Brilliance 16 CT機房的輻射防護設(shè)計與分析

曾嶸

廣州市惠愛醫(yī)院，廣東 廣州 510370

Brilliance 16 CT機房的輻射防護設(shè)計與分析

曾嶸

廣州市惠愛醫(yī)院，廣東 廣州 510370

目的設(shè)計符合國家標準的Brilliance 16 CT機房，以有效防護X射線輻射對工作人員的危害。方法首先，通過公式計算出機房墻體屏蔽厚度應(yīng)為4 mm鉛當量，天花屏蔽厚度應(yīng)為3 mm鉛當量，然后根據(jù)計算結(jié)果及理論分析分別設(shè)計機房四周墻體、天花、防護門、觀察窗和通風系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。結(jié)果分別在觀察窗、控制門、機房大門、候診區(qū)、控制室5個監(jiān)測點進行γ輻射劑量率監(jiān)測，計算出的工作人員年均有效照射劑量最大值約為0.0044 mSv，遠低于20 mSv的國家標準。結(jié)論研究設(shè)計的Brilliance 16 CT機房能有效防護X射線輻射，保護工作人員安全。

CT；輻射防護；屏蔽厚度；輻射劑量率

隨著現(xiàn)代醫(yī)學的飛速發(fā)展，放射技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各大醫(yī)院，其產(chǎn)生的電離輻射易對工作人員造成危害[1]。相關(guān)行業(yè)標準如《醫(yī)用X射線診斷放射防護要求》[2]、《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》等，明確規(guī)定了X射線機房的防護設(shè)計和要求。本研究針對Brilliance 16 CT，基于“避免防護過度”和“輻射防護最優(yōu)化”的原則[3-5]設(shè)計了一套屏蔽防護方案，結(jié)果顯示該設(shè)計能有效控制輻射危害，保護工作人員安全。

1 設(shè)計思路

1.1 輻射防護要求

根據(jù)《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》中職業(yè)照射的相關(guān)規(guī)定，工作人員連續(xù)5年平均有效照射劑量限值為20 mSv[6]，年照射劑量約束評價目標為5 mSv。目前各大醫(yī)院主要通過在輻射源與人體之間設(shè)置適當?shù)姆雷o材料進行防護，當X射線穿透一定厚度的防護材料時，射線強度會被削弱并降低到最高允許劑量以內(nèi)，從而達到有效防護的目的。

1.2 輻射源分析

Brilliance 16 CT的X射線來源于球管，因此在設(shè)計屏蔽厚度和選擇屏蔽材料時要充分考慮管電壓、電流[7]。查詢儀器技術(shù)參數(shù)可知球管電壓在最大值140 kV時，管電流為6 mA。

1.3 屏蔽厚度計算

1.3.1 墻體屏蔽厚度

墻體屏蔽厚度與有用X射線束的工作量B有關(guān)，首先計算出有用X射線束的工作量B，然后查詢實驗測量得到X射線穿過鉛的減弱曲線，就可計算得到墻體屏蔽厚度。影響有用X射線束工作量B的參數(shù)有：每周有用線束的工作負荷W、利用因子U、居留因子T、每周劑量當量限值p、X射線源到控制室的距離d。

（1）根據(jù)Brilliance 16 CT的技術(shù)參數(shù)，球管最電壓大值140 kV，管電流為6 mA，以每周工作5 d，每天工作4 h計算，每周有用X射線束工作負荷W=5×4 h×60 min/h× 6 mA=7200 mA·min

（2）假設(shè)Brilliance 16 CT設(shè)備被充分利用，利用因子U=1。

（3）假設(shè)控制室經(jīng)常有人停留，居留因子T=1。

（4）根據(jù)電離輻射防護與輻射源安全基本標準，工作人員年劑量當量限值為5 mSv，每年按照50周考慮工作時間，每周劑量當量限值p=0.1 rem。

（5）實際測量X射線源到控制室的距離d=4.5 m。

將以上參數(shù)代入公式B=pd2/WUT[8]，得出B=0.1×4.52/ 7200=2.8×10-4rem/mA·min。管電壓在50～200 kV范圍內(nèi)寬束X射線穿過鉛的減弱曲線，見圖1。通過計算得出屏蔽材料厚度應(yīng)為3 mm鉛當量。

圖1 管電壓50～200 kV范圍內(nèi)寬束X射線穿過鉛的減弱曲線圖

為了確保安全，考慮2倍安全系數(shù)，需增加1個半價層，查寬束X射線在鉛和混凝土中的近似半價層厚度T1/2和1/10價層厚度T1/10表（表1），得知鉛半價層的防護厚度為0.3 mm鉛當量。因此，有用X射線束的屏蔽厚度為3.3 mm（3 mm+0.3 mm），從商品化鉛板標準規(guī)格角度取整數(shù)4 mm，即墻體屏蔽厚度為4 mm鉛當量。

