随着医用诊断X射线的日益广泛应用和普及, 其机房的放射防护屏蔽设计越来越受到放射卫生防护人员和医院相关人员的重视与关注。医用诊断X射线机房屏蔽厚度计算, 必须确保机房四周的辐射水平能满足相应国家标准规定的放射防护要求[1, 2]。通常把用来屏蔽有用X射线束的墙体称为主防护墙, 而副防护墙则是指用来屏蔽包括散射线和漏射线的实体墙。笔者归纳了三种常用于计算医用诊断X射线机机房防护屏蔽厚度的方法, 并对不同方法的计算结果进行分析比较。

1 医用诊断X射线机房屏蔽厚度的常用计算方法

按照屏蔽厚度计算所采用的方式不同, 常用的计算方法可归类分为查图法、查十分之一值层衰减厚度(TVT)表计算法(以下简称查表计算法)和经验公式计算法。查图法是指根据核算的透射比数值从相关衰减曲线图中直接查出所需的屏蔽厚度; 查表计算法是先从相关表格中查出相应管电压的TVT值, 再根据透射比数值算出所需的屏蔽厚度; 经验公式计算法是依据前人总结归纳出的经验公式, 用一系列有关参数直接计算所需屏蔽厚度。

1.1 查图和查表计算法 1.1.1 主防护墙屏蔽厚度计算

射线穿过屏蔽墙体前后的辐射量值之比, 俗称透射比B; 其表达式为:

(1)

式中, H_w为依相关国家标准设定的周剂量限值, d为X射线机源点离考察点的距离, W为周工作负荷, U为利用因子, T为居留因子。

根据1式计算出透射比B, 用查图法可直接从相应透射比衰减曲线图查得所需的主防护墙屏蔽厚度。但不同文献中的透射比曲线图形状和精度不一[3-5]; 且对于透射比较大的数据, 难以查出准确的屏蔽厚度。因此, 一般又可先查相应的TVT表, 再根据下面公式来计算主防护墙的屏蔽厚度(Δ):

(2)

1.1.2 副防护墙屏蔽厚度计算

先分别按相应公式计算漏射线和散射线所需的屏蔽厚度, 再比较二者大小; 如二者计算结果相差不到一个TVT, 则在较大数值上加上一个半值层减弱厚度(HVT), 如差别大于一个TVT, 则取较大者。

1.1.2.1 漏射线屏蔽厚度(Δ漏)计算

(3)

式中, W_L为离X射线焦点1m处每周漏射线的比释动能率; d_漏为X射线机源点到考察点的距离; T为居留因子。

1.1.2.2 散射线屏蔽厚度计算

先用下式计算出散射线的透射系数(B_s), 再用一半的B_s从透射比衰减曲线图中查出所需的屏蔽厚度, 或用查TVT表及用公式2来计算所需的屏蔽厚度。

(4)

式中, d_sec为患者体表散射点到考察点的距离; d_sca为X射线机源点到患者体表散射点间的距离; S是散射面积为400cm²时离散射体1m处散射线的照射量与入射照射量之比; F为患者体表散射面积(一般取400cm²)[3]; H_w和W的意义同公式1。

1.2 经验公式计算法

经验公式计算法实际上是把X射线机的主要工作参数和设定的周剂量限值归纳为管电压(V)和剂量减弱倍数(K), 用下列公式来综合计算主、副防护墙的屏蔽厚度(Δ)[6]:

(5)

式中, k1, k2和k3的取值见表 1; K的计算方法分主射线和散杂射线两种, 详细计算方法见文献[6]。

2 结果与分析

设定参考点的周剂量限值(Hw)为0.04 mSv, 周工作负荷(W)为1 000 mA· min, X射线机工作管电流为100 mA, 采用不同方法分别计算了考察点离X射线机源点距离分别为4m、3m和2m处主、副防护墙屏蔽X射线所需的厚度, 结果详见表 2和表 3。为了能更加直观地比较不同方法的计算结果, 将用不同方法计算的考察点离X射线机源点距离为2m时主防护墙的屏蔽厚度进行画图比较, 见图 1。

2.1 主防护墙屏蔽厚度计算结果比较

从表 2和图 1可以看出, 在通常医用X射线诊断机的使用管电压条件下, 用直接查图法所得到的主防护墙屏蔽厚度最小; 在50 kV~120 kV范围内, 查TVT表计算法所得的主防护墙屏蔽厚度最大; 经验公式计算法所得的主防护墙屏蔽厚度居中。以经验公式计算法的结果为参考标准, 在50 kV~120kV范围内, 其他两种算法的结果偏差范围在-5.7%至38%之间。就TVT表计算法而言, 由于受X射线机高压发生器类型和总滤过等因素的影响, 即使kV值相同, 不同资料所给出透射曲线的形状也不尽相同, 从透射曲线所得到的TVT或HVT值不够准确; 因此, 通常不建议用该方法来计算主防护墙的屏蔽防护[7]。另外, 当管电压大于约120 kV时, 查TVT表计算法所得的主防护墙屏蔽厚度还小于经验公式的计算结果, 因此, 从偏安全角度出发, 可能有必要在查TVT表计算法的结果上再加一个HVT。

2.2 副防护墙屏蔽厚度计算结果比较

从表 3也可以看出, 在通常医用X射线诊断机的使用管电压条件下, 用直接查图法所得到的副防护墙屏蔽厚度也最小; 在50 kV~100 kV范围内, 查TVT表计算法所得的副防护墙屏蔽厚度大于经验公式计算法所得的结果, 而当管电压大于100 kV时, 这两种算法的结果却相反。以经验公式计算法的结果为参考标准, 查TVT表计算法的结果偏差范围在-34%至167%之间, 而且有距离越大偏差也越大的趋势。

3 讨论

综上所述, 对于医用X射线诊断机的主防护墙屏蔽计算, 不同计算方法的计算结果有一定差别。从辐射防护的偏安全角度出发, 查TVT表计算法的结果可能较好满足要求, 但对于管电压大于120kV的X射线机可能还需要增加一个HVT。对于医用X射线诊断机的副防护墙屏蔽计算, 不同计算方法的结果的相对差异虽然较大, 但绝对屏蔽厚度差别均小于0.6 mmPb。由于不同方法都有各自的局限性, 例如查图表法中可能由于曲线精度不足而带来观察误差; 而经验公式计算法涉及多项参数的确定, 在实际应用中, 须考虑到所应用的条件而选择各自适宜的方法。另一方面, 这些经典的屏蔽计算公式和有关图表均已沿用相当长时间了, 有必要对广泛应用的医用诊断X射线机房屏蔽厚度计算方法作进一步研究, 使其更加简便和实用, 更好适应放射防护最优化的需要。