歐向明趙士菴

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指環(huán)劑量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)輻射場的建立與驗(yàn)證*

歐向明①趙士菴①

歐向明,男,(1964- ),本科學(xué)歷，主任技師。中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護(hù)與核安全醫(yī)學(xué)所輻射防護(hù)與核應(yīng)急中國疾病預(yù)防控制中心重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，從事醫(yī)用診療設(shè)備輻射防護(hù)劑量的研究工作。

目的：按照ISO技術(shù)規(guī)范及我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，在國家二級標(biāo)準(zhǔn)劑量學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究與建立用于照射指環(huán)劑量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的X射線、γ射線標(biāo)準(zhǔn)輻射場，使各地的監(jiān)測數(shù)據(jù)具有溯源性。方法：通過標(biāo)準(zhǔn)劑量儀測量不同能量X射線、137Cs及60Co標(biāo)準(zhǔn)源等3個輻射場的空氣比釋動能率，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范提供的個人劑量當(dāng)量Hp(0.07)轉(zhuǎn)換系數(shù)，確定了照射指環(huán)劑量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的X射線、γ射線標(biāo)準(zhǔn)輻射場參考條件，并使用熱釋光(TLD)指環(huán)劑量計(jì)在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)推薦的棒模體上照射，完成驗(yàn)證測量。結(jié)果：測定的TLD標(biāo)準(zhǔn)曲線線性和能量響應(yīng)特性，滿足ISO和國家標(biāo)準(zhǔn)給出的標(biāo)準(zhǔn)裝置相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的要求。結(jié)論：建立的X射線、γ射線標(biāo)準(zhǔn)輻射場可以用于照射指環(huán)劑量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的技術(shù)服務(wù)，并為開展相關(guān)的研究工作提供實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)一步提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的可比性和可靠性。

指環(huán)劑量計(jì)；空氣比釋動能；Hp(0.07)X射線、γ射線；標(biāo)準(zhǔn)輻射場；TLD標(biāo)準(zhǔn)曲線

①中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護(hù)與核安全醫(yī)學(xué)所 輻射防護(hù)與核應(yīng)急中國疾病預(yù)防控制中心重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100088

[First-author’s address] National Institute for Radiological Protection, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100088, China.

指環(huán)劑量計(jì)屬于肢端個人劑量計(jì)的一種，內(nèi)置熱釋光劑量計(jì)(thermoluminescence dosimeter，TLD)或光激發(fā)光劑量計(jì)(optical stimulated luminescence，OSL)探測器，可測量X、γ、β等多種射線，廣泛應(yīng)用于手部操作放射源、在X射線下進(jìn)行介入等手術(shù)操作和注射放射性核素等各類從事可能受到非均勻照射的手部個人劑量監(jiān)測[1-3]。監(jiān)測的量是職業(yè)外照射淺表個人劑量當(dāng)量Hp(0.07)，適用于體表0.07 mm深處的器官或組織(主要用于皮膚)的劑量當(dāng)量監(jiān)測，是各個國家的法規(guī)中規(guī)定需要定期檢定的法定劑量計(jì)之一[4-5]。

