凌玉婷，康立麗，楊紹洲，藍(lán)坤明，高揚(yáng)

1.南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，廣東廣州510515；2.南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院增城分院設(shè)備信息科，廣東廣州511356

前言

2019年12月，武漢市部分醫(yī)療機(jī)構(gòu)陸續(xù)出現(xiàn)不明原因肺炎病人［1］。實(shí)驗(yàn)室病原學(xué)檢測感染者的呼吸道上皮細(xì)胞并分離出一種新型冠狀病毒［2］。國際病毒分類委員會將該病毒命名為嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（SARS-CoV-2），WHO 將該病毒引起的疾病命名為新型冠狀病毒病（COVID-19）［3］，引起的肺炎命名為新型冠狀病毒肺炎。為了應(yīng)對疫情爆發(fā)，國家要求相關(guān)醫(yī)療機(jī)構(gòu)建立發(fā)熱門診，確保對新冠患者和疑似患者做到及時有效的處置。研究表明SARS-CoV-2 可造成以肺部為主的多器官功能損害，并具有較強(qiáng)傳染性，對國民健康形成嚴(yán)重威脅［2］。在中國疫情得到有效控制的同時，疫情在全球迅速蔓延，給臨床帶來極大挑戰(zhàn)。首先是核酸試劑盒檢測等待時間長，且存在一定假陰性率，需反復(fù)檢測；其次是試劑盒容易出現(xiàn)短缺，很多高度疑似患者仍難以確診。X 射線CT 作為一種醫(yī)學(xué)影像檢查技術(shù)，對COVID-19的診斷價值日益重要［4-8］。利用CT對疑似病例進(jìn)行篩查，使其成為新冠肺炎疫情中篩查、診斷和療效判定的關(guān)鍵方法［6］。CT 可以清晰顯示病灶細(xì)節(jié)，并可對圖像進(jìn)行量化評估，新型冠狀病毒肺炎的CT表現(xiàn)依據(jù)病灶的范圍和演變分為早期、進(jìn)展期、重癥期、恢復(fù)期［7］。COVID-19 患者肺部影像表現(xiàn)變化快，病灶多，并且需要短期內(nèi)多次復(fù)查，顯著增加了影像診斷醫(yī)師的負(fù)荷。近年來人工智能（AI）技術(shù)在肺結(jié)節(jié)檢出、肺癌篩查方面得到了臨床認(rèn)可?；贑T 的AI輔助定量分析快速用于新冠肺炎診斷，其可全自動、快速、準(zhǔn)確地為醫(yī)生提供診療意見，分擔(dān)一線醫(yī)護(hù)的重負(fù)，緩解醫(yī)務(wù)人員緊缺的困難局面，并且可以高效客觀準(zhǔn)確地進(jìn)行肺炎嚴(yán)重程度的量化評估，有助于臨床分診及療效評價，是新冠肺炎疫情篩查、診斷和療效判定的又一有力武器［9］。許多發(fā)熱門診的建設(shè)都考慮配置CT 作為影像學(xué)檢查手段。由于醫(yī)院新建發(fā)熱門診容易受到建筑區(qū)域大小和構(gòu)造等因素的影響，購置方艙CT，將其放置在發(fā)熱門診區(qū)域成為醫(yī)院建設(shè)發(fā)熱門診簡便、快捷的方法。

