不同方法对X射线机房的屏蔽优化分析

张利，陈旎，曾德高

湖南省肿瘤医院中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院放疗物理室，湖南长沙410000

不同方法对X射线机房的屏蔽优化分析

张利，陈旎，曾德高

湖南省肿瘤医院中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院放疗物理室，湖南长沙410000

目的介绍两种不同的X射线机房的屏蔽计算方法，并根据目前肿瘤医院的主、副屏蔽墙的厚度，利用不同的计算方法反推医院X射线模拟机房的实际的最大工作负荷量以及每周的病人数量，为今后X射线机房的工作安排提供理论依据。方法根据GBZ130-2002和NCRP147号报告等相关标准和法规的要求，以湖南省肿瘤医院为依托，根据两种屏蔽计算方法对X射线模拟机房进行最大工作负荷量反推。以计算结果为理论依据确定今后实际工作过程中X射线模拟机房的极限工作量，确保放射性工作人员和公众成员在机房周围地区的留居所受的个人最大剂量在国家规定的基本限值以下。结论目前湖南省肿瘤医院的工作负荷量在屏蔽设计的限制之内，医院的机房外环境辐射水平均能达到国家标准要求,且基本上接近天然辐射本底水平,其防护效果都十分满意,且安全、可靠。

X射线模拟机；屏蔽设计；辐射防护；计算方法

随着X射线应用的日益广泛和人们对电离辐射了解日趋增加，人们也更加关注X射线对人们所带来的潜在的辐射危害。研究表明，当今世界人们所受的人工辐射照射中，医疗照射居首位[1-2]。加之X射线机的不断普及和X射线机高频次的使用，使得X射线机所带来的辐射照射日益增加，因此，探讨如何减少X射线机使用过程中辐射照射对公众和工作人员的危害，并使其所受照射量降低到合理的水平对安全开展X射线机房的工作具有重要意义。

本文以湖南省肿瘤医院X射线模拟机房为例，参照有关文献和实践经验，介绍两种不同的X射线机房的屏蔽计算方法:一种是查TVT表计算法；一种是NCRP147号报告Archer推荐的计算方法，并根据目前医院的主、副屏蔽墙的厚度，利用上述两种不同的计算方法反推肿瘤医院X射线模拟机房的实际的最大工作负荷量以及每周的病人数量。

1 方法介绍

1.1 查表计算法

①主防护墙屏蔽厚度计算[3-4]。

式中，B为透射函数，P为屏蔽设计剂量目标（mSv/ week），d为X射线源剂量等中心点到居留区参考点距离，W为周工作负荷（），U为利用因子，T为居留因子。

根据（1.1）式计算出透射函数B，查相应的TVT（十分之一厚度）表[5]，再根据下面公式来计算主防护墙的屏蔽厚度：

②副防护墙屏蔽厚度计算

a)、漏射线屏蔽厚度(χ1)计算

式中，为X射线源剂量等中心点l m处每周漏射线的比释动能率（mSv/week）；P为屏蔽设计的剂量限值（mSv/week）；为x射线机源点到居留区参考点距离（m）；T为居留因子。

b)、散射线屏蔽厚度计算先用下式计算出散射线的透射系数(B)，再根据B查TVT表及用公来计算所需的屏蔽厚度。

式中，为散射线屏蔽体最大允许透射量（mSv·m2·mA-1·min-1）；P为屏蔽设计剂量目标限值；dsec为患者体表散射点到考察点的距离（m）；dsca为x射线机源点到患者体表散射点间的距离（m)；S是散射面积为400时离散射体1m处散射线的照射量与入射照射量之比；W为F工作负荷（mA·min/week）；F为患者体表散射面积（cm2），T为居留因子。

1.2 Archer推荐的屏蔽计算方法

对于一个可接受的屏蔽厚度(Xbarrier)，无论初级屏蔽还是次级屏蔽，以下给出的宽束透射函数表达公式都通用[6-9]。

式中:d为屏蔽居留区参考点距X射线源距离(m);为距X射线源1m处患者的未屏蔽的平均空气比释动能(mGy/患者)；N为每周接受X射线检查的患者预期数目；P为设计目标值。

则屏蔽层厚度的计算公式为:

式中：为某一屏蔽材料的屏蔽厚度;为宽束射线通过屏蔽材料透射的数学模式中拟合参数。

①初级屏蔽厚度的计算

对初级屏蔽设计需要考虑的几个参数：

①初级辐射距离，dp；②距离1米处未屏蔽的初级空气比释动能；③在dp点上未屏蔽的初级空气比释动能；④前屏蔽；⑤使用因子U；⑥每周检查患者数；⑦居留因子T；则有：

初级X射线透射函数为

式中，K(x)为设计目标值。即可得到初级辐射的屏蔽计算式为：

为某一屏蔽材料的厚度，为某一材料的三个拟合参数。

②次级屏蔽厚度的计算

次级屏蔽设计需要考虑的几个主要参数：

①次级辐射距离，（散射辐射和漏辐射距离相等）；②距离1米处未屏蔽的次级空气比释动能；③在点上未屏蔽的次级空气比释动能；④每周检查患者数目N；⑤居留因子T。

则有：

次级辐射的透射函数为：

式中，K(x)为设计目标值。即可得到次级辐射的屏蔽计算式为：

为某一屏蔽材料的厚度，为某一材料的三个拟合参数。

注：为某一材料的三个拟合参数，电压值不同，拟合参数亦不同，表1给出了常用的几种电压值。

2 结果与分析

2.1 结果计算

假定医院每周检查的患者数目N=100；周工作负荷W=It=1000mA.min/week；屏蔽设计剂量目标P取0.25mSV/week；参考点的距离分别取2、2.5、3、3.5、4 m;模拟定位机主防护墙、副防护墙的使用因子U、居留因子T均取1,居留因子T取1；其它参数均可由GBZ-130和NCRP 147号报告得出[10-13]。

