不同方法對(duì)X射線機(jī)房的屏蔽優(yōu)化分析

張利，陳旎，曾德高

湖南省腫瘤醫(yī)院中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院放療物理室，湖南長沙410000

不同方法對(duì)X射線機(jī)房的屏蔽優(yōu)化分析

張利，陳旎，曾德高

湖南省腫瘤醫(yī)院中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院放療物理室，湖南長沙410000

目的介紹兩種不同的X射線機(jī)房的屏蔽計(jì)算方法，并根據(jù)目前腫瘤醫(yī)院的主、副屏蔽墻的厚度，利用不同的計(jì)算方法反推醫(yī)院X射線模擬機(jī)房的實(shí)際的最大工作負(fù)荷量以及每周的病人數(shù)量，為今后X射線機(jī)房的工作安排提供理論依據(jù)。方法根據(jù)GBZ130-2002和NCRP147號(hào)報(bào)告等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的要求，以湖南省腫瘤醫(yī)院為依托，根據(jù)兩種屏蔽計(jì)算方法對(duì)X射線模擬機(jī)房進(jìn)行最大工作負(fù)荷量反推。以計(jì)算結(jié)果為理論依據(jù)確定今后實(shí)際工作過程中X射線模擬機(jī)房的極限工作量，確保放射性工作人員和公眾成員在機(jī)房周圍地區(qū)的留居所受的個(gè)人最大劑量在國家規(guī)定的基本限值以下。結(jié)論目前湖南省腫瘤醫(yī)院的工作負(fù)荷量在屏蔽設(shè)計(jì)的限制之內(nèi)，醫(yī)院的機(jī)房外環(huán)境輻射水平均能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求,且基本上接近天然輻射本底水平,其防護(hù)效果都十分滿意,且安全、可靠。

X射線模擬機(jī)；屏蔽設(shè)計(jì)；輻射防護(hù)；計(jì)算方法

隨著X射線應(yīng)用的日益廣泛和人們對(duì)電離輻射了解日趨增加，人們也更加關(guān)注X射線對(duì)人們所帶來的潛在的輻射危害。研究表明，當(dāng)今世界人們所受的人工輻射照射中，醫(yī)療照射居首位[1-2]。加之X射線機(jī)的不斷普及和X射線機(jī)高頻次的使用，使得X射線機(jī)所帶來的輻射照射日益增加，因此，探討如何減少X射線機(jī)使用過程中輻射照射對(duì)公眾和工作人員的危害，并使其所受照射量降低到合理的水平對(duì)安全開展X射線機(jī)房的工作具有重要意義。

本文以湖南省腫瘤醫(yī)院X射線模擬機(jī)房為例，參照有關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹兩種不同的X射線機(jī)房的屏蔽計(jì)算方法:一種是查TVT表計(jì)算法；一種是NCRP147號(hào)報(bào)告Archer推薦的計(jì)算方法，并根據(jù)目前醫(yī)院的主、副屏蔽墻的厚度，利用上述兩種不同的計(jì)算方法反推腫瘤醫(yī)院X射線模擬機(jī)房的實(shí)際的最大工作負(fù)荷量以及每周的病人數(shù)量。

1 方法介紹

1.1 查表計(jì)算法

①主防護(hù)墻屏蔽厚度計(jì)算[3-4]。

式中，B為透射函數(shù)，P為屏蔽設(shè)計(jì)劑量目標(biāo)（mSv/ week），d為X射線源劑量等中心點(diǎn)到居留區(qū)參考點(diǎn)距離，W為周工作負(fù)荷（），U為利用因子，T為居留因子。

根據(jù)（1.1）式計(jì)算出透射函數(shù)B，查相應(yīng)的TVT（十分之一厚度）表[5]，再根據(jù)下面公式來計(jì)算主防護(hù)墻的屏蔽厚度：