近年來，隨著介入放射學(xué)及核醫(yī)學(xué)等放射診療工作廣泛深入的開展，按照國家衛(wèi)生和計(jì)生委要求，各省市上報(bào)放射衛(wèi)生監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)的相關(guān)規(guī)定，國內(nèi)各相關(guān)個人劑量監(jiān)測機(jī)構(gòu)發(fā)放的指環(huán)劑量計(jì)數(shù)量不斷增加，急需照射指環(huán)劑量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)曲線來進(jìn)行量值溯源和質(zhì)量控制[6]。但目前國內(nèi)一些標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室尚未建立規(guī)范的X射線、γ射線標(biāo)準(zhǔn)輻射場，不能提供淺表個人劑量當(dāng)量Hp(0.07)的量值傳遞服務(wù)，一般僅能提供深部個人劑量當(dāng)量Hp(10)的校準(zhǔn)服務(wù)[7]。為了與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，填補(bǔ)相關(guān)領(lǐng)域的空白，完善個人劑量監(jiān)測工作，中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護(hù)與核安全醫(yī)學(xué)所—醫(yī)用放射診療設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量控制實(shí)驗(yàn)室，即國家二級標(biāo)準(zhǔn)劑量學(xué)實(shí)驗(yàn)室(SSDL)[8]，按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[9]結(jié)合我國現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范[10]分別對X射線、γ射線標(biāo)準(zhǔn)輻射場校準(zhǔn)點(diǎn)空氣比釋動能等基本參數(shù)進(jìn)行測定[11]。本研究進(jìn)口并加工了ISO推薦的專用棒模體，利用國內(nèi)外公布的Hp(0.07)的轉(zhuǎn)換因子，完成了TLD指環(huán)劑量計(jì)線性、能量響應(yīng)等劑量學(xué)指標(biāo)的驗(yàn)證工作，建立了用于照射指環(huán)劑量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的X射線、γ射線標(biāo)準(zhǔn)輻射場，從而可提供對指環(huán)劑量計(jì)Hp(0.07)的校準(zhǔn)服務(wù)[12]。

1 標(biāo)準(zhǔn)輻射場參考條件建立

1.1 X射線源

由德國PHILIPS公司生產(chǎn)的MG324雙極恒電壓高穩(wěn)定度X射線機(jī)提供，該機(jī)為輻射劑量學(xué)專用X射線機(jī)型，峰值管電壓從60～250 kV連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)步節(jié)為0.2 kV[13]。

1.2 γ射線源

由美國HOPEWELL公司生產(chǎn)的G-10型137Cs雙源輻照裝置提供，該裝置為個人劑量計(jì)專用刻度機(jī)型，分別安裝了活度為3.7×1010Bq和3.7×1011Bq的2枚137Cs標(biāo)準(zhǔn)γ源。實(shí)驗(yàn)室還配備有1臺60Coγ標(biāo)準(zhǔn)源照射器。輻射場的長期穩(wěn)定性是由LS01電離室和精密數(shù)字電流積分儀構(gòu)成的測量系統(tǒng)完成。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)劑量儀

由PTW-UNIDOS標(biāo)準(zhǔn)劑量儀主機(jī)，配置體積為1000 cm3標(biāo)準(zhǔn)空氣電離室(Model 32002 LS01)完成校準(zhǔn)參考點(diǎn)的空氣比釋動能等X射線、γ射線標(biāo)準(zhǔn)輻射場基本參數(shù)的測量[14]。標(biāo)準(zhǔn)劑量儀具有優(yōu)良的能量響應(yīng)特性，其校準(zhǔn)因子可溯源到中國計(jì)量科學(xué)研究院國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室和國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)次級標(biāo)準(zhǔn)劑量學(xué)實(shí)驗(yàn)室[15]。

1.4 附屬檢測設(shè)備

構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)裝置的溫度計(jì)和氣壓表由國家計(jì)量院和國家氣象局定期完成校準(zhǔn)，配置的測量車、軌道和激光定位儀等附屬檢測裝置的技術(shù)指標(biāo)和性能完全滿足輻射劑量學(xué)的測量要求。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)輻射場空氣比釋動能的測量及Hp(0.07)標(biāo)定

本研究按照ISO4037窄束、重過濾的N系列規(guī)范，在60～250 kV范圍內(nèi)選定了7種常用峰值管電壓作為X射線參考輻射的檢測條件，選用137Cs及60Co作為γ標(biāo)準(zhǔn)源。使用上節(jié)描述的標(biāo)準(zhǔn)劑量儀，分別測量距離X射線管焦點(diǎn)1.5 m處和距離137Cs、60Coγ標(biāo)準(zhǔn)源中心2.0 m處校準(zhǔn)參考點(diǎn)在100 s的時(shí)間空氣比釋動能率值，計(jì)算出Hp(0.07)的相應(yīng)參考條件系列值。X射線、γ射線標(biāo)準(zhǔn)輻射場的測量結(jié)果見表1。

