1、 什么是吸收劑量?
電離輻射實質是一種由輻射源向外擴散傳播的能量,當電離輻射向外擴散的時候,在輻射場中的任何物體都會受到射線的照射,就有能量沉積在受照物體內,換句話說,就是有輻射能被該物體吸收,這些被吸收的輻射能,就是該物體的吸收劑量,以D表示。因此,電離輻射劑量學就將吸收劑量(D)定義為:指電離輻射向無限小體積內授予的平均能量除以該體積內物質的質量而得的商:
dE是電離輻射授予物質的平均能量;dm為接受輻射能物質的質量。也可以說,D是電離輻射給予單位質量物質的平均授予能。
吸收劑量的國際制單位是:J · kg–1(焦耳每千克),專用名稱:戈瑞(gray),符號:Gy。1Gy等于1kg被照射物質吸收1J的輻射能量。曾用單位拉德(rad或rd):
1 Gy = 1 J/kg
1 rad = 0.01 Gy
1 Gy = 1000mGy
1 mGy = 1000μGy
1 μGy = 1000nGy
m 表示毫,μ表示微,n表示納
吸收劑量率()是單位時間的吸收劑量的增量
(t) = dD/dt
吸收劑量率單位:Gy/s(戈瑞每秒),實際工作中常用Gy/h(戈瑞每小時)。
吸收劑量適用于帶電粒子、非帶電粒子與任何物質之間的相互作用所發生的能量轉移。
2、 什么是當量劑量?
吸收劑量是電離輻射劑量學的一個基本量,適用于任何射線對任何物體的照射,用途非常廣泛。但在實際工作中,如果要描述射線對人體組織器官的放射損傷危險大小,尤其是在低劑量率的職業照射條件下,用吸收劑量就不太合適。因為射線的種類很多(α射線、β射線、γ射線、質子、中子和重離子等),同一類射線的能量也存在大小不一(eV、keV、MeV-表示電子伏特、千電子伏特、百萬電子伏特),假設在職業照射環境中不同的射線照射到人體肺組織的吸收劑量都是1mGy,但這些射線對肺產生的生物學效應(如致癌效應)的幾率并不一致,α射線所產生的致癌風險,比γ射線強20倍。因此相同吸收劑量的不同射線對人體同一組織器官照射所產生的生物學效應各不相同。要比較它們所致危險的大小,就要乘上一個修正系數,這個修正系數就是輻射權重因子,而經過輻射權重因子修正的吸收劑量,就是當量劑量。
因此定義,某特定器官、組織T的當量劑量H T 是以各自輻射權重因子w R 修正后,相關輻射對特定器官、組織T的劑量總和,亦即 :
H T = ∑ w R·D T,R
R
其中,
D T,R 是,器官、組織T或其特定靶區范圍內,由輻射R產生的平均吸收劑量;
w R 是,與入射到人體或滯留于人體的放射性核素發出的第R種輻射相應的,輻射權重因子。在放射防護關心的低劑量范圍內,w R與劑量、劑量率無關,僅用于隨機性健康危害的評價,表1為ICRP推薦的輻射權重因子。
表1 ICRP推薦的輻射權重因子
輻射類型 |
1990 年推薦值 |
2007年推薦值 |
光子(X、γ射線) |
1 |
1 |
電子和μ介子 |
1 |
1 |
質子和帶電π介子 |
5(沒有π介子) |
2 |
α粒子、裂變碎片、重離子 |
20 |
20 |
中子 |
依中子能量分5個區間,分別為:5、10、20、10、5 |
能量En 的連續函數 |
為與吸收劑量相區別,當量劑量H T的國際制單位“J / kg” ,專門名稱:希沃特(Sievert),符號:Sv(希) 。在實際工作中,常用mSv、μSv和nSv。
放射防護評價中,當量劑量H T的意義在于,對于特定器官T,無論對它造成照射的是何種輻射,只要當量劑量H T值相同,該器官蒙受隨機性效應(如輻射致癌)的影響程度大致相仿。
職業照射放射防護三原則的個人劑量限值中指出:放射工作人員眼晶體的年當量劑量限值為150mSv,皮膚、四肢的年當量劑量限值為500mSv。就是當量劑量最好的應用。
3、 什么是有效劑量?
