校准用职业人员眼晶状体剂量当量Hp(3)标准的建立*

2017-03-03欧向明赵士菴范瑶华

中国医学装备 2017年2期

欧向明赵士菴范瑶华*

欧向明①赵士菴①范瑶华①*

目的：为满足放射职业人员眼晶状体剂量当量Hp(3)评价的需要，建立用于校准Hp(3)剂量计的X射线标准。方法：通过用标准电离室剂量仪，测量校准点处无模体时X射线辐射场空气比释动能，以及利用国际辐射防护委员会(ICRP)116号出版物推荐的头模体的Hp(3)转换系数，给出模体校准点处的剂量当量Hp(3)约定真值。结果：建立X射线辐射场条件下刻度眼晶状体剂量计的标准和校准程序，并采用热释光剂量计(TLD)分别在国际标准化组织(ISO)推荐的板模体和ICRP第116号出版物推荐的头模体进行比较验证，其测量误差小于TLD之间的测量误差。结论：目前建立的剂量当量Hp(3)的X射线标准可满足放射职业人员对运行实用量Hp(3)剂量计的刻度要求，为评价Hp(3)剂量计的检测数据提供理论依据，从而提高我国辐射监督监测网上报剂量当量Hp(3)检测数据的溯源性和可靠性。

眼晶状体剂量当量；剂量当量Hp(3)；模体；标准刻度；溯源

[First-author’s address]National Institute for Radiological Protection, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Key Laboratory of Radiation Protection and Nuclear Emergency for China CDC, Beijing 100088, China.

个人剂量当量Hp(3)是评价放射职业人员眼晶状体辐射防护的运行实用量。多年来，电离辐射对职业人员眼睛晶状体的危害一直受到医学防护界业内人士的关注，尤其是2011年国际辐射防护委员会(International Commission on Radiological Protection，ICRP)第118号出版物提出，放射职业人员对电离辐射的剂量限值和组织反应(确定性效应)的阈值大幅度下降之后，对剂量当量Hp(3)测量和溯源的需求亦极大提高[1-6]。然而，目前国内有些标准实验室尚未建立相应的标准辐射场、不能提供剂量当量Hp(3)的校准参考条件，使得剂量当量Hp(3)研究及其应用成为相关辐射防护领域的热点和难点。早在在2007年ICRP第103出版物[7]的B116节中建议，检测眼晶状体停止使用Hp(3)，而使用Hp(0.07)可充分实现其目的，却引起了国内、外专业研究人员对这一观点的质疑。尤为突出的是从2008年起欧盟组织了6个国家、18个研究机构和医院，开展了一项专门针对辐射防护实用剂量当量Hp(3)剂量测量的合作项目(ORAMED)，用时4年之久。该项目从理论计算、Hp(3)剂量计设计与检测、校准使用的模体以及校准方法等，均做了一系列全面、系统和深入的研究，提供大量的实验数据和可操作的剂量学评估方法，专门设计出一种适合辐射防护现场检测用的Hp(3)剂量计，其研究成果和数据已被2011年ICRP第116号出版物全部采纳[8-9]。

本研究以ORAMED研究成果为基础结合实验室现有条件，研究建立了在头模体和板模体上校准Hp(3)剂量计的标准，并使用专门设计的Hp(3)热释光剂量计(thermoluminescence dosimeter，TLD)完成了应用性验证。按照国家卫生计生委要求，各省市上报医用辐射防护监测网数据的相关规定，本研究建立的Hp(3)剂量当量标准，可为全国眼晶状体剂量计的校准提供技术服务，保证各省市相关检测机构对剂量当量Hp(3)上报数据的溯源性和可靠性[10]。

1 材料与方法

1.1 仪器设备与材料

(1)X射线机。由国际原子能机构(International Atomic Energy Agency，IAEA)资助的MG324型高稳定度恒压X射线机，管电压稳定性为±0.2%，管电流调整步阶为0.01 mA[11]。

(2)辐射线质。做为IAEA和世界卫生组织(World Health Organization，WHO)二级标准剂量学实验室网络(secondary standard dosimetry laboratory，SSDL's Network)成员，调制的X射线线质符合ISO4037技术规范[12]。

(3)标准剂量仪器。由WHO资助的英国NE公司生产的NE2550二级标准防护剂量仪，该剂量仪的量值可溯源到中国计量科学研究院一级标准(计量院证书号Dyjl 2016-1334)。

(4)模体。遵照国际标准化组织(International Organization for Standardization，ISO)技术规范：①在评估放射职业人员有效剂量时，使用个人剂量当量Hp(10)；②在评估皮肤、手及四肢的剂量时，使用个人剂量当量Hp(0.07)；③评估眼晶状体剂量时，应使用个人当量剂量Hp(3)；④对运行实用量进行校准时，均应在相应的模体上完成。选择不同模体校准剂量计的目的，主要考虑所选定的不同几何尺寸模体，能正确地反映实际工作中佩戴在人体上的剂量计所接受的散射影响。

