校準用職業(yè)人員眼晶狀體劑量當量Hp(3)標準的建立*

歐向明 趙士菴 范瑤華*

校準用職業(yè)人員眼晶狀體劑量當量Hp(3)標準的建立*

歐向明①趙士菴①范瑤華①*

目的：為滿足放射職業(yè)人員眼晶狀體劑量當量Hp(3)評價的需要，建立用于校準Hp(3)劑量計的X射線標準。方法：通過用標準電離室劑量儀，測量校準點處無模體時X射線輻射場空氣比釋動能，以及利用國際輻射防護委員會(ICRP)116號出版物推薦的頭模體的Hp(3)轉(zhuǎn)換系數(shù)，給出模體校準點處的劑量當量Hp(3)約定真值。結(jié)果：建立X射線輻射場條件下刻度眼晶狀體劑量計的標準和校準程序，并采用熱釋光劑量計(TLD)分別在國際標準化組織(ISO)推薦的板模體和ICRP第116號出版物推薦的頭模體進行比較驗證，其測量誤差小于TLD之間的測量誤差。結(jié)論：目前建立的劑量當量Hp(3)的X射線標準可滿足放射職業(yè)人員對運行實用量Hp(3)劑量計的刻度要求，為評價Hp(3)劑量計的檢測數(shù)據(jù)提供理論依據(jù)，從而提高我國輻射監(jiān)督監(jiān)測網(wǎng)上報劑量當量Hp(3)檢測數(shù)據(jù)的溯源性和可靠性。

眼晶狀體劑量當量；劑量當量Hp(3)；模體；標準刻度；溯源

[First-author’s address]National Institute for Radiological Protection, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Key Laboratory of Radiation Protection and Nuclear Emergency for China CDC, Beijing 100088, China.

個人劑量當量Hp(3)是評價放射職業(yè)人員眼晶狀體輻射防護的運行實用量。多年來，電離輻射對職業(yè)人員眼睛晶狀體的危害一直受到醫(yī)學防護界業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注，尤其是2011年國際輻射防護委員會(International Commission on Radiological Protection，ICRP)第118號出版物提出，放射職業(yè)人員對電離輻射的劑量限值和組織反應(確定性效應)的閾值大幅度下降之后，對劑量當量Hp(3)測量和溯源的需求亦極大提高[1-6]。然而，目前國內(nèi)有些標準實驗室尚未建立相應的標準輻射場、不能提供劑量當量Hp(3)的校準參考條件，使得劑量當量Hp(3)研究及其應用成為相關(guān)輻射防護領(lǐng)域的熱點和難點。早在在2007年ICRP第103出版物[7]的B116節(jié)中建議，檢測眼晶狀體停止使用Hp(3)，而使用Hp(0.07)可充分實現(xiàn)其目的，卻引起了國內(nèi)、外專業(yè)研究人員對這一觀點的質(zhì)疑。尤為突出的是從2008年起歐盟組織了6個國家、18個研究機構(gòu)和醫(yī)院，開展了一項專門針對輻射防護實用劑量當量Hp(3)劑量測量的合作項目(ORAMED)，用時4年之久。該項目從理論計算、Hp(3)劑量計設(shè)計與檢測、校準使用的模體以及校準方法等，均做了一系列全面、系統(tǒng)和深入的研究，提供大量的實驗數(shù)據(jù)和可操作的劑量學評估方法，專門設(shè)計出一種適合輻射防護現(xiàn)場檢測用的Hp(3)劑量計，其研究成果和數(shù)據(jù)已被2011年ICRP第116號出版物全部采納[8-9]。

本研究以O(shè)RAMED研究成果為基礎(chǔ)結(jié)合實驗室現(xiàn)有條件，研究建立了在頭模體和板模體上校準Hp(3)劑量計的標準，并使用專門設(shè)計的Hp(3)熱釋光劑量計(thermoluminescence dosimeter，TLD)完成了應用性驗證。按照國家衛(wèi)生計生委要求，各省市上報醫(yī)用輻射防護監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)的相關(guān)規(guī)定，本研究建立的Hp(3)劑量當量標準，可為全國眼晶狀體劑量計的校準提供技術(shù)服務，保證各省市相關(guān)檢測機構(gòu)對劑量當量Hp(3)上報數(shù)據(jù)的溯源性和可靠性[10]。