對于醫(yī)用診斷X射線，需要考慮的輻射主要有兩類：其一是初級輻射，又被稱為有用線束，是輻射源發(fā)出的未經(jīng)X射線管組裝體屏蔽的、用于病人檢查的輻射束；其二是次級輻射，即是初級輻射區(qū)以外的輻射，包括散射輻射和泄漏輻射［10］。對于CT 成像系統(tǒng)機(jī)房防護(hù)，主要考慮次級輻射。為了便于實(shí)踐，《放射診斷放射防護(hù)要求》（GBZ 130-2020）［11］對傳統(tǒng)CT機(jī)房的面積尺寸和輻射屏蔽提出了要求，使得傳統(tǒng)CT 機(jī)房可無需屏蔽計算即可進(jìn)行設(shè)計。但是方艙CT 機(jī)房面積尺寸較小，無法直接按照現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)選取屏蔽體的鉛當(dāng)量。方艙CT 主要有兩種安裝模式：一種是廠家在符合防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的一體化方艙內(nèi)部安裝調(diào)試好CT 后發(fā)貨到醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行吊裝；另一種是委托當(dāng)?shù)赜蟹雷o(hù)設(shè)計和施工能力的機(jī)構(gòu)生產(chǎn)方艙部件，運(yùn)輸?shù)结t(yī)療機(jī)構(gòu)現(xiàn)場組裝好后，再將CT 部件搬至方艙內(nèi)部安裝調(diào)試。相對于傳統(tǒng)CT 機(jī)房，方艙CT 面積尺寸小，對屏蔽要求較高。如果屏蔽不當(dāng)會對機(jī)房外人員產(chǎn)生電離輻射危害。因此合理設(shè)計應(yīng)對疫情的CT 方艙非常必要，既要滿足輻射防護(hù)要求，又應(yīng)便于發(fā)熱門診的使用與管理。方艙CT 所選擇的不同防護(hù)設(shè)計方案，導(dǎo)致其所需的艙體質(zhì)量和方艙布局不同，這些都會對方艙CT 的加工工藝以及制造成本產(chǎn)生重大影響［3］。如何合理地設(shè)計方艙尺寸、屏蔽厚度、CT擺放、防護(hù)門窗布局等，是減少不必要的電離輻射、確保其防護(hù)檢測結(jié)果符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的關(guān)鍵。為方便方艙的屏蔽設(shè)計和分析，盡量避免因設(shè)計不合理導(dǎo)致的重新拆修，確保方艙CT 及時安全投入使用，本文探討方艙CT 防護(hù)設(shè)計快速估算方法及防護(hù)監(jiān)測分析。

已有國內(nèi)外學(xué)者根據(jù)屏蔽計算方法對方艙CT的屏蔽設(shè)計進(jìn)行了探討［11-20］。屏蔽計算主要是利用工作負(fù)荷、人員駐留因子、單層掃描輻射劑量等參數(shù)計算屏蔽透射比B，然后利用求得的B值及擬采用的材料進(jìn)行屏蔽厚度的計算。該方法得到的屏蔽設(shè)計值會因工作負(fù)荷和居留因子等參數(shù)的選取出現(xiàn)較大差異［15］，而且不能保證防護(hù)測量結(jié)果低于國家限值要求。本文將管理目標(biāo)值和未屏蔽情況下的劑量率值用于方艙屏蔽計算，不僅計算過程方便、快捷，而且可將防護(hù)設(shè)計與防護(hù)檢測效果相聯(lián)系，對防護(hù)監(jiān)測結(jié)果有較好的保證。

1 屏蔽透射比B值計算

1.1 方法一

GBZ/T 180-2006［12］給出的B值計算公式見式（1）：

式中d為距離掃描中心的距離（cm）；D0為距掃描中心d0處的單層掃描的輻射劑量（μGy/層）；W為D0掃描條件作為參考條件下的周歸一工作負(fù)荷（層/周）；T為CT 掃描室外距離掃描中心d處的人員駐留因子。該方法中D0可根據(jù)擬購置設(shè)備提供的材料獲得；W需要根據(jù)預(yù)計的工作量和掃描條件得到周歸一的工作負(fù)荷，不同的受檢者數(shù)量和掃描條件，會有不同的周歸一工作負(fù)荷；T在不清楚方艙具體擺放位置的情況下很難確定，即人員駐留因子取值不同會有不同的計算結(jié)果。

1.2 方法二

針對CT 機(jī)房，NCRP No.147 報告［13］給出了利用CTDI（CT Dose Index）和DLP（Dose Length Product）計算B值的方法。

