數(shù)字減影血管造影輻射環(huán)境影響預(yù)測與評價

李海新 高文翰

（聯(lián)合泰澤環(huán)境科技發(fā)展有限公司 天津 300000）

引言

數(shù)字減影血管造影（Digital Subtraction Angiography，以下簡稱DSA）又稱C形臂X射線機(jī)，是通過計(jì)算機(jī)把血管造影片上的骨與軟組織的影像消除，僅在影像片上突出血管的一種攝影技術(shù)。DSA具有對比度分辨率高、檢查時間短、造影劑用量少，濃度低、患者X射線吸收量明顯降低等優(yōu)點(diǎn)，是血管疾病無創(chuàng)診斷與介入治療手術(shù)導(dǎo)航的重要依據(jù)。

DSA工作過程中將產(chǎn)生X射線，X射線可與機(jī)體細(xì)胞、組織、體液等物質(zhì)相互作用，引起物質(zhì)的原子或分子電離，造成輻射損傷。因此，DSA應(yīng)用產(chǎn)生的輻射環(huán)境影響正日益受到關(guān)注。本文以某醫(yī)院擬新增的數(shù)字減影血管造影裝置為例，預(yù)測、分析其運(yùn)行產(chǎn)生的輻射環(huán)境影響。

1 工作原理

X射線管中的電子束轟擊陽極靶產(chǎn)生X射線，X射線穿過人體，產(chǎn)生不同程度的衰減后照射在探測器上，形成X射線圖像的電子信號，通過信號傳輸和轉(zhuǎn)換最終將影像送入電子計(jì)算機(jī)存儲并呈現(xiàn)在屏幕上。數(shù)字減影血管造影過程是應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行兩次成像完成的，在注入造影劑之前，首先進(jìn)行第一次X射線成像，并用計(jì)算機(jī)將圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號儲存起來。注入造影劑后，再次成像并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。兩次數(shù)字信號相減，消除相同的信號，獲得了去除骨骼、肌肉和其它軟組織，只留下單純血管影像的減影圖像，通過顯示器顯示出來。

圖1 DSA系統(tǒng)示意圖

2 工作模式及流程

DSA有兩種運(yùn)行模式，一種為攝影模式，用于血管造影檢查，即拍片，另一種為透視模式，用于介入手術(shù)中成像導(dǎo)航。

攝影模式（減影拍片）：患者預(yù)約，手術(shù)醫(yī)師接診患者并告之在手術(shù)過程中可能受到輻射危害。患者登記，進(jìn)入手術(shù)室，被固定在檢查床上，醫(yī)師離開介入手術(shù)間，關(guān)閉防護(hù)門。技師在控制室內(nèi)分別對沒有注入造影劑和注入造影劑的受檢部位進(jìn)行攝影，得到血管影像的減影圖像。醫(yī)師根據(jù)該圖像確診患者病變的范圍、程度，選擇治療方案。

透視模式（介入手術(shù)）：完成患者減影拍片后，按照治療方案對患者實(shí)施介入手術(shù)，介入操作中，醫(yī)師根據(jù)操作要求，踩住手術(shù)床下的腳踏板開關(guān)啟動DSA的X射線系統(tǒng)進(jìn)行透視，通過懸掛顯示屏顯示的連續(xù)畫面，完成介入操作。每臺手術(shù)DSA進(jìn)行透視的次數(shù)及每次透視時間因患者的部位、手術(shù)的復(fù)雜程度而不同。透視模式為脈沖透視，且運(yùn)行參數(shù)較低，其輻射劑量較攝影模式有所減少，以盡可能減小介入手術(shù)醫(yī)師的受照劑量。

3 輻射環(huán)境影響預(yù)測與分析

3.1 DSA基本參數(shù)及使用工況

該醫(yī)院擬新增DSA的最大管電壓為125kV，最大管電流為1000mA，主射方向從下往上（可在一定角度內(nèi)調(diào)整），使用場所位于綜合樓一層導(dǎo)管室。

DSA在減影拍片時僅涉及一種工作模式，即攝影模式，患者擺好位后技師在控制室進(jìn)行減影拍片，此時僅有患者位于機(jī)房內(nèi)。在介入手術(shù)時，醫(yī)生在DSA機(jī)房（導(dǎo)管室）內(nèi)通過DSA引導(dǎo)對患者進(jìn)行手術(shù)，進(jìn)行介入手術(shù)時，醫(yī)生護(hù)士穿、佩戴連體鉛衣等防護(hù)用品，技師則在控制室內(nèi)進(jìn)行隔室操作。在介入手術(shù)前一般首先進(jìn)行減影拍片，因此整個介入手術(shù)治療過程中涉及兩種工作模式：一種是攝影模式；另一種是在透視模式下，醫(yī)生近距離進(jìn)行介入手術(shù)操作，設(shè)備主射束方向朝上，醫(yī)生位于X漏射束方向。

根據(jù)醫(yī)院提供的資料，該DSA典型使用情況見表1。

表1 擬新增DSA典型使用情況

3.2 輻射防護(hù)屏蔽設(shè)計(jì)

醫(yī)院DSA機(jī)房東西長7m，南北寬7m，層高5m，有效使用面積約49m2。根據(jù)機(jī)房屏蔽材料及厚度，查《輻射防護(hù)手冊》（第三分冊），可得等效屏蔽效果，見下表。

表2 本項(xiàng)目導(dǎo)管室輻射防護(hù)屏蔽設(shè)計(jì)一覽表

導(dǎo)管室的有效使用面積大于30m2，最小單邊長度大于4.5m，四周的屏蔽防護(hù)厚度均不小于2mm鉛當(dāng)量，滿足《醫(yī)用X射線診斷放射防護(hù)要求》（GBZ 130-2013）的規(guī)定，能夠滿足放射診療工作的需要。

