介入放射学(Interventional Radiology)是在X射线医学影像设备的引导下, 以影像诊断学和临床诊断学为基础, 结合临床治疗学原理, 利用导管、导丝等器材对各种疾病进行诊断及治疗的一系列技术。介入放射学的迅速发展, 给患者带来巨大便利的同时, 放射防护问题也得到越来越广泛的关注。介入放射诊疗需要的曝光时间较长, 手术医生和辅助人员靠近患者站立, 距离主射束较近, 工作人员受到相对高的辐射剂量。虽然工作人员有时也会使用铅眼镜和铅手套, 但四肢和眼晶状体事实上经常处于无防护状态, 介入放射学从业人员眼晶状体的防护问题受到越来越广泛的关注。
1 放射性白内障及眼晶状体剂量阈值和剂量限值的变化国际放射防护委员会(ICRP)在其2007年建议书[1]中提出, 考虑到辐射所致非癌症辐射效应的危害, 把"确定性效应"(deterministic effects)改称为"组织反应"(tissue reactions)。在该建议书中, 对眼晶状体可查出的浑浊, 仍然沿用以前的剂量阈值:5 Gy (慢性照射)或0.5~2 Gy (急性照射)。但同时指出:近来的研究建议眼晶状体的放射敏感性比原来所考虑的要更敏感。上述眼晶状体剂量阈值的建立, 主要是根据对眼晶状体遭受较大剂量照射后在较短时期内的随访结果, 忽略了小剂量、较长潜伏期的影响结果。
2011年, ICRP发布了《关于组织反应的说明(Statement on tissue reactions)》[2], 把眼晶状体组织反应的吸收剂量阈值考虑为0.5 Gy, 并建议计划照射情况下的职业照射, 眼晶状体的当量剂量的限值为20 mSv (5年内的平均); 每一年不超过50 mSv。
随后, 国际原子能机构(IAEA)2011年出版的《国际辐射防护和辐射源安全的基本安全标准一般原则》 (暂行版)[3], 采纳了ICRP《关于组织反应的说明》降低眼晶状体的剂量限值(以当量剂量表示)的建议, 将修订的眼晶状体的剂量限值纳入其中:
对于年龄在18岁以上的工作人员的职业照射, 连续5年以上眼晶状体接受的年平均当量剂量20 mSv (5年内100 mSv), 并且任何单一年份内当量剂量50 mSv;
我国目前现行的国家标准《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》[4](GB 18871-2002)是等效采用1996年IAEA安全丛书115号《国际电离辐射防护和辐射源安全基本安全标准》[5]的要求修订而成, 对眼晶状体的剂量限值的规定为:
应对任何工作人员的职业照射水平进行控制, 使之不超过下述限值:
眼晶状体的年当量剂量, 150 mSv;
从以上对比可以看出, 新的ICRP出版物和IAEA国际标准不但降低了眼晶状体组织反应的吸收剂量阈值, 也大幅降低了职业照射眼晶状体的剂量限值。可以预见, 我们国家也将会根据IAEA新的"基本安全标准", 对国家标准《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB 18871-2002)进行修订。
2 眼晶状体剂量学国际辐射单位与测量委员会(ICRU)定义的个人剂量当量Hp (d), 用于外照射防护的个人剂量测量, Hp (d)的定义为在人体上某个指定点以下适当深度d (mm)处, 软组织的剂量当量[6, 7]。Hp (10)、Hp (0.07)和Hp (3)分别用于评价有效剂量、皮肤和手脚的剂量和眼晶状体个人剂量当量。国际标准化组织(ISO)建议采用30 cm × 30 cm × 15 cm有机玻璃(PMMA)平板模体来刻度全身照射的Hp (10)、Hp (0.07)和Hp (3)[8]。研究发现, ISO 30 cm × 30 cm × 15 cm有机玻璃模体用于刻度存Hp (3)时, 存在以下问题[9]:①模体体积大, 导致Hp (3)与空气比释动能的转换系数不确定度大; ②模体的反散射因子大于人体头部的反散射因子; ③模体的边缘引起响应的角度依赖。
国际放射防护委员会(ICRP)2007年建议书指出:…很少遇到的监测眼晶状体剂量的情况, 已建议深度d=3 mm, 然而实际上Hp (3)很少被监测, 而Hp (0.07)可用于相同的监测目的[1]。在以前的放射防护实践中, Hp (3)通常是用Hp (0.07)和Hp (10)的测量值通过数学计算而得到。
Behrens R等[10]研究认为, 在γ射线特别是X射线辐射场内, 用平板模体刻度的Hp (0.07)剂量计能很好的替代Hp (3)剂量计来测量眼晶状体的剂量; 在γ/β混合辐射场, 则需要使用经平板模体刻度的Hp (3)。在γ/β混合辐射场中当β射线的终点能量接近1 MeV时, Hp (0.07)对眼晶状体剂量的高估可能达到550倍。因此, 随着对放射性白内障研究的深入及对工作人员放射防护要求的提高, 需要建立准确、可靠的刻度和测量Hp (3)的方法学。
