放射性核素在核医学应用中的辐射剂量估算

曹 瑛，邱小平，葛 双

(南华大学 核科学技术学院，湖南 衡阳 421001)

放射性核素在核医学应用中的辐射剂量估算

曹 瑛，邱小平，葛 双

(南华大学 核科学技术学院，湖南 衡阳 421001)

采用一种估算方法来研究放射性核素在核医学应用中的辐射剂量水平。选取临床上常用的几种诊疗用放射性核素，分别采用剂量系数法和点源模型估算内照射与外照射剂量。并对比其他估算方法，分析受照剂量存在差异的原因。结果发现，单次核医学诊断所致患者的全身待积有效剂量最高可达1.63 Sv，对A、B类医护人员造成的单次有效剂量分别为1.48 μSv和1.15 μSv。本研究估算结果稍大于实测有效剂量，小于其他估算结果。该估算模型可作为核医学放射性核素辐射剂量水平的一种有效估算方法。

放射性核素；诊断；治疗；辐射剂量

利用放射性同位素进行核医学诊断和治疗过程中不仅会产生放射性废物，污染环境；同时滞留在患者体内的放射性同位素，还会给患者、医务人员、家属及公众带来额外的辐射照射，存在一定的辐射危害风险[1]。目前对该类辐射危害缺少系统的风险评估体系。联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)对辐射工作人员和公众成员的受照剂量提出了一种估算方式[2]，但估算方式需要监测γ剂量率，本研究拟通过纯估算模式研究临床核医学诊疗对患者、医护人员及公众的辐射剂量水平。

1 材料与方法

1.1 研究对象

研究对象主要包括患者、医护人员、家属及普通公众。此处，将受检者和接受治疗者均称患者。评估患者接受的内照射剂量不仅可用于评价辐射危害风险，还可用来评估某些特定器官或组织的治疗效果。医护人员分为A、B两类，分别指给受检者注射放射性药物的工作人员和检查医生。患者家属分为：全程陪护患者的家属(A)以及普通的其他家属(B，开始接触到患者是在患者回到家后)。公众主要指患者检查后回家路途中所遇到的人群(步行或者乘公交)。

患者从接受检查开始，在医院逗留时间保守估计为2 h。摄入放射性同位素以后，患者就成为了一个移动的放射源，特别是使用高放射性活度同位素时，除了自身受到内照射，对医护人员及公众产生额外的辐射照射。本研究用于诊疗的放射性核素列于表1。

表1 常用诊疗核素[3-5]Table 1 The commonly used diagnostic and therapeutic radionuclide

1.2 剂量估算方法

1.2.1 内照射剂量估算方法

对放射性核素摄入量及内照射剂量估算时，采用了剂量系数方法[6],在t0时刻摄入而在靶区T中产生的累积到年龄τ时的待积剂量当量HT(τ) 和待积有效剂量E(τ)计算公式分别为:

HT(τ)=A0hT(τ)

(1)

E(τ)=A0eT(τ)

(2)

式中，hT(τ) 称作器官待积当量剂量的转换系数，即每单位摄入量的器官待积当量剂量的预定值，单位为Sv/Bq；eT(τ)为待积有效剂量的剂量转换系数，即每单位摄入量引起的待积有效剂量预定值，单位为Sv/Bq；A0为放射性核素的摄入量，Bq。有效剂量转换系数列于表2。

表2 常用诊疗放射性药物(核素)的待积有效剂量转换系数[6]Table 2 The effective dose conversion factor of medical radioactive drugs (radionuclides )

1.2.2 外照射剂量计算方法

临床诊疗对医护人员、患者家属及公众造成的外照射类型主要包括中子、β射线和γ光子。此次主要采用理论计算方法对γ光子造成的外照射剂量进行计算。

将服药后的患者视为点源，在服药后t时刻，公众人员距离其r处的受照剂量估算如式(3)(不考虑患者组织对射线的吸收与散射)。该点的照射量率公式为：

(3)

式中，A为摄入活度，Γ表示照射量率常数(不同的放射性核素，其值不同)[7-8]，r为测量点到点源的距离。则该点的比释动能率为：

33.85·A0athe-λetΓ/r2

(4)

