医疗照射剂量的最优化是医疗照射防护三原则之一, 也是合理应用医疗辐射照射的重要内容^[1]。从深圳市对医用诊断X射线机投照剂量的普查结果可以看出, 在不同的放射科室之间, 对于同一类检查, 标准成年受检者的入射体表剂量(ESD)可相差10~ 20倍, 而且不论国产机还是进口机ESD值超过“国际电离辐射防护和辐射源安全的基本安全标准”(以下简称IBSS)中规定的医疗照射剂量指导水平的台机数, 均占相应台机数的36%左右^[2]。这种情况表明深入开展医疗照射剂量最优化的研究工作, 规范操作程序, 投照条件和暗室技术十分必要。

影响X射线诊断剂量的因素很多, 如管压和曝光量的组合, 滤线栅与暗盒的结合, 胶片与增感屏的组合, 暗室技术、照射野和胶片距(FFD)等, 笔者重点介绍管压的选择对受检查剂量影响的研究结果, 并以胸部和腰椎摄影为实例, 因为管电压选择的失当是目前造成超标机过多的重要原因之一。

1 管电压与入射和出射体表剂量的关系

根据X射线管工作原理, X射线管的输出辐射强度与管压的n次方和曝光量成正比。本课题组对岛津500 mA机和东方红200 mA机实测结果, 发现n介于2 ~ 2.5之间。现将1995年产岛津1250型500 mA机实测结果报道如下, 其中入射和出射体表剂量均在仿真人体模相应照射野的中心处测得。

1.1 入射体表剂量D_E和管压V_P的关系

(1)

式中V_P单位为kV; A为管电流, 单位为mA; t为曝光时间, 单位s。

1.2 出射体表剂量与管压关系

对于胸部投照, 出射体表剂量D_C为

(2)

对于腰部投照, 出射体表剂量D_L为

(3)

对于下腹部投照, 出射体表剂量D_p为

(4)

由式(1)~ (4)可导出入射与出射剂量比值与管压的关系, 对于胸部投照, 比值K_C为

(5)

对于腰部投照, 比值K_L为

(6)

对于下腹部投照, 比值K_P为

(7)

式(2)~ (7)中V_P°A°t定义和单位均为同于式(1)。由式(5)至式(7)可以看出, 若保持出射体表剂量不变, 则入射体表剂量将以V_P^-1.6的速度而降低。众所周知, 摄影负片的黑度与出射体表剂量有关, 换言之, 在保证得到相同质量负片条件下, 提高管压可使入射皮肤表面剂量大幅降低。

2 器官剂量转换系数与X射线半价值的关系

附图示出了胸片PA、腰椎AP和腹部AP的摄影时, 主要器官剂量转换系数与X射线半价值的关系。数据取自国际“X射线诊断中受检者器官剂量的估算方法”(GB T16137— 1995) ^[3]。投照参数为:胸片PA焦片距183 cm, 射野35.6 cm×43.2 cm; 腹部AP焦片距102 cm, 射野35.6 cm ×43.2 cm。

由图 1可以看出, 各器官剂量转换系数C_T, 近似与X射线半价层HVL成直线关系, 腺体C_T斜率稍大于软组织斜率, 随HVL增大, 所有C_T斜率都稍许增大。

表 1列出了岛津机管压Vp与输出X射线HVL的测定结果, 其中总过虑厚度为2.2 mmAL。

由表 1可以看出管压与半价值基本上成直线关系, 因此器官剂量转换系数CT与管压近似为正比关系。

3 有效剂量与管电压的关系

根据ICRP 60号出版物进行有效剂量计算

(8)

式中W_R为辐射权重因子, 对于X射线W_R =1; W_T为组织权重因子; D_T为器官剂量; C_T为器官剂量转换系数; K_E为入射体表剂量; C_E为有效剂量转换系数。

由式(8)可以看出, 若保持增感屏入射面剂量为一常数, 即保证负片黑度分布一样, 则受检者有效剂量将随高压升高而成幂指数下降。表 2列出了不同管压下胸片PA和腰椎PA的部分实测结果。投照条件为胸片PA焦片距180 cm, 射野33 cm × 25 cm。表 3列出了胸片负片主要解剖学位置平均黑度测定结果。

由表 2和表 3数据可以看出, 在保持增感屏剂量大致相同时, 可获得黑度分布大致相同的负片。入射体表剂量和有效剂量随高压升高而降低。且前者的降低速度大于后者, 如胸片, 高压从68kV增高105kV, 入射体表剂量降低了50%, 但有效剂量仅降低了23%, 和理论预测的完全一样。因此提高管电压确实是减少受检者剂量的有效方法。

4 负片对比要求对管压的选择的制约

受检者剂量并非医疗照射剂量最优化唯一考虑的因素, 其前提是摄影负片必须能提供足够的和清晰的诊断信息, 优化剂量值应是两者的折中结果。

低压摄影(50 ~ 80 kV)虽使受检者受到较大剂量, 但是对于空气到骨骼的各类组织均能给出适当的对比度, 影像黑度比较均匀地分布在0.3 ~ 3.0之间(俗称黑片); 而高压摄影(100 ~ 250 kV), 由于射线穿透力强, 皮肤和器官剂量均减少, 使影像黑度向低端压缩(俗称白片), 对比度降低, 对某些组织的诊断如骨骼可能造成一定困难。因此要根据诊断目的选择合适的管电压。国际上通用的原则是^{[4, 5]} :对于空气和钡造影检查、胸部检查等采用高管压和厚过虑; 对于骨检查、碘造影和某些胸部检查用低压摄影; 对于产科检查条件介于上述两者之间。

在我国, 由于国产医用X射线机的X射线管质量长期不能大幅提高, 额定最高管压仅为125kV左右, 放射科医师为延长X射线管寿命采用低压摄影, 习惯于看黑片, 如胸部摄影和荧光检查管压一般采用60 ~ 75 kV左右, 使受检者受到了一些不必要的过高剂量照射。近20年来随着国民经济高速发展, 大批进口医用X射线机涌入各级医院, 如深圳市目前进口机已占总数的70 %左右, 但放射医师的操作习惯仍未改变, 使先进设备的优越性不能充分发挥, 这是造成超标机百分数过大的原因之一。另外, 在各类X射线检查中, 胸部检查年频数最高, 约占X射线年检总数的60%~ 70%左右; 在医用诊断X射线剂量中, 胸部检查和胃肠造影的集体剂量名列前茅, 而这两类检查都适宜高压条件。在X射线影像诊断技术领域开展受检者剂量优化的研究工作和推广工作十分必要。