10-人体内照射剂量估算简介

1第四章内照射剂量估算所谓内照射剂量，是指放射性核素通过某种途径被摄入人体后,放射性核素对人体所产生的照射剂量。由于放射性物质进入人体后,除放射性核素的自发衰变以及人体的代谢过程而排泄出体外，将有相当一部分滞留于体内，从而直接且不间断地对人体组织产生照射，这种照射无法通过一般的时间、距离和屏蔽等控制方法来控制。因此内照射是更危险的照射，其剂量的确定也比外照射更复杂一些，它涉及到更多的因素。内剂量学的主要内容就是研究放射性物质在人体内传输、辐射能量在体内转移、能量沉积的规律，确定源组织对靶组织照射的剂量、剂量当量，实现剂量分布的测量和计算分析靶组织中剂量分布等。第一节内照射剂量学的相关概念一、摄入(量)（INTAKE）：放射性核素进入人体的过程。其主要摄入途径为吸入、食入、伤口或皮肤；由于某一事件，或者在某一时间段内摄入体内的活度。二、吸收量（UPTAKE）：放射性核素进入系统循环的量。（或者可以说放射性核素从入体部位转移进入细胞外体液的量）三、沉积量（DEPOSITION）：被沉积的放射性核素的量。例如，在一次急性吸入之后在呼吸道内的沉积，或者在食入之后在胃中的沉积四、含量（CONTENT）：存在于模式的某生物学隔室内的放射性核素的量。这种隔室可以是一个器官、一群组织、全身或者某个排泄隔室。五、有效半减期（effectivehalf-live）：进入体内或某一特定器官的放射性核素，由于生物学代谢过程和自发核转变，而减少到初始摄入量的一半所需要的时间。六、参考人：在辐射防护上，为了在共同的生物学基础上计算放射性核素的年摄入量限值而规定的一种假想的成年人模型，其解剖的生理的特性具有典型性。七、活度中值空气动力学直径(AMAD)：空气动力学直径是一个单位密度球在空气中沉降时，为达到与所论颗粒相等的终点速度需要的直径值。所谓AMAD是这样的一个值：一种特定空气溶胶中的气载活度的一半小于AMAD的颗粒相联系，一半与大于AMAD的颗粒相联系。在沉积主要取决于惯性碰撞与沉降时使用，一般AMAD大于约0.5μm。八、年摄入量限值(ALI，Ij,inh,L,Bq)：是某一放射性核素的活度，当这样的活度被摄入后会使具有参考人特征的个人所接受的照射达到职业照射的年剂量限值。九、待积当量剂量（H50）：摄入某一放射性核素之后，在一个器官或组织中的剂量当量率在50年内的时间积分。2十、源组织和靶组织放射性物质进入人体组织后，这些含有放射性物质的组织具有放射源的性质，称为源组织，放射性物质的辐射能量被源组织和其它组织吸收，吸收放射性物质的辐射能量的组织称为靶组织。一般来说源组织同时也是靶组织，除源组织外，靶组织还会包括其它组织。十一、比有效能量SEE(T←S)是指在源器官(S)内，每次核转变所发射的某一特定的辐射i，授与每克靶器官的能量（兆电子伏），并用辐射权重因子进行修正后的值。任何放射性核素j对靶器官T和源器官S的比有效能量SEE(T←S)j用下式计算：SEE(T←S)j=十二、全身含量:全身蓄积的某种放射性核素的总量，有时称为“体内负荷量”或“全身滞留量”。以上常常用放射性活度的单位来表示。dttHHott)(50500转变gMevMWSTAFEYTRiiii)(3第二节放射性核素进入人体的途径及其代谢过程一、放射性核素进入人体的途径发射性核素进入人体的途径有多种,一般情况下分为以下四种：1.吸入含有放射性的气体、液体或固体通过呼吸道而进入体内。吸入体内的含有放射性的液体或固体，在空气中均以气溶胶的形式存在，也就是在空气中悬浮着的那些液体或固体微粒。空气中的这些微粒大小、形状和排列都很不规矩，具有是一定分布。