采用肺部计数器自体外测量人体肺内放射性核素滞留量是工作人员职业内照射监测的重要方法。胸壁厚度(chest wall thickness)是影响其探测效率的重要参数。

以往通常采用统计学方法确定人体胸壁厚度，取被测量人群中具有代表性的样本人，收集身高、体重、年龄、性别等数据，结合已有的胸壁厚度生理参数计算公式，建立该群体胸壁厚度的数学计算模型，通过该模型计算得到某特定被测量人的胸壁厚度值，进而得到相对应的肺部计数器的探测效率^[1-2]。这个方法是利用统计学手段，参数拟合出适应群体的计算公式，本身带有一定误差，并且该方法将人体胸壁作为同一组织构成考虑，但真实胸壁内不同组织如脂肪、肌肉等对低能光子的衰减有成倍的差距，将其一并作为整体考虑并不合适，故误差较大。

当内照射监测的目标核素为人体肺内发射滞留的γ、X射线能量低的放射性核素如钚、镅时，需要更精确的方法获得被测量人的胸壁厚度和组织组成。本文采用医疗诊断超声成像的方法对这个问题进行研究。比传统的经验公式计算方法准确度更高，可以直接测量单个人体胸壁的厚度值以及胸壁组织肌肉、脂肪的构成，从而减小内照射测量人体肺内放射性核素探测效率的误差，减小人体内照射剂量估算的误差。

1 材料与方法

20名成年男性和6名成年女性作为样本，参与超声图像采集实验。使用中国核工业北京401医院超声科设备，美国GE公司LOGIQ S8实时四维多普勒彩色超声诊断系统进行研究。该设备具有较好的空间复合图像采集及处理能力，增强了对胸壁脂肪组织、肌肉组织和女性腺体组织及边界的识别，采集图片清晰、对比度强。

实验主要分为三个步骤:第一，建立被测量人信息库; 第二，对被测人胸壁测量位置定位，进行图像采集和保存; 第三，使用图片处理软件对超声图像进行组织边界识别; 第四，通过识别图片，计算被测人胸壁厚度及脂肪、肌肉含量，整理获得最终数据。

1.1 建立被测人信息库

建立参与实验的26名辐射工作人员信息库，录入人员信息包括被测量人姓名、性别、年龄、身高、体重、BMI指数（身体质量指数，简称体质指数，Body Mass Index，BMI = W/H², 其中W为体重，kg; H为身高，m。正常范围18.5 ~24. 99)。

1.2 超声图像采集 1.2.1 定位

肺部计数器测量肺内放射性核素，探测器探头对准人体肺部区域，因此超声测量胸壁厚度位置也选择该区域，具体的定位见图 1。使用15 MHz探头分别在被测人左上、左下、右上、右下四个位置进行测量，其中左上、右上对应人体第二、第三肋间位置，右上、右下对应人体第三、第四肋间位置。

被测人坐在超声测量床上，角度与进行肺部放射性测量时相同。穿着特制测量衣，测量衣上按照肺部计数器探头对应位置挖出4个直径10cm的空洞对应被测人左右两侧肺部区域，在进行超声测量时起定位作用，见图 2。

1.2.2 图像采集

当超声图片成像清晰、胸壁不同组织间对比分明时，截取并保存图像以做后续分析。图 3为超声采集例图。采集的图片被保存在医疗超声管理系统，根据被测量人姓名、测量位置等信息分类存储。

1.3 图片分析

通过观察超声诊断系统采集图像，医师可以分辨出胸壁组织中脂肪、肌肉、肋骨、胸表皮相互之间的边界，以及肺上膜区。在超声图像中，不同组织之间的过度区域亮度相对其他地方偏高。

因成像效果限制，部分图片组织边界与周围组织灰度差异不明显，难以通过操作人员肉眼辨别，本文采用图像识别软件，识别采集图片中亮度较高的边缘线，认为是真正的组织边界。组织边界划见图 4

1 cm骨骼对17 keV以下低能γ、X射线可认为是完全阻挡，因此能够从人体外部测量到的低能γ、X射线均是通过肋间出射。人体胸壁厚度是指肋间部分，胸上膜到表皮之间的厚度。通过图像识别出肺上膜边界，取肺上膜与表皮之间三组厚度（A₁A₂、B₁B₂、C₁C₂)的平均值为被测量人在该测量点的胸壁厚度。胸壁测量位置如图 2所示，第一、第二肋间与第三、第四肋间胸壁厚度存在一定差异，最多可达5mm，女性被测人差异更大。论文最终确定被测人胸壁厚度为四个位置平均值。

超声采集图像为胸壁横断面，识别肋间区域脂肪和肌肉组织分界线，分别划分和计算脂肪组织面积S₁和肌肉组织面积S₂。

1.4 测量结果与数据整理

采集样本人群的胸壁厚度和脂肪、肌肉含量数据见表 1。由ICRU(Interna tional Commission on Radiation Units and Measure-ments，国际辐射单位与测量委员会)44^[3]号报告给出的人体组织元素组成和质量密度数据可知，女性乳房的元素组成和质量密度近似于脂肪，因此在计算时将女性被测人的乳腺所占胸壁组织含量算入脂肪。