式中，(w/e)a是光子在空气中产生单位电离电荷所需要的平均能量，A0为摄入活度，ath为吸收份额(此次研究中该值设为1)，λe为有效衰变常数。λe=λp+λb，其中λp表示物理衰变常数(physical half-life),λb为生物衰变常数(biological half-life)。对比释动能率进行积分，得比释动能计算公式(5)，i为接触次数，接触患者时间从t1～t2：

(e-λet1-e-λet2)/r2

(5)

根据GBZ/T144—2002 每单位自由空气比释动能对应的有效剂量转换系数η[9](详见表3)可求出对应点的有效剂量。有研究表明，对比实测剂量，点源模型下18F、99mTc、131I的修正因子分别为0.669、0.560、0.706[1]，对大量核素进行估算时取修正因子平均值为0.65，则有效剂量公式为：

De=0.65·K·η

(6)

表3 比释动能-有效剂量转换系数ηTable 3 The conversion factor of kerma to dose

1.2.3 其他外照射估算方式

联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)2000年报告附录A[2]中提出了，X或γ射线外照射人均年有效剂量当量估算公式：

H=0.7×10-3·Dr·t

(7)

式中，H为X或γ射线外照射人均年有效剂量当量(mSv)；0.7为剂量换算系数(Sv/Gy)；Dr为X或γ射线空气吸收剂量率(nGy/h)，可通过监测得到；t为X或γ射线照射时间(h)。

1.3 估算条件及放射性药物用量

对医护人员、家属及公众造成的外照射估算参考表4中的条件，放射性药物用量列于表5。

2 结果与分析

结合计算公式(3)～(6)，不同用量的放射性药物对患者、医护人员、家属及公众造成的有效剂量列于表6。

2.1 从受照剂量的角度分析

单次核医学诊断所致患者的全身有效剂量可大可小。如用74 MBq的131I-MIBG进行肾上腺髓质显像所致患者的全身待积有效剂量最高可达1.6 Sv。主要取决于该核素的高有效剂量转换系数,需要指出的是，目前 ICRP报告给出的有效剂量转换因子值(EDCF)均依据ICRP参考，与实际个体、亚洲人存在差异；也与放射性核素的摄取量、摄入方式有关，摄取的放射性核素活度越大，对患者造成的内照射剂量大。

表4 外照射估算条件[1]Table 4 The conditions of estimation about external exposure

表5 常用诊疗放射性药物(核素)用量统计[5,10]Table 5 The statistics of radiopharmaceutical activity

对于同种用量的不同核素，对患者造成的吸收剂量也不相同。如同样是111 MBq的18F、99mTc的放射性药物用于诊断，在点源模型下，对患者造成的内照射剂量分别为2.11 mSv、2.44 mSv，与药物的化学形态、人体对不同核素的吸收份额、廓清速率以及射线能量有关。

该估算模式下，对A、B类医护人员造成的的单次有效剂量分别为1.48 μSv和1.15 μSv(平均值)。据此，一年接诊3 378和4 348患者就有可能超过核医学科5 mSv的年剂量管理限值，当年接诊次数超过13 512和17 391患者就有可能超过20 mSv的年剂量限值(此处未考虑治疗用核素对A、B类医务人员有效剂量的贡献，因为使用高活度核素的患者被隔离)。据统计，某医院核医学科5年来主要从事放射性核素治疗的医生及护士的受照剂量每月为(1 046±257) μSv，人均受照剂量为(5 848±856) μSv/a[11]。有研究[12]表明，在给病人注射18F为166.5～407 MBq时A类工作人员的剂量率为头部33～151 μGy/h、胸部16～252.2 μGy/h、手部101～505 μGy/h,如果接触时间同样为0.5 h,则按照UNSCEAR建议的估算方式(7式)，各部位所受有效剂量分别为11.55～52.85 μSv、5.6～88.27 μSv、35.31～176.54 μSv。本研究估算结果稍大于实测有效剂量，小于(UNSCEAR)建议的估算[2]结果。原因在于估算条件宽松，实际医护人员不可能在没有任何防护措施下与每个患者相隔1 m照射0.5 h；UNSCEAR建议的估算方式假设接触时间内各点剂量率保持不变，必将扩大计算结果。

