中国辐射卫生  2017, Vol. 26 Issue (1): 59-62  

引用本文 

陈冲, 信瑞, 杨湘山, 贺强, 冯威, 陈大伟. 光子外照射剂量转换系数的比较与分析[J]. 中国辐射卫生, 2017, 26(1): 59-62.
CHEN Chong, XIN Rui, YANG Xiang-shan, HE Qiang, FENG Wei, CHEN Da-wei. Comparison and Analysis of the Dose Conversion Coefficients of External Photon Irradiation[J]. Chinese Journal of Radiological Health, 2017, 26(1): 59-62.

通讯作者

陈大伟, Email:843195924@qq.com

文章历史

收稿日期:2016-11-25
修回日期:2016-10-12
光子外照射剂量转换系数的比较与分析
陈冲 1, 信瑞 2, 杨湘山 1, 贺强 1, 冯威 1, 陈大伟 1     
1. 吉林大学公共卫生学院, 吉林 长春 130021;
2. 吉林大学第二医院
摘要目的 探讨和分析现行国家标准GBZ/T 144-2002光子外照射剂量转换系数的局限性,以期为其更新提供一些参考。方法 将国家标准GBZ/T 144-2002和ICRP 116号出版物剂量转换系数比较。结果 二者剂量转换系数(DT/Ka)整体变化趋势一致,但是肝脏左侧位照射时,ICRP 116号出版物女性、男性剂量转换系数高于GBZ/T 144,能量小于150 keV时,相对变化可超过30%;除了右侧位照射以外,ICRP 116号出版物女性剂量转换系数高于男性,能量在30~200 keV,左侧位照射相对变化超过30%,能量越低差异越大,最大超过100%。女性乳腺前后位照射能量高于4 MeV时,相对变化超过50%。结论 不同照射条件下,GBZ/T 144-2002与ICRP 116号出版物器官剂量转换系数的变化趋势相一致,但是当考虑参考体模类型及参考人参数、性别、次级电子以及入射光子能量等时差异较明显,GBZ/T 144需要稍作调整。
关键词剂量转换系数    数学体模    体素体模    器官剂量    
Comparison and Analysis of the Dose Conversion Coefficients of External Photon Irradiation
CHEN Chong 1, XIN Rui 2, YANG Xiang-shan 1, HE Qiang 1, FENG Wei 1, CHEN Da-wei 1     
1. School of Public Health, Jilin University, Changchun 130021 China;
2. The Secend Hospital of Jilin University
Abstract: Objective To explore and analyze the limitations of the dose conversion coefficients of the current national standard GBZ/T144-2002 external photon irradiation, in order to provide some reference for its update. Methods Compare the dose conversion coefficients of the national standard GBZ/T144-2002 with the International Commission on Radiological Protection (ICRP) 116 and analyze the differences. Results The overall change trends of the two dose conversion coefficients are consistent, however, the left lateral geometry of the liver radiation, dose conversion coefficients of the ICRP 116 for females and males are higher than GBZ/T144, when the energy is less than 150 keV, the relative changes can be more than 30%; in addition to the right lateral geometry, dose conversion coefficients of the ICRP 116 for females are higher than males; the energy from 30 keV to 200 keV, the relative changes of the left lateral geometry in radiation are more than 30%, the lower the energy, the greater the difference, the largest is more than 100%. The antero-posterior geometry radiation of the female breasts, the energy higher than 4 MeV, the relative changes are more than 50%. Conclusion Under different radiation conditions, the national standard is consistent with the results of ICRP 116, but when considering the type of reference phantom and reference persons' parameters, gender, secondary electron, incident photon energy and so on, the difference is obvious and the dose conversion coefficients of the GBZ/T144 need to make some adjustments.
Key words: Dose Conversion Coefficients    Mathematical Phantom    Voxel Phantom    Organ Doses    

外照射中,器官剂量DT与自由空气比释动能Ka之间的剂量转换系数,常用于计算人体的有效剂量、器官的当量剂量,其中DT不好直接测量,需通过剂量转换系数计算获得,因此转换系数的参考值在放射防护实践中至关重要[1]。ICRP第116号出版物(2010)的剂量转换系数是ICRP和ICRU联合首次应用代表成年参考男性、女性的官方ICRP/ICRU计算体模,并借助蒙特卡洛程序模拟人体内辐射输运获得[2]。GBZ/T 144-2002是我国用于光子外照射放射防护的剂量转换系数的现行标准[3], 至今未更新。GBZ/T 144的剂量转换系数是参考ICRP 74号出版物,应用程式化数学模型,借助蒙特卡洛程序模拟人体内辐射输运获得,其数据未区分性别。ICRP 116号出版物参考ICRP 89号出版物(2002)参考人,其考虑了亚洲人体特征;GBZ/T 144-2002参考ICRP23号出版物(1973)参考人,其仅考虑了西方人体解剖特征。鉴于西方人和中国人的解剖特征存在一定差异,推测利用代表不同人种参考人的器官剂量转换系数不同。因此本文将GBZ/T 144-2002和ICRP 116号出版物(以下简称ICRP 116)光子外照射剂量转换系数相互比较,总结部分主要器官或组织的剂量转换系数及相关因素,得出其中差异。

