近年来, 随着先进的X射线诊断, 以及心血管造影术、血管成形术的更新和普及, 放射介入治疗广泛开展。而在心血管造影术、血管成形术等精细手术中, 医学放射学工作者须长时间曝露在X射线场中工作。若机体在较长时间内连续或间断受到X射线照射且达到一定剂量时, 组织中的细胞被电离辐射灭活, 从而引起以造血组织损伤为主的放射性损伤, 甚至导致白血病, 皮肤癌等。当眼睛长期受到超剂量辐射时, 会引起晶状体病变, 发生放射性白内障。在这种发展趋势下, 如何进行射线防护, 显得尤为重要。

1 屏蔽材料的屏蔽机理

屏蔽材料对电离辐射的屏蔽作用是通过材料中所含吸收物质对电离辐射的吸收完成的。物质对射线的吸收大体以下述两种方式进行, 即能量吸收和粒子吸收。能量吸收以射线与物质粒子发生弹性和非弹性散射方式进行, 如康普顿散射。能量吸收的大小与吸收物质原子序数的4次方呈正比。当物质与高能射线作用时, 能量吸收占主导地位。粒子吸收以射线粒子与物质的原子或原子核发生相互作用方式进行, 如光电效应。决定物质粒子吸收能力的主要因素为该物质原子的K层吸收边(K absorption edge)位置, 即取决于物质的K层吸收是否覆盖射线的能量或能谱。对低能X射线, 物质的L层吸收也起一定作用。当物质与中能和低能X射线作用时, 粒子吸收占有重要地位。

传统的医用屏蔽材料为铅, 铅的原子序数为82, 具有良好的能量吸收特性, 是一种用以屏蔽高能电离辐射的理想材料。从粒子吸收特性看, 铅对能量高于88.0 keV和介于13.0 keV至40 keV之间的电离辐射有良好的吸收能力, 但对能量介于40 keV至88.0 keV之间的电离辐射存在一个粒子吸收能力薄弱区域(即铅的“弱吸收区”), 因此将铅作为唯一吸收物质所制成的防辐射材料, 其缺陷是显而易见的^[1]。近年来, 有关研究人员开始尝试填加钡、镉、锡、镧系等金属元素, 以弥补铅的这一缺陷。他们采用混合镧系元素作为弥补铅弱吸收区的吸收物质, 具有射线吸收性能好、重量轻、价格低、化学性能稳定等优点。

2 医用射线防护材料的分类及特征

医用射线防护材料按使用场合分为透明材料和不透明材料。其中透明射线防护材料主要以防辐射有机玻璃为主。防辐射有机玻璃多用于放射线室的观察窗、牙科放射线的屏蔽室、心血管造影床旁的防护挡板及屏风等。不透明射线防护材料一般为铅屏蔽材料, 但由于铅板重量较重, 且质地软、具有蠕动性和较大的毒性, 近年来国内外相继开展了复合屏蔽材料的研究, 如用于X射线防护室的玻璃钢类复合防辐射材料、制作X射线防护服的防辐射纤维等。

2.1 有机透明防辐射材料

放射线室的观察窗、牙科放射线的屏蔽室、心血管造影床旁的防护挡板及屏风等多采用有机透明防辐射材料制成。在进行心血管造影诊断和介入治疗时, 正确使用射线防护装置, 可以使射线对人身体的辐射伤害降到最低(表 1)。有机透明防辐射材料以防辐射有机玻璃为主。防辐射有机玻璃主要采用甲基丙烯酸甲酯(MMA)与铅、钡、锌、镉等金属氧化物反应制备甲基丙烯酸金属盐, 再将该有机金属盐与MMA聚合制成防辐射有机玻璃^[2~4]。目前使用较多的防辐射有机玻璃主要是含铅有机玻璃。美国、德国、日本等国家防辐射有机玻璃的研究工作开展较早, 已形成批量生产, 国内此类产品主要从上述国家进口。

2.2 X射线防护服

早期的医用X射线防护服一般以铅为屏蔽材料, 由于其重量较重, 质地较硬, 往往使医学放射学工作者背部、腰部肌肉十分劳累, 甚至受到损伤。近年来, 有关研究人员开始尝试填加镧系等金属元素, 以弥补这一缺陷。他们采用混合镧系元素或它们的化合物的细颗粒, 通过将上述细粒与载体材料(塑料或橡胶)均匀揉合在一起, 并采用塑料或橡胶加工方法将其热压成型, 制成一定厚度的软板, 以便进一步制作成防护服等防护用品。

目前新开发研制的X射线防护服由防X射线纤维制成。防X射线纤维是指对X射线具有防护功能的纤维, 是利用聚丙烯和固体X射线屏蔽材料复合制成的。由聚丙烯为基础制成的防X射线纤维可制成具有一定厚度的非织造布, 对中、低能量的X射线具有较好的屏蔽效果^[5]。介入放射治疗的医务工作者穿上X射线防护服可以减少X射线对身体器官(如性腺、乳腺、红骨髓等)产生的伤害。

2.3 复合防辐射材料

传统的X射线防护室、防护屏多由铅板制成, 由于铅板质地软、具有蠕动性和较大的毒性, 给防护器材的加工和使用带来诸多不便。复合防护材料是以铅、钨、钡的化合物按一定的比例配合而成的复合物, 另加耐辐射、抗老化的不饱和聚酯树脂作为成型材料, 以粗纱和玻璃纤维布作为增强材料, 在常温下固化成型^[6]。这种材料与传统的铅板制品相比较, 其衰减曲线好、造价低、成型性好、散射小, 可广泛用于临床诊断X射线的防护。

随着辐射技术的不断进步, X射线介入诊断和治疗将为广大患者带来更大福音, 医用防辐射屏蔽材料将成为今后新材料开发研究的一个重要领域。