表1 考察点离X射线机中心点不同距离处主屏蔽墙屏蔽厚度（cm混凝土）

表2 考察点离X射线机中心点不同距离处次屏蔽墙屏蔽厚度（cm混凝土）

因此采用不同的计算方法计算了考察点距离X射线机房分别为2、2.5、3、3.5、4 m时，主、次防护墙的厚度，计算结果如下：见表1、表2。

2.2 计算结果的处理与分析

本论文的所有数据均采用国际通用的ORIGIN9.0版本软件进行数据分析处理。

2.2.1 主防护墙屏蔽厚度的计算结果比较

图1 查TVT表不同管电压下主防护墙厚度随距离的变化曲线图

图2 Archer推荐法计算不同不同管电压下主防护墙厚度随距离的变化曲线图

从表1和图1、图2可以看出,对于医用X射线模拟定位机的主防护墙的屏蔽计算,不同的计算方法的计算结果存在着一定的差别。查TVT表法所得到的防护墙屏蔽厚度总体大于Archer推荐的方法计算得到的结果。就Archer推荐的方法计算结果来看,小电压如50KV以下的X射线在2 m外基本不需要屏蔽装置，但是需要考虑的Archer推荐的计算方法中参数值是基于美国医院实际的情况确定的，对于我国医院的参考价值也有待作进一步的研究。此外，从图2和表1可以看出，参考点距离X射线模拟定位机越远，屏蔽所需要的厚度也就越小，但设计时也应兼顾机房的占地面积来进行考虑。

2.2.2 次防护墙屏蔽厚度的比较

从表2和图3、图4可以看出，不同方法计算的次级防护墙的厚度也存在着一定的差异。Archer推荐的方法的计算结果显示，随着管电压的增加，混凝土的厚度基本成线性增加。而基于TVT表方法的计算结果显示，混凝土的厚度存在着一定的“畸变”，这种畸变发生在漏射线与散射线之差是否小于混凝土的HVT值的临界点上。此外，从图2和表1可以看出，参考点距离X射线模拟定位机越远，次级屏蔽所需要的厚度也就小。

图3 查TVT表计算不同管电压次防护墙厚度随距离的变化曲线图

图4 Archer推荐法计算不同管电压下次防护墙厚度随距离的变化曲线图

2.2.3 医院模拟X射线定位机房的工作负荷评估

根据医院X射线机房的实际尺寸，可以得知主防护墙的厚度为30cm，次防护墙的厚度为30cm。以照屏蔽防护设计的三原则[14-15]，在反推工作负荷的计算过程中，假定模拟定位机主防护墙、副防护墙的使用因子U、居留因子T均取1,屏蔽设计剂量目标P取0.005mSV/week；其它参数均可由GBZ-130和NCRP 147号报告得出。通过上述两种不同的计算方法可以得知：TVT表法计算得到工作负荷量N=313,Archer推荐的方法计算得到工作负荷量N=501经过分析，两种方法得出的工作负荷量均大于实际的病人数目，即可得知，在当前的医院的工作负荷量情况下，X射线机房的屏蔽能够满足X射线卫生防护标准，并能很好的确保职业人员和工作人员辐射剂量达到我国放射性卫生防护标准中对剂量的要求。

3 结论

屏蔽设计的过程就是根据具体的项目，按国家规定设定剂量限值、选择屏蔽设计条件、完成理论计算、选择屏蔽材料和厚度。整个过程需要了解辐射防护的基本原则和实际情况，清楚屏蔽设计中屏蔽体厚度的影响因素，选择合理可行的参数，使整个机房都处于最合理的状态，对职业人员和公众所受剂量保持在合理可行尽量低得水平。

本文介绍了两种不同的X射线模拟机房的屏蔽计算方法，通过对两种方法的分析比较，我们不难发现：查表查图法在屏蔽厚度上明显大于Archer推荐方法所得的屏蔽厚度，TVT表法是先按其给出的公式求出所需的屏蔽透射比B，再由附表中得TVT值或其附录的透射曲线图查出结果，而Archer推荐方法则是根据给出公式计算得到的透射函数再查相关拟合参数计算得出结果。相比较而言可能由于曲线精度不足而带来观察误差导致两种结果出现明显差异。其次，Archer推荐方法中很多参数都采用了美国等国家在实际使用中测得的剂量。虽然美国等国家每周实际的检查人数往往比我国少很多，但从计算的结果可以看出，即使屏蔽层厚度偏小，也能保证工作人员的累积剂量不超标，因此对我们今后的屏蔽设计方法的思路具有很大的指导作用。

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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）

张利（1984-），女，湖南株洲人，本科，肿瘤放射物理，湖南省肿瘤医院。