Brilliance 16 CT机房的辐射防护设计与分析

曾嵘

广州市惠爱医院，广东 广州 510370

Brilliance 16 CT机房的辐射防护设计与分析

曾嵘

广州市惠爱医院，广东 广州 510370

目的设计符合国家标准的Brilliance 16 CT机房，以有效防护X射线辐射对工作人员的危害。方法首先，通过公式计算出机房墙体屏蔽厚度应为4 mm铅当量，天花屏蔽厚度应为3 mm铅当量，然后根据计算结果及理论分析分别设计机房四周墙体、天花、防护门、观察窗和通风系统的结构。结果分别在观察窗、控制门、机房大门、候诊区、控制室5个监测点进行γ辐射剂量率监测，计算出的工作人员年均有效照射剂量最大值约为0.0044 mSv，远低于20 mSv的国家标准。结论研究设计的Brilliance 16 CT机房能有效防护X射线辐射，保护工作人员安全。

CT；辐射防护；屏蔽厚度；辐射剂量率

随着现代医学的飞速发展，放射技术已被广泛应用于各大医院，其产生的电离辐射易对工作人员造成危害[1]。相关行业标准如《医用X射线诊断放射防护要求》[2]、《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》等，明确规定了X射线机房的防护设计和要求。本研究针对Brilliance 16 CT，基于“避免防护过度”和“辐射防护最优化”的原则[3-5]设计了一套屏蔽防护方案，结果显示该设计能有效控制辐射危害，保护工作人员安全。

1 设计思路

1.1 辐射防护要求

根据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》中职业照射的相关规定，工作人员连续5年平均有效照射剂量限值为20 mSv[6]，年照射剂量约束评价目标为5 mSv。目前各大医院主要通过在辐射源与人体之间设置适当的防护材料进行防护，当X射线穿透一定厚度的防护材料时，射线强度会被削弱并降低到最高允许剂量以内，从而达到有效防护的目的。

1.2 辐射源分析

Brilliance 16 CT的X射线来源于球管，因此在设计屏蔽厚度和选择屏蔽材料时要充分考虑管电压、电流[7]。查询仪器技术参数可知球管电压在最大值140 kV时，管电流为6 mA。

1.3 屏蔽厚度计算

1.3.1 墙体屏蔽厚度

墙体屏蔽厚度与有用X射线束的工作量B有关，首先计算出有用X射线束的工作量B，然后查询实验测量得到X射线穿过铅的减弱曲线，就可计算得到墙体屏蔽厚度。影响有用X射线束工作量B的参数有：每周有用线束的工作负荷W、利用因子U、居留因子T、每周剂量当量限值p、X射线源到控制室的距离d。

（1）根据Brilliance 16 CT的技术参数，球管最电压大值140 kV，管电流为6 mA，以每周工作5 d，每天工作4 h计算，每周有用X射线束工作负荷W=5×4 h×60 min/h× 6 mA=7200 mA·min

（2）假设Brilliance 16 CT设备被充分利用，利用因子U=1。

（3）假设控制室经常有人停留，居留因子T=1。

（4）根据电离辐射防护与辐射源安全基本标准，工作人员年剂量当量限值为5 mSv，每年按照50周考虑工作时间，每周剂量当量限值p=0.1 rem。

（5）实际测量X射线源到控制室的距离d=4.5 m。

将以上参数代入公式B=pd2/WUT[8]，得出B=0.1×4.52/ 7200=2.8×10-4rem/mA·min。管电压在50～200 kV范围内宽束X射线穿过铅的减弱曲线，见图1。通过计算得出屏蔽材料厚度应为3 mm铅当量。

图1 管电压50～200 kV范围内宽束X射线穿过铅的减弱曲线图

为了确保安全，考虑2倍安全系数，需增加1个半价层，查宽束X射线在铅和混凝土中的近似半价层厚度T1/2和1/10价层厚度T1/10表（表1），得知铅半价层的防护厚度为0.3 mm铅当量。因此，有用X射线束的屏蔽厚度为3.3 mm（3 mm+0.3 mm），从商品化铅板标准规格角度取整数4 mm，即墙体屏蔽厚度为4 mm铅当量。