3.3 劑量關(guān)注點(diǎn)

DSA機(jī)房位于該醫(yī)院門診一樓南側(cè)，機(jī)房的東側(cè)為庫房和設(shè)備間，南側(cè)為院區(qū)便道，西側(cè)為DSA控制室和準(zhǔn)備間，北側(cè)為走廊，樓上為辦公室，無樓下建筑。根據(jù)射束的朝向和機(jī)房外環(huán)境特征，選取近臺操作位、DSA機(jī)房四周墻體外為工作人員和公眾的輻射劑量關(guān)注點(diǎn)，關(guān)注點(diǎn)位詳見圖2。

圖2 DSA機(jī)房劑量關(guān)注點(diǎn)位示意圖

3.4 預(yù)測模式

DSA主射線方向朝上，其他方向?yàn)樯⑸浞较蚝吐┥浞较颉τ谝话鉞射線裝置，其側(cè)向漏束較小，起決定作用的是主射束和被照體的散射束。因此主射方向（有用線束）按照初級X射線進(jìn)行考慮、其他方向按照散射X射線進(jìn)行考慮。

①主射線

主射線在關(guān)注點(diǎn)處造成的輻射劑量當(dāng)量計(jì)算公式如下：

式中：H——主射方向環(huán)境關(guān)心點(diǎn)處的劑量當(dāng)量率，μSv/h；

H——主射方向環(huán)境關(guān)心點(diǎn)處的年劑量當(dāng)量，mSv/a；

X0——距X射線機(jī)陽極靶1m處的照射量率（R·mA-1·h-1），查《輻射防護(hù)手冊》（第一分冊）；

I——X射線機(jī)在最高管電壓下的常用最大管電流，mA；

f——空氣的照射量與吸收劑量之間的轉(zhuǎn)換因子，此處f=9.5×103（μSv/R）；

FN——X射線穿過屏蔽物質(zhì)的衰減系數(shù)，由《醫(yī)用X射線診斷放射防護(hù)要求》（GBZ 130-2013）附錄D公式或《輻射防護(hù)手冊》（第一分冊）查得；

R——關(guān)注點(diǎn)與X射線機(jī)靶的距離，m；

t——年受照時間，h/a。醫(yī)院為每臺DSA設(shè)置兩組輻射工作人員，交叉參與手術(shù)，因此近臺操作位的年受照時間按1/2手術(shù)工作量計(jì)算；

T——停留因子。

②散射線

散射X射線的輻射劑量當(dāng)量采用反照率法估算：

式中：Hs——散射方向環(huán)境關(guān)心點(diǎn)處的劑量當(dāng)量率，μSv/h；

Hs——散射方向環(huán)境關(guān)心點(diǎn)處的年有效劑量，mSv/a；

α——受照物體對入射X射線的散射比，α=a/400，其中a是相對于400cm2散射面積的受照物體對入射X射線的散射比，保守取0.0015（90°散射角）；

S——散射面積，cm2，此處取225cm2；

R1——X射線機(jī)靶與受照體的距離，m，此處取0.5m；

R2——受照體與關(guān)注點(diǎn)的距離，m；

其余參數(shù)意義與式1、式2相應(yīng)參數(shù)相同。

③散射X射線能量

式中：Ex——X射線散射后的能量，kV；

E0——X射線散射前的能量，kV；

θ——X射線入射射線與散射射線的夾角，此處θ=90°；

3.5 計(jì)算結(jié)果

由前面分析可知，近臺操作位手術(shù)人員僅受透視模式影響，導(dǎo)管室外工作人員和公眾受攝影和透視模式的疊加輻射影響。

根據(jù)上述計(jì)算公式，計(jì)算各關(guān)注點(diǎn)的劑量當(dāng)量率和年有效劑量，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 各關(guān)注點(diǎn)劑量當(dāng)量率和年有效劑量計(jì)算結(jié)果

由上表可見，透視條件下，DSA機(jī)房外各關(guān)注點(diǎn)劑量當(dāng)量率在 2.74×10-4～ 2.24×10-2μSv/h之間，滿足《醫(yī)用 X 射線診斷放射防護(hù)要求》（GBZ 130-2013）中的規(guī)定，即具有透視功能的X射線機(jī)在透視條件下檢測時，周圍劑量當(dāng)量率控制目標(biāo)值應(yīng)不大于2.5μSv/h；透視條件下DSA近臺操作位的空氣比釋動能率為10.25μGy/h，滿足《醫(yī)用X射線診斷放射防護(hù)要求》（GBZ 130-2013）中規(guī)定的透視防護(hù)區(qū)測試平面上的空氣比釋動能率應(yīng)不大于400μGy/h的要求。職業(yè)工作人員所受的最大年有效劑量為7.69×10-1mSv/a，低于《電離輻射防護(hù)與防護(hù)源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18871-2002）規(guī)定的職業(yè)照射劑量限值20mSv/a和本評價提出的職業(yè)人員劑量約束值2mSv/a的要求；公眾所受的最大年有效劑量為1.69×10-2mSv/a，低于《電離輻射防護(hù)與防護(hù)源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18871-2002）規(guī)定的公眾照射劑量限值1mSv/a和本評價提出的公眾人員年劑量約束值0.1mSv/a的要求。

結(jié)語

本文根據(jù)DSA的實(shí)際使用情況，綜合考慮DSA在不同用途不同工作模式時的運(yùn)行差異，通過理論計(jì)算，疊加預(yù)測不同使用情形下DSA的輻射劑量，分析其輻射環(huán)境影響，預(yù)測結(jié)果更加接近實(shí)際情形，可為此類核技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目的環(huán)境影響評價提供借鑒，為DSA機(jī)房的輻射防護(hù)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。