(5)板模体(Slab phantom)。目前使用聚甲基丙烯酸甲酯(poly methyl methacrylate，PMMA)材料制成的模体，其材料成分按照ICRU推荐的4元素比例组成，其中，H为10.1%，C为11.1%，N为2.6%和O为76.2%，材料的密度为1.0g·cm-3。国际上通常有2种尺寸板：200 mm×200 mm×150 mm和300 mm×300 mm×150 mm，前者称为缩减板模体，后者为标准板模体，本研究采用标准板模体。

(6)头模体(Head phantom)。由ORAMED项目设计，并由ICRP推荐为校准Hp(3)剂量计的专用模体。该模体是由壁厚0.5 mm的PMMA材料制作而成，几何尺寸为直径200 mm、高200 mm的正圆柱形模体，称为头模体。使用时空腔内充满与室温平衡的纯净水，头模体比板模体能够更好地模拟人体头部所致辐射散射影响。

(7)TLD。实验及验证中使用的剂量计，是由北京光润意通辐射检测设备有限公司专门设计和生产的Hp(3)TLD[12]。每只剂量计内封装1片GR-200A型直径为4.5 mm，厚度为0.8 mm的LiF(Mg、Cu、P)圆片型TLD元件，其主要特点是剂量计上方的平衡材料，选用专用的眼晶状体组织等效塑料。

(8)TLD读数仪。由北京光润意通辐射检测设备有限公司提供了一套TLD-250型单通道热释光剂量仪，完成全部Hp(3)TLD剂量计的验证测量。

1.2 校准方法

1.2.1 Hp(3)剂量计校准

由于目前国际上尚未研制出在模体上直接测量Hp(3)的标准剂量仪，因此在校准Hp(3)剂量计时，标准实验室通常采用的方法是：用标准剂量仪器在无模体条件下测量校准点处的空气比释动能(Kair)，乘以国际上推荐的眼晶状体剂量当量转换系数hp(3，α)[13]，从而获得校准点Hp(3，α)约定真值[14-15]；其计算表达式为公式1：

Hp(3，α)＝Kair×hp(3，α)≈Dair×hp(3，α) (1)式中，Hp(3，α)为在有模体条件下校准点处，射线入射角为α时Hp(3)约定真值(Sv)；Kair为标准剂量仪器在无模体条件下测量校准点处的空气比释动能(Gy)，在诊断X射线能量范围内，Kair≈Dair；hp(3，α)为X射线入射角α时，由校准点处无模体空气比释动能转换成Hp(3，α)的转换系数为公式2：

当辐射的入射角度为0°时，将hp(3，α)简写成hp(3)，其他相同。本研究给出常用的hp(3，α)值见表1。

表1 常用X射线窄束hp(3，α)的转换系数(Sv/Gy)

1.2.2 剂量当量Hp(3)转换系数

在校准点处剂量当量Hp(3)的约定真值，取决于其相对于Kair的转换系数hp(3)，尽管许多学者在前期做过大量的对单能光子计算或用不同蒙特卡罗模型所做计算，但最终结果采用的是“PENELOPE”比释动能近似模型(Kerma Aproximaty，P-mode)[16-17]。值得注意的是，对于＞1 MeV的光子比释动能近似模型与无比释动能模型具有差别。

2 结果与应用

2.1 校准的Hp(3)TLD结果

目前，国内对剂量当量Hp(3)的检测多采用TLD依据EJ-1187标准完成，等同采用ISO标准，属于间接溯源[18-19]。鉴于国内采用头模体的刻度标准尚未建立，因此在采纳国际上推广使用的头模体和hp(3)转换系数的同时，也使用标准板模体，均在N80线束和0º入射角条件下，对TLD的Hp(3)进行验证和比较实验，以便检验和评价以往采用EJ-1187标准校准的Hp(3) TLD的结果[20]。

2.2 TLD在头模体及板模体剂量当量Hp(3)的验证与比较

(1)采用N80线束，TLD在头模体上剂量当量Hp(3)的验证结果如图1所示。

(2)采用N80线束，TLD在板模体上Hp(3)的验证结果如图2所示。

图1 用TLD在头模体上Hp(3)的标准曲线图

图2 TLD在标准板模体上Hp(3)的标准曲线图

2.3 两种模体上Hp(3)剂量计的验证结果与比较

图1和图2显示，Hp(3)TLD尽管使用了2种不同的模体，但在同一台TLD读数仪器、相同的测量条件下，校准的2条TLD标准曲线的斜率，差别＜2%，证明采用EJ/T-1178标准校准Hp(3)剂量计的结果是可以接受的。该结果与比利时核能研究中心(SCK)和西班牙加泰罗尼亚理工大学(UPC)获得的结果一致[21]。但是，值得注意的是，EJ/T-1178标准未能给出更多X射线线质和角度的hp(3)转换系数，因此只适用于N80线质，且射线的入射角为0º的情况下Hp(3)剂量计的校准。