當量劑量只是用于描述人體某一組織器官收到照射的平均劑量。人體是由各種不同的組織器官組成的,不同的組織器官對射線的敏感性各不相同。如接受到吸收劑量1.0Gy的照射,人體血液中的淋巴細胞就會出現死亡(確定性效應),而人體皮膚細胞要接受到10.0Gy照射才會出現死亡;電離輻射導致人體白血病(又稱血癌,隨機性效應,骨髓造血細胞受到照射所致)早就被廣島核爆所驗證,而電離輻射導致的皮膚癌,到現在還沒有出現證據。因此,人體不同組織受到同樣的當量劑量照射時,其誘發的隨機性效應(如致癌效應)風險的大小也是不一樣的。要評價電離輻射對人體全身致癌風險,不能用當量劑量,而要對當量劑量進行組織權重修正。將人體全身的權重視為1,不同組織的權重見表2。
表2.ICRP給出的組織權重因子WT
組織或器官 |
1990 年推薦值 |
2007年推薦值 |
紅骨髓、結腸、肺、胃 |
0.12 |
0.12 |
乳腺 |
0.05 |
0.12 |
其余組織 |
0. 05 (只規定10 個組織進行計算) |
0. 12 (分男女各取13 個組織) * |
性腺 |
0.20 |
0.08 |
膀胱、食道、肝、甲狀腺 |
0.05 |
0.04 |
骨表面、腦、唾液腺、皮膚 |
0.01(沒有規定腦和唾液腺) |
0. 01 |
*腎上腺、胸外區、膽囊、心臟、腎、淋巴結、肌肉、口腔粘膜、胰腺、前列腺 、小腸、脾、胸腺、子宮/宮頸 。
因此,為綜合反映受照的各個器官或組織,給人體帶來隨機性健康危害的總和,提出了有效劑量概念。
有效劑量(E)定義:指全身受到均勻照射或不均勻照射時,將不同組織當量劑量(HT,R)與組織權重因數相乘后之和,表達式為:
w T 是與器官、組織 T 相應的組織權重因子;它是依器官、組織隨機性效應的輻射敏感性,對器官當量劑量施加修正的一個因子。
w T 的實質是,全身各器官均勻受到相同當量劑量照射時,個人受到的隨機性健康危害中,T 器官所占的份額。
w T的數值,來源于輻射所致癌癥發生、死亡的流行病學調查,以及對輻射遺傳學研究資料的分析和判斷。w T代表的是年齡范圍很寬、男女兩性的平均值,且認為:w T值,與輻射的類型和能量無關。
有效劑量的國際制單位是:J · kg–1,專用名稱:希沃特(sievert),符號:Sv(希)。在實際工作中,常用mSv、μSv。
在醫用電離輻射照射中,有效劑量通常用于評價工作人員和公眾以及放射診斷患者受到輻射照射導致隨機性效應(如致癌效應、輻射遺傳)的風險,而少用于甚至不用于放射治療患者的輻射風險評估。因為前者是小劑量、低劑量率照射,存在輻射致癌與輻射遺傳的風險,后者是大劑量、高劑量率照射,直接導致受照細胞(絕大部分是癌細胞,也有部分正常細胞)死亡,此時直接用吸收劑量(Gy)描述。
四、使用放射防護量應注意哪些問題?
放射防護量作為當前放射防護體系的重要組成部分和定量指標,其主要作用是預測和評價人體輻射健康效應的程度;镜姆派浞雷o量有三個,分別是器官吸收劑量、器官當量劑量和有效劑量。如考慮內照射危害評價,則以基本放射防護量為基礎引入相應待積量;如考慮環境評價,則有負擔量和用于群體的集體量和人均量。
在具體使用中,需要注意:①放射防護量是ICRP(國際放射防護委員會)提出的僅適用于人體的劑量學量;②放射防護量用于表示放射防護體系中的劑量限值;③放射防護量僅適合放射防護所關心的小劑量、低劑量率照射情況。事故狀態(大劑量、高劑量率)下則使用輻射基本量—吸收劑量;④放射防護量利用計算手段獲得而不能通過直接測量手段獲得;⑤如當量劑量、有效劑量等常用放射防護量均是基于具有平均化特征的人體模型定義,因此實際工作中并不適合某個具體的工作人員輻射健康效應的評價。
五、 如何區分當量劑量與劑量當量?