1 材料與方法

1.1 儀器設(shè)備與材料

(1)X射線機。由國際原子能機構(gòu)(International Atomic Energy Agency，IAEA)資助的MG324型高穩(wěn)定度恒壓X射線機，管電壓穩(wěn)定性為±0.2%，管電流調(diào)整步階為0.01 mA[11]。

(2)輻射線質(zhì)。做為IAEA和世界衛(wèi)生組織(World Health Organization，WHO)二級標準劑量學實驗室網(wǎng)絡(luò)(secondary standard dosimetry laboratory，SSDL's Network)成員，調(diào)制的X射線線質(zhì)符合ISO4037技術(shù)規(guī)范[12]。

(3)標準劑量儀器。由WHO資助的英國NE公司生產(chǎn)的NE2550二級標準防護劑量儀，該劑量儀的量值可溯源到中國計量科學研究院一級標準(計量院證書號Dyjl 2016-1334)。

(4)模體。遵照國際標準化組織(International Organization for Standardization，ISO)技術(shù)規(guī)范：①在評估放射職業(yè)人員有效劑量時，使用個人劑量當量Hp(10)；②在評估皮膚、手及四肢的劑量時，使用個人劑量當量Hp(0.07)；③評估眼晶狀體劑量時，應使用個人當量劑量Hp(3)；④對運行實用量進行校準時，均應在相應的模體上完成。選擇不同模體校準劑量計的目的，主要考慮所選定的不同幾何尺寸模體，能正確地反映實際工作中佩戴在人體上的劑量計所接受的散射影響。

(5)板模體(Slab phantom)。目前使用聚甲基丙烯酸甲酯(poly methyl methacrylate，PMMA)材料制成的模體，其材料成分按照ICRU推薦的4元素比例組成，其中，H為10.1%，C為11.1%，N為2.6%和O為76.2%，材料的密度為1.0g·cm-3。國際上通常有2種尺寸板：200 mm×200 mm×150 mm和300 mm×300 mm×150 mm，前者稱為縮減板模體，后者為標準板模體，本研究采用標準板模體。

(6)頭模體(Head phantom)。由ORAMED項目設(shè)計，并由ICRP推薦為校準Hp(3)劑量計的專用模體。該模體是由壁厚0.5 mm的PMMA材料制作而成，幾何尺寸為直徑200 mm、高200 mm的正圓柱形模體，稱為頭模體。使用時空腔內(nèi)充滿與室溫平衡的純凈水，頭模體比板模體能夠更好地模擬人體頭部所致輻射散射影響。

(7)TLD。實驗及驗證中使用的劑量計，是由北京光潤意通輻射檢測設(shè)備有限公司專門設(shè)計和生產(chǎn)的Hp(3)TLD[12]。每只劑量計內(nèi)封裝1片GR-200A型直徑為4.5 mm，厚度為0.8 mm的LiF(Mg、Cu、P)圓片型TLD元件，其主要特點是劑量計上方的平衡材料，選用專用的眼晶狀體組織等效塑料。

(8)TLD讀數(shù)儀。由北京光潤意通輻射檢測設(shè)備有限公司提供了一套TLD-250型單通道熱釋光劑量儀，完成全部Hp(3)TLD劑量計的驗證測量。

1.2 校準方法

1.2.1 Hp(3)劑量計校準

由于目前國際上尚未研制出在模體上直接測量Hp(3)的標準劑量儀，因此在校準Hp(3)劑量計時，標準實驗室通常采用的方法是：用標準劑量儀器在無模體條件下測量校準點處的空氣比釋動能(Kair)，乘以國際上推薦的眼晶狀體劑量當量轉(zhuǎn)換系數(shù)hp(3，α)[13]，從而獲得校準點Hp(3，α)約定真值[14-15]；其計算表達式為公式1：

Hp(3，α)＝Kair×hp(3，α)≈Dair×hp(3，α) (1)式中，Hp(3，α)為在有模體條件下校準點處，射線入射角為α時Hp(3)約定真值(Sv)；Kair為標準劑量儀器在無模體條件下測量校準點處的空氣比釋動能(Gy)，在診斷X射線能量范圍內(nèi)，Kair≈Dair；hp(3，α)為X射線入射角α時，由校準點處無模體空氣比釋動能轉(zhuǎn)換成Hp(3，α)的轉(zhuǎn)換系數(shù)為公式2：

