和右手的皮肤剂量分别为0.672和0.138 mGy；第二术者位列前3位的组织或器官的剂量分别为左眼晶状体、皮肤和骨内膜。两名术者被个人防护用品覆盖部位的各组织或器官剂量和有效剂量的降低率均高于40%。不使用个人防护用品时，第一术者和第二术者的有效剂量分别为0.268和0.099 mSv，使用个人防护用品时，有效剂量分别为0.088和0.021 mSv，分别降低了67.16%和78.79%。

表 1(Table 1)

表 1 各组织或器官在不使用或使用个人防护用品时的吸收剂量(mGy) Table 1 Absorbed dose to tissues or organs of the operators with or without the use of personal protective equipment(mGy) 器官/ 组织 第一术者 第二术者 不使用 使用 降低率(%) 不使用 使用 降低率(%) 皮肤 0.454 0.199 56.17 0.367 0.189 48.50 结肠 0.255 0.043 83.14 0.054 0.006 88.89 乳腺 0.596 0.094 84.23 0.111 0.013 88.29 肺 0.184 0.060 67.39 0.031 0.010 67.74 胃 0.344 0.060 82.56 0.062 0.008 87.10 膀胱 0.154 0.025 83.77 0.057 0.006 89.47 食管 0.180 0.050 72.22 0.036 0.011 69.44 性腺 0.593 0.270 54.47 0.490 0.045 90.82 肝脏 0.084 0.013 84.52 0.016 0.002 87.50 甲状腺 0.320 0.074 76.88 0.080 0.019 76.25 大脑 0.212 0.211 0.47 0.078 0.077 1.28 唾液腺 0.636 0.591 7.08 0.158 0.148 6.33 胸外区 0.611 0.506 17.18 0.145 0.125 13.79 淋巴结 0.200 0.077 61.50 0.077 0.020 74.03 口腔黏膜 0.508 0.499 1.77 0.089 0.097 -8.99 胰腺 0.133 0.023 82.71 0.024 0.003 87.50 脾脏 0.205 0.062 69.76 0.032 0.005 84.38 心脏 0.221 0.049 77.83 0.041 0.009 78.05 小肠 0.186 0.030 83.87 0.044 0.005 88.64 胆 0.056 0.009 83.93 0.011 0.001 90.91 肌肉 0.252 0.114 54.76 0.237 0.101 57.38 胸腺 0.175 0.039 77.71 0.036 0.009 75.00 肾脏 0.089 0.022 75.28 0.016 0.002 87.50 肾上腺 0.068 0.018 73.53 0.011 0.002 81.82 前列腺 0.110 0.025 77.27 0.043 0.005 88.37 红骨髓 0.096 0.036 62.50 0.031 0.014 54.84 骨内膜 0.120 0.066 45.00 0.358 0.185 48.32 右眼晶状体 0.489 0.467 4.50 0.075 0.079 -5.33 左眼晶状体 1.233 1.216 1.38 0.241 0.223 7.47

表 1 各组织或器官在不使用或使用个人防护用品时的吸收剂量(mGy) Table 1 Absorbed dose to tissues or organs of the operators with or without the use of personal protective equipment(mGy)

通过收集该第一术者的当年个人剂量年终报告得到，其年有效剂量为20.51 mSv，高于同科室其他工作量相近的介入医生(3.09 mSv)，如果仅考虑同一类型手术且每次手术穿戴相同类型个人防护用品，推测其每年大概进行230余次手术。其眼晶状体年当量剂量约为193.55 mSv，高于我国现行的眼晶状体年当量剂量职业限值^[17](150 mSv)，并且远远高于ICRP 118号报告中建议的眼晶状体任何单一年份的年当量剂量限值^[18](50 mSv)。参考第一术者的工作负荷，估计第二术者的年有效剂量和眼晶状体当量剂量分别为4.83和34.73 mSv，均低于ICRP建议的放射性工作人员剂量限值。使用个人防护用品时，两名术者的甲状腺年当量剂量分别为17.02和4.37 mSv，与没有个人防护用品相比，分别降低了76.88%和76.25%。第一术者左、右手年当量剂量分别为154.56和31.74 mSv。

两位术者吸收剂量最高的3个组织或器官不同，原因主要在于铅屏风阻挡了病床下方的散射X射线，导致第一术者下肢各组织器官的吸收剂量减少。此外，两名术者位置和体型的不同也对其吸收剂量的分布产生一定影响。与第一术者相比，第二术者的有效剂量降低更为显著，原因是第二术者距离X射线束较远，受到的散射X射线能量更低，使得个人防护用品的防护效果更加显著。在暴露时间相同的情况下，第一术者各组织或器官吸收剂量均高于第二术者，主要是两者站位不同，第一术者相对靠近中心线束。个人防护用品对第一、二术者性腺的防护效果差异最大，原因是在不使用个人防护用品时，铅屏风已经对第一术者的性腺起到了一定的防护作用。

本研究中两名术者的眼晶状体当量剂量、有效剂量均显著高于我国介入放射工作人员受照剂量平均水平^[1]，主要是因为长时间曝光操作，并且仅佩戴了铅衣和铅围脖。因此，谨慎地建议术者在进行介入手术时应尽可能避免过高的工作负荷，并且规范佩戴包括铅眼镜、铅手套在内的各种个人防护用品。

尽管网格型参考体模已经可以高度显示人体解剖结构，但当受照人员的体型和姿态与原始体模之间存在较大差异时，仍然会增加蒙特卡罗计算结果与真实剂量之间的差异。根据受照人员真实身体特征变形后的体模更符合真实受照情况，模拟吸收剂量与真实吸收剂量之间的差距较小。但由于蒙特卡罗模拟中对受照环境进行了简化，仅考虑病床周围的屏蔽器材，以及忽略了医生手术过程中手部或头部等部位的运动，因此蒙特卡罗模拟也具有不可避免的偏差。为此，本研究今后将进一步结合临床实际，重点围绕构建不同姿势的人体计算模型开展模拟计算，以帮助更精准地进行介入诊疗的术者剂量估算。

利益冲突  无

作者贡献声明  尹禹臣建立蒙特卡罗模型，撰写论文；王轩负责介入手术和两名术者相关信息收集；许文星、白小雨负责文献收集和整理分析蒙特卡罗数据；涂彧、孙亮负责指导论文修改；张冰洁负责介入手术相关信息收集和指导论文修改