如果某个气溶胶粒子的放射性活度(质量)是上述分布的放射性活度(质量)的中值，而它在空气中沉降时的终点速度与直径中的一个单位密度球的终点速度一样，则称φ为上述分布的气溶胶粒子的放射性活度(或质量)中值空气动力学直径，以AMAD(或MMAD)表示，单位μm放射性气溶胶被吸入后，依赖于它们的物理及化学性质可以有许多可能的归宿，除有一部分直接被呼出外，其余则在呼吸道系统的各段沉积下来，这些沉积的部分或者直接进入体液，或者由粘液向纤毛转移到消化道，在消化道又有一部分被吸收进入体液。放射性核素在上述过程中的转移速率和份额，很大程度上依赖于气溶胶粒子的化学形态，如吸入呼吸系统深部的放射性化合物是非转移的，则它可以以很低的速率向肺，淋巴结转移，在肺淋巴结内的非转移性物将比较长期的滞留下来。2．食入放射性核素通过口腔经消化道进入体内。食入只发生一个短时间内，但当环境介质受到放射性物质污染时，可导致长时间的食入。如食入是非转移性的,则其中大部分将通过胃肠道随分辨排出，可转移的很大一部分将主要经小肠吸收而进入体液。3.通过皮肤吸收完好的皮肤能有效的防止大部分放射性物质进入体内，但有两种例外，蒸汽态或液态的氧化氚和碘蒸汽和碘溶液或碘化合物溶液，它们将通过完好的皮肤而被吸收。4．通过伤口进入当皮肤出现破裂、刺伤或擦伤时，放射性物质可能透入皮下组织被吸收进入体液。放射性核素可以通过以上四种方式单一或组合方式进入体内。不同方式进入人体后，在人体内的分布有其自身的特点，因此对人体所形成的内照射方式也不同。二、体内的放射性核素的移位和沉积(一)沉积和沉积量放射性物质进入并驻留于器官或组织之内称为沉积。放射性物质在体内从一个器官或组织到另外一个器官或组织的易位称作转移。食入的放射性物质会随食物在胃肠道中转移，放射性核素还可以利用渗透和扩散透过生物膜而转移到体液中。不同的放射性物质透过生物膜的能力有很大差别，易于通过机体生物膜且易于转移的放射性物质称为可转移的放射性物质，相反难于通过机体生物膜且不易转移的放射性物质称为不可转移的放射性物质。摄入时在呼吸系统和胃肠道的沉积为直接沉积,放射性核素通过体液然后沉积到器官或组织的沉积称为内吸收沉积或相关沉积。驻留于所考虑器官内的物质的量为沉积量。(二)廓清和滞留放射性核素从所考虑的器官内移出的过程称为廓清,廓清和放射性衰变是器官和组织内4放射性物质改变的两种方式。放射性物质在器官、组织的驻留称为滞留，在摄入、沉积或吸收后器官、组织或全身放射性物质的量的多少为滞留量。三、排出和排泄物质随尿、粪、汗和呼出气体从体内移出的过程称为排出。其中随尿、粪的排出称为排泄。随汗和尿排出的物质是被吸收到细胞间液而后被排出的,这种经过了被细胞间液吸收而后被排出的过程称为相关排出,随粪排出的包括两种成分,除了相关排出外还有直接排出的。直接排出指放射性物质以一定的廓清半衰期直接由血液排出到膀胱或直接由血液排出到肠胃道。放射性核素进入体内后，由于核素的自身衰变和参与人体的内循环，核素在人体内某一器官或组织的地剂量时随时间而动态变化的。体液是可转移的化合物，是由身体一部分转移到另一部分的主要媒介物，体液中的放射性核素一部分通过肾、肝、肠、皮肤或肺排出，其余的将沉积在它所亲和的那个器官中，个别的在全身均匀分布。人体排泄物中放射性核素的出现，可以作为体内放射性污染的一种指标，全身污染物的排出速率与它们在体液中的浓度相关联，测定排出速率，推出初始吸收量和估算内照射剂量。5第三节放射性核素在人体内的分布和滞留一、有效半减期(effectivehalf-live)放射性物质的数量，有其自身的规律：指数衰减：teNNr0λr是衰变常数，表示放射性物质因放射性衰变所致的单位时间减少的份数值。滞留在体内的放射性物质，其数量不但因放射性衰变而减少，而且由于机体的代谢，一部分放射性物质将从体内排出，令λb为生物排出常数，用它表示体内放射性物质因生物排出所致单位时间内减少的份数。于是单位时间内减少的总份数值为:λ称为体内放射性核素的“有效减少常数”。