尿素¹⁴C药物广泛应用于幽门螺杆菌诊断^[1-4]。ICRP80号报告^[5]给出了此种药物对人体内照射各器官吸收剂量和待积有效剂量的换算系数。针对中国人的尿素¹⁴C剂量换算系数研究长期处于空白状态。本文针对这一研究空白，利用FLUKA^[6]和Flair^[7]模拟了尿素¹⁴C内照射的吸收剂量，计算出适用于中国人的口服尿素¹⁴C药物的剂量转换系数。

1 模型与方法 1.1 中国参考人体模

利用中国男性参考人体素模型（CRAM），研究中国人口服尿素¹⁴C药物的剂量转换系数。CRAM体模已经在辐射防护领域得到应用^[8-12]，本研究使用成年男性体模高度为1.70 m，重量为60 kg，体模内有103个组织/器官，模拟计算时每种组织器官或内容物的定义包括其元素组成、位置坐标、体积质量等数据。

1.2 模拟辐射源项

根据ICRP80号报告^[5]，F_s表示分布到某组织或器官中放射性药物¹⁴C的比例，$ \dfrac{{A}_{\mathrm{s}}}{{A}_{0}} $表示放射性药物¹⁴C在某组织或器官中累积活度（A_s）与初始摄入活度（A₀）的比值。幽门螺杆菌阴性和阳性人群，口服¹⁴C标记的尿素药物后，全身各器官F _s和$ \dfrac{{A}_{\mathrm{s}}}{{A}_{0}} $见表1所示。由表1可见，服药后¹⁴C主要分布在胃内容物、除去内容物的全身组织器官、膀胱（包含膀胱内容物）、骨皮质、骨松质和除骨之外的其它组织器官等6类源器官。

由于CRAM中组织、器官可划分为以上6类源器官，因此，在FLUKA程序中，可编写辐射源程序source.f，设置¹⁴C药物在上述6类源器官中衰变。

1.3 模拟记录

在CRAM模型中每个器官或组织对应一个复合型几何区域，每个几何区域由若干体素组成。利用FLUKA 中usrbin记录每个器官或组织¹⁴C衰变所致各靶器官的吸收剂量。本研究模拟了以上6类源器官，每个源器官模拟6次，每次模拟一千万次¹⁴C衰变，共计6 × 10⁷衰变。模拟时未使用加权等减方差方法。

1.4 不同体积膀胱吸收剂量模拟

为了考虑膀胱体积不同所致剂量的不同，本文研究了膀胱不同体积下，¹⁴C衰变所致膀胱的吸收剂量。考虑到¹⁴C β衰变电子的连续减速近似射程（CSDA range）只有4 μm左右，膀胱壁厚度在毫米量级，膀胱中的¹⁴C β衰变电子难以穿出膀胱。同样的，其它组织器官内的¹⁴C衰变辐射难以穿入膀胱。因此，忽略其它组织器官对膀胱的照射，只考虑膀胱内¹⁴C衰变所致膀胱吸收剂量，按照文献[13]的方法，建立不同体积的球形膀胱及内容物的简化几何模型。内容物体积分别为1、100、200、300、400、500 mL；膀胱壁体积参考CRAM中的膀胱壁体积为48 cm³。简化模型对应位置的元素组成按照中国参考人体素模型中的膀胱壁和内容物元素组成设置。该模型的几何参数见表2。

1.5 剂量转换系数计算

FLUKA模拟结果是每次¹⁴C衰变的吸收剂量，ICRP80号报告中的剂量转换系数是口服每1MBq ¹⁴C尿素药物后的器官吸收剂量。为了和ICRP80号报告的剂量转换系数比较，需要把FLUKA模拟结果乘以源器官内的¹⁴C衰变活度$ \dfrac{{A}_{\mathrm{s}}}{{A}_{0}}\times {10}^{6} $，即

$\begin{aligned} & \mathrm{口}\mathrm{服}\mathrm{每}{1\;\mathrm{M}\mathrm{B}\mathrm{q}}^{14}\mathrm{C}\mathrm{尿}\mathrm{素}\mathrm{的}\mathrm{吸}\mathrm{收}\mathrm{剂}\mathrm{量}={\mathrm{每}\mathrm{次}}^{14}\mathrm{C}\mathrm{衰}\mathrm{变}\mathrm{的}\\ & \mathrm{吸}\mathrm{收}\mathrm{剂}\mathrm{量}\times \dfrac{{A}_{\mathrm{s}}}{{A}_{0}}\times {10}^{6}\\[-10pt] \end{aligned}$

(1)

