现代放射诊断、治疗技术的不断发展, 放射诊断的医疗照射已经成为人类所受电离辐射照射中最大的人工来源。联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)的报告书指出, 20世纪90年代初, 全世界平均年X射线诊断检查(不包括牙科X射线检查)约16亿人次, 核区学检查2 400万人次^[1]。而1991年至1996年平均, 全世界X射线诊断已增加为19.1亿人次, 加上牙科X射线检查达24.3亿人次, 核医学检查3 250万人次^[2]。全世界居民所受各种电离辐射的群体剂量负担, 来自于医疗照射的份额比核能生产以及放射性职业照射2个数量级。仅放射诊断医疗照射所致全世界人均有效剂量约0.4 mSv, 即集体剂量2.5×10⁶人Sv^[2]。2003年4月1日, 等效采用国际原子能机构即IAEA安全丛书115号(1996年版)的我国新一代辐射防护基本标准正式实施。在该标准中, 有关医疗照射防护要求的内容占据了相当多的篇幅, 几乎与控制职业照射的篇幅不相上下, 显示出医疗照射的防护日渐重要。医疗照射防护的最优化, 即在保证影像质量能提供足够有用信息的前提下, 使受检者剂量保持在可以合理达到的最低水平已经成为放射影像学、辐射防护、医学物理界等领域内共同关注的前沿课题。本课题组历时四年探讨了适合我国国情的用于放射诊断的医疗照射指导水平的确定方法。笔者根据深圳市和全国医疗照射剂量的调查结果, 对于典型投照条件下成年受检者的器官剂量和有效剂量分布进行了计算, 给出了计算方法、计算结果, 并对相关问题进行了简要讨论。

1 计算方法简介 1.1 计算程序

采用瑞典奥利科贸易有限公司的剂量面积积分仪DOSEGUARD100所带的软件WINODS所提供的计算程序^[3]。在WINODS软件中, 体模原型为STUK-A87报告中推荐的模体, 该模体由34层构成, 其中每一层的厚度根据受照者的身高自动的进行调整, 例如, 对于一个173 cm的受照者来说其每层的厚度为2.5cm。该模体将人体的器官简化成点器官和平行六面体类型的器官。在计算中典型成年受检者取自中国参考人推荐的身高和体重^[4], 列于表 1。该参考人数据为1995年参考值, 与日本参考人和亚洲参考人比较近似。但与ICRP最新的报告中推荐的男、女身高分别为176cm和163cm, 体重分别为73kg和60kg稍有差别^[5]。器官或组织的分类以及权重因子的取值均与ICRP60号报告相一致。

1.2 投照参数和入射体表剂量(ESD)的选择

根据深圳市97家医院244台医用X射线机的全样本调查, 每种投照条件的平均kVp、照射野尺寸、体表剂量平均投照条件, 列于表 2。

1.3 相对剂量分布的计算方法

照射中心轴线上的剂量分布公式如下:

(1)

其中F(d, A, HVL)是与照射野面积A, 入射X射线的半值层HVL和深度d有关的函数。该剂量公式可以给出深度d从0 ~到任何需要的深度的全部的剂量分布。该软件通过三种不同的计算方法来计算不同区域照射野的剂量分布, 这三种区域分别是在基本区域(Pr)、半阴影区域(Pe)、漏散射区域(Sc), 分布函数P(1)分别如下

(2)

(3)

(4)

其中1是离中心轴线的距离, FSD是焦皮距, m₁是指在1方向照射野的大小。分布函数给出了中心轴线处剂量与距离中心轴线1处的剂量的比值。剂量分析曲线是用蒙特卡罗方法计算得出的。

1.4 吸收剂量的计算

其中BSF为反散射因子, 它与照射野面积A和射线的HVL相联系, Ka是体表的空气比释动能, f_Kd是空气比释动能和空气中吸收剂量的转换因子, (U_en/ρ)_{t, a}则是空气中吸收剂量和肌肉组织中吸收剂量的转换因子。

1.5 器官吸收剂量的计算

对于可以看成一个点的器官的吸收剂量就是该点处的平均吸收剂量D_r, 而对于不能够看成点源的组织器官的吸收剂量则通过把该器官近似看成平行六面体, 以平行六面体中心点处的剂量近似的代表该器官的剂量。

1.6 器官当量剂量计算

Hr=W_RD_T对于医疗实践中使用的几乎所有辐射而言, 辐射权重因子均等于1, 因此, 对于医疗实践所有吸收剂量与当量剂量在数值上相等^[7]。

1.7 有效剂量的计算

其中W_T为组织权重因子

2 实验结果和讨论

对于表 2条件下成年受检者的器官剂量和有效剂量, 计算结果列于表 3。

将表 3的数据与本课题组用仿真人体模进行模拟测定的数据^[9]进行比较, 胸片AP的实际测量值和计算机模拟的数值基本一致。但是腰椎AP、骨盆AP、腹部的数据与试验所得数据有比较大的出入, 如果以本课题组用仿真人体模进行模拟测定的腹部数据为基准, 仅有效剂量一项两者最大相差194.7 %(0.303 mGy/0.893 mGy)。这主要在于用仿真人模体作试验对于人体内部器官的位置很难保证每次都一样, 而计算机模拟则相对容易, 只要每次的定位在同一坐标位置即可, 而且对于器官或组织周围物质的模拟合适与否也是造成两组数据偏差的一个原因。另外, X射线机相关值设置的准确性也有一定的偏差。所以在使用WINODS这款软件时对于具体投照点的选择要尽可能的按照实际的投照条件选择, 尽量减少系统误差。

从表 4中可以看出在保持出射剂量不变即保证影像质量的前提下球管高压从68 kV升高到120 kV, KAP(剂量面积乘积)男女分别减少56.0 %和54.0 %, 有效剂量男女分别减少42.9 %和41.2 %。这说明在实际工作中采用高千伏低剂量的投照条件既可以降低受检者所受的剂量又可以保证影像质量。

从表 5中可以看出在保证影像质量不变(即出射剂量不变)的前提下总滤过从1.5 mmAl增加到3.0 mmAl, KAP(剂量面积乘积)男女分别减少37.0 %和34.0 %, 有效剂量男女分别减少28.6 %和23.5 %。这说明适当的增加总滤过, 改变射线的线质也可以有效的减少受检者所受的剂量。

由于出射体表剂量(即增感屏入射表面剂量)与胶片影像质量有关, 即若保持出射体表剂量不变则可认为胶片质量相同, 表 4列出了对于胸部摄影采取高压(120 kV)和低压(68 kV)时受检者剂量的变化情况^[8]。

通过以上的计算可以看出, 适当的改变一些投照条件可以得到既保证影像质量又降低受检者所受剂量的效果, 这符合电离辐射防护的最优化原则。