而放射性衰变常数λr和物理半衰期Tr有如下关系:与之类似有:T693.0bbT693.0代入(1)式有:brTTT693.0693.0693.0brbrTTTTTTb称为生物半排期，它表示由于机体的自身生物代谢作用，某种放射性核素从体内排出一半所需的时间。Tb只与元素的种类有关，对于某个元素的所有同位素，它们的生物半排期都是一样的。T称为有效半减期，它表示放射性核素由于放射性衰变和生物排出，在体内减少一半所经历的时间。因此，体内放射性核素活度q:teqq00q为t=0时放射性活度。如问题涉及到某器官，因某种生物廓清过程使该核素在器官内减少一半所需要的时间，称为核素在该器官中的“生物半廓清期”，相应滞留在器官中的放射性核素，由于物理衰变rrrTT693.02lnbr6和生物廓清数量减少一半所经历的时间T，称为放射性核素在该器官中的“有效半滞留期”。二、滞留分数方程和排出分数方程滞留分数和排出分数设全身一次吸收放射性核素0q(Bq)，t天后的滞留量为)(tq(Bq)，显然单位时间全身滞留量的减少等于单位时间内由于生物排出和物理衰变而减少的数量。即:)()()(tqtEdttdqr)(tqr为t时刻单位时间内衰变掉的量。dttdq)(为t时刻单位时间由于衰变和生物代谢使得核素的减少量。写成:000)()()(qtqqtEdtqtdqr设写成:)()(rydttdr)(trr即放射性核素一次吸收后的“有效滞留分数”，它表示初始全身含量在t时刻剩下的分数：.0)()(qtEty即放射性核素一次吸收后的“有效排出分数”，它表示t时刻时，单位时间内的生物排出量占初始全身含量的分数。放射性核素的生物代谢和排出仅由元素的性质决定，与同位素的种类无关。)(tr可表示为物理衰变ter和生物代谢函数)(tR的乘积:)()(tRtetrr)(tR叫做放射性核素一次吸收后的“滞留分数”，它表示当不考虑放射性衰变(r=0)时，由于生物代谢的作用，初始全身含量在t时刻剩下来的分数,适用于该元素的同位素。把)()(tRtetrr代入)()()(trdttdrtyr0)()(qtqtr7可得:dttdRtetRtetyrrr)()()()(tRterrdttdRter)()(tYterdttdRtY)()(叫做放射性核素一次吸收后的“排出分数”，它表示当不考虑放射性衰变时(r=0)，t时刻单位时间内的排出量点全身初始含量的分数。1.滞留分数方程和排出分数方程在放射性核素代谢的实际研究工作中，一般先得到排泄数据，用数学方法导出)(tY排出分数方程，然后再)(tY由导出相应的滞留分数)(tR的表达式。可溶性物质从体内的排出大致可分三类：1）一类在体内并不显著地聚集在任何一个组织中，它的排出遵从指数规律:tketYr)(如氧化氚、氯化物和钋的化合物，在半对数坐标纸上是一条直线。2）二类象碘、铯等在体内主要集中在一个器官内，可以表示为若干个指数项之和：211)(ktektYrter2+······在半对数坐标纸上分段。3）三类亲骨性元素,锶、镭、钚等分段表示为指数项和幂函数项之和。)1(21)(nrbtktektY近年来作了大量的研究、实测，已给出了大量元素在体内的分布和滞留分数方程。在单次摄入的情况下，可根据t时刻观察到的滞留量q(t)、排出量E(t)来推算初始含量:)()(0tEtqq或)()(0tytEq8第四节放射性核素体内分布的库室模型前言：为计算源器官对靶器官产生的待积剂量当量，必须知道源器官滞留的放射性活度，这就要求了解摄入的放射性核素在体内的全部转移过程。放射性核素经呼吸系统（吸入）或胃肠道系统（食入）摄入进入体液，在呼吸道系统和胃肠道系统有一个转归过程，进入到体液的放射性核素要转移到各个器官或组织，再由器官或组织廓清，也存在一个转移过程，为了描述这些转移过程，分别建立了库室模型、呼吸系统模型、胃肠道模型等，而经皮肤和伤口摄入的核素，认为直接进入体液。一、库室模型的内容放射性核素在体内的传输过程虽然极其复杂，但是通过大量的实验数据表明，除碱土金属外，