（1）利用CTDI100值計算次級空氣比釋動能。

1 m 處軸掃和螺旋掃的散射空氣比釋動能見式（2）和式（3）：

由式（2）、（3）可計算出每周頭部（軸掃）和體部（螺旋掃描）在r(m)處的次級空氣比釋動能（mGy/week），見式（4）：

（2）利用DLP計算次級空氣比釋動能。

1 m處散射空氣比釋動能見式（5）：

結(jié)合每周頭部和體部掃描的工作負(fù)荷計算次級空氣比釋動能（mGy/week），見式（6）：

（3）根據(jù)周工作負(fù)荷計算B值。

根據(jù)設(shè)定的周工作負(fù)荷W（mGy/week），則可以利用由CTDI和DLP得到的Ksec計算B值，見式（7）：

NCRP No.147報告兩種計算B值的方法均需要預(yù)知每周頭部檢查、體部檢查的數(shù)量以及曝光條件，這些條件的可變性較大也會導(dǎo)致B值計算結(jié)果的多樣性。

1.3 方法三

考慮國家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于CT 機(jī)房的防護(hù)監(jiān)測是以周圍劑量當(dāng)量率為檢測結(jié)果并進(jìn)行評價［11］，而該結(jié)果不與每周工作負(fù)荷有直接關(guān)系，因此為了確保屏蔽估算結(jié)果能保證建成機(jī)房的防護(hù)效果，本文基于B值概念所反映的原理，將周圍劑量當(dāng)量率的控制目標(biāo)（μGy/h）作為有屏蔽時期望的輻射劑量率進(jìn)行B值計算。屏蔽透射比B的計算見式（8）：

其中，是關(guān)注點(diǎn)未屏蔽時的輻射劑量率（μGy/h）；是關(guān)注點(diǎn)有屏蔽時期望的輻射劑量率（μGy/h）。可通過空間劑量分布曲線求得，一般CT 設(shè)備的劑量分布曲線呈蝶形分布，見圖1。

2 屏蔽厚度估算

GBZ/T 180-2006 給出的方法是將B值乘以斜射修正因子(1+cosθ)/2 后，然后查閱輻射透射比與屏蔽材料厚度關(guān)系表［12］，即可得到各個具體點(diǎn)位所需屏蔽材料的厚度。保守起見，同一側(cè)屏蔽體采用同一厚度，可忽略斜射修正因子。

GBZ 130-2020 標(biāo)準(zhǔn)［11］和NCRP No.147 報告［13］給出了已知B值計算材料厚度X的計算方法，見式（9）：

式中α、β和γ是某種材料的相關(guān)擬和參數(shù)，可查表。CT系統(tǒng)方艙各個方向的屏蔽體根據(jù)式（8）和式（9）即可得到需要的屏蔽厚度。

3 屏蔽計算分析

3.1 屏蔽關(guān)注點(diǎn)及控制目標(biāo)的選取

典型的方艙CT 布局見圖2。X-CT 的劑量分布在空間上呈現(xiàn)出蝴蝶形狀式樣分布，在CT 機(jī)架兩側(cè)和上方由于設(shè)備自身很多部件產(chǎn)生衰減的原因，輻射劑量較低；在CT 空腔前后兩側(cè)則存在較高的輻射劑量，且離CT 機(jī)架越近輻射劑量越高、離CT 機(jī)架越遠(yuǎn)輻射劑量越低，參見圖1。

圖2 方艙CT典型布局示意圖Fig.2 Schematic diagram of typical CT shelter layout

為了簡化屏蔽計算，不同方向的方艙壁體盡量選取距離短、輻射劑量率大的位置作為關(guān)注點(diǎn)。按機(jī)架距后方墻壁關(guān)注點(diǎn)距中心1.5 m；機(jī)架兩側(cè)寬度3 m，關(guān)注點(diǎn)選取兩側(cè)中劑量率高的機(jī)房大門區(qū)域（距離控制室側(cè)壁2.0 m、距離設(shè)備中心1.5 m）；控制室側(cè)關(guān)注點(diǎn)選取距中心3 m。

