应用仿真人体模型估算辐照场所受照人员物理剂量的方法研究*

丁艳秋 李明生 刘运宏 翟贺争 程金生*

放射源和射线装置在我国的应用十分广泛，目前全国共有放射源142 773枚，其中废源库收贮废源35 393枚，而其余的107 380枚放射源分布在12 412家涉源单位，各涉源单位的放射源中，在用放射源76 767枚，闲置废弃放射源30 613枚。由于放射源广泛应用于医学、工业及农业等领域，放射事故时有发生。据统计，从1988年至2004年，平均每年发生放射事故约30余起[1-2]。

发生放射事故时要对受照人员进行有效的医学应急救治和对事故做出客观的评价，需要对受照人员事故剂量进行重建，采用物理剂量估算为较好的方法之一，选用合适的人体模型进行模拟估算是物理剂量估算的重要一环[3-6]。“中国人辐照仿真人体模型”是在对大量中国成年人的各项参数进行统计后研制出的能代表大多数中国成年人的标准体模，使用与人体组织对射线散射和吸收相似的“组织等效材料”制成的具有骨骼、肌肉及脏器的人体模型，具备良好的辐射等效性，仿真人体模型质量单元剂量相似于实际人体质量单元剂量[7]。因此，本研究在60Co源辐射场中，将热释光剂量计(thermoluminescence dosimeter，TLD)布放在中国人辐照仿真人体模型(心脏、肾脏、肝脏、胃、肺及甲状腺等)内，模拟辐照场所受照人员受照情况，得出事故受照人员的器官剂量，并与蒙特卡罗模拟估算的器官剂量进行比较，从而验证将TLD布放在中国人辐照仿真人体模型器官中，估算事故受照人员器官剂量的可行性。

1 材料与方法

1.1 设备与材料

钴治疗机由解放军第307医院提供使用；60Co源由军事医学科学院辐照室提供使用；RGD-3A微机热释光剂量仪为防化院生产；热释光剂量计为北京光润意通公司生产；固体水为德国PTW公司生产；中国人辐照仿真人模型(模体)为成都方拓仿真技术有限责任公司生产。

1.2 TLD现场模拟测量方法

(1)TLD刻度曲线的测量。为了模拟60Co源辐照室内受照人员受到较大剂量照射，根据TLD热释光材料LiF(Mg，Ti)[TLD-LiF(Mg，Ti)]的线性可以达到8 Gy(来源于厂商标称值)，选用TLD-LiF(Mg，Ti)放置在中国人辐照仿真人体模型重要器官内，模拟人员受照情况。首先对TLD-LiF(Mg，Ti)剂量计进行校准，使用60Co治疗机，考虑到电子平衡效应以及电子建成选择在干冰(内含98%以上水分)下5 cm照射1～5 Gy。使用RGD-3A微机热释光剂量仪测量TLD-LiF(Mg，Ti)。

(2)测量条件。预热温度为135 ℃，测量温度为235 ℃，预热时间为5 s，测量时间为6 s，TLD发光量与TLD空气中吸收剂量的线性相关系数为0.997。TLD发光量与TLD空气中吸收剂量的关系曲线如图1所示。

图1 TLD发光量与TLD空气中吸收剂量的关系曲线图

(3)60Co源辐照室模体照射实验。在60Co源辐照室对模体进行人员正面受照射情况模拟和人员背面受照射情况模拟照射，模体正面照射情况如图2所示，背面照射情况如图3所示。

图2 模体正面照射示图

图3 模体背面照射示图

在模体的心脏、肾脏、肝脏、胃、肺及甲状腺等重要器官放置TLD-LiF(Mg，Ti)剂量计，每个部位放置两片TLD，模体照射空气吸收剂量值为2.7 Gy，照射时的剂量率为129.65 cGy/min。

1.3 TLD测量与蒙特卡罗方法估算器官剂量值的比较

为了验证将TLD布放在模体器官中估算器官剂量的可行性，将TLD测量的器官剂量值与蒙特卡罗软件估算的器官剂量值进行比较[8]。

本研究与李明生等[9]根据Geant4(欧洲核子中心开发的通用蒙特卡罗计算软件)编写的器官剂量蒙特卡罗估算程序进行器官剂量模拟估算，并对其结果进行比较[10]。该程序可根据放射源的能量、1 m处的剂量率、照射距离以及照射角度估算器官剂量值。软件估算界面如图4所示。