②副防護(hù)墻屏蔽厚度計(jì)算

a)、漏射線屏蔽厚度(χ1)計(jì)算

式中，為X射線源劑量等中心點(diǎn)l m處每周漏射線的比釋動(dòng)能率（mSv/week）；P為屏蔽設(shè)計(jì)的劑量限值（mSv/week）；為x射線機(jī)源點(diǎn)到居留區(qū)參考點(diǎn)距離（m）；T為居留因子。

b)、散射線屏蔽厚度計(jì)算先用下式計(jì)算出散射線的透射系數(shù)(B)，再根據(jù)B查TVT表及用公來計(jì)算所需的屏蔽厚度。

式中，為散射線屏蔽體最大允許透射量（mSv·m2·mA-1·min-1）；P為屏蔽設(shè)計(jì)劑量目標(biāo)限值；dsec為患者體表散射點(diǎn)到考察點(diǎn)的距離（m）；dsca為x射線機(jī)源點(diǎn)到患者體表散射點(diǎn)間的距離（m)；S是散射面積為400時(shí)離散射體1m處散射線的照射量與入射照射量之比；W為F工作負(fù)荷（mA·min/week）；F為患者體表散射面積（cm2），T為居留因子。

1.2 Archer推薦的屏蔽計(jì)算方法

對(duì)于一個(gè)可接受的屏蔽厚度(Xbarrier)，無論初級(jí)屏蔽還是次級(jí)屏蔽，以下給出的寬束透射函數(shù)表達(dá)公式都通用[6-9]。

式中:d為屏蔽居留區(qū)參考點(diǎn)距X射線源距離(m);為距X射線源1m處患者的未屏蔽的平均空氣比釋動(dòng)能(mGy/患者)；N為每周接受X射線檢查的患者預(yù)期數(shù)目；P為設(shè)計(jì)目標(biāo)值。

則屏蔽層厚度的計(jì)算公式為:

式中：為某一屏蔽材料的屏蔽厚度;為寬束射線通過屏蔽材料透射的數(shù)學(xué)模式中擬合參數(shù)。

①初級(jí)屏蔽厚度的計(jì)算

對(duì)初級(jí)屏蔽設(shè)計(jì)需要考慮的幾個(gè)參數(shù)：

①初級(jí)輻射距離，dp；②距離1米處未屏蔽的初級(jí)空氣比釋動(dòng)能；③在dp點(diǎn)上未屏蔽的初級(jí)空氣比釋動(dòng)能；④前屏蔽；⑤使用因子U；⑥每周檢查患者數(shù)；⑦居留因子T；則有：

初級(jí)X射線透射函數(shù)為

式中，K(x)為設(shè)計(jì)目標(biāo)值。即可得到初級(jí)輻射的屏蔽計(jì)算式為：

為某一屏蔽材料的厚度，為某一材料的三個(gè)擬合參數(shù)。

②次級(jí)屏蔽厚度的計(jì)算

次級(jí)屏蔽設(shè)計(jì)需要考慮的幾個(gè)主要參數(shù)：

①次級(jí)輻射距離，（散射輻射和漏輻射距離相等）；②距離1米處未屏蔽的次級(jí)空氣比釋動(dòng)能；③在點(diǎn)上未屏蔽的次級(jí)空氣比釋動(dòng)能；④每周檢查患者數(shù)目N；⑤居留因子T。

則有：

次級(jí)輻射的透射函數(shù)為：

式中，K(x)為設(shè)計(jì)目標(biāo)值。即可得到次級(jí)輻射的屏蔽計(jì)算式為：

為某一屏蔽材料的厚度，為某一材料的三個(gè)擬合參數(shù)。

注：為某一材料的三個(gè)擬合參數(shù)，電壓值不同，擬合參數(shù)亦不同，表1給出了常用的幾種電壓值。

2 結(jié)果與分析

2.1 結(jié)果計(jì)算

假定醫(yī)院每周檢查的患者數(shù)目N=100；周工作負(fù)荷W=It=1000mA.min/week；屏蔽設(shè)計(jì)劑量目標(biāo)P取0.25mSV/week；參考點(diǎn)的距離分別取2、2.5、3、3.5、4 m;模擬定位機(jī)主防護(hù)墻、副防護(hù)墻的使用因子U、居留因子T均取1,居留因子T取1；其它參數(shù)均可由GBZ-130和NCRP 147號(hào)報(bào)告得出[10-13]。