當輻射的入射角度為0°時，將hp(3，α)簡寫成hp(3)，其他相同。本研究給出常用的hp(3，α)值見表1。

表1 常用X射線窄束hp(3，α)的轉(zhuǎn)換系數(shù)(Sv/Gy)

1.2.2 劑量當量Hp(3)轉(zhuǎn)換系數(shù)

在校準點處劑量當量Hp(3)的約定真值，取決于其相對于Kair的轉(zhuǎn)換系數(shù)hp(3)，盡管許多學者在前期做過大量的對單能光子計算或用不同蒙特卡羅模型所做計算，但最終結(jié)果采用的是“PENELOPE”比釋動能近似模型(Kerma Aproximaty，P-mode)[16-17]。值得注意的是，對于＞1 MeV的光子比釋動能近似模型與無比釋動能模型具有差別。

2 結(jié)果與應用

2.1 校準的Hp(3)TLD結(jié)果

目前，國內(nèi)對劑量當量Hp(3)的檢測多采用TLD依據(jù)EJ-1187標準完成，等同采用ISO標準，屬于間接溯源[18-19]。鑒于國內(nèi)采用頭模體的刻度標準尚未建立，因此在采納國際上推廣使用的頭模體和hp(3)轉(zhuǎn)換系數(shù)的同時，也使用標準板模體，均在N80線束和0o入射角條件下，對TLD的Hp(3)進行驗證和比較實驗，以便檢驗和評價以往采用EJ-1187標準校準的Hp(3) TLD的結(jié)果[20]。

2.2 TLD在頭模體及板模體劑量當量Hp(3)的驗證與比較

(1)采用N80線束，TLD在頭模體上劑量當量Hp(3)的驗證結(jié)果如圖1所示。

(2)采用N80線束，TLD在板模體上Hp(3)的驗證結(jié)果如圖2所示。

圖1 用TLD在頭模體上Hp(3)的標準曲線圖

圖2 TLD在標準板模體上Hp(3)的標準曲線圖

2.3 兩種模體上Hp(3)劑量計的驗證結(jié)果與比較

圖1和圖2顯示，Hp(3)TLD盡管使用了2種不同的模體，但在同一臺TLD讀數(shù)儀器、相同的測量條件下，校準的2條TLD標準曲線的斜率，差別＜2%，證明采用EJ/T-1178標準校準Hp(3)劑量計的結(jié)果是可以接受的。該結(jié)果與比利時核能研究中心(SCK)和西班牙加泰羅尼亞理工大學(UPC)獲得的結(jié)果一致[21]。但是，值得注意的是，EJ/T-1178標準未能給出更多X射線線質(zhì)和角度的hp(3)轉(zhuǎn)換系數(shù)，因此只適用于N80線質(zhì)，且射線的入射角為0o的情況下Hp(3)劑量計的校準。

2.4 不確定度的評估

參照國家計量技術(shù)規(guī)范JJF1059-1999“測量不確定度評定與表示”[22]為校準點約定真值不確定度評定依據(jù)，按照A、B兩類不確定度分別給出評定，最后進行合成。

(1)A類評定：劑量率儀測量重復性(n＝5)，2.0%。

(2)B類評定：①標準劑量儀器傳遞，4.0%；②hp(3)轉(zhuǎn)換系數(shù)，0.3%；③輻射場線質(zhì)(即X線譜)差別，1.0%；④輻射場不均勻性，1.0%；⑤測量環(huán)境(溫度、氣壓和濕度等)變化，0.5%；⑥測量方法(替代法)和簡化測量程序，1.0%；⑦轉(zhuǎn)換因子和其他引用參數(shù)產(chǎn)生，1.0%。