2 结果

人体胸壁组织内的肌肉、脂肪、软骨、肋骨等对肺内出射的光子产生不同程度的衰减，衰减的强弱与光子能量和胸壁厚度及组成成分有关。当胸壁厚度与组成相同时，在低能区域（< 60 keV)，光子能量不同，衰减差异大，随着光子能量的增高，这种差异变小。当出射光子能量相同时，肌肉比脂肪衰减效果更强，骨骼最强。为了统一讨论胸壁内不同组织对光子的衰减效果，将胸壁内的脂肪对光子的衰减作用归一到肌肉对光子的衰减作用，即采用肌肉等效胸壁厚度(MEQ -CWT)来代替几何胸壁厚度^[3]，这样既考虑了胸壁实际测量的几何厚度又考虑了胸壁不同组织衰

肌肉等效胸壁厚度MEQ-CWT公式：

(1)

其中，MEQ-CWT为肌肉等效胸壁厚度，cm; CWT为几何胸壁厚度，cm; AMF为肌肉中脂肪的质量分数，%c; μ_msc为给定能量肌肉的线减弱系数，cm^-1; μ_adp为给定能量脂肪的线减弱系数，cm^-1。

当采用肺部计数器对样本人群进行测量的目标核素为发射低能光子的钚、镅，关注射线为钚类核素联合能量为17 keV的X射线、²⁴¹Am能量为59.5 keV的γ射线。关注射线对应的线衰减系数见表 2。

ICRU44号报告给出成年人人体脂肪参考密度0.95 g/cm³，骨骼肌参考密度1.05 g /cm³。文章中参数AMF肌肉中脂肪的质量分数取值为(0.95S₁)/(1.05 S₂)。

超声采集图像识别技术得到被测量人几何胸壁厚度, 肌肉、脂肪组织含量比, 结合肌肉等效胸壁厚度公式(1)以及线衰减系数表(2), 计算得到样本人的肌肉等效胸壁厚度见表 3。

3 讨论

由表 3可以看出，如果测量的目标γ、X射线能量为17 keV，样本人群中男性的肌肉等效壁厚度比几何胸壁厚度小3% ~ 32%，女性的肌肉等效壁厚度比几何胸壁厚度小12%~47%;测量的目标γ、X射线为59.5 keV，样本人群中男性的肌肉等效壁厚度比几何胸壁厚度小1%~10%，女性的肌肉等效壁厚度比几何胸壁厚度小4%~14%。基本符合目标核素出射的γ、X射线光子能量越高，胸壁中肌肉－脂肪含量比对其影响越小的规律。女性因为生理结构的特殊性，胸壁内脂肪含量较男性更高，肌肉等效胸壁厚度与几何胸壁厚度的差距更大，在肺部计数器效率刻度时，简单的使用肌肉含量比高的物理体模对探测效率进行刻度，会低估肺部计数器测量女性被测量者肺内放射性的探测效率，从而低估其肺内放射性核素滞留量。

图 5为某肺部计数器探测放射性核素²⁴¹ Am发射17.8 keV光子的探测效率与肌肉等效胸壁厚度(MEQ-WT)关系图。

由图 5可以看出肌肉等效胸壁厚度±3 mm的误差可以引起低能区探测效率数倍的变化。真实人体胸壁脂肪含量越高，肌肉等效胸壁厚度越小，探测效率越高。如果采用传统的确定人体胸壁厚度的方法，不将脂肪含量比考虑在内，采用肌肉等效胸壁厚度直接代替人体几何胸壁厚度会使胸壁脂肪含量高的被测人肺内放射性物质的活度被过高估计。如果一个被测人胸壁内脂肪含量为30%，在测量刻度时不考虑脂肪含量，所测量计算得到的该被测者肺内钚、镅的活度将高于真实值约50%。

虽然对每一个需要进行活体内照射监测的工作人员都进行精确的胸壁厚度和脂肪、肌肉比例测量并不现实，由于肌肉、脂肪对能量较高的光子的阻挡作用差异相对较小，因此，当肺内的目标核素发射γ、X射线能量较高时，采用传统的公式计算方法具有一定的合理性。但当测量的肺内目标核素为发射γ、X射线能量较低（< 60 keV)的核素，如镅、钚类核素时，胸壁脂肪含量是否准确将带来至少±20%的绝对误差，此时应当选用超声测量方法精确测定被测人胸壁厚度和胸壁组织含量比，这对内照射活体测量工作人员肺内放射性核素滞留量和估算所受内照射剂量意义重大，能极大的减少内照射活体测量中的系统误差。

然而这种方法也由一定的局限，由于超声采集图片很难直接分辨出不同组织边界的位置，当不采用图像识别软件分析直接依靠操作人员肉眼判断估计组织边界位置可能存在±3 mm的误差。文章采用计算机图像识别软件分析不同灰度区域确定不同组织边界，这个步骤一定程度消除操作人员带来的误差。

测量采集图像时操作人员按压胸壁的压力会造成胸壁不同程度扭曲变形引起图像的畸变。通过多次实验比较，施压操作将引起胸壁厚度减少至少1 mm，对于胸壁组织脂肪含量较高的被测量人，甚至将减少5 mm。因此在测量过程中操作人员应尽量轻柔操作，减少彩超机探头对被测人胸壁的挤压。另外彩超机分辨率以及图像采集过程中探头的反正位置等因素也将引起约± 1.5 mm误差。