表6 内照射和外照射剂量估算表table6 The estimation table of internal ang external irration dose

单次核医学诊断致非职业照射的患者家属、探视者及公众所受有效剂量远远低于ICRP推荐的约束值(5 mSv)和剂量限值(1 mSv)[13]。而治疗所致除患者外潜在人群的有效剂量有部分超过剂量限制，所以对高活度用量的患者应进行隔离。

2.2 核素用量的角度分析

在核医学诊断中，如骨显像、脑血流显像、肺通气显像、肺灌注显像、肝和脾显像等检查中最常使用的核素是99mTc、131I、18F，每次典型给药活度见表7。

部分典型用量超过了GB 18871—2002[10]标准中针对核医学诊断用放射性核素给出的活度指导水平，并且同一种放射性核素，在相同化学形式和同一种检查项目中的给药活度变化范围很大。医疗照射指导水平代表参考水平中的调查水平, 遵循实践的正当性和放射防护的最优化原则[13]。因此，在核医学诊断实践中，在追求诊断效果的同时，避免因给药过量造成额外照射[14]。

对于治疗用核素，用量一般都远大于诊断，没有标准给出相应的指导水平，对计划照射的靶体积施以所需要的剂量必须达到足以有效杀死病变区域的程度(同时尽可能降低正常组织的受照剂量)。但是，鉴于实践的正当性和放射防护的最优化原则[10]，核医学治疗中放射性药物用量必须规范化[15]。

表7 几种临床诊断用放射性药物单次用量与指导水平[10,16-19]Table 7 Single dosage and guidance level of several radioactive drugs used as diagnosis and treatment

3 小结

结合实际情况，通过本文的估算方法，可有效估算出核医学科应用的放射性核素对不同人群造成的有效剂量。值得注意的是，在分析有效剂量大小时，剂量限值不是安全与危险的界限，而是不可接受的下限[6]。为避免或减少低剂量致使辐射遗传效应的发生，所有放射性工作必须在指定的区域环境中进行。同时，考虑如何减少受照剂量。

对于患者来说，在接受一定剂量的诊疗后，应尽快离开高活性区[20]，并待在隔离区内，设置屏蔽，同时多喝水，减少核素对膀胱、性腺以及周围器官的照射，加速放射性核素的排出。

医护人员应尽可能地增加与患者的距离，采取屏蔽措施并减少接触时间，同时尽量安排病人分批单独进入治疗区。坚持按月监测受照剂量，对一定时间受照量较高者进行工作调整，并采取一系列的防护措施。对于患者家属和拜访者以及普通公众来说，接受18F或131I诊断或治疗的患者体外辐射水平较高,有必要严格控制相关人员与患者的接触时间，增加与患者的距离或者采取相应的屏蔽措施以及减少接触时间，降低辐射危害风险。

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Estimation of Radiation Dose with Radionuclides in Nuclear Medicine Application

CAO Ying, QIU Xiao-ping, GE Shuang

(InstituteofNuclearScienceandTechnology,UniversityofSouthChina,Hengyang421001,China)

To study the level of radiation dose on nuclear medicine of radionuclides with estimation method. We chose some diagnostic and therapeutic radionuclide to estimate the dose of internal radiation and external exposure with the estimation model of the dose coefficient method and point source. The results showed that the effective dose that patient suffered in a single diagnostic CNM procedure was up to 1.63 Sv; the single effective dose that A and B medical staffs suffered were 1.48 μSv and 1.15 μSv. The dosage level of some part of Diagnostic radionuclide beyond medical guidance level. The estimation results was slightly larger than the measured effective dose, less than other estimation. Combined with the actual situation, the estimation model can be used as an effective estimation method of the radiation dose level of nuclear medicine radionuclide.

radionuclide; diagnosis; treatment; radiation dose

10.7538/tws.2015.28.03.0171

2014-10-09;

2015-04-27

曹 瑛(1993—)，女，硕士研究生，湖南衡阳人，医学物理专业

邱小平，E-mail: nh6651@163.com

TL72

A

1000-7512(2015)03-0171-07