局部皮肤辐射损伤比全身辐射损伤发生的概率高得多, 皮肤损伤通常虽无生命危险, 但其迁延性效应可导致严重的身体残疾^[1]。皮肤的放射性损伤主要来自β射线和低能的X、γ射线及中子。在发生外照射事故时, 特别是β粒子皮肤表面沾染时, 人体皮肤可受到远高于深层器官或组织的照射而发生损伤。在突发核与放射事件医学应急响应时, 及时、准确地估算出受照人员局部皮肤的受照剂量, 有利于对损伤人员的早期分类和医学处理。为此, 我们根据皮肤剂量估算的研究经验, 参考一些可靠的数据资料、文献及标准, 研制了外照射皮肤剂量估算软件。

1 皮肤剂量估算的一般原则

国际放射防护委员会(ICRP)第59号报告和国际辐射单位和测量委员会(ICRU)第56号报告等一些参考资料认为引起随机性效应(皮肤癌)产生的靶细胞位于0.01 ~ 1.00 mm皮肤深度处的表皮基底层, 因此可用受照皮肤0.07 mm深处的吸收剂量来评价皮肤产生的随机性效应, 受照皮肤0.30 ~ 0.50 mm深处的吸收剂量来评价其确定性效应。当可能产生射线所致真皮坏死这样的确定性效应时, 还应估算受照皮肤1.00 ~ 1.50 mm深处的受照剂量^[2-6]。

由于β射线属弱贯穿辐射, 穿透力较弱, 在近距离接触β放射源或β放射性核素造成皮肤沾染的情况下, β射线造成的皮肤受照剂量就显得尤为重要, 甚至可以达到同样γ射线对皮肤剂量的50倍。因此, 软件研制过程中, 重点考虑了β射线对皮肤的照射剂量。对于X、γ射线和中子, 特别是高能的X、γ射线属强贯穿辐射, 穿透力较强, 在电子平衡的条件下, 0.07 mm深处皮肤与深部组织器官的剂量差异很小, 因此在一般的事故情况下, 不考虑高能X、γ射线对人体皮肤的损伤。但低能的X、γ射线, 可在皮肤层沉积较多的能量, 因此在软件研制过程中, 考虑常用核素中低能γ和X射线对皮肤造成的影响。

2 估算方法

在软件研制过程中, 对于皮肤剂量估算方法, 主要采用相关标准、资料提供的比较可靠的皮肤剂量估算方法或者根据相关材料提供的基础数据^[2-7], 建立相应的数学模型, 编写估算软件。

2.1 β射线皮肤剂量估算方法

β射线皮肤剂量的估算主要采用ICRU第56号报告中给出的计算方法。在该报告中, 提到了多种计算方法, 包括蒙特卡洛方法, 表格数据法, 经验公式法等^[2]。

蒙特卡洛方法模拟β射线与物质的相互作用过程, 从而可以较为准确的计算出β射线所致皮肤剂量, 但该方法需处理源与皮肤的形状和边界等问题, 并需较长时间才能得到估算结果, 不能够满足事故情况下, 快速估算皮肤剂量的要求; 表格数据法和经验公式法, 虽不及蒙特卡洛方法精确, 但其计算速度较快, 并可得到较为理想的计算结果。因此在该软件研制过程中, 主要综合表格数据法和经验公式法。

ICRU56号报告对表格数据法和经验公式法给予了详尽的阐述。根据实际情况, 在该软件研制过程中, β射线皮肤剂量估算主要分为以下几种情况:

2.1.1 皮肤沾染

采用如下公式:

(1)

式中: —皮肤吸收剂量率, Gy·h^-1; C_e —β放射性核素单位面密度所致皮肤剂量率(Gy·h^-1·Bq^-1·cm²), 在ICRU第56号报告中, 给出了多种核素, 面积为1 cm²和100 cm²的β圆形平面源, 单位面密度为1 Bq/ cm²时, 在中心轴上深度为0.07 mm、0.40 mm、3.00 mm和10.00 mm所致的剂量率; σ—β放射性核素面密度, Bq^-1·cm²。

