2. 山东省医学科学院放射医学研究所
2. Institute of Radiation Medicine, Shandong Academy of Medical Sciences, Jinan 250062 China
眼晶体是对辐射敏感的器官之一。伦琴发现X射线1年之后(1897年)，就有了辐射引起白内障的动物实验报道，10年之后发现了辐射引起的放射工作人员白内障[1]。到目前为止，放射性白内障一直被认为是具有剂量阈值的确定性效应。
国际放射防护委员会(ICRP)出版物中，从ICRP 60[2]提出一直到ICRP 103[3]再次确认，多年以来眼晶状体的当量剂量限值一直是150 mSv/a。2011年，ICRP发布了《关于组织反应的说明(Statement on tissue reactions) 》 [4]，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。
国际辐射单位和测量委员会(ICRU) 47[5]号报告定义了3 mm深度的剂量当量HP (3)，用于个人检测眼晶状体剂量时的运行实用量(operational quantities)。ICRP 103[3]指出，实际上HP (3)很少被监测。对于HP(3)很少被监测的一个重要原因是到目前为止一直没有国际上认可的空气比释动能转换因子。如ICRU 57[6]和2010年出版ICRP 116[7]等都没有给出HP(3)单能辐射空气比释动能转换因子。国际标准化组织(ISO) 12794(2000) [8]只给出了基于ISO板状水体模(300 mm × 300 mm × 150 mm)的部分转换因子，ISO 12794同时指出不排除使用其他体模的可能。
ISO 4037-3[9]指出，校准用的体模应尽可能再现身体佩戴剂量计部位的吸收和散射特性。这意味着校准体模在质量和形状方面应尽量与人体头部接近。考虑到ISO板状水体模是用于代表人体躯干产生的入射辐射的背散射，欧洲合作项目ORAMED(优化医疗工作者的辐射防护，optimization of radiation protection for medical staff)提出了一种采用ICRU 4组织材料制作的正圆柱注水体模[10] (20 cm)，给出了10 keV ~ 10 MeV光子，0° ~180°的空气比释动能转换因子。这种圆柱体模能更好的近似人体头部的椭圆形状以及眼睛在头部的位置。
本实验采用上述两种体模，进行HP (3)眼晶状体剂量计的X射线校准研究。
1 对象和方法 1.1 剂量计及读出 1.1.1 剂量计北京广润意通辐射监测设备有限公司生产，GR-200A热释光探测器(LiF: Mg，Cu，P)。探测器体积直径3.6 mm，厚度0.4 mm，分散性≤2.0%。
1.1.2 剂量计读出北京海阳博创辐射防护科技有限责任公司生产，RGD-3B型热释光剂量仪。预热温度: 135℃，预热时间: 15 s，升温速度: 15℃/s，测量温度: 240℃，测量时间: 12 s。
1.2 实验方法 1.2.1 依据的标准主要根据ISO 12794[8]的规定，进行剂量计的批均匀性、线性、探测阈、能量响应、各向同性等的实验。
1.2.2 辐射质的选择考虑可用的转换系数及可获得的辐射质等因素，结合ISO 12794的要求，选取ISO 4037-1[11]中的窄束X射线辐射质(N-60、N-80、N-100、N-120)进行校准实验。实验在中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所二级标准实验室进行。
1.2.3 体模ISO板状水体模，前表面为厚度2.5 mm有机玻璃板，其他面为表面10 mm有机玻璃。正圆柱注水体模，壁厚5 mm直径200 mm的有机玻璃管，底部和上部为10 mm有机玻璃板。
1.2.4 转换系数 1.2.4.1 ISO板状水体模转换系数综合ISO 12794[8]和Behrens[12]的转换系数，并采用内插或外推的方法，得到板状水体模的转换系数，见表 1。
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表 1 ISO板状水体模HP(3)/Ka (Sv/Gy)转换系数 |
ORAMED通过蒙特卡罗计算给出的转换系数[13-14]。见表 2。
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表 2 正圆柱注水体模HP(3)/Ka (Sv/Gy)转换系数 |
剂量计的响应与过滤片的厚度密切相关。采用N80射线质和板状水体模，10个剂量计照射5 mSv，变异系数(相对标准偏差)为5.7%，符合标准“不大于15% ”的要求。
2.2 探测阈采用10个未照射的剂量计进行读出，确定每个剂量计的评定值并计算标准偏差，得出探测阈小于0.1 mSv。
2.3 线性 2.3.1 板状水体模每组10个剂量计，采用N80射线质分别照射0.3、0.5、1、2、3、5 mSv。剂量响应的变化范围见表 3，符合标准“剂量响应的变化不大于10% ”的要求。
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表 3 板状水体模线性实验结果 |
每组6个剂量计，采用N80射线质照射0.3、0.5、1、2、3、5 mSv。剂量响应的变化范围见表 4，符合标准“剂量响应的变化不大于10% ”的要求。
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表 4 正圆柱注水体模线性实验结果 |
