随着新技术、新材料的高速发展，介入治疗以微创、定位准确、疗效高、痛苦小等卓越的优势，不断向血管介入、心血管介入、神经血管介入、非血管介入等学科纵深发展，现已成为继内科学、外科学之后的第三大治疗学科^[1]。由于介入术者需要近辐射源操作，全身会暴露于患者的散射辐射场中，有时候操作时间可能长达几个小时，因此介入人员所受职业照射显著高于放射诊断和放射治疗等其他职业类别^[2-5]。眼晶状体是电离辐射比较敏感的组织之一。研究表明，长期电离辐射可引起眼器官功能障碍，易导致眼晶状体混浊或放射性白内障^[6-9]。国际放射防护委员会（International Commission on Radiological Protection, ICRP）等国际组织已对眼晶状体当量剂量限值做了更严格的规定，年当量剂量限值从150 mSv降至连续5年内平均20 mSv，且任一年度不超过50 mSv^[10]。这就对眼晶状体受照剂量合理可靠的评估提出了更高要求，并成为当前国内外辐射防护领域研究的热点与难点。本文提出一种采用蒙特卡罗（Monte Carlo，MC）建立物理模型的方法，用于估算介入人员的眼晶状体受照剂量，对有效保护介入人员职业健康、促进职业性放射性疾病的预防与控制有着重要意义。

1 材料与方法 1.1 介入设备

介入放射学设备主要由高压发生器、X射线管、探测器、计算机系统、手术床和专用机架等部件组成。手术床宽60.0 cm，X射线发生器最高处与地面垂直高度为60.5 cm，手术台面与地面垂直高度为89.0 cm，成像板中间位置与地面垂直高度为145.2 cm，成像设备最高处与地面垂直高度为166.5 cm。介入放射学设备参数见图1。

1.2 MC程序

MCNPX（Monte Carlo N-Particle eXtended）软件是由美国Los Alamos国家实验室开发的大型多功能通用MC程序，主要用于计算中子、光子与电子单独输运模型以及3种粒子的耦合输运问题^[11-12]。程序采用独特的曲面组合几何结构，使用点截面数据，程序通用性较强。MCNPX在人体受辐照过程模拟方面表现出良好的模拟效果，适用于本文眼睛受照射情况的模拟研究。本研究采用MCNPX 2.7.0版本。

1.3 人体模型

（1）MIRD体模

MIRD（medical internal radiation dose）模型全称为医学内照射剂量模型，是最早被MIRD委员会采纳的一款人体数字模型^[13-14]。MIRD体模对大脑、心脏、肺部、消化系统等器官或组织进行了详细描述，已被广泛用于内照射吸收剂量的研究，例如人体器官对放射性药物的内照射吸收剂量的研究等。本研究采用MIRD体模头部模型模拟人体在辐射场中眼晶状体所受的吸收剂量。

（2）眼部模型

依据清华大学朱红玉等^[15]的研究成果，本研究所建立的眼球模型，包含以下9种结构：眼睑、角膜、巩膜、视网膜、晶状体、玻璃体、脉络膜、前房、虹膜。这些结构外形较规整，并与球面相近，因此建立数学模型，使用球面方程对各个结构进行描述。

（3）用于MIRD体模的眼球模型建立

基于MIRD体模的特殊性，用于MIRD体模的眼球模型，眼球前方需正视于z坐标轴方向，经过对于MIRD体模的图像分析，并结合人体头部CT图像的对比，得出左眼中心位置为x = −3 cm，y = −8 cm，z = 86 cm；同理，在对称位置设置右眼模型，其中心位置为x = 3 cm，y = −8 cm，z = 86 cm。由于左右眼模型在制作上具有相似性，本文仅给出左眼球模型建立的相关参数。眼球剖面的组织标注如图2。

基于图2眼球剖面的组织标注，可以确定需要建立的组织，在结合并参考不同文献中高加索人种的眼球相关参数后，认为眼睑、巩膜、脉络膜以及视网膜的外膜的几何中心位于左眼中心位置，即对应本文中（−3 cm，−8 cm，86 cm）位置。关于眼角的开合角度，假设上下各开合约35°，即眼角的开合角度约为70°，从而得到眼角开合的2个平面方程0x − 0.7y + z−91.6=0和0x + 0.7y + z − 80.4=0。由此，得出建立眼球模型所需要的各数学方程，见图3。

建立模型时，参考ICPR 第89号、ICPR 第23号和ICRU 第46号报告，对各栅元的组成成分进行设定。MIRD眼球模型如图4。

1.4 热释光剂量测量系统

本次实验用探测器型号为GR200 A型LiF（Mg、Cu、P）热释光剂量计，尺寸：4.5 mm × 0.8 mm；标称线性范围：0.1 μGy～12.0 Gy；最低可探测水平：MDL = 0.006 mSv。退火炉：BR2000-A型热释光探测器退火炉。

