数字减影血管造影辐射环境影响预测与评价

李海新 高文翰

（联合泰泽环境科技发展有限公司 天津 300000）

引言

数字减影血管造影（Digital Subtraction Angiography，以下简称DSA）又称C形臂X射线机，是通过计算机把血管造影片上的骨与软组织的影像消除，仅在影像片上突出血管的一种摄影技术。DSA具有对比度分辨率高、检查时间短、造影剂用量少，浓度低、患者X射线吸收量明显降低等优点，是血管疾病无创诊断与介入治疗手术导航的重要依据。

DSA工作过程中将产生X射线，X射线可与机体细胞、组织、体液等物质相互作用，引起物质的原子或分子电离，造成辐射损伤。因此，DSA应用产生的辐射环境影响正日益受到关注。本文以某医院拟新增的数字减影血管造影装置为例，预测、分析其运行产生的辐射环境影响。

1 工作原理

X射线管中的电子束轰击阳极靶产生X射线，X射线穿过人体，产生不同程度的衰减后照射在探测器上，形成X射线图像的电子信号，通过信号传输和转换最终将影像送入电子计算机存储并呈现在屏幕上。数字减影血管造影过程是应用计算机程序进行两次成像完成的，在注入造影剂之前，首先进行第一次X射线成像，并用计算机将图像转换成数字信号储存起来。注入造影剂后，再次成像并转换成数字信号。两次数字信号相减，消除相同的信号，获得了去除骨骼、肌肉和其它软组织，只留下单纯血管影像的减影图像，通过显示器显示出来。

图1 DSA系统示意图

2 工作模式及流程

DSA有两种运行模式，一种为摄影模式，用于血管造影检查，即拍片，另一种为透视模式，用于介入手术中成像导航。

摄影模式（减影拍片）：患者预约，手术医师接诊患者并告之在手术过程中可能受到辐射危害。患者登记，进入手术室，被固定在检查床上，医师离开介入手术间，关闭防护门。技师在控制室内分别对没有注入造影剂和注入造影剂的受检部位进行摄影，得到血管影像的减影图像。医师根据该图像确诊患者病变的范围、程度，选择治疗方案。

透视模式（介入手术）：完成患者减影拍片后，按照治疗方案对患者实施介入手术，介入操作中，医师根据操作要求，踩住手术床下的脚踏板开关启动DSA的X射线系统进行透视，通过悬挂显示屏显示的连续画面，完成介入操作。每台手术DSA进行透视的次数及每次透视时间因患者的部位、手术的复杂程度而不同。透视模式为脉冲透视，且运行参数较低，其辐射剂量较摄影模式有所减少，以尽可能减小介入手术医师的受照剂量。

3 辐射环境影响预测与分析

3.1 DSA基本参数及使用工况

该医院拟新增DSA的最大管电压为125kV，最大管电流为1000mA，主射方向从下往上（可在一定角度内调整），使用场所位于综合楼一层导管室。

DSA在减影拍片时仅涉及一种工作模式，即摄影模式，患者摆好位后技师在控制室进行减影拍片，此时仅有患者位于机房内。在介入手术时，医生在DSA机房（导管室）内通过DSA引导对患者进行手术，进行介入手术时，医生护士穿、佩戴连体铅衣等防护用品，技师则在控制室内进行隔室操作。在介入手术前一般首先进行减影拍片，因此整个介入手术治疗过程中涉及两种工作模式：一种是摄影模式；另一种是在透视模式下，医生近距离进行介入手术操作，设备主射束方向朝上，医生位于X漏射束方向。

根据医院提供的资料，该DSA典型使用情况见表1。

表1 拟新增DSA典型使用情况

3.2 辐射防护屏蔽设计

医院DSA机房东西长7m，南北宽7m，层高5m，有效使用面积约49m2。根据机房屏蔽材料及厚度，查《辐射防护手册》（第三分册），可得等效屏蔽效果，见下表。

表2 本项目导管室辐射防护屏蔽设计一览表

导管室的有效使用面积大于30m2，最小单边长度大于4.5m，四周的屏蔽防护厚度均不小于2mm铅当量，满足《医用X射线诊断放射防护要求》（GBZ 130-2013）的规定，能够满足放射诊疗工作的需要。