表1 強衰減、寬X射線束的近似半價層厚度T1/2和1/10價層厚度T1/10

1.3.2 天花屏蔽厚度

天花屏蔽厚度與散射X射線束的工作量BS有關(guān)，首先計算散射X射線束的工作量BS，然后查管電壓50～200 kV寬束X射線穿過鉛的減弱曲線圖，可得出天花屏蔽厚度。影響散射X射線束的工作量BS的主要參數(shù)有：散射體到散射點的距離RS1、X射線源到散射體的距離RS2、散射面積為400 cm2時離散射體1 m處的散射輻射產(chǎn)生的照射量與入射輻射照射量之比S、每周有用線束的工作負荷W、居留因子T、每周劑量當量限值p。

（1）散射體到散射點的距離RS1=2 m。

（2）X射線源到散射體的距離RS2=4.5 m。

（3）飛利浦Brilliance 16 CT球管最大電壓140 kV，預(yù)計X射線的散射角為60°，查散射的S值入射光子能量的關(guān)系表（表2），得知S=0.0016。

（4）每周有用線束的工作負荷W、居留因子T、每周劑量當量限值p與計算有用X射線束工作量B時數(shù)值相同。

表2 散射的S值與入射光子能量的關(guān)系

將以上參數(shù)代入公式Bs=PRS12RS22/WST，得出Bs=0.1×22× 4.52÷（7200×0.0016×400）=1.7×10-3rem/mA·min，查管電壓50～200 kV寬束X射線穿過鉛的減弱曲線圖，得到屏蔽厚度為2.2 mm鉛當量。為了確保安全，考慮2倍安全系數(shù)，需增加1個半價層，查寬束X射線在鉛和混凝土中的近似半價層厚度T1/2和1/10價層厚度T1/10表，得知鉛半價層的防護厚度為0.3 mm鉛當量。因此屏蔽厚度為2.5 mm（2.2 mm+0.3 mm），從商品化鉛板標準規(guī)格角度來說，取整數(shù)3 mm，即天花屏蔽厚度應(yīng)為3 mm鉛當量。

2 防護措施

CT機房防護的范圍有四周墻體、天花、觀察窗、控制門、機房大門和通風系統(tǒng)，常用的防護材料有鉛板、實心磚、混凝土墻和硫酸鋇防護涂層。同時考慮經(jīng)濟性和材料實用性，四周墻體采用實心磚加硫酸鋇防護涂層，天花采用混凝土墻加硫酸鋇防護涂層，控制門和機房大門采用鋼骨架夾鉛板結(jié)構(gòu)，觀察窗采用鉛玻璃。

2.1 四周墻體

四周墻體是X射線束朝向的地方，按有用X射線束的屏蔽厚度4 mm鉛當量進行設(shè)計。墻體采用24 cm實心磚墻（相當于1 mm鉛當量），并增設(shè)3 mm鉛當量的硫酸鋇防護涂層。由于硫酸鋇與實心磚墻的粘附性不好，且實心磚墻不平整，為了保證防護效果，先用水泥砂漿將實心磚墻掃平，再涂硫酸鋇防護涂層。常規(guī)做法為將硫酸鋇與水泥按3：1比例混合，每次涂1 cm厚度硫酸鋇防護涂層，待涂層晾干后繼續(xù)，分3次完成。

2.2 天花

天花主要作用是防護散射X射線，按散射X射線屏蔽厚度3 mm鉛當量進行設(shè)計。天花建筑材料為150 mm混凝土（相當于1 mm鉛當量），并增設(shè)2 mm鉛當量防護涂層。天花防護的施工方法與四周墻體的施工方法相同。

2.3 防護門

防護門包括機房大門和控制門，按有用X射線束的屏蔽厚度4 mm鉛當量進行設(shè)計。防護門主要采用4 mm鉛當量的鉛板防護，為達到防護的效果，安裝前先固定一個外框，框內(nèi)用4 mm鉛板填充，四周門框縫隙用硫酸鋇填充，填充厚度超過整個門框厚度的一半，待硫酸鋇凝固后，再安裝防護門。防護門內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，見圖2。

圖2 防護門內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖

2.4 觀察窗

觀察窗按有用X射線束的屏蔽厚度4 mm鉛當量來設(shè)計。結(jié)構(gòu)采用2 cm厚的鉛玻璃（相當于4 mm鉛當量），安裝要求與防護門相同。觀察窗內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，見圖3。

圖3 觀察窗內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖

2.5 通風系統(tǒng)

CT在工作過程中會產(chǎn)生少量的臭氧和氮氧化合物[9]，達到一定濃度時會刺激眼睛黏膜和呼吸道，因此機房要設(shè)置通風系統(tǒng)。機房通風系統(tǒng)采用空調(diào)和排氣扇，保持每小時換氣3～4次，對消除射解產(chǎn)物、臭氧、氮氧化物等有害氣體和保持正負離子平衡等有重要作用。由于空調(diào)進風管和排氣扇有洞口，也必須做好相應(yīng)的防護措施。

2.5.1 空調(diào)進風管

空調(diào)進風管的屏蔽厚度應(yīng)設(shè)計為散射X射線的屏蔽厚度，使用3 mm鉛當量的屏蔽材料。屏蔽材料多使用鉛皮，鉛皮沿風管包裹完好后進入機房，進風管的延伸長度1000 mm以上，鉛皮接縫處搭接重疊，使用粘合劑將鉛皮粘貼固定。包裹鉛皮后進風管重量增加，需使用角鐵骨架鏈接螺桿支架提拉，防止風管下垂變型，保證空調(diào)能正常運行。