图4 蒙特卡罗法器官剂量估算程序界面图

2 结果

(1)正面照射模拟结果见表1。

表1 模体正面照射TLD方法测得器官剂量值与蒙特卡罗估算器官剂量值比较

根据TLD的发光量可以由刻度曲线得出空气中的吸收剂量值，由于不同介质的质能吸收系数不同其对应的吸收剂量不同，故采用国际辐射单位与测量委员会(ICRU)44号报告的组织空气比可以得到模体中不同器官的吸收剂量(由于无法获得模体内的各种不同组织的组织空气比，统一用组织空气比1.102代表模体内的不同组织的组织空气比)，将TLD方法测量得到的器官剂量值与蒙特卡罗模拟估算的器官剂量值进行比较，两者最大相对偏差为-31.3%。

(2)背面照射模拟结果见表2。

表2 模体背面照射TLD方法测量得到的器官剂量值与蒙特卡罗估算器官剂量值比较

将TLD方法测量得到的器官剂量值与蒙特卡罗模拟估算的器官剂量值进行比较，两者最大相对偏差为-19.3%。

3 讨论

实验中考虑到TLD摆放位置和剂量计数量限制以及TLD的测量误差，实验测量不确定度粗略估计在10%以内[11-12]。TLD方法测量得到的器官剂量值与蒙特卡罗程序模拟估算的器官剂量值基本一致，相对偏差在±31.3%以内。表明在中国人辐照仿真人体模型重要器官内布放TLD剂量元件可以作为估算辐照场所受照人员剂量的有效方法。

由于蒙特卡罗程序模拟程序是采用美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory，ORNL)混合模体，其构建的器官与人体标准器官的体积和形状存在一些差异，计算的器官转换系数和ICRP 74号报告的转换系数有一定差别[8]；由于TLD是相对测量方法，其剂量测量的准确性很大程度上依赖于刻度方法的准确性。本研究未细化不同组织的组织空气比差别以及不同深度的吸收剂量的差别，有可能导致TLD方法测量得到的器官剂量值与蒙特卡罗模拟估算的器官剂量值存在一定偏差。

本研究利用中国人辐照仿真人体模型模拟60Co源辐照室受照人员正面和背面受照时的器官剂量，该模拟是静态模拟研究。由于60Co源辐照室内的工作人员是在运动的环境中进行搬运、装卸照射物品，如能进行动态模拟将能更好地模拟60Co源辐照室工作人员发生事故时的真实受照情况，有待计划将仿真人体模型放置于可移动设备上，通过遥控可移动设备使得模体处于移动状态时再进行受照人员的动态模拟研究。

[1]陈惠芳,刘英,秦斌,等.核和辐射突发事件医疗救援应急准备[J].中华医院管理杂志,2010,26(5):344-347.

[2]中华人民共和国环境保护部.王玉庆副局长,李干杰司长在2005年全国核与辐射安全工作会议上的讲话[A].国家核安全局文件[2005]19号,2005-11-15.

[3]姚仲甫,卢国甫,张钦富,等.河南“4.26”60Co源辐射事故的经过和早期物理剂量估算[J].中华放射医学与防护杂志,2001,21(3):163-164.

[4]朱云平,郭勇,张建,等.一例192Ir源放射事故病人的物理剂量估算和测量[J].中华放射医学与防护杂志,1997,17(3):30-32.

[5]贾德林,苑淑渝,戴光复,等.河南“4.26”60Co源辐射事故受照人员剂量的模拟测量和估算[J].中华放射医学与防护杂志,2001,21(3):150-152.

[6]周振山,杨国山,朱云平.4例192Ir源放射事故病人物理剂量估算[J].中华放射医学与防护杂志,2003,23(6):444-445.

[7]黄铭,野健,杜国生.仿真排粪造影中的患者辐射剂量研究[J].中国医学装备,2013,10(8):53-54.

[8]李明生,欧向明,牛昊巍,等.应用Geant4计算光子外照射对人体产生的有效剂量[J].中国医学装备,2010,7(7):14-17.

[9]李明生,欧向明,牛昊巍,等.数字化模体及其在外照射剂量计算中的对比研究[J].中华放射医学与防护杂志,2009,29(5):557-559.

[10][No authors listed].Conversion coefficients for use in radiological protection against external radiation.Adopted by the ICRP and ICRU in September 1995[J].Ann ICRP,1996,26(3-4):1-205.

[11]李秀琴,赵进沛,杨新芳,等.放射工作人员热释光个人剂量测量不确定度评定[J].职业与健康,2011,27(14):1608-1609.

[12]胡利丰,应正巨,赵青青.职业性外照射个人剂量测量不确定度评定[J].中国辐射卫生,2009,18(4):422-425.