根据受沾染人员的皮肤沾染情况, 以及ICRU第56号报告给出的数据, 可以将其分为3类: ①受沾染的皮肤面积≤1 cm², 可以近似采用1 cm²表面源的剂量率[nGy (h·Bq·cm²)]数据进行皮肤剂量估算; ②受沾染的皮肤面积≥100 cm², 由于β射线在皮肤组织的射程很短, 可以近似采用100 cm²所致皮肤剂量率进行估算; ③当受沾染的面积介于1 cm² ~ 100 cm²之间, 可以根据1 cm²与100 cm²皮肤的受照剂量率, 采用线性插值的办法进行皮肤剂量估算。

2.1.2 β点源或面源近距离照射

采用如下公式:

(2)

式中D—垂直入射束所致皮肤吸收剂量率, Gy·h^-1; C_e —β放射性核素释放出的β射束单位注量所致皮肤剂量率, (Gy·cm²), 在ICRU第56号报告中, 给出了从空气中垂直入射的宽束β射线在水体模中0.40 mm和0.07 mm的单位注量所致吸收剂量率; —β射束注量率, cm^-2·h。

如果ICRU第56号报告中没有提供相应的核素数据, 可以根据该报告中提供的计算公式进行计算, 由于公式比较冗长, 在这里不再赘述。虽然采用公式计算有较大误差, 但该报告指出, 使用该公式产生的误差大约为30 %。在一些情况下, 特别是核事故的情况下, 该误差范围是可以接受的。

2.2 X射线、γ射线和中子的皮肤剂量估算方法

由于估算X射线、γ射线和中子所致皮肤剂量已有成熟的方法, 并已经形成了国家标准和行业标准, 因此在该软件研制过程, 主要采用《X、γ射线和中子所致皮肤损伤的剂量估算规范》^[6]和《外照射慢性放射病剂量估算规范》^[7]中给出的公式计算。在此不作具体的阐述。

3 软件的编写

考虑到软件的兼容性, 实用性和运行的可靠性, 该软件的编写采用Vc+ +6.0编程软件^[8]编写相应的计算程序, 使用Access数据库贮存相应的计算结果, 供以后查询使用。通过该软件能够计算β、X、γ射线和中子所致的皮肤受照剂量, 并可贮存和查询受照人员的详细信息。计算流程图如图 1所示。主界面见图 2。β源皮肤剂量估算界面和查询界面分别如图 3和图 4所示。其他几种射线的皮肤剂量估算界面与其类似。

4 讨论

在实际的皮肤剂量估算过程中各种条件非常复杂, 如在β射线皮肤剂量估算中核素的种类、受照的几何条件和受沾染的位置及周围介质等; X射线皮肤剂量估算中X射线机工作场所的屏蔽防护条件, 人员相对于源项的位置等。本软件不可能对各种受照情况都给出准确的计算结果, 只能就一些典型情况下, 对受照人员的皮肤剂量进行简单的估算, 以利于对受照人员进行早期分类和早期诊断, 并可为一些特殊情况下的皮肤剂量估算提供参考。必须强调, 放射性皮肤损伤的确定诊断, 应以临床症状明显期皮肤表现为主, 参考照射剂量数值, 并排除其他皮肤疾病, 进行综合分析判断^[9]。

在该软件编写过程中, 采用的计算公式和参数主要来自一些现行的标准和文献, 且这些文献提供的数据已经过一定的实验证实了其可靠性。但该软件研制完成后, 没有经过现场的实践检验。若经现场实践检验后, 将该软件进一步改善和升级, 该皮肤剂量估算软件将更为完善与实用, 更好地服务于突发核与放射事件医学应急, 也可用于职业照射工作人员皮肤损伤的剂量估算。