3.3 剂量关注点

DSA机房位于该医院门诊一楼南侧，机房的东侧为库房和设备间，南侧为院区便道，西侧为DSA控制室和准备间，北侧为走廊，楼上为办公室，无楼下建筑。根据射束的朝向和机房外环境特征，选取近台操作位、DSA机房四周墙体外为工作人员和公众的辐射剂量关注点，关注点位详见图2。

图2 DSA机房剂量关注点位示意图

3.4 预测模式

DSA主射线方向朝上，其他方向为散射方向和漏射方向。对于一般X射线装置，其侧向漏束较小，起决定作用的是主射束和被照体的散射束。因此主射方向（有用线束）按照初级X射线进行考虑、其他方向按照散射X射线进行考虑。

①主射线

主射线在关注点处造成的辐射剂量当量计算公式如下：

式中：H——主射方向环境关心点处的剂量当量率，μSv/h；

H——主射方向环境关心点处的年剂量当量，mSv/a；

X0——距X射线机阳极靶1m处的照射量率（R·mA-1·h-1），查《辐射防护手册》（第一分册）；

I——X射线机在最高管电压下的常用最大管电流，mA；

f——空气的照射量与吸收剂量之间的转换因子，此处f=9.5×103（μSv/R）；

FN——X射线穿过屏蔽物质的衰减系数，由《医用X射线诊断放射防护要求》（GBZ 130-2013）附录D公式或《辐射防护手册》（第一分册）查得；

R——关注点与X射线机靶的距离，m；

t——年受照时间，h/a。医院为每台DSA设置两组辐射工作人员，交叉参与手术，因此近台操作位的年受照时间按1/2手术工作量计算；

T——停留因子。

②散射线

散射X射线的辐射剂量当量采用反照率法估算：

式中：Hs——散射方向环境关心点处的剂量当量率，μSv/h；

Hs——散射方向环境关心点处的年有效剂量，mSv/a；

α——受照物体对入射X射线的散射比，α=a/400，其中a是相对于400cm2散射面积的受照物体对入射X射线的散射比，保守取0.0015（90°散射角）；

S——散射面积，cm2，此处取225cm2；

R1——X射线机靶与受照体的距离，m，此处取0.5m；

R2——受照体与关注点的距离，m；

其余参数意义与式1、式2相应参数相同。

③散射X射线能量

式中：Ex——X射线散射后的能量，kV；

E0——X射线散射前的能量，kV；

θ——X射线入射射线与散射射线的夹角，此处θ=90°；

3.5 计算结果

由前面分析可知，近台操作位手术人员仅受透视模式影响，导管室外工作人员和公众受摄影和透视模式的叠加辐射影响。

根据上述计算公式，计算各关注点的剂量当量率和年有效剂量，计算结果见表3。

表3 各关注点剂量当量率和年有效剂量计算结果

由上表可见，透视条件下，DSA机房外各关注点剂量当量率在 2.74×10-4～ 2.24×10-2μSv/h之间，满足《医用 X 射线诊断放射防护要求》（GBZ 130-2013）中的规定，即具有透视功能的X射线机在透视条件下检测时，周围剂量当量率控制目标值应不大于2.5μSv/h；透视条件下DSA近台操作位的空气比释动能率为10.25μGy/h，满足《医用X射线诊断放射防护要求》（GBZ 130-2013）中规定的透视防护区测试平面上的空气比释动能率应不大于400μGy/h的要求。职业工作人员所受的最大年有效剂量为7.69×10-1mSv/a，低于《电离辐射防护与防护源安全基本标准》（GB 18871-2002）规定的职业照射剂量限值20mSv/a和本评价提出的职业人员剂量约束值2mSv/a的要求；公众所受的最大年有效剂量为1.69×10-2mSv/a，低于《电离辐射防护与防护源安全基本标准》（GB 18871-2002）规定的公众照射剂量限值1mSv/a和本评价提出的公众人员年剂量约束值0.1mSv/a的要求。

结语

本文根据DSA的实际使用情况，综合考虑DSA在不同用途不同工作模式时的运行差异，通过理论计算，叠加预测不同使用情形下DSA的辐射剂量，分析其辐射环境影响，预测结果更加接近实际情形，可为此类核技术应用项目的环境影响评价提供借鉴，为DSA机房的辐射防护设计提供科学依据。