不同方法對X射線機房的屏蔽優化分析

張利，陳旎，曾德高

湖南省腫瘤醫院中南大學湘雅醫學院附屬腫瘤醫院放療物理室，湖南長沙410000

不同方法對X射線機房的屏蔽優化分析

張利，陳旎，曾德高

湖南省腫瘤醫院中南大學湘雅醫學院附屬腫瘤醫院放療物理室，湖南長沙410000

目的介紹兩種不同的X射線機房的屏蔽計算方法，并根據目前腫瘤醫院的主、副屏蔽墻的厚度，利用不同的計算方法反推醫院X射線模擬機房的實際的最大工作負荷量以及每周的病人數量，為今后X射線機房的工作安排提供理論依據。方法根據GBZ130-2002和NCRP147號報告等相關標準和法規的要求，以湖南省腫瘤醫院為依托，根據兩種屏蔽計算方法對X射線模擬機房進行最大工作負荷量反推。以計算結果為理論依據確定今后實際工作過程中X射線模擬機房的極限工作量，確保放射性工作人員和公眾成員在機房周圍地區的留居所受的個人最大劑量在國家規定的基本限值以下。結論目前湖南省腫瘤醫院的工作負荷量在屏蔽設計的限制之內，醫院的機房外環境輻射水平均能達到國家標準要求,且基本上接近天然輻射本底水平,其防護效果都十分滿意,且安全、可靠。

X射線模擬機；屏蔽設計；輻射防護；計算方法

隨著X射線應用的日益廣泛和人們對電離輻射了解日趨增加，人們也更加關注X射線對人們所帶來的潛在的輻射危害。研究表明，當今世界人們所受的人工輻射照射中，醫療照射居首位[1-2]。加之X射線機的不斷普及和X射線機高頻次的使用，使得X射線機所帶來的輻射照射日益增加，因此，探討如何減少X射線機使用過程中輻射照射對公眾和工作人員的危害，并使其所受照射量降低到合理的水平對安全開展X射線機房的工作具有重要意義。

本文以湖南省腫瘤醫院X射線模擬機房為例，參照有關文獻和實踐經驗，介紹兩種不同的X射線機房的屏蔽計算方法:一種是查TVT表計算法；一種是NCRP147號報告Archer推薦的計算方法，并根據目前醫院的主、副屏蔽墻的厚度，利用上述兩種不同的計算方法反推腫瘤醫院X射線模擬機房的實際的最大工作負荷量以及每周的病人數量。

1 方法介紹

1.1 查表計算法

①主防護墻屏蔽厚度計算[3-4]。

式中，B為透射函數，P為屏蔽設計劑量目標（mSv/ week），d為X射線源劑量等中心點到居留區參考點距離，W為周工作負荷（），U為利用因子，T為居留因子。

根據（1.1）式計算出透射函數B，查相應的TVT（十分之一厚度）表[5]，再根據下面公式來計算主防護墻的屏蔽厚度：

②副防護墻屏蔽厚度計算

a)、漏射線屏蔽厚度(χ1)計算

式中，為X射線源劑量等中心點l m處每周漏射線的比釋動能率（mSv/week）；P為屏蔽設計的劑量限值（mSv/week）；為x射線機源點到居留區參考點距離（m）；T為居留因子。

b)、散射線屏蔽厚度計算先用下式計算出散射線的透射系數(B)，再根據B查TVT表及用公來計算所需的屏蔽厚度。

式中，為散射線屏蔽體最大允許透射量（mSv·m2·mA-1·min-1）；P為屏蔽設計劑量目標限值；dsec為患者體表散射點到考察點的距離（m）；dsca為x射線機源點到患者體表散射點間的距離（m)；S是散射面積為400時離散射體1m處散射線的照射量與入射照射量之比；W為F工作負荷（mA·min/week）；F為患者體表散射面積（cm2），T為居留因子。