兩者存在定義和用途上的顯著不同。當量劑量是經過輻射權重因子WR修正后的器官劑量(器官或組織整體平均吸收的輻射能量),其作用是評價單個器官或組織在一般性(多種輻射)的照射條件下輻射健康效應的程度,是基本的放射防護量之一。當量劑量無法通過實測定值,只能在正常工作狀態下進行估算。
如果要對輻射場當中的某一點進行防護評價,必須考慮射線的種類和射線的能量。和當量劑量一樣,相同的吸收劑量但射線種類不同,其引發的效應嚴重程度是不一樣的,因此劑量當量是經過輻射品質因數Q(輻射品質因子和輻射權重因子在數值上是相等的)修正后的吸收劑量,它僅針對的是人體表面下(或輻射場中)的某一點。劑量當量可以通過實測和計算來定值。放射防護中使用的更多的是基于劑量當量,結合體模ICRU球,提出的監測實用量,如周圍劑量當量、定向劑量當量和個人劑量當量。
歸納起來講,當量劑量僅用于評價人體某一組織器官受到不同射線照射的情況,當量劑量的數值是用吸收劑量推算出來的,不可以直接測量,當量劑量用于人體組織器官受到輻射照射的風險(如致癌效應)評價。劑量當量則用于描述輻射場中的某一點(也可能是人體)的照射情況,具體數值可以通過實際測量也可以理論計算獲得,劑量當量主要用于輻射防護屏蔽的計算。
六、如何理解ICRP103號報告與ICRP60號報告組織權重因子的差別?對防護有何要求?
ICRP103報告對ICRP60報告中的組織權重因子WT進行了數值上的調整(表1)。組織權重因子其本質就是基于防護目的衡量人體內不同器官或組織輻射敏感性的粗略指標。某個組織權重因子值就是相應器官在全身各器官均勻受照情況下對全身健康的相對重要性。
表1組織權重因子wT
組織或器官 |
ICRP 60號報告 |
ICRP 103號報告 |
紅骨髓、結腸、肺、胃 |
0.12 |
0.12 |
乳腺 |
0.05 |
0.12 |
其余組織 |
0. 05 (只規定10 個組織進行計算) |
0. 12 (分男女各 取13 個組織) |
性腺 |
0.20 |
0.08 |
膀胱、食道、肝、甲狀腺 |
0.05 |
0.04 |
骨表面、腦、唾液腺、皮膚 |
0.01(沒有規定腦和唾液腺) |
0. 01 |
組織權重因子值的變化其實是全身各器官輻射健康相對重要性的變化,即意味著當前防護體系對各器官敏感性的重視程度。一般而言,若某器官組織權重因子值越大,則說明該器官對全身健康越重要,在防護工作中對該器官要越重視。
七、為什么用有效劑量來評價輻射的隨機性效應?
輻射防護的目的是:防止確定性效應的發生,減少隨機性效應的誘發。為此目的可以用有效劑量(E)來衡量和評價隨機性效應。有效劑量是以組織和器官的平均劑量為基礎的,不考慮受照者的個人特征,更多的是反映男女兩性人群的一個平均值,它可以在一定程度上反映受照者群體發生隨機性效應(主要是癌癥)風險的高低,是防護最優化中使用的一個調整了的劑量學量,目的是將計劃照射或已接受的照射與劑量約束、參考水平、劑量限值等進行比較。
在放射診療中,有效劑量可以用來比較不同的診斷或介入操作程序的劑量,不同醫院、不同國家相似操作程序的劑量,以及同一檢查不同技術間的比較。它在一定程度上可以粗略地衡量低劑量輻射照射導致的隨機性效應(輻射致癌)的風險,但這樣的衡量的不確定性很大,在實際應用中還要充分考慮因為不同年齡、性別和人群組而導致的變化。
八、為什么用吸收劑量來評價確定性效應?
