随着X射线在医学上的广泛应用, 给人类带来了巨大的医疗效益的同时, 也伴随一定的危害。当今, 世界人口所受到的人工辐射照射中, 医疗照射居于首位。随着医用X射线机的迅速普及, X射线机的辐射危害也受到广泛的关注, 医院的X射线机机房的建设、屏蔽设计, X射线机的使用管理都必须在卫生监管部门的监督下进行^[1]。因此, 探讨医用诊断X射线机建设初期的屏蔽设计、应急方案及放射防护管理措施对开展X射线机工作具有重要意义。本文依托医用X射线机建设项目预评价的要求, 从个人剂量限值入手, 比较不同屏蔽层厚度计算公式的优缺点, 并分析各种方法的适用特点。

1 医用X射线机概述

X射线是由带电粒子在原子核库仑场中慢化(轫致辐射X射线)或原子电子能级改变(特征X射线)而产生的电离辐射。它具有很高的穿透本领, 能透过许多对可见光不透明的物质, 如墨纸、木料等。目前, 医院常用的X射线机包括:数字化X射线摄影系统(DR)、数字减影血管造影(DSA)、计算机X射线摄影(CR)和X射线透视机等。

X射线机处于工作状态时, 在辐射场中有三种射线。即从X射线管防护套射出的漏射线, 从X射线管窗口射出的有用射线, 以及这些射线经过散射体后产生的散射线。在不同的X射线管电压下, 产生的剂量也不同, 对人身造成的伤害也是不一样的。介入诊疗过程中X射线机曝光量大, 时间长, 工作人员位于患者的床侧, 距离照射野和散射体近, 身体各个部位均可能受到不同程度的辐射, 导致其接受的辐射剂量偏高。在各类医用诊断X射线机运行过程中, 因预置条件不当, 发生误操作事件比如防护门未关﹑受检者未按要求穿戴个人防护用品等, 可能会导致相关人员受到不必要照射。

2 医用X射线机的屏蔽设计及防护措施 2.1 工作场所布局、分区与分级

所评价医院新建X射线机项目的所有机房均布置在原外科病房大楼一层。位于各机房上方的房间则用作各自的病房、办公室、候诊室、配制室等。大楼有地下室, 用作水池、泵房、设备房、仓库等。机房设置在底层, 选址符合要求。受检者通道与工作人员通道分离; 牙科机有单独机房, 其他各机房建筑面积均不小于24m²; DSA工作场所设置了工作人员更衣间、洗手清洁间和病人专用准备区, 并在机房内设置了放置导管的壁橱。机房平面布局见图 1, 其布置面积符合要求^[2]。

2.2 医用X射线机屏蔽设计

本项目共有7台设备, 其中1台DSA, 1台牙科全景机, 1台钼靶机, 1台移动式拍片机, 其他均为普通X射线机。

2.2.1 常用辐射屏蔽的计算方法与步骤

屏蔽计算中, 应该考虑X射线管管电压、管电流、投照时间、参考点离源距离, 剂量限值等因素, 求得透射系数, 再通过相应的图表查得相关材料的屏蔽厚度^[3]。本项目防护设施所需屏蔽材料厚度可通过下列公式进行计算。

2.2.1.1 初级射线的屏蔽计算

(1)

式中: B为透射参数(mSv·m² /mA·min); r为辐射源到参考点的距离(m); W为周工作负荷(mA·min /week); U为使用因子; P为周剂量控制参考值(mSv /week); T为居留因子。依据此公式算出透射参数后, 从《放射防护实用手册》上查对应的图表, 求出所需的屏蔽材料的厚度^[4]。也可以采用查TVT方法, 用公式Δ = TVT·lg(B^-1)求得^[5]。

2.2.1.2 泄漏辐射的屏蔽防护计算

(2)