1.2 Archer推薦的屏蔽計算方法

對于一個可接受的屏蔽厚度(Xbarrier)，無論初級屏蔽還是次級屏蔽，以下給出的寬束透射函數表達公式都通用[6-9]。

式中:d為屏蔽居留區參考點距X射線源距離(m);為距X射線源1m處患者的未屏蔽的平均空氣比釋動能(mGy/患者)；N為每周接受X射線檢查的患者預期數目；P為設計目標值。

則屏蔽層厚度的計算公式為:

式中：為某一屏蔽材料的屏蔽厚度;為寬束射線通過屏蔽材料透射的數學模式中擬合參數。

①初級屏蔽厚度的計算

對初級屏蔽設計需要考慮的幾個參數：

①初級輻射距離，dp；②距離1米處未屏蔽的初級空氣比釋動能；③在dp點上未屏蔽的初級空氣比釋動能；④前屏蔽；⑤使用因子U；⑥每周檢查患者數；⑦居留因子T；則有：

初級X射線透射函數為

式中，K(x)為設計目標值。即可得到初級輻射的屏蔽計算式為：

為某一屏蔽材料的厚度，為某一材料的三個擬合參數。

②次級屏蔽厚度的計算

次級屏蔽設計需要考慮的幾個主要參數：

①次級輻射距離，（散射輻射和漏輻射距離相等）；②距離1米處未屏蔽的次級空氣比釋動能；③在點上未屏蔽的次級空氣比釋動能；④每周檢查患者數目N；⑤居留因子T。

則有：

次級輻射的透射函數為：

式中，K(x)為設計目標值。即可得到次級輻射的屏蔽計算式為：

為某一屏蔽材料的厚度，為某一材料的三個擬合參數。

注：為某一材料的三個擬合參數，電壓值不同，擬合參數亦不同，表1給出了常用的幾種電壓值。

2 結果與分析

2.1 結果計算

假定醫院每周檢查的患者數目N=100；周工作負荷W=It=1000mA.min/week；屏蔽設計劑量目標P取0.25mSV/week；參考點的距離分別取2、2.5、3、3.5、4 m;模擬定位機主防護墻、副防護墻的使用因子U、居留因子T均取1,居留因子T取1；其它參數均可由GBZ-130和NCRP 147號報告得出[10-13]。

表1 考察點離X射線機中心點不同距離處主屏蔽墻屏蔽厚度（cm混凝土）

表2 考察點離X射線機中心點不同距離處次屏蔽墻屏蔽厚度（cm混凝土）

因此采用不同的計算方法計算了考察點距離X射線機房分別為2、2.5、3、3.5、4 m時，主、次防護墻的厚度，計算結果如下：見表1、表2。

2.2 計算結果的處理與分析

本論文的所有數據均采用國際通用的ORIGIN9.0版本軟件進行數據分析處理。

2.2.1 主防護墻屏蔽厚度的計算結果比較

圖1 查TVT表不同管電壓下主防護墻厚度隨距離的變化曲線圖

圖2 Archer推薦法計算不同不同管電壓下主防護墻厚度隨距離的變化曲線圖

從表1和圖1、圖2可以看出,對于醫用X射線模擬定位機的主防護墻的屏蔽計算,不同的計算方法的計算結果存在著一定的差別。查TVT表法所得到的防護墻屏蔽厚度總體大于Archer推薦的方法計算得到的結果。就Archer推薦的方法計算結果來看,小電壓如50KV以下的X射線在2 m外基本不需要屏蔽裝置，但是需要考慮的Archer推薦的計算方法中參數值是基于美國醫院實際的情況確定的，對于我國醫院的參考價值也有待作進一步的研究。此外，從圖2和表1可以看出，參考點距離X射線模擬定位機越遠，屏蔽所需要的厚度也就越小，但設計時也應兼顧機房的占地面積來進行考慮。

2.2.2 次防護墻屏蔽厚度的比較

從表2和圖3、圖4可以看出，不同方法計算的次級防護墻的厚度也存在著一定的差異。Archer推薦的方法的計算結果顯示，隨著管電壓的增加，混凝土的厚度基本成線性增加。而基于TVT表方法的計算結果顯示，混凝土的厚度存在著一定的“畸變”，這種畸變發生在漏射線與散射線之差是否小于混凝土的HVT值的臨界點上。此外，從圖2和表1可以看出，參考點距離X射線模擬定位機越遠，次級屏蔽所需要的厚度也就小。