根據(jù)《放射診斷放射防護(hù)要求》（GBZ 130-2020），CT 機(jī)房外的周圍劑量當(dāng)量率應(yīng)不大于2.5 μSv/h［11］，因此控制目標(biāo)值可選擇2.5 μGy/h。為使方艙CT 達(dá)到輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，減少不必要的輻射，保障醫(yī)護(hù)人員以及病人的安全，醫(yī)院可根據(jù)自身需求制定控制目標(biāo)值，可以設(shè)置更低的控制目標(biāo)值，如1.25 μGy/h 甚至更低。

3.2 CT機(jī)房屏蔽材料厚度計算

利用CT 設(shè)備的劑量分布曲線查找相關(guān)關(guān)注點(diǎn)的劑量參數(shù)?？紤]常規(guī)管電流設(shè)置和較大管電流設(shè)置，可得到關(guān)注點(diǎn)在未屏蔽情況下的輻射劑量率，見表1。利用式（8）和設(shè)定的控制目標(biāo)計算屏蔽透射因子B，利用式（9）可得到相應(yīng)關(guān)注點(diǎn)的屏蔽需求，見表2。

表1 未屏蔽情況下機(jī)房外各關(guān)注點(diǎn)輻射劑量率（μGy/h）Tab.1 Radiation dose rate at each concern position of the room without shielding(μGy/h)

表2 各位置所需屏蔽透射因子B及屏蔽厚度估算結(jié)果Tab.2 Shielding transmission factor B and the estimation of shielding thickness for each position

只要給出劑量分布曲線，都可以按照上述方法對方艙CT 各位置所需的屏蔽材料厚度進(jìn)行估算。結(jié)合以上厚度的計算結(jié)果以及實(shí)際的加工工藝，可知上述方艙CT 所需的屏蔽材料的厚度以不小于3.5 mmPb 為宜。一般CT 設(shè)備的方艙防護(hù)設(shè)計采取了不低于3.5 mmPb的防護(hù)設(shè)計，如果方艙尺寸較小，則根據(jù)式（8）和式（9）進(jìn)行計算，采用更高鉛當(dāng)量的防護(hù)設(shè)計。不同廠家、不同機(jī)型的劑量分布曲線會有所差異，在未確定設(shè)備前，為確保機(jī)房防護(hù)效果可選用目前常見較大輻射劑量CT 設(shè)備的劑量分布曲線進(jìn)行屏蔽設(shè)計計算。

4 CT方艙防護(hù)檢測結(jié)果與分析

4.1 防護(hù)監(jiān)測點(diǎn)的選取

監(jiān)測點(diǎn)隨著所檢測方艙CT 機(jī)房的面積尺寸、設(shè)備擺放、防護(hù)門窗的布局等變化而有所不同。在巡測基礎(chǔ)上，針對觀察窗、機(jī)房門在屏蔽體中央和外圍縫隙區(qū)域進(jìn)行布點(diǎn)；對于一體化屏蔽墻體，按照尺寸大小進(jìn)行布點(diǎn)；尋找管道穿墻區(qū)域進(jìn)行布點(diǎn)，如通風(fēng)口、電纜溝、空調(diào)管道穿墻口。圖3為某CT方艙監(jiān)測點(diǎn)位置示意圖。

圖3 輻射監(jiān)測位置示意圖Fig.3 Schematic diagram of radiation monitoring positions

4.2 材料與方法

（1）輻射劑量檢測儀器：ATOMTEX 的AT1123 輻射劑量測量儀。（2）散射體模：采用32 cm 均勻圓柱形體模。（3）受檢設(shè)備：對6 臺方艙CT 機(jī)房進(jìn)行輻射防護(hù)檢測，其CT 型號分別為uCT 710、NeuViz 64 In（2臺）、NeuViz 128、ANATOM 64 FIT、NeuViz Glory。選取設(shè)備能夠達(dá)到的最大電壓（如140 kV），管電流選取較大管電流。