確定性效應(有害組織反應)的發生存在劑量閾值,其嚴重程度隨吸收劑量的增加而增加,低于閾值劑量的照射,不會出現確定性效應。劑量閾值對應的是人群中有約1%的效應發生率。表征組織反應的量應使用吸收劑量,單位是Gy。如果涉及高LET輻射(如α粒子和中子),應采用相對生物效能(RBE)加權的吸收劑量,即RBE·D(Gy)。RBE是指X 射線或γ射線引起某一生物效應所需劑量與所觀察的電離輻射引起同等生物效應所需劑量的比值,其取值與劑量、劑量率和研究的生物學重點有關。
九、如何理解放射性活度和比活度?
放射性活度是指處于某一特定能態的放射性核在單位時間內的衰變數,通常以秒計時,也就是放射性核素每秒鐘發生衰變的原子個數,放射性活度的國際制單位為貝可勒爾(Bq),曾經使用的專用單位是居里(Ci)。1Bq表示1秒鐘有一個原子衰變,1克的鐳-226在1秒鐘發生的原子核衰變次數為3.7×1010,用Ci表示,記為1Ci,由此可知,居里與貝克的換算關系為:1Ci=3.7×1010Bq。由于有些放射性核一次衰變不止放出一個粒子或γ光子,因此,用放射探測器實驗計數所得的不是該核素的放射性活度,還需利用放射性衰變的知識加以計算。
比活度也稱為比放射性,指放射性物質的放射性活度與其質量之比,即單位質量(通常用重量表示)產品中所含某種核素的放射性活度。比活度的國際制單位是Bq/kg。如果是液體狀態,則可以用活度濃度來表示,如Bq/kg、Bq/L等,這里的Bq是指放射性核素的活度,對應地比上其所在介質(固體kg、液體L等)就是活度濃度了,放射性核素活度濃度可以和質量濃度互相換算。
十、個人劑量監測為什么要嚴格限定監測和佩戴周期?
首先是TLD的發光時間衰退特征。磷光體受到電離輻射照射,晶體中的電子獲得能量,從價帶越過能隙,躍遷到導帶,電子就從化學價鍵電子變成了可以自由移動的電子和自由空穴,并被陷阱能級捕獲而處于亞穩態。材料中添加的精心選擇的摻雜原子Mg、Cu、P等,可以穩定地捕獲特定能量的電子。當晶體受熱時,處于亞穩態的電子和空穴就可以獲得足夠的能量從陷阱能級中躍出,返回基態能級,重新成為價電子,能量差就以光子的形式釋放出來。加熱磷光體釋放的光脈沖及其強度與吸收劑量成正比。LiF加熱發光有6個峰(見圖1),激發這些峰出現的加熱溫度和每個發光峰隨時間衰退的半衰期是不一樣的,第1和第2個峰出現的加熱溫度低,衰退時間也很短,分別為5分鐘和10個小時,通過預加熱將其去掉。對于測量X射線和γ射線而言,有用的主要是加熱到255℃,記錄第3、第4和第5個峰的脈沖及其強度。第3、4和5個峰的衰退半衰期分別為6個月、7年和80年。一般要求,探測器的時間衰退小于5%。
圖1.熱釋光發光曲線圖
其次是TLD的最低可探測水平。一般TLD的最低可探測水平是0.1mSv,也就是說累計照射的劑量要大于最低可探測水平,劑量計才能夠以一定的精度給出探測結果。這就要求佩戴一定的時間,累計一定的劑量。工作場所的劑量水平較高,比如介入和核醫學工作人員,佩戴時間可以短一些,而隔室操作的普放診斷,工作場所的劑量水平更低,佩戴時間要更長一些。
還有,為了及時發現輻射防護中存在的問題,佩戴和監測周期時間過長也失去了及時發現問題的意義。綜合各種因素,并考慮工作方便,國內外法規和相關標準一般規定,個人外照射監測周期一般為1個月,最長不超過3個月。
具體執行中,還要結合職業照射的具體類別和預期的受照劑量,比如IAEA在其2016年要發布的《Radiation Protection and Safety in Medical Uses of Ionizing Radiation》中,建議從事隔室放射診斷操作的工作人員佩戴周期為3個月,介入和核醫學工作人員為1個月。
《放射工作人員職業健康管理辦法》(衛生部[2007]55號令)第十一條規定,外照射個人劑量監測周期一般為30天,最長不應超過90天!堵殬I性外照射個人監測規范》(GBZ128-2016)4.3.1規定,常規監測的周期應綜合考慮放射工作人員的工作性質、所受劑量的大小、劑量變化程度及劑量計性能等諸多因素。常規監測周期一般為1個月,最長不超過3個月。從衛生監督執法的操作性來說,按《放射工作人員職業健康管理辦法》的規定執行即可。
十一、放射工作人員個人劑量監測檔案為什么要終生保存?