2.5.2 排風扇出風口

排風扇出風口的屏蔽厚度應(yīng)設(shè)計為散射X射線的屏蔽厚度，使用3 mm鉛當量的屏蔽材料。通常使用百葉防護罩進行屏蔽，將其鑲嵌入墻體表面，四周用硫酸鋇填充，風量經(jīng)百葉防護罩交叉口排出，防護鉛板每頁間隔重疊，保證X射線不泄露，達到防護效果。

3 監(jiān)測結(jié)果

為驗證輻射防護的效果，在觀察窗、控制門、機房大門、候診區(qū)、控制室取5個監(jiān)測點進行γ輻射劑量率監(jiān)測。具體監(jiān)測結(jié)果，見表3。

表3 γ輻射劑量率監(jiān)測結(jié)果

通過監(jiān)測結(jié)果可知，Brilliance 16 CT在開機和關(guān)機狀態(tài)下γ輻射劑量率最大差值為0.006 μGy/h，以此估算工作人員每年所受到的有效劑量當量He。影響He的主要參數(shù)有：γ輻射空氣吸收劑量率增量Dr，有效劑量當量率與空氣吸收劑量率比值K，環(huán)境中停留時間t。

（1）γ輻射空氣吸收劑量率增量Dr=0.006。

（2）有效劑量當量率與空氣吸收劑量率比值K=0.7。

（3）假設(shè)工作人員每天工作4 h，每月工作22 d，居留因子為1，因此工作人員每年在環(huán)境中停留時間t=4 h× 22×1×12=1056 h。

將以上參數(shù)代入公式He=DrKt/1000=0.006×0.7×1056× 10-3=0.0044 mSv。估算結(jié)果表明，工作人員每年所受到有效劑量當量遠低于國家標準，該CT防護系統(tǒng)符合相應(yīng)標準。

4 結(jié)論

機房的輻射防護在設(shè)計前應(yīng)進行充分的分析和計算，以達到最優(yōu)防護目的。本研究設(shè)計的Brilliance 16 CT機房輻射防護系統(tǒng)合理、規(guī)范，符合國家相關(guān)標準，能保障工作人員照射的劑量在最高允許劑量以內(nèi)，并保證設(shè)備的正常運行。

[1] 王瑞娟.放射工作的危害和防護措施[J].實用醫(yī)技雜志,2015,22(4):395.

[2] 中華人民共和國國家衛(wèi)生和計劃生育委員會.GBZ 130-2013,醫(yī)用X射線診斷放射防護要求[S].

[3] 李雪琴,陳棟梁,彭建亮,等.電子直線加速器機房中子輻射屏蔽估算與評價[J].中國職業(yè)醫(yī)學,2014,41(5):518-521.

[4] 魏瀾波,潘潤鐸,陳大偉.15MV醫(yī)用電子加速器機房放射防護設(shè)計研究[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2013,28(1):108-110.

[5] 劉晉彥,郝嚴彬.醫(yī)院輻射環(huán)境污染的因素及防護措施[J].臨床醫(yī)藥實踐,2014,23(7):544-545.

[6] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 18871-2002,電離輻射防護與輻射源安全基本標準[S].

[7] 張亞敏,黃昕明.醫(yī)用X射線機機房的輻射防護[J].中國醫(yī)學裝備,2012,9(7):54-55.

[8] 孫普男,伊杰,孫仁和,等.哈制藥廠工業(yè)X射線探傷室的輻射防護評價[J].黑龍江大學自然科學學報,2005,22(6):750-752.

[9] 徐秦兒,劉弢.某院64排X-CT射線裝置工作用房放射防護控制效果評價[J].中國衛(wèi)生監(jiān)督雜志,2013,20(5):438-441.

Design and Analysis of Radiation Protection in Brilliance 16 CT Room

ZENG Rong
Guangzhou Huiai Hospital, Guangzhou Guangdong 510370, China

ObjectiveTo design a Brilliance 16 CT room that meets the national standards in order to effectively protect the staff from the hazard of X ray radiation.MethodsFirstly, the wall and ceiling shielding thickness of the room calculated according to the formula should be 4 mm and 3 mm lead equivalent respectively. Then, the wall, ceiling, protection door, observation window and ventilation system structure were respectively designed based on the computed results and the theoretical analysis.ResultsThe Gamma radiation dose rate was monitored in fve monitoring sites, including the observation window, control gate, room door, waiting area and control room. The maximum average annual effective dose for staff was about 0.0044 mSv, far below the state standard of 20 mSv.ConclusionThe research and design of the Brilliance 16 CT room can effectively protect the staff from the X ray radiation hazard.

CT; radiation protection; shielding thickness; radiation dose rate

R147

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.06.031

1674-1633(2016)06-0114-03

2015-09-30

2015-12-15

作者郵箱：554541404@qq.com