2 使用TLD指環(huán)劑量計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證

2.1 TLD指環(huán)劑量計(jì)及測量系統(tǒng)

選用北京光潤意通輻射監(jiān)測設(shè)備公司生產(chǎn)塑料指環(huán)劑量儀，每只指環(huán)內(nèi)封裝了1片GR-200A型直徑為4.5 mm；厚度為0.8 mm的LiF(Mg、Cu、P)圓片型TLD元件。由北京瑞福特輻射測量儀器有限公司提供的一套CTLD-250型熱釋光讀數(shù)系統(tǒng)，完成全部TLD劑量元件的測量，驗(yàn)證劑量線性和能量響應(yīng)等劑量學(xué)特性。

2.2 ISO指環(huán)照射專用棒模體

ISO指環(huán)照射專用棒模體也稱為(指模)，是由組織等效材料聚甲基丙烯酸甲酯異丁烯酸鹽(PMMA)制成，直徑為19 mm，高為300 mm的圓柱體。照射指環(huán)劑量計(jì)之前，需先將指環(huán)套在指模中心位置，使裝有TLD元件的一面朝向X射線管焦點(diǎn)側(cè)(或γ放射源中心)，并通過激光定位儀仔細(xì)調(diào)整，確定指環(huán)劑量計(jì)及指模體的空間位置。本研究根據(jù)光闌準(zhǔn)直器的發(fā)射角和源中心至參考點(diǎn)的距離，確定照射野的尺寸以一次照射4只指環(huán)劑量計(jì)較為適宜。

表1 X射線及γ射線標(biāo)準(zhǔn)輻射場基本參數(shù)測量結(jié)果

2.3 照射線性標(biāo)準(zhǔn)曲線和能量響應(yīng)特性曲線

首先選用80 kV(N80)的X射線，照射5組指環(huán)劑量計(jì)(每組4只)，分別選取Hp(0.07)的累積劑量值0.20 mSv、0.50 mSv、1.00 mSv、5.00 mSv和10.00 mSv，作為線性標(biāo)準(zhǔn)曲線的5個參考點(diǎn)。之后分別在60～250 kV的7種不同能量的X射線(N60～250)及137Cs、60Co標(biāo)準(zhǔn)輻射場中共照射9組指環(huán)劑量計(jì)，每組累積Hp(0.07)值均為1.0 mSv，驗(yàn)證其能量響應(yīng)特性[16]。

2.4 TLD測讀及數(shù)據(jù)處理

將照射完畢的指環(huán)劑量儀放置24 h之后，取出TLD元件，逐一使用熱釋光讀數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行測量，通過計(jì)算每組平均值、扣除本底等熱釋光劑量學(xué)的處理步驟，線性方程y=0.9837x(校準(zhǔn)因子為0.9837)，線性相關(guān)系數(shù)為0.9999，制作線性標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示。

圖1 指環(huán)劑量計(jì)線性標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

2.5 能量響應(yīng)特性相對響應(yīng)

指儀器讀數(shù)值與照射標(biāo)準(zhǔn)值之比。針對于指環(huán)劑量計(jì)的能響特性是指：用不同能量的X射線、γ射線照射相同的Hp(0.07)約定真值(1.0 mSv)后，測量各能量的讀數(shù)(mSv)的漲落響應(yīng)值，其結(jié)果見表2。

表2 指環(huán)劑量計(jì)X和γ射線能量響應(yīng)特性

2.6 劑量歸一能量響應(yīng)曲線

是指各不同能量點(diǎn)的測量劑量值與某一特定能量點(diǎn)的測量劑量值之比，進(jìn)行歸一處理后的響應(yīng)特性。對于此次指環(huán)劑量計(jì)的能量響應(yīng)特性驗(yàn)證，在N60至60Co的光子能量范圍內(nèi)各能量點(diǎn)Hp(0.07)的測量值(mSv)，均歸一到137Cs的測量值(mSv)，得到的劑量歸一的能響曲線如圖2所示[17]。