4.3 檢測結(jié)果

對6 臺方艙CT 機(jī)房進(jìn)行防護(hù)監(jiān)測，防護(hù)監(jiān)測結(jié)果見表3。針對方艙4 對機(jī)房大門進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)房大門門縫較大，其關(guān)閉后與壁體間有較大縫隙。對機(jī)房大門的縫隙進(jìn)行調(diào)整后，機(jī)房大門監(jiān)測值降低到2.09～2.52 μSv/h，仍較高。為了使方艙4 能夠符合國家標(biāo)準(zhǔn)限值以便能夠迅速投入使用，工作人員提高了鉛板之間的重合度，機(jī)房大門的防護(hù)監(jiān)測結(jié)果見表4。

表3 X射線設(shè)備機(jī)房防護(hù)監(jiān)測結(jié)果（μSv/h）Tab.3 Monitoring results of the radiation protection of X-ray equipment room (μSv/h)

表4 方艙4機(jī)房大門整改后防護(hù)監(jiān)測結(jié)果（μSv/h）Tab.4 Monitoring results of the radiation protection of No.4 shelter door after rectification(μSv/h)

4.4 分析與討論

4.4.1 屏蔽設(shè)計厚度表3的防護(hù)監(jiān)測結(jié)果顯示掃描床兩側(cè)的屏蔽墻體、機(jī)房大門的關(guān)注點(diǎn)出現(xiàn)了較大的監(jiān)測值，其中5個方艙在機(jī)房大門一側(cè)出現(xiàn)了較高的監(jiān)測值。產(chǎn)生這種情形的原因是因?yàn)镃T 設(shè)備在檢查床一側(cè)兩端區(qū)域等劑量線伸展范圍更大，為便于受檢者進(jìn)出機(jī)房和上下檢查床，機(jī)房大門普遍安裝在這一區(qū)域。CT機(jī)房檢查床兩側(cè)的屏蔽體以劑量分布最大的區(qū)域進(jìn)行這一側(cè)屏蔽體的屏蔽設(shè)計估算是必要、合理的，防護(hù)檢測結(jié)果也說明同等防護(hù)條件下機(jī)房大門及其對側(cè)區(qū)域易出現(xiàn)較高監(jiān)測值。表3的防護(hù)監(jiān)測結(jié)果顯示4 臺方艙在靠近機(jī)架后側(cè)的壁體的關(guān)注點(diǎn)出現(xiàn)了較大的監(jiān)測值，由圖1可知在機(jī)架后方區(qū)域也是劑量分布較高的區(qū)域。針對傳統(tǒng)CT設(shè)備機(jī)房，為了降低該區(qū)域?qū)C(jī)房外人員的影響，一般是將該區(qū)域置于兩屏蔽墻體夾角區(qū)域，利用一體化墻體對射線有效防護(hù)。對于方艙CT 設(shè)備，無法沿用傳統(tǒng)CT機(jī)房的屏蔽體設(shè)計和擺放要求，CT設(shè)備靠近后壁艙體距離短，在該側(cè)區(qū)域屏蔽設(shè)計時盡量采用保守的屏蔽估算條件進(jìn)行屏蔽設(shè)計。由監(jiān)測結(jié)果可知針對機(jī)房大門區(qū)域、CT 設(shè)備后側(cè)艙體區(qū)域?qū)ζ帘我蟾?，建議使用更加嚴(yán)格的控制目標(biāo)值進(jìn)行屏蔽計算，合理地提高屏蔽設(shè)計厚度確保防護(hù)監(jiān)測結(jié)果在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下進(jìn)一步降低對周圍人員的影響。