圖3 查TVT表計算不同管電壓次防護墻厚度隨距離的變化曲線圖

圖4 Archer推薦法計算不同管電壓下次防護墻厚度隨距離的變化曲線圖

2.2.3 醫院模擬X射線定位機房的工作負荷評估

根據醫院X射線機房的實際尺寸，可以得知主防護墻的厚度為30cm，次防護墻的厚度為30cm。以照屏蔽防護設計的三原則[14-15]，在反推工作負荷的計算過程中，假定模擬定位機主防護墻、副防護墻的使用因子U、居留因子T均取1,屏蔽設計劑量目標P取0.005mSV/week；其它參數均可由GBZ-130和NCRP 147號報告得出。通過上述兩種不同的計算方法可以得知：TVT表法計算得到工作負荷量N=313,Archer推薦的方法計算得到工作負荷量N=501經過分析，兩種方法得出的工作負荷量均大于實際的病人數目，即可得知，在當前的醫院的工作負荷量情況下，X射線機房的屏蔽能夠滿足X射線衛生防護標準，并能很好的確保職業人員和工作人員輻射劑量達到我國放射性衛生防護標準中對劑量的要求。

3 結論

屏蔽設計的過程就是根據具體的項目，按國家規定設定劑量限值、選擇屏蔽設計條件、完成理論計算、選擇屏蔽材料和厚度。整個過程需要了解輻射防護的基本原則和實際情況，清楚屏蔽設計中屏蔽體厚度的影響因素，選擇合理可行的參數，使整個機房都處于最合理的狀態，對職業人員和公眾所受劑量保持在合理可行盡量低得水平。

本文介紹了兩種不同的X射線模擬機房的屏蔽計算方法，通過對兩種方法的分析比較，我們不難發現：查表查圖法在屏蔽厚度上明顯大于Archer推薦方法所得的屏蔽厚度，TVT表法是先按其給出的公式求出所需的屏蔽透射比B，再由附表中得TVT值或其附錄的透射曲線圖查出結果，而Archer推薦方法則是根據給出公式計算得到的透射函數再查相關擬合參數計算得出結果。相比較而言可能由于曲線精度不足而帶來觀察誤差導致兩種結果出現明顯差異。其次，Archer推薦方法中很多參數都采用了美國等國家在實際使用中測得的劑量。雖然美國等國家每周實際的檢查人數往往比我國少很多，但從計算的結果可以看出，即使屏蔽層厚度偏小，也能保證工作人員的累積劑量不超標，因此對我們今后的屏蔽設計方法的思路具有很大的指導作用。

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Different Methods of X-ray Room Shielding Optimization Analysis

ZHANG Li，CHEN Ni，ZENG De-gao
Hunan Provincial Tumor Hospital,Cancer Hospital of Xiangya Medical College,Central South University Radiotherapy Physics Room Changsha,Hunan 410000 China

Objective To introduce two different shielding calculation method of X-ray room,and to provide a theoretical basis for the future work of X-ray room of calculating the maximum number of patient per week with using the actual main and secondary shielding wall statistics.Methods According to some relevant standards of GBZ130-2002 and NCRP147 and two different calculation method of X-ray simulation engine room,we can reversely calculate the maximum actual working load and assure radiation workers and members of the public in the surrounding areas receives doses within limits by analysting those statistic.Conclusion At present,the workload and the environmental radiation levels outside X-ray room of Hunan Cancer Hospital are all within the limits,so we can concluded the shielding design meet national requirement and its protective effects are satisfactory,and safe and reliable.

X-ray simulation room;Shielding design;Radiation protection;Calculation method

R14

A

1672-5654（2015）05（c）-0079-04

2015-03-02）

張利（1984-），女，湖南株洲人，本科，腫瘤放射物理，湖南省腫瘤醫院。