放射工作人員個人劑量監測是放射工作人員職業健康管理的重要內容,是保障放射工作人員職業健康的重要技術手段,是診斷職業性放射性疾病的重要依據。我國法定的職業性放射性疾病有13種,包括有害的組織反應(確定性效應)和放射性腫瘤(隨機性效應)等。電離輻射導致的健康效應,特別是放射性腫瘤,經過約10年的潛伏期后,可以在生命的任何時期出現。診斷職業性放射性疾病時,個人劑量監測資料是重要的診斷依據之一。因此,原衛生部《放射工作人員職業健康管理辦法》和相關的標準均規定個人劑量監測記錄要終生保存。終生保存是一個通俗的說法,具體的要求可能比終生還要長久,如《電離輻射防護與輻射源安全基本標準(GB 18871-2002)》和《職業性外照射個人監測規范(GBZ128—2002)》均要求在工作人員停止放射工作后,其照射記錄還要至少保存30年。
十二、介入放射工作人員的個人劑量計應戴在鉛衣內還是鉛衣外?
由于介入操作屬于同室操作,工作人員必須穿著鉛防護服(鉛衣),個人劑量計的佩戴就成了問題。如果將個人劑量計佩戴在鉛衣外,監測劑量數值肯定偏高,甚至超過限值;如果佩戴在鉛衣內,一般鉛衣(鉛當量在0.25mm以上)可以屏蔽掉90%的射線,以此監測數據估算有效劑量肯定偏低,因為操作人員還有手臂、頭面部、下肢等部位未受到鉛衣的保護。為此,早在十多年前,國際放射防護委員會(ICRP)就推出85號出版物《避免醫學介入操作的輻射損傷》,ICRP建議一般情況下應為介入操作人員配備至少二組個人劑量計,一組佩戴在左胸前鉛衣內,一組戴在頸部鉛圍脖的外面,前者取0.5權重,后者取0.025權重,二者相加就是該操作人員的個人劑量,代表有效劑量。由于介入操作工作人員受照劑量較大,為了更好地評價操作的輻射風險,ICRP還建議應當在工作人員手指或手腕部、緊鄰眼睛的額部或頰部各佩戴一組劑量計,以記錄工作人員手部、眼部的當量劑量。
十三、核醫學科工作中產生的放射性廢物如何處理?