式中: N_TVT为相应屏蔽泄漏辐射透射的十分之一值厚度数; W'为离源1m处漏射辐射空气比释动能率(mSv /week)。根据公式(2)算出的是达到该透射比所需十分之一值层的个数n, 从相关表中查得相应屏蔽材料的十分之一值层厚度d_1/10, 再用d_l = n·d_1/100求出屏蔽漏射线所需的屏蔽厚度。

2.2.1.3 散射线的屏蔽防护计算

(3)

式中: r_s为病人受照体表到辐射源的距离(m), 一般取0.5 m; r’为参考点到病人受照体表中心的垂直距离(m); a为病人体表照射面积(cm²), 可取400cm² (牙科病人取100cm²); S为散射比值。

2.2.1.4 次级屏蔽层厚度的确定

次级屏蔽层是用来屏蔽泄露射线和散射线的, 需要综合考虑屏蔽泄露射线和散射线的计算结果后, 才能确定最终的屏蔽层厚度。

2.2.1.5 实地调研后参数的选择

X射线机机房的设置必须充分考虑周围的辐射安全, 有用线束照射的方向应尽可能避开防护门窗的位置。考虑到本项目中X射线机安装方式尚未确定, X射线投照方向也未明确, 为今后安装方便和医院的发展需要, 机房墙体均按主防护墙的要求来设计^[6]。防护门、观察窗、通风窗均按次级射线的屏蔽要求来设计。射线装置中心距四周墙壁均取2.0m, 距顶棚取2.5m。剂量控制限值P:公众活动区取0.25mSv /a, 即0.005mSv /week, 放射工作人员活动区取2mSv /a, 即0.04mSv /week; 为计算屏蔽需求, 都取剂量限值0.02mSv /week来计算。居留因子T和使用因子U均取1, 距X射线管焦点1m处漏射辐射空气比释动能率取标准规定限值1mSv /h。对于管电压大于120kV的X射线机, 十值层计算结果还需加上一个HVT。确定上述参数后, 采用十值层计算方法和查图表法得来的结果见表 1。

由表 1可以看出即使2种方法计算得来的铅厚度一致, 砼的厚度层却不一致。由此可见精度差异会导致在厚度计算时有很大的差别, 这就迫切需要一种模型来消除这种人为的精度带来的偏差。因此, Archer等人在国际辐射防护委员会报告中, 提出了下面的求解方法。

2.2.2 Archer提出的屏蔽计算方法和步骤

对于一个可接受的屏蔽厚度(x_barrier), 无论初级屏蔽还是次级屏蔽, 以下给出的宽束透射函数表达公式都通用。

(4)

式中: d为屏蔽居留区参考点距X射线源距离(m); K¹为距X射线源1m处患者的未屏蔽的平均空气比释动能(mGy /患者); N为每周接受X射线检查的患者预期数目。

则屏蔽层厚度的计算公式为:

(5)

式中: x_barrier为某一屏蔽材料的屏蔽厚度; α, β, γ为宽束X射线通过屏蔽材料透射的数学模式中拟合参数。

2.2.2.1 级屏蔽厚度的计算

初级辐射屏障的计算式为:

(6)

求某一材料的屏障的厚度x_barrier, 将已知的P、T、d_p、K_p¹、U、N和某一材料的α, β, γ代入公式(6)可求x_barrier值。

2.2.2.2 次级屏蔽厚度的计算

次级辐射屏障的计算式为:

(7)

该公式的使用方法与式(6)一致。

2.2.2.3 屏蔽厚度计算时的参数取值

不同的X射线机需考虑的屏蔽类型不同:全景机考虑次级辐射, 钼靶机考虑次级辐射, DR考虑初次级辐射, DSA考虑次级辐射, 固定拍片机考虑初次级辐射, 移动拍片机考虑初级辐射^[7]; 在选取适合的参数之后, 由Archer的屏蔽计算方法计算得到的结果见表 2 (注: “—”为不考虑屏蔽)。