1.5 辐射场空间分布及眼晶状体受照剂量实验测量

MC模拟：使用MCNPX建立介入治疗室环境模型如图5。圆点为探测器位置，黄色为水体模，蓝色为治疗床，红褐色为治疗床下部铅帘。模型中，1）治疗床采用聚乙烯，密度为0.99 g/cm³；2）防护帘的铅当量为2 mm，密度为11.35 g/cm³；3）成像设备简化模型密度设置为1.5 g/cm³；4）X射线准直器管外径9 cm × 9 cm，管内径5 cm × 5 cm，源项为一点源；5）水模尺寸为20 cm × 20 cm × 10 cm，外部材料为有机玻璃，里面充满普通自来水。采用F5卡得到圆点位置处光子注量情况，并通过De、Df卡对得到的光子注量进行剂量转换，得到的计算结果相对误差＜1%。

实验测量：实验选用介入医生常用的GR200 A型热释光剂量计对介入放射学设备开机状态下的辐射场分布情况进行实验测量。热释光剂量计在中国计量科学研究院的标准辐射场中进行刻度，用代替法进行性能测试，被测热释光剂量计置于辐射场中（圆柱体模），并对准射线束中心轴线，在测定过剂量值的标准点上，对剂量计正面方向辐照。角度响应测试选择0°～60°范围进行相对测量。测试结果表明，实验所用剂量计在47～83 keV能量范围内，能量响应的偏差为13.16%；刻度因子的不确定度为5.1%（k = 2）；非线性响应为7.0%；0°～60°范围内的角度响应为3.0%；在0.33～5.76 mSv剂量范围内，相对扩展不确定度为9.37%～9.71%。符合其出厂说明的能量响应（30 keV～3 MeV的光子）：＜20%。

进入现场试验前将待用热释光剂量计退火、装盒，注意留存跟随本底剂量计。现场试验分为两部分，第一部分为介入手术场所空间辐射场分布测量。在治疗床上射野内放置20 cm × 20 cm × 10 cm的立方体，用于模拟手术过程中的患者头部。立方体模体外部材料为有机玻璃，填充普通自来水。实验现场设置如图6。Y轴平行于治疗床，从Y = 0 cm位置开始，每40 cm设置一个监测点，共设置4组监测点。Z轴方向每20 cm设置一组监测点，共设置9组监测点。整个测量平面位于Y = 60 cm的位置，共有36个监测点。整个监测点平面，约位于X = 50 cm处。出束条件为PA方向照射，透视57 kV + 3.7 mA，SID = 119 cm，帧数15 fps。

第二部分为辐射场内模拟试验—模拟手术医生在手术过程中眼晶状体受照剂量。在手术台前术者位1.65 m高度处（高度选择为手术医生躬身手术状态下平均高度）放置标准头部模体（美国RSD ART模体），用绑带固定眼晶状体剂量计于头部两侧和两眼正中位置，准确记录近管球侧正侧位剂量计编号和远管球侧正侧位剂量计编号，模拟常见实际手术类型出束条件，保证足够的出束时间，实际试验过程累积出束时间＞10 min。4个部位的剂量计带回实验室测量，240℃测量温度，22 s测度时间，剂量计测量计数值扣除本底剂量计计数值后，乘校准因子，得到该实验过程的眼晶状体个人剂量当量。

2 结　果 2.1 X射线能谱模拟

由于X射线管产生的能谱为连续谱，不能用单能谱进行模拟。实验中使用的X射线机额定电压为120 kV，在介入设备使用过程中，设备会根据成像结果自动调整管电压大小，以达到最佳成像效果。此次试验中管电压为57～62 kV。为了模拟中得到与实验结果符合的模拟，采用SpectrumGUI程序产生X射线谱。此程序可以设置使用的X射线机的机型号、管电压、管电流、过滤层材料与厚度等。使用SpectrumGUI程序计算产生X射线能谱，射线通过0.1 mm的Cu与1 mm的Al的过滤层计算产生的X射线能谱，如图7。