《放射診療管理規定》第三十條明確指出,核醫學診療產生的放射性固體廢物、廢液及患者的放射性排出物應當單獨收集,與其他廢物、廢液分開存放,按照國家有關規定處理。
核醫學工作中產生的醫用放射性廢物處理的有關規定,主要是指《放射性廢物的分類》(GB9133-1995)和《醫用放射性廢物的衛生防護管理》(GBZ133-2009),其處理原則是:
1.基本原則:根據所產生的廢物形態及其中的放射性核素種類、半衰期、活度水平和理化性質等,將放射性廢物進行分類收集,在收集過程中,應區分放射性廢物與免管廢物,不可混同處理,力求控制和減少放射性廢物產生量。
2. 放射性廢液的處理:設置放射性污水池的,對存放的放射性廢液存放至符合排放要求時排放;可不設置放射性污水池的單位,應將含短半衰期核素的廢液收入專門容器中存放10個半衰期后,作普通廢液排放,對含長半衰期核素的廢液,應專門收集存放。
(注:經審管部門確認的下列低放廢液可以直接排入流量大于10倍排放流量的普通下水道:每月排放總活度不超過GBZ 18871-2002中8.6.2規定的限制要求,且每次排放后用不少于3倍排放量的水進行沖洗,每次排放應作記錄并存檔。)
3.放射性固體廢物的處理:
(1)廢物收集:按照《放射性廢物的分類》(GB9133-1995)對產生的放射性廢物進行分類,并做到廢物的可燃與不可燃、可壓實與不可壓實、有無病原體毒性分開收集廢物;供收集廢物的污物桶應具有外防護層和電離輻射標志;污物桶放置點應避開工作人員作業和經常走動的區域;污物桶內應放置專用塑料袋直接收納廢物,裝滿后的廢物袋應密封并及時轉送貯存室,放入專用容器中儲存;對注射器和碎玻璃器皿等含尖刺及棱角的放射性廢物,應先裝入硬紙盒或其他包裝材料中,然后再裝入專用塑料袋內。
(2)廢物的儲存:存放的放射性廢物應在顯著位置標有廢物的類型、核素種類、比活度水平和存放日期等說明;廢物包裝體外表面的污染控制水平應符合:α<0.04Bq/cm2;β<0.04Bq/cm2;在儲存期滿后及時把廢物送往廢物處置單位。
(3)廢物處理:焚燒可燃固體廢物必須在具備焚燒放射性廢物條件的焚化爐內進行;對有病原體污染的固體廢物,如可以焚燒的,直接焚燒處理,不可以焚燒的,應當消毒、滅菌處理或處置。
4.放射性氣載廢物的處理:操作放射性碘化物等具有揮發性的放射性物質時,應在備有活性炭過濾或其他專用裝置的通風柜內進行;凡使用133Xe診斷檢查患者的場所,應具備回收患者呼出氣中133Xe的裝置,不可直接排入大氣。
5.注射或服用過放射性藥物的患者排泄物處理
(1)使用放射性藥物治療病人的醫療單位,必須為住院治療病人提供有防護標志的專用廁所,對病人排泄物實施統一收集和管理。規定病人住院治療期間不得使用其他廁所。
(2)專用廁所應具備使病人排泄物迅速全部沖洗入專用化糞池的條件,而且隨時保持便池周圍清潔。
(3)專用化糞池內排泄物貯存衰變后,經審管部門核準后排入下水道系統。池內沉渣如難于排出,可進行酸化,促進排入下水道系統。
(4)對可不設置專用廁所和專用化糞池的單位,應為注射和服用放射性藥物(131I、32P等)的住院治療患者提供具有輻射防護性能的尿液、糞便收集器和嘔吐物收集器。收集器內的排泄物在存儲衰變后,經審管部門批準可作免管廢物處理。
(5)收集含131I患者排泄物時,必須同時加入NaOH或10%KI溶液后密閉存放待處理。
(6)對同時含有病原體的病人排泄物應備有專門容器單獨收集,在存儲衰變、殺菌和消毒處理后,經審管部門批準可排入下水道系統。
(7)下列患者排泄物不需要統一管理:注射或服用放射性藥物的門診病人排泄物;符合出院條件的病人排泄物。
十四、開展介入放射工作、放射治療工作應當具備哪些人員?
《放射診療管理規定》規定,開展介入放射學工作的,應當具有:大學本科以上學歷或中級以上專業技術職務任職資格的放射影像醫師;放射影像技師;相關內、外科的專業技術人員。開展放射治療工作的,應當具有中級以上專業技術職務任職資格的放射腫瘤醫師;病理學、醫學影像學專業技術人員;大學本科以上學歷或中級以上專業技術職務任職資格的醫學物理人員;放射治療技師和維修人員。因此,醫療機構只有具備了上述人員,其資格或學歷等符合規定,方能開展介入放射學、放射治療工作。