每组10个剂量计，采用N60、N80、N100、N120射线质分别照射1.0 mSv。能量响应变化范围见表 5，符合标准“不应大于± 50% ”的要求。
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表 5 板状水体模能量响应实验结果 |
每组6个剂量计，采用N60、N80、N100、N120射线质分别照射1.0 mSv。能量响应变化范围见表 6，符合标准“不应大于± 50% ”的要求。
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表 6 正圆柱注水体模能量响应实验结果 |
每组10个剂量计，采用N80射线质照射，入射角分别为0°、20°、40°、60°和80°。响应的变化范围见表 7。0° ~ 80°范围内响应平均值与垂直入射响应的差别为(1.05 ± 0.03)，符合标准“不应大于15% ”的要求。
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表 7 板状水体模各向同性实验结果 |
每组6个剂量计，采用N80射线质照射，入射角分别为0°、20°、45°、60°和75°。响应的变化范围见表 8。0° ~ 75°范围内响应平均值与垂直入射响应的差别为(0.99 ± 0.08)，符合标准“不应大于15% ”的要求。
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表 8 正圆柱注水体模各向同性实验结果 |
ISO 12794规定探测阈不应大于1.0 mSv。ORAMED认为，ISO 12794出版时眼晶体剂量限值为150 mSv/a，现在已经降低到20 mSv/a，需要对剂量计的性能提出更高的要求，探测阈应不大于0.2 mSv; 本次试验剂量计探测阈小于0.1 mSv。
3.2 能量响应剂量计的校准，原则上应包含实际辐射场中所有的辐射质和入射角度。ISO 12794规定，能量范围15 keV ~ 3 MeV，响应(R)应符合0.5≤ R≤1.5。上述规定的制订，是在工业照射情况下，假定工作人员处于能够覆盖上述能量的宽能谱，各种角度的照射。
有文献[15]认为，对于介入放射工作场所，采用137Cs或60Co校准，可能导致过响应从而带来严重的剂量高估。因此，考虑到介入放射医护人员受到较高辐射剂量的现实，需要采用严格于± 50%的标准。对于实际年剂量接近剂量限值时，最大偏差应该是± 20%或者在概率上95%置信区间不超过0.67到1.5，即大约± 40%。如果剂量计的能响达不到该要求，对于介入放射工作场所使用的剂量计的校准，需要采用参考束能量低于150 keV的特殊校准方法。在这种情况下，能量限制在20 ~ 150 keV，最大不确定度为± 30%。
ORAMED采用正圆柱水体模进行能量响应实验的结果为:对所有能量范围，0.6≤R≤1.4; 20 ~ 100 keV，0.7≤R≤1.3。本实验采用两种体模校准的能量响应见图 1。可以看出，从N60 ~ N120能量范围内，随着X射线的能量升高，响应成下降的趋势，其中，板状水体模的范围在-20% ~ + 30%之间，正圆柱注水体模的范围在-20% ~ + 40%之间，两者之间的最大差距为6%，具有较好的一致性。本次实验结果与ORAMED的N60 ~ N120能量范围内结果0.7≤R≤ 1.3的实验结果相吻合。
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图 1 两种体模校准的能量响应 |
采用两种体模校准的各向同性见图 2。可以看出，板状水体模0° ~ 80°范围内响应平均值与垂直入射响应的差别1.05 ± 0.03;正圆柱水体模0° ~ 75°范围内差别为0.99 ± 0.08，都符合标准“不应大于15% ”的要求。
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图 2 两种体模校准的各向同性 |
ORAMED采用ISO 4037中的宽谱X射线辐射质W-80(平均能量57 keV)，正圆柱水体模进行各项同性(0°，20°，40°，60°)校准实验。实验结果显示，60°以内的角度响应都在0 ~ 20%之间，随着角度增大，响应也逐渐增大。平均结果y方向为1.06 ± 0.08，z方向1.12 ± 0.07。实验结果满足ISO 12794的要求。
结合ORAMED的实验结果，可以看出，在0° ~ 75°范围内，正圆柱水体模的各向同性指标优于板状水体模，但板状水体模在0° ~ 80°范围内也表现出很好的各向同性，两种体模都适合作为眼晶体剂量计的校准体模。
4 结论在目前没有国际上统一的转换系数的情况下，根据ISO 12794标准的要求，比较了板状水体模与正圆柱注水体模剂量计校准中的特性，研究了剂量计的批均匀性、探测阈、线性、能量响应和各向同性等性能指标。剂量计的校准，原则上应包含实际辐射场中所有的辐射质和入射角度。本实验的目的，主要是在研究剂量计相应特性的基础上，将其应用于介入放射学职业照射的测量，受到实际实验条件等因素的影响，只选择了ISO 4037中的窄束X射线辐射质(N-60 ~ N -120)进行实验，无论是辐射质类型还是能量范围都有一定的局限性，有待于进一步更加深入的研究。本次实验结果显示，在所选择的实验条件下，两种体模都适合于眼晶体剂量计的校准，实验中所采用的剂量计校准结果符合ISO 12794的要求，适合用于介入放射学工作场所中眼晶状体剂量的测量。
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