Hp (3)的研究方法主要是在真实的辐射场中的实验测量以及蒙特卡罗方法模拟研究。例如P.Ferrari[11]等人采用实验测量和蒙特卡罗程序MCNP-4C模拟的方法, 研究了在不同能量、不同入射角度辐射场内运行实用量Hp (3)的刻度及其与空气比释动能(Ka)的转换系数。研究发现, 现有的刻度Hp (3)的模体存在相当的不确定度, 可以通过引入计算Hp (3)/Ka转换系数的新模体来方便的解决这个问题, 建议采用15 cm × 20 cm × 20 cm有机玻璃(PMMA)平板模体。这种模体能很好的解决上述的转换系数和反散射的问题, 但是15 cm × 20 cm × 20 cm模体也没有解决模体的边缘所引起的角度响应依赖问题。
3 介入放射职业人员眼晶状体剂量测量方法国外文献报道显示, 目前介入职业人员眼晶状体剂量的测量, 绝大部分应用热释光剂量计(TLD)主要为LiF (Mg, Cu, P)测量元件, 其灵敏度高, 探测阈值为10-8 Gy[12]), 主要放置在左或右眼边及两眼中间[12, 13], 测量Hp (0.07)来代替眼晶状体剂量。例如Koukorava[13]等在测量介入职业人员眼晶状体剂量时, 在希腊原子能委员会使用137Cs源及窄谱射线束刻度LiF (Mg, Cu, P), 把其放置在职业人员左、右眼附近, 测量平板模体刻度的Hp (0.07)来代替眼晶状体剂量。
也有测量眼晶状体剂量Hp (3)的报道, 如Bilski等[14]研制出一种新型测量器具, 将直径4.5 mm, 0.9 mm厚的LiF (Mg, Cu, P)放置在一个3 mm厚的聚酰胺软囊内, 然后把此软囊固定在带有挂钩的器具上, 在被测者头上系个绷带, 再将其挂上, 软囊材质是通过蒙特卡罗模拟计算相同条件下各种材料所得的最稳定值。
也可应用直读式测量仪直接测量眼晶状体剂量, 如瑞典Unfors公司生产的EDD30, 其探测器类型为硅晶体二极管, 测量范围为1 nSv~9 999 Sv, 能量响应没有限制, 相比较其他直读式测量仪有很大优势, 主要放置在介入工作中职业人员的眼边上[15]或者通常职业人员所站位置眼晶状体水平点处[16]直接进行测量读数。
4 介入放射职业人员的眼晶状体受照剂量水平Vano等[16]用有机玻璃模拟厚度为16、20、24、和28 cm的患者, 分别在低、中、高3个曝光量下, 测量得到职业人员眼晶状体剂量率分别为0.25、0.54、0.56 mSv/h; 0.45、0.94、1.05 mSv/h; 0.78、1.66、1.83、mSv/h; 1.27、2.45、3.02 mSv/h; 对DSA, 典型的眼晶状体的剂量范围为每帧影像0.77~3.33μSv; 也研究了在进行肝化学栓塞、骨骼血管成形术、骨盆栓塞、经颈静脉肝内门体分流术等手术时, 在无防护的情况下, 每例手术职业人员眼晶状体的剂量范围为0.25~ 3.72 mSv。从而得出结论, 在典型的介入工作量和眼晶状体不采取防护措施的情况下, 几年内职业人员眼晶状体的剂量就会超过其确定性效应的剂量阈值。
也有其他文献[17-20]报道了每例介入手术职业人员眼晶状体的剂量范围从14~370 μSv不等, 这主要是因为不同的手术种类、所使用的介入放射学设备以及是否佩戴防护眼镜等原因造成。
2008年欧洲组织的一个合作项目ORAMED (Optimization of Radiation Protection for Medical Staff), 通过对34家医院超过1 300例介入手术的研究, 发现每例手术工作人员眼晶状体剂量最高的是脑部栓塞术, 平均60μSv, 并且剂量范围很大, 最高值达到4 mSv。同时调查发现, 医生佩戴防护眼镜的比例, 心脏介入手术是36%, 而非心脏介入手术是25%[21]。Vano[16]也认为脑部栓塞对职业人员眼晶状体剂量影响较大, 在高剂量水平时, 距等中心70 cm处1次操作的眼晶状体剂量为11.2 mSV。
此外, Koukorava等[13]报道, C型臂倾斜度的不同也会引起眼晶状体剂量值的不同, 特定条件下, 倾斜度为左前方向90°时眼晶状体剂量当量率最大, 为5 mSv/h。
E.Carinou[22]等人采用蒙特卡罗程序MCNPX2.5模拟计算了管电压从60~110 kVp, 3~6 mm Al和0 ~0.9 mm Cu过滤的情况下, 对所有的投照方向, 介入放射学工作人员的眼晶状体的受照剂量随管电压和过滤的增加而降低, 并且剂量大小受管电压和过滤影响程度也与投照方向和患者的体厚密切相关; 照射野的大小也是影响剂量大小的重要因素。
5 存在的问题综上所述, 介入放射学职业人员眼晶状体剂量及其准确测量面临新的挑战, 国外对此已开展较多的研究, 但国内针对眼晶状体剂量的测量及评估很少。目前眼晶状体受照剂量的测量主要存在以下问题:
(1) 因为刻度模体不适宜等原因, 运行实用量Hp (3)的刻度方法不确定度大。
(2) 通过Hp (10)和/或Hp (0.07)的测量结果来估算和代替Hp (3)的测量同样存在较大的不确定度。
(3) 眼晶状体剂量阈值和剂量限值的降低, 介入放射学的迅速发展及其实践的特殊性, 对介入放射学职业人员眼晶状体防护问题提出了更高的要求。
因此, 研究眼晶状体剂量学, 建立准确的测量和估计眼晶状体受照剂量的方法, 调查和研究我国介入放射学职业照射眼晶状体的剂量水平, 提出改善介入放射学职业人员眼晶状体防护的措施, 对于保护介入放射工作人员的健康, 促进介入放射学专业的发展具有重要的意义。
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