表1 强衰减、宽X射线束的近似半价层厚度T1/2和1/10价层厚度T1/10

1.3.2 天花屏蔽厚度

天花屏蔽厚度与散射X射线束的工作量BS有关，首先计算散射X射线束的工作量BS，然后查管电压50～200 kV宽束X射线穿过铅的减弱曲线图，可得出天花屏蔽厚度。影响散射X射线束的工作量BS的主要参数有：散射体到散射点的距离RS1、X射线源到散射体的距离RS2、散射面积为400 cm2时离散射体1 m处的散射辐射产生的照射量与入射辐射照射量之比S、每周有用线束的工作负荷W、居留因子T、每周剂量当量限值p。

（1）散射体到散射点的距离RS1=2 m。

（2）X射线源到散射体的距离RS2=4.5 m。

（3）飞利浦Brilliance 16 CT球管最大电压140 kV，预计X射线的散射角为60°，查散射的S值入射光子能量的关系表（表2），得知S=0.0016。

（4）每周有用线束的工作负荷W、居留因子T、每周剂量当量限值p与计算有用X射线束工作量B时数值相同。

表2 散射的S值与入射光子能量的关系

将以上参数代入公式Bs=PRS12RS22/WST，得出Bs=0.1×22× 4.52÷（7200×0.0016×400）=1.7×10-3rem/mA·min，查管电压50～200 kV宽束X射线穿过铅的减弱曲线图，得到屏蔽厚度为2.2 mm铅当量。为了确保安全，考虑2倍安全系数，需增加1个半价层，查宽束X射线在铅和混凝土中的近似半价层厚度T1/2和1/10价层厚度T1/10表，得知铅半价层的防护厚度为0.3 mm铅当量。因此屏蔽厚度为2.5 mm（2.2 mm+0.3 mm），从商品化铅板标准规格角度来说，取整数3 mm，即天花屏蔽厚度应为3 mm铅当量。

2 防护措施

CT机房防护的范围有四周墙体、天花、观察窗、控制门、机房大门和通风系统，常用的防护材料有铅板、实心砖、混凝土墙和硫酸钡防护涂层。同时考虑经济性和材料实用性，四周墙体采用实心砖加硫酸钡防护涂层，天花采用混凝土墙加硫酸钡防护涂层，控制门和机房大门采用钢骨架夹铅板结构，观察窗采用铅玻璃。

2.1 四周墙体

四周墙体是X射线束朝向的地方，按有用X射线束的屏蔽厚度4 mm铅当量进行设计。墙体采用24 cm实心砖墙（相当于1 mm铅当量），并增设3 mm铅当量的硫酸钡防护涂层。由于硫酸钡与实心砖墙的粘附性不好，且实心砖墙不平整，为了保证防护效果，先用水泥砂浆将实心砖墙扫平，再涂硫酸钡防护涂层。常规做法为将硫酸钡与水泥按3：1比例混合，每次涂1 cm厚度硫酸钡防护涂层，待涂层晾干后继续，分3次完成。

2.2 天花

天花主要作用是防护散射X射线，按散射X射线屏蔽厚度3 mm铅当量进行设计。天花建筑材料为150 mm混凝土（相当于1 mm铅当量），并增设2 mm铅当量防护涂层。天花防护的施工方法与四周墙体的施工方法相同。

2.3 防护门

防护门包括机房大门和控制门，按有用X射线束的屏蔽厚度4 mm铅当量进行设计。防护门主要采用4 mm铅当量的铅板防护，为达到防护的效果，安装前先固定一个外框，框内用4 mm铅板填充，四周门框缝隙用硫酸钡填充，填充厚度超过整个门框厚度的一半，待硫酸钡凝固后，再安装防护门。防护门内部结构示意图，见图2。

图2 防护门内部结构剖视图

2.4 观察窗

观察窗按有用X射线束的屏蔽厚度4 mm铅当量来设计。结构采用2 cm厚的铅玻璃（相当于4 mm铅当量），安装要求与防护门相同。观察窗内部结构示意图，见图3。

图3 观察窗内部结构剖视图

2.5 通风系统

CT在工作过程中会产生少量的臭氧和氮氧化合物[9]，达到一定浓度时会刺激眼睛黏膜和呼吸道，因此机房要设置通风系统。机房通风系统采用空调和排气扇，保持每小时换气3～4次，对消除射解产物、臭氧、氮氧化物等有害气体和保持正负离子平衡等有重要作用。由于空调进风管和排气扇有洞口，也必须做好相应的防护措施。