4.4.2 材料與施工環(huán)節(jié)在設(shè)備、方艙尺寸、布局和屏蔽設(shè)計一樣的情況下，部分方艙局部監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測結(jié)果有明顯差異。由表4可知方艙4 機(jī)房大門的監(jiān)測結(jié)果超過了防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求。機(jī)房大門的縫隙容易使X 射線經(jīng)縫隙泄漏到機(jī)房大門外導(dǎo)致輻射監(jiān)測值升高。整改門縫后，監(jiān)測結(jié)果有一定下降，但仍較高，提示仍有其他環(huán)節(jié)導(dǎo)致泄漏輻射偏大。在進(jìn)一步調(diào)整機(jī)房大門防護(hù)材料拼接縫隙的重合度后，機(jī)房大門的防護(hù)監(jiān)測結(jié)果符合了國家標(biāo)準(zhǔn)要求。針對監(jiān)測值進(jìn)行屏蔽體整改和防護(hù)復(fù)檢的過程說明屏蔽材料的選取、加工和安裝環(huán)節(jié)仍會對屏蔽效果產(chǎn)生明顯影響，甚至是嚴(yán)重影響。在進(jìn)行方艙CT 機(jī)房加工時，應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)門與屏蔽墻體的縫隙、防護(hù)板縫隙重合度、防護(hù)門的把手和鎖眼、電纜溝、空調(diào)管口、通風(fēng)設(shè)施管線口等位置的屏蔽施工質(zhì)量。尤其是防護(hù)門在使用過程中由于撞擊、磨損等也會造成較大的門縫或者門體內(nèi)防護(hù)材料的移位，這些情況均可能導(dǎo)致泄漏輻射增加使得機(jī)房外的防護(hù)監(jiān)測值升高。

4.4.3 防護(hù)監(jiān)測條件一般CT的最大管電壓為140 kV，CT 臨床常用管電壓一般為120 kV 左右，120 kV 條件產(chǎn)生的X 射線穿透能力低于140 kV 條件的X 射線，因此120 kV相對于140 kV條件下的防護(hù)監(jiān)測值會明顯下降。為確保機(jī)房在使用中的防護(hù)效果，防護(hù)監(jiān)測時應(yīng)選取CT 球管能夠?qū)崿F(xiàn)的最大管電壓和管電流條件進(jìn)行監(jiān)測。在最大管電壓和管電流條件下進(jìn)行監(jiān)測容易尋找防護(hù)設(shè)施薄弱點(diǎn)，該條件下防護(hù)監(jiān)測結(jié)果如果符合國家標(biāo)準(zhǔn)和管理目標(biāo)值要求，則臨床常用條件下的防護(hù)效果亦會滿足要求。防護(hù)監(jiān)測過程中，在巡測基礎(chǔ)上做好各側(cè)屏蔽體的防護(hù)監(jiān)測，特別要關(guān)注一些屏蔽施工環(huán)節(jié)容易出問題位置的監(jiān)測，如防護(hù)門與屏蔽墻體的縫隙、防護(hù)門把手和鎖眼，以及一些管道穿墻口（電纜溝、空調(diào)管口、通風(fēng)設(shè)施管線口等）。

5 總結(jié)

對CT 設(shè)備的方艙進(jìn)行屏蔽估算時，在利用CT設(shè)備劑量分布特點(diǎn)、控制目標(biāo)值、機(jī)房布局和選擇的材料進(jìn)行屏蔽估算時，應(yīng)適當(dāng)結(jié)合屏蔽施工易出問題的區(qū)域、使用環(huán)節(jié)中易損耗的區(qū)域以及使用需求和特點(diǎn)等因素綜合設(shè)計，確保方艙易于使用、擺放，使方艙的防護(hù)效果能較好地滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。對于CT 設(shè)備的方艙的防護(hù)監(jiān)測布點(diǎn)要有代表性，尤其是防護(hù)薄弱點(diǎn)。確保方艙CT 在使用過程中的輻射安全性，使方艙CT 在新冠肺炎的篩查、療效評估等方面有效發(fā)揮作用。