1 方法

GBZ/T 144-2002与ICRP 116均应用参考体模并结合蒙特卡洛程序模拟6种标准的全身均匀外照射几何获得数据。ICRP 116剂量转换系数参考ICRU 47号报告中单能光子Ka、光子注量Φ和照射量X之间的转换系数,先统一转换为DT/Ka,将GBZ/T 144中部分主要器官DT/Ka和ICRP 116再进一步比较分析,本文重点选取3个代表器官具体分析比较。

2 结果

GBZ/T 144提供了能量在0.01~10 MeV两性平均剂量转换系数推荐值,ICRP 116更新了能量在0.01~10000 MeV男性、女性的剂量转换系数推荐值。能量为0.01~0.02 MeV时,GBZ/T 144中部分器官剂量转换系数为0或未提供数值,本研究将肝、肺、女性乳腺能量在0.03~10 MeV的DT/Ka推荐值比较分析,结果显示DT/Ka随光子能量变化趋势相一致,GBZ/T 144的DT/Ka高于ICRP 116,ICRP 116女性DT/Ka高于男性,详见图 123

图 1 肝转剂量换系数的比较 注:AP-前后位照射,PA-后前位照射,LLAT-左侧位照射,RLAT-右侧位照射,ICRP出版物中描述的标准照射条件。

图 2 肺剂量转换系数的比较 注:AP-前后位照射,PA-后前位照射,LAT-侧位照射,ICRP出版物中描述的标准照射条件。

图 3 成年女性乳腺剂量转换系数的比较 注:AP-前后位照射,PA-后前位照射,ICRP出版物中描述的标准照射条件。
3 讨论 3.1 肝剂量转换系数比较分析

AP照射时,能量小于100 keV时,ICRP 116女性高于GBZ/T 144,相对变化在15%以内,ICRP 116男性低于GBZ/T 144,相对变化在12%~36%,能量越低相对变化越大;能量在0.1~10 MeV,ICRP 116女性、男性低于GBZ/T 144,相对变化均在15%以内。

LLAT照射时,ICRP 116女性、男性均高于GBZ/T 144,能量越低相对变化越高。与GBZ/T 144相比,能量为30 keV时,ICRP 116女性、男性相对变化均超过50%;能量在60~150 keV,ICRP 116女性、男性相对变化分别为52%~66%和32%~44%;能量在0.2~1 MeV,ICRP 116女性、男性相对变化分别为34%~49%和20%~29%;能量在4~10 MeV,ICRP 116女性、男性相对变化均在20%以内。

ICRP 116中除了RLAT照射以外,女性均高于男性。AP位照射时,能量为30 keV时,相对变化为52%;能量在60~150 keV,相对变化在20%以内。LLAT照射时,能量为30 keV时,相对变化为267%;能量在60~150 keV,相对变化为40%~67%;能量在0.2~1 MeV,相对变化为21%~38%;能量在4~10 MeV,相对变化在10%以内。

3.2 肺剂量转换系数比较分析

AP照射时,能量小于60 keV和高于1 MeV时,ICRP 116女性、男性均高于GBZ/T 144,相对变化在10%以内;能量在0.06~1 MeV,ICRP 116女性、男性均低于GBZ/T 144,相对变化在5%以内。AP照射时,ICRP 116能量在0.03~1 MeV,女性低于男性,相对变化在5%以内。

PA和LAT照射时,能量在0.06~1 MeV,116出版物男性、女性均低于GBZ/T 144,能量越低相对变化越大,能量小于80 keV,男性相对变化可超过30%。

3.3 女性乳腺剂量转换系数比较分析

AP照射时,能量在30~100 keV,ICRP 116女性低于GBZ/T 144,相对变化在3%~21%;能量在150~800 keV,ICRP 116女性高于GBZ/T 144,相对变化在5%以内;能量在1~10 MeV,ICRP 116女性低于GBZ/T 144,相对变化在6%~134%,能量高于4 MeV,相对变化超过50%。能量在30~100 keV,能量越低相对变化越大;能量在1~10 MeV,能量越高相对变化越大。