2.2 空间辐射场分布

空间剂量场MC模拟与实验结果如图8。结果表明，越靠近X射线管的位置，剂量率越高。空间剂量场MC模拟与实验测量结果趋势基本一致。对于Z＜0 cm的区域，模拟结果与计算结果偏差＞10%，这个主要是由于治疗床下支撑件，地面对X射线散射的影响，模拟过程未考虑这部分几何对结果的影响，使得模拟结果与实验测量值差距较大。在术者常站位置处，治疗床下区域（Z＜0 cm）的剂量普遍高于治疗床上区域（Z＞0 cm），这是由于在床下区域，高剂量主要来源于患者的直接反散射。这种不均匀性表明了术者体表受照剂量的不均性。对于第一术者所处的空间（Y = 0 cm，Z = 20 cm）到（Y = 40 cm，Z = 60 cm）区域内，计算结果与实验结果偏差＜10%。此范围的结果可以用于评价空间范围内第一术者手术期间所受到的剂量。此外，从图8中可以看出，不管是测量结果还是模拟结果，Z = 0 cm处的剂量率均低于Z = ±20 cm处剂量率，这可能是由于Z = 0 cm处为治疗床高度，X射线要穿过厚度较厚的治疗床并发生散射，散射到与入射光子角度夹角约为90°时的概率相对较小导致的。图9所示Z = 60 cm处剂量场分布图。从结果中可以看出，PA方向照射时，空间辐射场分布呈对称分布，在治疗床头50 cm范围内剂量率最高，在此范围外则呈递减趋势。

2.3 介入术者眼晶状体剂量

为了验证上述MC模型的准确性，在治疗床方向，射野内、距射野中心0.5 m处和1.0 m处放置热释光剂量计进行测量，并与模拟结果做对比，见表1。结果表明，离射野越远，剂量越小。射野内、距射野中心0.5 m处和1.0 m处的模拟与实测结果相对偏差分别为2.20%、1.74%和34.43%。射野内和距射野中心0.5 m处的模拟结果与实测结果符合的较好，表明模拟的辐射场可以用于评价第一术者眼晶状体剂量。而距射野中心1.0 m处结果差异大，可能是由于模拟所采用模型仅是头部模型，未考虑来自患者身体对射线的影响。

表2所示介入第一术者眼晶状体剂量MC模拟与实测结果，分别模拟和测量了左眼左侧、左眼正面、右眼正面、右眼右侧位置的眼晶状体剂量。从结果中可以看出，左眼所受剂量高于右眼，这是因为左眼更接近放射源，该结果与文献[16-18]中的报道相符。MC模拟与实测结果相对偏差在10%以内，表明该MC模型可以较好评价第一术者的眼晶状体剂量。MC模拟的左眼和右眼剂量分别为0.214和0.177 mSv/h。

3 讨　论

本文通过MC模拟与现场实验测量相结合的方法，建立了介入治疗中第一术者眼晶状体剂量MC估算模型，开展了空间辐射场分布和放射工作人员的眼晶状体剂量估算初步研究。结果表明，当放射工作人员越靠近X射线管时，所受到的剂量越高。空间剂量场MC模拟与实验测量结果趋势基本一致，在PA照射方向，空间辐射场分布呈对称分布。射野内和距射野中心0.5 m处的模拟与实验结果相对偏差为2.20%和1.74%。射野外，无水箱挡住X射线机的X射线低能部分，由于LiF（Mg、Cu、P）热释光剂量计对低能光子能量响应偏大^[19]，所以视野外热释光剂量计测量结果偏大；而射野内，由于水箱可以吸收低能光子，所以热释光剂量计测量结果更接近于真值。MC模拟的第一术者左眼和右眼的眼晶状体剂量分别为0.214和0.177 mSv/h，与实测结果相比，误差分布于−8.3%～7.3%，建立的模型可用于介入治疗中第一术者的眼晶状体受照剂量评价。

有研究发现，由于结构和佩戴方式等问题，眼晶状体剂量计在实际应用中接受度低、依从性差，导致剂量监测结果存在大量不合理数据。眼晶状体剂量计绑缚于铅帽外、头颅侧，因不舒适或医护人员认为影响手术过程，存在弃置现象；因个人操作习惯，剂量计的佩戴位置不统一，导致测量数据溯源性差；常规的眼晶状体剂量计只有一个探测元件，其造成的统计误差不容忽视；在现今眼晶状体常规监测普及率不高的情况下，佩戴在铅衣外脖领处的剂量计作为眼晶状体的指证剂量计，其方法研究和实际的使用尚不完善。因此，在国际组织建议降低眼晶状体当量剂量限值的新形势下，本研究在解决如何快速、准确对放射工作人员眼晶状体剂量进行评价中具有实际意义。

本研究仍存在以下不足：①仅研究了X射线PA投射方向的剂量场分布，尚未考虑其他投射方向对计算结果的影响。②模拟结果未考虑X射线成像装置C型臂对计算结果影响。下一步工作将针对上述不足，进行进一步的研究，并把本文MC模拟建立的模型细化并结合实际手术过程，基于曝光时间、管电压、管电流、投射方向等照射参数，进一步优化模型，科学助力放射工作人员在手术过程中的眼晶状体受照剂量的合理可靠评估。