表1 考察點(diǎn)離X射線機(jī)中心點(diǎn)不同距離處主屏蔽墻屏蔽厚度（cm混凝土）

表2 考察點(diǎn)離X射線機(jī)中心點(diǎn)不同距離處次屏蔽墻屏蔽厚度（cm混凝土）

因此采用不同的計(jì)算方法計(jì)算了考察點(diǎn)距離X射線機(jī)房分別為2、2.5、3、3.5、4 m時(shí)，主、次防護(hù)墻的厚度，計(jì)算結(jié)果如下：見表1、表2。

2.2 計(jì)算結(jié)果的處理與分析

本論文的所有數(shù)據(jù)均采用國際通用的ORIGIN9.0版本軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

2.2.1 主防護(hù)墻屏蔽厚度的計(jì)算結(jié)果比較

圖1 查TVT表不同管電壓下主防護(hù)墻厚度隨距離的變化曲線圖

圖2 Archer推薦法計(jì)算不同不同管電壓下主防護(hù)墻厚度隨距離的變化曲線圖

從表1和圖1、圖2可以看出,對(duì)于醫(yī)用X射線模擬定位機(jī)的主防護(hù)墻的屏蔽計(jì)算,不同的計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果存在著一定的差別。查TVT表法所得到的防護(hù)墻屏蔽厚度總體大于Archer推薦的方法計(jì)算得到的結(jié)果。就Archer推薦的方法計(jì)算結(jié)果來看,小電壓如50KV以下的X射線在2 m外基本不需要屏蔽裝置，但是需要考慮的Archer推薦的計(jì)算方法中參數(shù)值是基于美國醫(yī)院實(shí)際的情況確定的，對(duì)于我國醫(yī)院的參考價(jià)值也有待作進(jìn)一步的研究。此外，從圖2和表1可以看出，參考點(diǎn)距離X射線模擬定位機(jī)越遠(yuǎn)，屏蔽所需要的厚度也就越小，但設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)兼顧機(jī)房的占地面積來進(jìn)行考慮。

2.2.2 次防護(hù)墻屏蔽厚度的比較

從表2和圖3、圖4可以看出，不同方法計(jì)算的次級(jí)防護(hù)墻的厚度也存在著一定的差異。Archer推薦的方法的計(jì)算結(jié)果顯示，隨著管電壓的增加，混凝土的厚度基本成線性增加。而基于TVT表方法的計(jì)算結(jié)果顯示，混凝土的厚度存在著一定的“畸變”，這種畸變發(fā)生在漏射線與散射線之差是否小于混凝土的HVT值的臨界點(diǎn)上。此外，從圖2和表1可以看出，參考點(diǎn)距離X射線模擬定位機(jī)越遠(yuǎn)，次級(jí)屏蔽所需要的厚度也就小。