圖2 指環(huán)劑量計(jì)X和γ射線能量響應(yīng)曲線圖

3 討論

本實(shí)驗(yàn)室建立的測量Hp(0.07)個人劑量當(dāng)量的標(biāo)準(zhǔn)輻射場，是在X射線、γ射線標(biāo)準(zhǔn)輻射場中，專門為了刻度指環(huán)劑量計(jì)使用的。關(guān)于在板模體和柱模體上用Hp(0.07)刻度劑量計(jì)、用于其他射線(如電子、β)刻度Hp(0.07)劑量計(jì)等問題，正在研究和建立中。

本研究認(rèn)為，在醫(yī)學(xué)介入放射學(xué)領(lǐng)域所采用的X射線能量是屬醫(yī)學(xué)影像中輻射線質(zhì)，即ICRU推薦的RQR線質(zhì)范圍[18]。對于RQR線質(zhì)應(yīng)采用何種轉(zhuǎn)換系數(shù)有待研究，以不斷滿足醫(yī)學(xué)影像、放射診療領(lǐng)域質(zhì)量控制和溯源性的需求。

性能良好的熱釋光劑量儀系統(tǒng)及人員的正確操作，是獲得滿意測量結(jié)果的必備條件，需要注意按期檢定，保證在國家檢定、校準(zhǔn)的有效期限之內(nèi)使用。并在每次TLD測量時(shí)，按照說明書的要求開機(jī)充分預(yù)熱、設(shè)定測量程序和條件，待零點(diǎn)穩(wěn)定、且內(nèi)光源監(jiān)測讀數(shù)與長期穩(wěn)定的讀數(shù)平均值一致時(shí)，再正式開始測量，以減少測量結(jié)果的不確定度[19]。正如圖1中所驗(yàn)證的TLD標(biāo)準(zhǔn)曲線線性相關(guān)良好(R2=0.9999)，能量響應(yīng)特性誤差＜2%，可滿足ISO和國家標(biāo)準(zhǔn)給出的標(biāo)準(zhǔn)輻射場相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的要求，與國外的文獻(xiàn)報(bào)道相一致[20]。

4 結(jié)語

本研究的各項(xiàng)檢測結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)室按照ISO相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，研究和建立的X射線、γ射線標(biāo)準(zhǔn)輻射場，符合我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的要求和技術(shù)規(guī)范，可以用于國際比對、照射常規(guī)指環(huán)劑量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的技術(shù)服務(wù)、并為開展相關(guān)的研究工作提供實(shí)驗(yàn)條件。

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Establishment and validation of finger-ring dosimeter standard calibration quality

OU Xiang-ming, ZHAO Shi-an// China Medical Equipment,2016,13(2):10-13.

Objective: According to the technical standard of ISO and current regulations in China, the X/γ standard calibration quality for the finger-ring dosimeter irradiation was established in Beijing SSDL, it can ensure the traceability of surveillance data within countrywide.Methods: Air kerma-rate was determined in the X-ray beams,137Cs and60Co by a standard dosimeter, combined transfer coefficient Hp(0.07) provided by standards, and confirmed condition of X/γ standard calibration quality for the finger-ring dosimeter irradiation.Using finger-ring TLD dosimeter verified the radiation beam qualities Hp on the ISO fingerphantom.Results: The linearity and energy response of the TLD dosimeter met ISO and national standard in Beijing SSDL.Conclusion: The X/γ standard radiation field can be used for the calibration of finger-ring dosimeter standard curves and experiment of research, and can further promote the comparability and reliability of the surveillance data.

Finger-ring dosimeter; Air-kerma; Hp(0.07)X/γ; Standard radiation field, TLD standard curves

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.02.003

衛(wèi)生行業(yè)科研專項(xiàng)(201002009)“輻射危害控制與核輻射衛(wèi)生應(yīng)急處置關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用”

1672-8270(2016)02-0010-04

R144.1

A

2015-10-22