2.5.1 空调进风管

空调进风管的屏蔽厚度应设计为散射X射线的屏蔽厚度，使用3 mm铅当量的屏蔽材料。屏蔽材料多使用铅皮，铅皮沿风管包裹完好后进入机房，进风管的延伸长度1000 mm以上，铅皮接缝处搭接重叠，使用粘合剂将铅皮粘贴固定。包裹铅皮后进风管重量增加，需使用角铁骨架链接螺杆支架提拉，防止风管下垂变型，保证空调能正常运行。

2.5.2 排风扇出风口

排风扇出风口的屏蔽厚度应设计为散射X射线的屏蔽厚度，使用3 mm铅当量的屏蔽材料。通常使用百叶防护罩进行屏蔽，将其镶嵌入墙体表面，四周用硫酸钡填充，风量经百叶防护罩交叉口排出，防护铅板每页间隔重叠，保证X射线不泄露，达到防护效果。

3 监测结果

为验证辐射防护的效果，在观察窗、控制门、机房大门、候诊区、控制室取5个监测点进行γ辐射剂量率监测。具体监测结果，见表3。

表3 γ辐射剂量率监测结果

通过监测结果可知，Brilliance 16 CT在开机和关机状态下γ辐射剂量率最大差值为0.006 μGy/h，以此估算工作人员每年所受到的有效剂量当量He。影响He的主要参数有：γ辐射空气吸收剂量率增量Dr，有效剂量当量率与空气吸收剂量率比值K，环境中停留时间t。

（1）γ辐射空气吸收剂量率增量Dr=0.006。

（2）有效剂量当量率与空气吸收剂量率比值K=0.7。

（3）假设工作人员每天工作4 h，每月工作22 d，居留因子为1，因此工作人员每年在环境中停留时间t=4 h× 22×1×12=1056 h。

将以上参数代入公式He=DrKt/1000=0.006×0.7×1056× 10-3=0.0044 mSv。估算结果表明，工作人员每年所受到有效剂量当量远低于国家标准，该CT防护系统符合相应标准。

4 结论

机房的辐射防护在设计前应进行充分的分析和计算，以达到最优防护目的。本研究设计的Brilliance 16 CT机房辐射防护系统合理、规范，符合国家相关标准，能保障工作人员照射的剂量在最高允许剂量以内，并保证设备的正常运行。

[1] 王瑞娟.放射工作的危害和防护措施[J].实用医技杂志,2015,22(4):395.

[2] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.GBZ 130-2013,医用X射线诊断放射防护要求[S].

[3] 李雪琴,陈栋梁,彭建亮,等.电子直线加速器机房中子辐射屏蔽估算与评价[J].中国职业医学,2014,41(5):518-521.

[4] 魏澜波,潘润铎,陈大伟.15MV医用电子加速器机房放射防护设计研究[J].中国医疗设备,2013,28(1):108-110.

[5] 刘晋彦,郝严彬.医院辐射环境污染的因素及防护措施[J].临床医药实践,2014,23(7):544-545.

[6] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 18871-2002,电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].

[7] 张亚敏,黄昕明.医用X射线机机房的辐射防护[J].中国医学装备,2012,9(7):54-55.

[8] 孙普男,伊杰,孙仁和,等.哈制药厂工业X射线探伤室的辐射防护评价[J].黑龙江大学自然科学学报,2005,22(6):750-752.

[9] 徐秦儿,刘弢.某院64排X-CT射线装置工作用房放射防护控制效果评价[J].中国卫生监督杂志,2013,20(5):438-441.

Design and Analysis of Radiation Protection in Brilliance 16 CT Room

ZENG Rong
Guangzhou Huiai Hospital, Guangzhou Guangdong 510370, China

ObjectiveTo design a Brilliance 16 CT room that meets the national standards in order to effectively protect the staff from the hazard of X ray radiation.MethodsFirstly, the wall and ceiling shielding thickness of the room calculated according to the formula should be 4 mm and 3 mm lead equivalent respectively. Then, the wall, ceiling, protection door, observation window and ventilation system structure were respectively designed based on the computed results and the theoretical analysis.ResultsThe Gamma radiation dose rate was monitored in fve monitoring sites, including the observation window, control gate, room door, waiting area and control room. The maximum average annual effective dose for staff was about 0.0044 mSv, far below the state standard of 20 mSv.ConclusionThe research and design of the Brilliance 16 CT room can effectively protect the staff from the X ray radiation hazard.

CT; radiation protection; shielding thickness; radiation dose rate

R147

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.06.031

1674-1633(2016)06-0114-03

2015-09-30

2015-12-15

作者邮箱：554541404@qq.com