2.4 不确定度的评估

参照国家计量技术规范JJF1059-1999“测量不确定度评定与表示”[22]为校准点约定真值不确定度评定依据，按照A、B两类不确定度分别给出评定，最后进行合成。

(1)A类评定：剂量率仪测量重复性(n＝5)，2.0%。

(2)B类评定：①标准剂量仪器传递，4.0%；②hp(3)转换系数，0.3%；③辐射场线质(即X线谱)差别，1.0%；④辐射场不均匀性，1.0%；⑤测量环境(温度、气压和湿度等)变化，0.5%；⑥测量方法(替代法)和简化测量程序，1.0%；⑦转换因子和其他引用参数产生，1.0%。

(3)合成后获得的扩展不确定度：5.0%(k＝2)。

3 结论

本研究建立的N系列Hp(3)标准可以提供眼晶状体剂量当量的校准服务，校准点处Hp(3)约定真值的不确定度为5.0%(k＝2)，满足校准Hp(3)剂量计的服务要求。由于在辐射防护实践中Hp(3)剂量计测量的分散性、能量响应、角响应以及剂量计在头部佩戴的位置等产生的不确定度，远大于校准点处Hp(3)的约定真值不确定度。

尽管本研究在Hp(3)TLD应用验证中表明，Hp(3)剂量计在N80窄束X射线0º入射角条件下，用头模体和标准板模体刻度Hp(3)剂量计差别不大。但是，用300 mm×300 mm×150 mm标准板模体与用200 mm×200 mm×150 mm缩减板模体对单能光子报道的理论计算结果表明，hp(3)转换系数随着射线的能量和入射角变化的差别仍较明显，其主要原因是由于2种模体的几何形状，对剂量计入射角和射线能量依赖性和产生的反散射不同而引起。因此，为了达到与国际接轨的目的，本研究认为在Hp(3)剂量计校准时，选择并使用头模体更为适宜。

在hp(3)转换系数中，已考虑到两眼的间距约为6 cm，即头模体36º角范围内，所接受Hp(3)剂量当量照射的平均值，在这一角度范围内，Hp(3)角响应带来的测量误差是可接受的。

目前，在放射诊疗领域中，用Hp(3)剂量计检测的职业人员多数是从事介入放射学工作人员，其医用X射线机的能量范围属于放射诊断的宽束X射线线质，即属于IEC 61625规范中的RQR线质。N系列X射线窄束与RQR线束的能谱差别较大，因此在评价用N系列刻度的Hp(3)剂量计时，应根据实际应用情况做适当的修正，尤其是在以下两种情况下：①检测获得的测量值在剂量限值附近时；②检测中使用能量响应误差较大的剂量计时，均要考虑加以修正。

本研究将进一步开展与此相关的研究工作，建立和完善在RQR线质条件下校准Hp(3)剂量计的标准。

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Establishment of standards of Hp(3) for the calibration of eye-lens dose equivalent dosimeters/

OU Xiang-ming, ZHAO Shi-an, FAN Yao-hua//China Medical Equipment,2017,14(2):11-15.

Objective:To establish the X-ray standard was used to calibrate Hp(3) dosimeter in order to satisfy the requirement of eye-lens dose equivalents for the radiological occupational staff.Methods:The conventional values (Hp(3)) on the reference point of the narrow beams of X-ray fields were obtained by means of the product of air kerma (Kair) and the conversion coefficients (hp(3,ɑ)) recommended by ICRP116 recommendation. And these researches can be used by standard ionization chamber dosimeter. Finally, provided the conventional true value Hp(3) at calibrate point.Results:The standards and calibration program of calibrations eye-lens dose equivalent dosimeter were established under the X-ray radiation field. The detection error between slab phantom recommended by ISO and head phantom recommended by the 116th publication of ICRP was lower when the TLD was used to detect result.Conclusions:The standards for calibration Hp(3) dosimeters can satisfy the requirement of calibration for radiological occupational staff. It also provides theoretical foundation for detection data that assessed Hp(3) dosimeters and then improves trace ability and reliability of detection data of Hp(3) in national radiation supervision and inspection network.

Eye-lens dose equivalent; Hp(3); Phantom; Standard calibration; Traceability

1672-8270(2017)02-0011-05

R146

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.02.004