某三甲医院的PET-CT机房未按要求进行施工建造, 机房顶棚的厚度为普通病房的顶棚设计厚度, 无法满足PET-CT检查的防护要求。PET-CT机房在正常运行状况下, 机房顶棚上方存在射线泄漏, 导致二楼(即顶棚上方)的体检中心医务人员接受到不必要的辐射剂量, 使之产生心理负担。为保证该PET-CT机房的防护屏蔽效果合格, 使医务人员免受不必要照射, 同时满足放射工作人员(5 mSv /a)和关键公众人群组(0.3 mSv /a)剂量目标管理值的要求, 提出正当、合理的防护改造方案。

1 改造项目基本情况 1.1 辐射源项

PET-CT检查中使用的是放射性核素¹⁸F, 其主要有关参数如表 1所示^{[1, 2]}

检查前, 将正电子示踪剂(¹⁸F-FDG)注入受检者体内^[2]。正电子示踪剂在体内释放出正电子(β⁺), 正电子与体内的负电子发生湮灭反应, 同时释放出两个方向互为180°的能量为511 keV的γ射线, 为PET -CT机房防护中的主要源项。其射线强度与受检者服药的活度有关, 一般受检者服用的正电子示踪剂中¹⁸F活度不超过555 MBq。

1.2 PET-CT机房

如图 1所示为一楼PET-CT机房平面布置图, 一楼PET-CT机房涉及的放射性工作场所为候诊室1和2、注射室、取药室和PET-CT检查室以及卫生间, 二楼体检中心所居留的医务人员属公众人群组, 一楼顶棚(即二楼地板)屏蔽厚度为9 cm厚的现浇混凝土(密度为2.35 g /cm³), 未经过严格的防护设计, 需进行改造。

2 改造方案设计 2.1 改造思路

根据PET-CT检查的工作流程(图 2), 可知受检者注射完放射性核素¹⁸F后变成"体源", 在候诊室至卫生间范围内移动, 注射后受检者放射性强度最大, 之后受检查者在候诊室休息30 min左右, 再进入PET-CT检查室进行扫描, 由于核素相对均匀地分布于人体全身, 强度相对于开始注射时较弱。

所以, 依据辐射防护最优化原则, 在改造方案的设计中, 考虑将二楼地板改造分为两个区, 一个是高辐射区A区(图中为一楼虚线框内对应的二楼区域), 另一个属中辐射区B区(图中为一楼实线框内对应的二楼区域), 并根据不同辐射区域内可产生的最大剂量率值分别进行屏蔽厚度计算, 提出改造设计厚度。

建设单位要求经改造后的二楼地面应保持平整, 如表 1所示, 选择防护材料半值层厚度最小的铅作为屏蔽材料比较合理; 施工时, 可打毛二楼地面原有混。凝土, 铺上新的混凝土, 将铅板覆盖于新混凝土表面上, 使其与混凝土融合。对机房的改造设计应留有一定的安全余量, 考虑受检者可能注射的最大药剂活度的屏蔽防护需求。

2.2 理论计算

通过理论计算, 确定改造方案中所使用屏蔽材料的厚度, 使防护改造在保证防护效果的同时, 也使用材料最节省。计算时, 采用半值层法和拟合公式法计算, 得出两组结果, 进行对比, 取屏蔽厚度较大值。

2.2.1 半值层法

表1中列出了¹⁸F产生的射线对铅的半值层厚度, 则可利用下列公式计算屏蔽厚度:

(1)

式中:△Pb为屏蔽材料铅所需厚度, cm; K为射线的衰减倍数; HVT屏蔽材料铅的半值层厚度, cm。

2.2.2 拟合公式法^[3]

¹⁸F与人体作用产生的0.511 MeV光子在铅中的透射因子由Donglas Simpkin用蒙卡方法计算出, 并由Archer将其拟合为计算式:

(2)

式中:X为屏蔽材料所需厚度, cm; B为屏蔽透射因子; α、β、γ如表 2所示。

2.2.3 计算结果与分析

根据辐射防护的目的以及公众的心理承受能力, 计算时以参考点的剂量率为准, 剂量率控制值为1 μSv /h(按照该剂量率换算所得的年剂量符合上述的剂量目标管理值)。另外, 针对A区和B区源项特点, 从辐射防护最优化角度考虑, 计算时A区源项取555 MBq¹⁸F点源, ¹⁸F剂量率常数为0.143, 可计算出其1 m处的外照射剂量率为79.4 μSv /h; 而B区源项主要为服药后休息30 min的受检者(体源), 笔者现场对受检者体表 1 m处的剂量率进行测定, 其最大值为32.6 μSv /h。最后, 取二楼地面上方50 cm处作为参考点, 受检者离参考点的垂直距离大约为2 m, 可计算出所需要增加铅板的透射因子或衰减倍数的结果如表 3所示。

根据表 3中的计算结果, 可知采用的半值层法和拟合公式法计算结果比较一致, 计算出改造A区、B区所需的铅板厚度分别为13 mmPb和7 mmPb。

3 放射防护效果验证监测 3.1 仪器

JB 4000A X、γ辐射仪, 上海精博公司生产, 经上海市计量测试中心检定, 校正因子为1.01。

3.2 方法

仪器探测器灵敏体积中心置于距二楼地面50 cm处, 对二楼对应的A、B区域均匀布点测量, 每个测点读取5个数据计算其平均值作为检测结果。

3.3 检测条件

A区检测时, 保证机房内服药后的受检者在检查床上; B区检测时, 保证受检查者注射药物后, 分别在候诊室1、候诊室2内休息。

由表 4可知, 改建后PET-CT机房顶棚上方对应的二楼区域的各参考点的辐射水平最高为0.52 μSv /h, 小于改造前提出剂量率控制值1 μSv /h, 并符合国家相关防护标准的要求, 所以该改造方案达到预期的防护目标。

4 讨论

该防护改造方案充分考虑了PET-CT所涉及的源项情况和建设单位的要求, 提出的辐射屏蔽措施切实可行, 通过对PET-CT机房改造区域的各参考点剂量率监测, 其辐射水平符合国家相关标准的规定, 改造设计方案整体比较理想。并且改造后未破坏机房二楼地面, 不影响二楼的体检工作继续运行, 满足了院方的需求。

笔者根据改造过程中的实践经验, 提出以下几点建议:

(1) 防护改造时, 特别是改造机房顶棚时, 需要咨询专业工程设计人员确定顶棚的承重是否可行, 再去确定设计方案;

(2) 选择材料时, 需根据建设单位的特定要求, 在能达到预期的防护效果的情况下, 尽量选择经济可靠的材料, 并考虑材料使用范围大小, 实现防护最优化;

(3) 改造时, 需要根据改造区域居留人员的情况, 如居留因子、人员对电离辐射心理承受能力等, 合理选择设计和计算时所取的剂量率或剂量控制值。

(4) 针对PET-CT检查时源项及工作负荷的估算比较复杂的情况, 不必要采取剂量约束的方法计算, 而改用剂量率控制的方法会比较简便。