PA照射时,ICRP 116女性低于GBZ/T 144,能量为30 keV,相对变化为89%;能量60 keV~10 MeV,相对变化在20%以内。

3.4 器官剂量转换系数差异原因

GBZ/T 144参考数学体模,ICRP 116参考体素体模。数学体模未考虑次级电子,器官吸收剂量是以空气比释动能近似,ICRP 116认为AP照射能量高于1 MeV时,数学体模这种估算方式高估了表面器官乳腺的剂量,导致GBZ/T 144乳腺DT/Ka较高,这种估算方法是影响人体有效剂量的重要原因之一;本研究发现随入射光子能量变化,剂量转换系数也有变化,这是因为光子穿透能力取决于光子的能量,能量较低,大多数能量沉积体表组织,未能穿透体内深部组织、器官,光子能量升高,沉积体内组织、器官能量增多,所以能量较低或较高时剂量转换系数相对变化较大,这与梁萧[4]的研究相一致。临床影像诊断射线能量范围在几十keV到几百keV之间,放疗的能量在6 MeV左右,本研究发现在此能量范围内肝、乳腺剂量转换系数相对变化较大,因此本研究对放射诊疗中受检者肝、乳腺剂量的评价有重要参考价值。

体素体模,LLAT照射时对肝屏蔽作用较少,ICRP 116肝DT/Ka较大,AP照射时胸腔对肺有屏蔽作用,ICRP 116肺DT/Ka较小;数学体模,无手臂,LAT照射时高估肺的剂量,GBZ/T 144肺DT/Ka较大。刘倩倩[5]等认为体素体模相对于数学体模更能真实反映人体解剖结构及器官位置,模拟计算器官剂量更加准确。闫聪冲[6]等认为亚洲人获得较大剂量转换系数是因为亚洲人身高和体重相较于西方人较小,那么在剂量上,尤其针对单能光子的低能侧向照射,亚洲人体模型的剂量转换系数一般要大于西方人体模型。GBZ/T144和ICRP 116均参考ICRP参考人,肝质量没有变化,但是2007年国内发布GBZ/T 200-2辐射防护用参考人的肝质量小于ICRP参考人,这可能会引起剂量转换系数的改变,所以GBZ/T 144肝DT/Ka是否仍适用需继续研究探讨。

ICRP 116剂量转换系数女性高于男性,考虑女性身高和器官尺寸相较于男性整体较小,这与Junli Li[7]的研究结果相一致。体素体模AP照射时,女性乳腺屏蔽作用导致女性肺剂量转换系数低于男性,这与ICRP 116转化系数两性间变化趋势相一致。

4 结论

不同照射条件下,国家标准GBZ/T 144与ICRP 116出版物器官剂量转换系数的变化趋势相一致,但是当需要考虑参考体模类型及参考人参数、性别、次级电子以及入射光子能量等时,GBZ/T 144-2002与ICRP 116出版物差异较明显,应用现行国家标准GBZ/T 144时需要稍作调整,同时建议GBZ/T 144-2002及时更新。

参考文献
[1]
International Commission on Radiological Protection. Conversion coefficients for use in radiological protection against external radiation[R].ICRP Publication 74, Oxford: Pergamon Press, 1997.
[2]
International Commission on Radiological Protection. Conversion coefficients for radiological protection quantities for external radiation[R].ICRP Publication 116, Oxford: Pergamon Press, 2010.
[3]
中华人民共和国卫生部. GBZ/T 144-2002用于光子外照射放射防护的剂量转换系数[S].北京: 中国标准出版社, 2002.
[4]
梁潇, 刘春雨, 董良, 等. 中国女性参考人曲面模型的光子有效剂量转换系数计算[J]. 原子能科学技术, 2014, 48(S1): 780-785.
[5]
刘倩倩, 刘海宽, 陈波, 等. Voxel体素模型在辐射防护的应用和进展[J]. 中国医学物理学杂志, 2015, 32(5): 629-634. DOI:10.3969/j.issn.1005-202X.2015.05.004
[6]
闫聪冲, 邱睿, 刘立业, 等. 中国参考人数字体素体模及其在辐射防护领域的应用[J]. 清华大学学报自然科学版, 2012, 52(7): 911-916.
[7]
Junli Li, Rui Qiu, Zhan Zhang, et al. Organ dose conversion coefficients for external photon irradiation using the Chinese Voxel Phantom (CVP)[J]. Radiation Protection Dosimetry, 2009, 135(1): 33-42. DOI:10.1093/rpd/ncp087