表1
1999年, 河南发生了一起医用60Co源事故, 造成多人受到照射。我们用TLD(热释光探测器)法对其中的剂量进行了估算。TLD法需要人体体模、放射源等一系列专用设备, 不是所有测量单位都有这个条件, 而且放射源的使用还会对工作人员带来一定的辐射。因此, 我们编写了一套计算机程序, 能快速, 准确的估算辐射事故病人的剂量, 为病人的早期诊断带来益处。体模的散射修正系数对于不同的体模和不同的射线能量是不同的, 我们用TLD法测量的数据来拟合这些系数。
1 材料和方法 1.1 等效体模和剂量探测器(1) 体模使用四川成都东方科学艺术公司的等效体模。该体模的各项参数符合医用内照射剂量(MIRD)要求, 体模各部位都有数学方程, 可以用于理论模拟计算。其中, 头部被模拟成橄榄球状的椭圆球面方程与实际体模相差较大, 我们参考MIRD的头部体模数学公式, 将其头部公式模拟为椭圆柱方程[1]。
(2) 实验使用中国医学科学院放射医学研究所研制的LiF (Mg, Cu, P)热释光粉末探测器测量, 使用前经过多次筛选, 使其分散性达到要求。
(3) 实验仪器使用国产FJ-377热释光读数仪和国产FJ- 411退火炉; 放射源由北京双原同位素技术有限公司提供, 测量时源强7.03×108 Bq(19 mCi), 源活性区(d 1 mm ×1 mm)。
1.2 体模内辐射剂量的测量(1) 测量时模拟河南60Co事故中的受到照射的二个病人的实际情况。第一个病人情况:源放在国产60Co机的不锈钢“抽屉”里, 体模放在一张床上, 源在床长轴中心线的延长线上, 体模面朝上, 床高0.7 cm, 源与体模的头顶水平距离为1.50 m, 体模长轴与床长轴线平行距离为0.275 m, 体模头顶朝向源; 第二个病人情况:体模下肢朝向源, 源与头顶的距离为3.33 m, 体模长轴与床长轴线平行距离为0.375 m, 其他情况与第一种情况同。
(2) 测量时在体模上取128个有效测量孔来代表人体的各个重要器官, 将LiF粉末封装后放入这些孔, 用模拟源照射40h后, 经热释光读数仪读数后求各孔的平均值, 再扣除本底, 与照射2.58 ×10-5 C·kg-1(100 mR)的读数比对, 算出其照射量, 最后转换成吸收剂量。
1.3 体模内重要器官的理论计算因为体模离放射源的距离远大于源的活性区, 所以计算时将源模拟成点源。体模吸收剂量的算法原型来自Sievert剂量计算公式[2, 3]。
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(1) |
其中:
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公式中符号定义如下:
A是放射源活度(单位Ci), Γ是照射量率常数(对于60Co值为2.56×10-18C·m2/ kg); Wa/ e是单位电子电荷在空气中形成一个离子所消耗的平均能(33.97J/ c); (μen/ ρ)aw组织与空气的质量能量吸收系数之比(对于60Co值为1.102); r点源与测量点之间的距离; μeff, s, μeff, m是不锈钢“抽屉”和组织的有效线性衰减系数, 根据不锈钢材料组成和体模的材料数据体模μeff, s =0.421 cm-1, μeff, m =0.086 cm-1; si, mi是射线在不锈钢材料内和人体模型内经过的距离; SPR(mi)是射线在体模内经过距离为mi时散射线造成的剂量与原射线之比, 这里采用Webb和Fox公式[4] SPR (mi)=Ka·(μmi) Kb, 其中的系数Ka, Kb用MATLAB程序来拟合。
2 结果用MATLAB应用程序结合第一种情况下拟合出系数:
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将这两值代入公式(1)计算两种模拟情况下的各个点的值, 并计算出这些点代表的器官的吸收剂量, 具体结果列于表一。表中TLD剂量一栏的数据是从实验值中推算出的剂量, 公式(1)剂量栏的剂量由公式(1)算出, 相对偏差由(TLD剂量-公式(1)剂量) /TLD剂量得出。
3 讨论表 1左、右半边分别模拟两个病人的实际情况, 从它们的相对偏差的数值来看, 拟合出的Ka, Kb系数能反映散射的实际情况, 这说明使用Sievert公式编写的程序在方法上是可行的。但也有相对偏差超过10%的器官如甲状腺(11.6%)、食道(12.%)。从公式(1)中可以看出吸收剂量与点源与测量点间的距离r、射线经过不锈钢材料的距离si、射线经过体模的距离mi有关, 对于每一个测量点, 这三个值都在变化。造成相对偏差大的原因是mi, 这是由于体模的数学公式与体模的实际情况不是完全一致, 因此对每一个点理论计算时和实验测量时的mi值不一致, 特别是甲状腺, 由于体积较小, 数学表达式与实际的差异很大, 造成计算结果的不准确。si由于不锈钢“抽屉”的数学公式与实际情况完全一样, 其值在理论计算和测量时是一样的, r值也是如此。表中模拟情况二中器官的剂量总体上比模拟情况一小, 这是由于两种情况下源与测量点的距离r不同造成的。理论上如果体模的数学公式描述能与体模实际情况一致的话, 可以认为对于某种能量的射线和一种特定的体模, 有唯一的散射修正系数, 用它来计算事故剂量是可行的。
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表 1 体模在两种情况下的吸收剂量(10-5Gy) |
用计算机程序代替实际测量来估算辐射病人的吸收剂量能快速得到病人的剂量。我们得出了60Co在成都体模上的散射修正系数, 并编写了一个程序来计算60Co辐射病人的吸收剂量, 与实际测量的误差在可以接受的范围内。
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