2.2.3 计算结果分析

屏蔽计算的核心是将公众及工作人员的剂量控制在国家标准规定的限值内。摄影机房中有用线束朝向方向应有2mm铅当量, 透视机房中有用线束朝向方向应有1mm铅当量, 两种计算结果都能满足。比较两种方法可知, 第一种计算方法计算得到初级射线的屏蔽厚度比第二种计算得到的结果偏高, 这主要是因为:具体的数值无法得到, 计算时采用的往往是经验法、类比法, 再加上辐射防护的三原则的指导, 充分考虑到人身的安全, 计算的屏蔽层厚度偏高。由于医院的特殊性, 大概估计得到的偏高屏蔽层也符合防护的最优化原则。在没有具体的调查结果情况下, 采用第一种计算结果往往很实用。如果是在得到患者具体的检查科目及人数的情况下, 采用第二种方法, 往往可以减少成本, 对小医院尤其适用。

2.3 其他防护安全的设施 2.3.1 警示标志

为防止X射线机在运行过程中其他人员误入机房, 产生不必要的照射, 应在受检者候诊区醒目的位置及受检者防护门处设置电离辐射警示标志, 并在候诊门上方安装工作指示灯, 确保指示灯有效工作。

2.3.2 通风

X射线与空气作用会产生少量臭氧、氮氧化物等有害气体, 加强通风有利于改善工作场所空气质量。

2.3.3 个人的防护用品

为了减少受检患者的受照剂量, 应遵循基本标准提出的医疗照射指导水平, 开展相应的放射诊疗工作。同时应根据不同照射方式, 对受检患者非投照部位采用相应防护用品加以保护, 特别要注意对性腺、眼晶体、乳腺及甲状腺等敏感组织器官的防护。相关诊断X射线工作场所均应配置性腺防护裙、阴囊和卵巢屏蔽器具及铅眼镜等防护用品。

2.3.4 管线布设

X射线机房与控制室操作台之间的各种电缆管线, 室内部分以地沟形式在地坪以下部位布设, 控制室与机房相连的电缆管线尽量以“U”形从墙体下方穿越墙体^[8]。

2.3.5 机房大门

机房大门为推拉式, 机房门必须与门洞每边有10cm宽度重叠, 机房内门必须与衬铅门框有一定宽度的搭接重叠, 与墙体间距小于lcm, 防止X射线泄漏。

3 结论

本文重点探讨了不同屏蔽计算方法得到屏蔽层厚度, 比较两种屏蔽层厚度并与《医用X射线诊断卫生防护标准》 (GBZ130-2002)提出的厚度层比较, 可以知道屏蔽层厚度都符合国家标标准, 所以在实际操作中可以适当选用。然而在实际的工作中, 发现即使在相同电压, 相同管电流时间积的情况下, 每台机器的出线束的剂量相差会很大, 因此很有必要对每种方法的采用背景做一个系统的总结, 综合两种方法可以得到以下结论:

(1) 在不确切知道将使用机器的型号但是知道将采用的电压的情况下, 可采用第一种方法。当工作负荷低于额定电压(小于等于80kV)时采用500mA·min /week, 高于额定电压(大于80kV)时采用1000 mA·min /week。该方法计算得到的结果虽然偏于保守, 却能最大程度上保证公众和工作人员的安全。

(2) 在知道将采用的机器型号的情况下, 由每台仪器的剂量限值, 可以计算得到工作中采用的工作电流, 然后得到计算使用的工作负荷, 这样得到的结果更贴近实际使用。

(3) 第二种方法由于采用了美国等国家在实际使用中测得的剂量, 对于每一种仪器都有相关的剂量分布数据, 具有很大的指导作用。但是由于美国等国家每周实际的检查人数往往比我国少很多, 所以即使屏蔽层厚度偏小, 也能保证工作人员的累积剂量不超标。因此, 有必要对我国的仪器使用情况做统计和分析。