(3)合成后獲得的擴展不確定度：5.0%(k＝2)。

3 結(jié)論

本研究建立的N系列Hp(3)標準可以提供眼晶狀體劑量當量的校準服務，校準點處Hp(3)約定真值的不確定度為5.0%(k＝2)，滿足校準Hp(3)劑量計的服務要求。由于在輻射防護實踐中Hp(3)劑量計測量的分散性、能量響應、角響應以及劑量計在頭部佩戴的位置等產(chǎn)生的不確定度，遠大于校準點處Hp(3)的約定真值不確定度。

盡管本研究在Hp(3)TLD應用驗證中表明，Hp(3)劑量計在N80窄束X射線0o入射角條件下，用頭模體和標準板模體刻度Hp(3)劑量計差別不大。但是，用300 mm×300 mm×150 mm標準板模體與用200 mm×200 mm×150 mm縮減板模體對單能光子報道的理論計算結(jié)果表明，hp(3)轉(zhuǎn)換系數(shù)隨著射線的能量和入射角變化的差別仍較明顯，其主要原因是由于2種模體的幾何形狀，對劑量計入射角和射線能量依賴性和產(chǎn)生的反散射不同而引起。因此，為了達到與國際接軌的目的，本研究認為在Hp(3)劑量計校準時，選擇并使用頭模體更為適宜。

在hp(3)轉(zhuǎn)換系數(shù)中，已考慮到兩眼的間距約為6 cm，即頭模體36o角范圍內(nèi)，所接受Hp(3)劑量當量照射的平均值，在這一角度范圍內(nèi)，Hp(3)角響應帶來的測量誤差是可接受的。

目前，在放射診療領(lǐng)域中，用Hp(3)劑量計檢測的職業(yè)人員多數(shù)是從事介入放射學工作人員，其醫(yī)用X射線機的能量范圍屬于放射診斷的寬束X射線線質(zhì)，即屬于IEC 61625規(guī)范中的RQR線質(zhì)。N系列X射線窄束與RQR線束的能譜差別較大，因此在評價用N系列刻度的Hp(3)劑量計時，應根據(jù)實際應用情況做適當?shù)男拚?，尤其是在以下兩種情況下：①檢測獲得的測量值在劑量限值附近時；②檢測中使用能量響應誤差較大的劑量計時，均要考慮加以修正。

本研究將進一步開展與此相關(guān)的研究工作，建立和完善在RQR線質(zhì)條件下校準Hp(3)劑量計的標準。

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Establishment of standards of Hp(3) for the calibration of eye-lens dose equivalent dosimeters/

OU Xiang-ming, ZHAO Shi-an, FAN Yao-hua//China Medical Equipment,2017,14(2):11-15.

Objective:To establish the X-ray standard was used to calibrate Hp(3) dosimeter in order to satisfy the requirement of eye-lens dose equivalents for the radiological occupational staff.Methods:The conventional values (Hp(3)) on the reference point of the narrow beams of X-ray fields were obtained by means of the product of air kerma (Kair) and the conversion coefficients (hp(3,ɑ)) recommended by ICRP116 recommendation. And these researches can be used by standard ionization chamber dosimeter. Finally, provided the conventional true value Hp(3) at calibrate point.Results:The standards and calibration program of calibrations eye-lens dose equivalent dosimeter were established under the X-ray radiation field. The detection error between slab phantom recommended by ISO and head phantom recommended by the 116th publication of ICRP was lower when the TLD was used to detect result.Conclusions:The standards for calibration Hp(3) dosimeters can satisfy the requirement of calibration for radiological occupational staff. It also provides theoretical foundation for detection data that assessed Hp(3) dosimeters and then improves trace ability and reliability of detection data of Hp(3) in national radiation supervision and inspection network.

Eye-lens dose equivalent; Hp(3); Phantom; Standard calibration; Traceability

1672-8270(2017)02-0011-05

R146

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.02.004

2016-10-27

國家科技支撐計劃(2014BAI12B04)“職業(yè)性接觸醫(yī)用輻射和重金屬及納米材料健康危害的控制研究”

①中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫(yī)學所 輻射防護與核應急中國疾病預防控制中心重點實驗室 北京 10008 *通訊作者：fyaohua1@sina.com

歐向明,男,(1964- ),本科學歷，主任技師。中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫(yī)學所 輻射防護與核應急中國疾病預防控制中心重點實驗室，從事醫(yī)用診療設(shè)備輻射防護劑量的研究工作。