上式中$ \dfrac{{A}_{\mathrm{s}}}{{A}_{0}} $来自表1，系数$ {10}^{6} $是为了将结果归一化到1 MBq尿素¹⁴C药物。

2 结　果

选择胃、膀胱、结肠、心脏和肌肉共5个典型靶器官开展研究，其中胃和膀胱是尿素¹⁴C药物主要分布的器官，结肠（心脏）是离膀胱（胃）比较近的器官，肌肉主要代表其它没有列出的靶器官。选择胃内容物、膀胱（含内容物）、骨皮质、骨松质、其它组织器官、全身（除内容物）共6个辐射源项，其¹⁴C β衰变所致5个靶器官的吸收剂量如表3所示，表中误差来源于FLUKA模拟的统计误差，绝大部分靶器官的吸收剂量统计误差远小于1%。部分靶器官由于远离源器官，因此吸收剂量较小，统计误差较大，但这部分靶器官的吸收剂量误差对剂量转换系数贡献很小。

2.1 膀胱内¹⁴C衰变所致膀胱的吸收剂量

不同膀胱内容物体积情况下的膀胱壁吸收剂量如表4所示，与表3中膀胱壁吸收剂量的对比如图1所示。图中蓝色点是简化几何模拟结果。采用函数$ \mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)= \dfrac{a}{x + b} $拟合简化集合模拟结果，如蓝色虚线所示，拟合的$ {\mathrm{R}}^{2} $值是0.9999993，说明拟合函数形式合理可靠。CRAM模拟的吸收剂量值（橙色点）与拟合曲线差别很小。由拟合函数可算得其平均值为1.11 × 10⁻⁵ GeV/¹⁴C衰变，即是膀胱壁平均吸收剂量是1.11 × 10⁻⁵ GeV/¹⁴C衰变。相比表3，利用固定体积的膀胱及内容物体模计算得到的吸收剂量值1.67 × 10⁻⁵ GeV/¹⁴C衰变减小约34%。这个差别体现了膀胱内容物体积变化的效应，可用作估计由于器官体积差异引起的误差。

2.2 剂量转换系数

由公式1）和表3中数据可以计算各器官的剂量转换系数，结果见表5。表中膀胱的剂量转换系数有两个，括号外的系数是利用表1中膀胱的吸收剂量1.67 × 10⁻⁵ GeV/¹⁴C衰变算得；括号内的系数是考虑膀胱体积效应，用1.11 × 10⁻⁵ GeV/¹⁴C衰变算得。由于除胃和膀胱之外的¹⁴C分布较为均匀，假设除膀胱、胃之外的组织器官的剂量转换系数相同，即阴性情况其它组织器官的剂量转换系数是0.029 mGy/MBq，阳性情况是0.078 mGy/MBq。结合ICRP2007年建议书^[14]中的组织权重因数（见表6）和如下加权求和公式

$ \mathrm{待}\mathrm{积}\mathrm{有}\mathrm{效}\mathrm{剂}\mathrm{量}=\sum _{T}{\omega }_{T}\times \mathrm{器}\mathrm{官}T\mathrm{的}\mathrm{剂}\mathrm{量}\mathrm{转}\mathrm{换}\mathrm{系}\mathrm{数} $

即可计算出待积有效剂量转换系数。阴性情况是0.041（0.037）mSv/MBq，阳性情况是0.082（0.081）mSv/MBq，见表5。

3 讨　论

蒙特卡罗方法在射线与物质作用、辐射剂量研究中得到广泛应用^[15-17]。本研究首次利用中国参考人体模模拟的尿素¹⁴C药物对各器官吸收剂量和待积有效剂量的转换系数。相比ICRP80号报告^[5]，本研究得到的大部分转换系数和ICRP80号报告差别不大。除膀胱之外，阴性情况的各器官吸收剂量转换系数相比ICRP80号报告偏高20%，阳性情况偏高4%。由于膀胱体积变化效应，本工作中对膀胱的两种估计方案的差别可视作一项重要的系统误差来源。阴性情况的膀胱吸收剂量转换系数是0.22±0.10，阳性情况的转换系数是0.15±0.03。该结果和ICRP80号报告值在统计涨落范围内。

同样，考虑膀胱体积效应后，阴性情况的待积有效剂量转换系数是0.037 ± 0.004，阳性情况的系数是0.081 ± 0.001。相比ICRP80号报告值也在统计涨落范围内。考虑到本工作和ICRP80号报告使用的是完全不同的体模，这样的差别并不显著。

下一步我们将会继续模拟口服尿素¹⁴C后其他靶器官的吸收剂量，得到所有器官的吸收剂量和待积有效剂量转换系数。同时更细致地研究膀胱等体积可变器官的模拟方案，得到更准确可靠的转换系数。