圖3 查TVT表計(jì)算不同管電壓次防護(hù)墻厚度隨距離的變化曲線圖

圖4 Archer推薦法計(jì)算不同管電壓下次防護(hù)墻厚度隨距離的變化曲線圖

2.2.3 醫(yī)院模擬X射線定位機(jī)房的工作負(fù)荷評(píng)估

根據(jù)醫(yī)院X射線機(jī)房的實(shí)際尺寸，可以得知主防護(hù)墻的厚度為30cm，次防護(hù)墻的厚度為30cm。以照屏蔽防護(hù)設(shè)計(jì)的三原則[14-15]，在反推工作負(fù)荷的計(jì)算過程中，假定模擬定位機(jī)主防護(hù)墻、副防護(hù)墻的使用因子U、居留因子T均取1,屏蔽設(shè)計(jì)劑量目標(biāo)P取0.005mSV/week；其它參數(shù)均可由GBZ-130和NCRP 147號(hào)報(bào)告得出。通過上述兩種不同的計(jì)算方法可以得知：TVT表法計(jì)算得到工作負(fù)荷量N=313,Archer推薦的方法計(jì)算得到工作負(fù)荷量N=501經(jīng)過分析，兩種方法得出的工作負(fù)荷量均大于實(shí)際的病人數(shù)目，即可得知，在當(dāng)前的醫(yī)院的工作負(fù)荷量情況下，X射線機(jī)房的屏蔽能夠滿足X射線衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，并能很好的確保職業(yè)人員和工作人員輻射劑量達(dá)到我國放射性衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)劑量的要求。

3 結(jié)論

屏蔽設(shè)計(jì)的過程就是根據(jù)具體的項(xiàng)目，按國家規(guī)定設(shè)定劑量限值、選擇屏蔽設(shè)計(jì)條件、完成理論計(jì)算、選擇屏蔽材料和厚度。整個(gè)過程需要了解輻射防護(hù)的基本原則和實(shí)際情況，清楚屏蔽設(shè)計(jì)中屏蔽體厚度的影響因素，選擇合理可行的參數(shù)，使整個(gè)機(jī)房都處于最合理的狀態(tài)，對(duì)職業(yè)人員和公眾所受劑量保持在合理可行盡量低得水平。

本文介紹了兩種不同的X射線模擬機(jī)房的屏蔽計(jì)算方法，通過對(duì)兩種方法的分析比較，我們不難發(fā)現(xiàn)：查表查圖法在屏蔽厚度上明顯大于Archer推薦方法所得的屏蔽厚度，TVT表法是先按其給出的公式求出所需的屏蔽透射比B，再由附表中得TVT值或其附錄的透射曲線圖查出結(jié)果，而Archer推薦方法則是根據(jù)給出公式計(jì)算得到的透射函數(shù)再查相關(guān)擬合參數(shù)計(jì)算得出結(jié)果。相比較而言可能由于曲線精度不足而帶來觀察誤差導(dǎo)致兩種結(jié)果出現(xiàn)明顯差異。其次，Archer推薦方法中很多參數(shù)都采用了美國等國家在實(shí)際使用中測得的劑量。雖然美國等國家每周實(shí)際的檢查人數(shù)往往比我國少很多，但從計(jì)算的結(jié)果可以看出，即使屏蔽層厚度偏小，也能保證工作人員的累積劑量不超標(biāo)，因此對(duì)我們今后的屏蔽設(shè)計(jì)方法的思路具有很大的指導(dǎo)作用。

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Different Methods of X-ray Room Shielding Optimization Analysis

ZHANG Li，CHEN Ni，ZENG De-gao
Hunan Provincial Tumor Hospital,Cancer Hospital of Xiangya Medical College,Central South University Radiotherapy Physics Room Changsha,Hunan 410000 China

Objective To introduce two different shielding calculation method of X-ray room,and to provide a theoretical basis for the future work of X-ray room of calculating the maximum number of patient per week with using the actual main and secondary shielding wall statistics.Methods According to some relevant standards of GBZ130-2002 and NCRP147 and two different calculation method of X-ray simulation engine room,we can reversely calculate the maximum actual working load and assure radiation workers and members of the public in the surrounding areas receives doses within limits by analysting those statistic.Conclusion At present,the workload and the environmental radiation levels outside X-ray room of Hunan Cancer Hospital are all within the limits,so we can concluded the shielding design meet national requirement and its protective effects are satisfactory,and safe and reliable.

X-ray simulation room;Shielding design;Radiation protection;Calculation method

R14

A

1672-5654（2015）05（c）-0079-04

2015-03-02）

張利（1984-），女，湖南株洲人，本科，腫瘤放射物理，湖南省腫瘤醫(yī)院。