内照射

第六章内照射剂量评价杨宏伟内照剂量学总论内照射生物学模型内照射剂量转换因子第一节内照剂量学总论•一、内照射剂量学•内照射剂量学是测量和计算人摄入的放射性物质对人体组织产生剂量多少的过程。•吸入途径的测量包括空气浓度和地表沉积浓度（再悬浮）的测量。•食入途径的测量包括直接生物鉴定测量和间接生物鉴定测量。第一节内照剂量学总论•“计算”是将监测数据与解释指示元素在人体内摄入、沉积、移动、新陈代谢、滞留以及排泄的数学模型相结合计算各种剂量。•所以内照射剂量学被称作“内照射剂量评价”更合适。•内照射评价除了摄入途径外还要注意受照人员年龄对其的影响。第一节内照剂量学总论•二、内照射剂量评价过程•对于大多数核设施来说，控制放射性物质内照射都是以限制这些物质在空气中的浓度和尽量减少摄入量为基础的。•早期用“最大允许浓度（maximumallowableconcentrations）”作为标准来控制内照射剂量。•现在这个概念被“浓度限制（concentrationlimits）”代替了。第一节内照剂量学总论•在辐射防护标准中，某个核素的浓度限制的制定需要4步骤来完成：•1、建立最大允许剂量当量（maximumpermissibledoseequivalent，MPDE），这个主要是从生物效应出发，需要大量的生物学数据。•2、建立身体最大可接受负担（maximumpermissiblebodyburden，MPBB），就是在任意时间不超过MPDE的情况下身体被允许携带放射性核素（包括其子体）的量（活度）。第一节内照剂量学总论•3、建立允许摄入量率，就是建立每个元素（或者核素）进入人体的途径，并在满足以上两点要求情况下导出允许的摄入量率。•4、建立最大允许浓度（maximumpermissibleconcentration，MPC），就是在满足以上三点要求情况下，结合人的生理参数导出最大允许浓度。•虽然，上面提到的量都已经被新的代替了，但是限制的导出过程没有改变，依然是4步。•内照射剂量评价过程正好与它相反。第一节内照剂量学总论•三、随机效应和确定效应•1977年ICRP26引入了随机效应和确定效应的概念。•随机效应：效应出现的概率（或者说是效应的严重程度）是剂量的无域函数。线性剂量响应曲线。•癌症和辐射遗传效应是辐射防护首要关注的低剂量躯体效应。第一节内照剂量学总论•确定效应：效应的严重程度是随着剂量的改变而改变的，但是它存在的域值。第一节内照剂量学总论•成人在X或𝛾电离辐射造成确定效应的域值。•肝功能失效、腹水•肾硬化•膀胱溃疡或痉挛•永久性不育（睾丸）•永久性不育（卵巢）•脑坏死（CNS）•白内障•发育不良（骨髓）第一节内照剂量学总论•辐射防护的目标是防止辐射照射的有害确定效应，限制随机效应的发生概率到被认可可接受的水平。•对于确定效应只要选择一个不大于域值的限值就可以了。•对于随机效应需要考虑利益-风险关系和保证ALARA理念。第一节内照剂量学总论•三、约定剂量当量•ICRP26引入“约定剂量当量”概念，来限制随机效应。•约定剂量当量：放射性物质进入人体后，某组织或器官累积50年的剂量当量。•𝐻𝑡是组织𝑇相应的剂量当量率，𝑡0是摄入时间。第一节内照剂量学总论•注意，ICRP推荐的限值是针对所有组织总的风险而言的，因此，ICRP定义了“约定等效剂量当量”，即•其中，𝑊𝑇是组织权重因子。第一节内照剂量学总论•那么对于职业照射，ICRP推荐的剂量限值是：•随机效应为：0.05Sv/yr（全身均匀照射）；•确定效应为：0.5Sv/yr（除了晶状体），对于晶状体为：0.15Sv/yr（最近为0.05Sv/yr）。第一节内照剂量学总论•四、组织权重因子•ICRP26对敏感组织进行了筛选，并给出其风险出现的剂量。其筛选依据是：–组织对辐射破坏的敏感性；–辐射破坏的严重程度；–组织对破坏的修复能力；•注意，筛选过程没有考虑性别和年龄差异。对于破坏只考虑了严重的恶性疾病、确定变化和大量基因退化。第一节内照剂量学总论•ICRP30给出了这些敏感器官的权重因子。•分别是性腺、乳房、红骨髓、肺、甲状腺、骨表面、其余。第一节内照剂量学总论•其余（Remainder）包括5个组织或器官，他们总的权重因子是0.3，每一个组织是0.06.第一节内照剂量学总论•五、ALI和DAC•ICRP30给出另外两个限值用于辐射防护。•年食入量限值（AnnualLimitonIntake，ALI）：•对于随机效应：•对于确定效应：•注意对于确定效应应该选择定约剂量当量最大组织的来计算。最终的ALI取𝐼𝑆和𝐼𝑁较小的值。第一节内照剂量学总论•导出空气浓度（DerivedAirConcentration，DAC）：参考人一年工作2000h能呼吸ALI的空气浓度限值。第一节内照剂量学总论•六、其他一些定义•源组织（S）：有放射性物质存在的组织或器官；•靶组织（T）：吸收辐射能量的组织或器官；•源组织也是靶组织，而靶组织不一定是源组织。•在骨膜型中提到“体积追求者（VolumeSeeker）”和“表面追求者（SurfaceSeeker）”都是指核素，一种趋向骨的体分布，一种趋向骨表面分布。第一节内照剂量学总论•七、剂量当量计算•其中，𝑘=1.6×10−10𝑔⋅𝑘𝑔−1⋅𝐽⋅𝑀𝑒𝑉−1，•𝑈𝑆是50年组织S累积的总活度，𝑆𝐸𝐸𝑇←𝑆是单位质量单位活度组织T吸收的比释等效能量（MeV/g）。第一节内照剂量学总论•𝐸𝑖是能量（MeV）•𝑌𝑖是能量𝐸𝑖的分支比；•𝑄𝑖是品质因子；𝑀𝑇是组织T的质量；•𝐴𝐹𝑇←𝑆𝑖是组织T对组织S辐射的能量𝐸𝑖吸收份额。对于𝛼和𝛽粒子，假设能量都被组织吸收，那么靶组织就是源组织的情况，AF=1.0，其他组织都是0。第一节内照剂量学总论•例：通过一个简单的例子来说明ALI和DAC计算过程。考虑的核素是Sr-90，摄入途径是吸入，Sr化学性质是可溶的，那么计算步骤分为以下步骤：•1、收集Sr-90的衰变纲图；•2、收集Sr的新陈代谢数据；•大约15天Sr就可以均匀分布于骨骼中（体积追随者）。对于Y假设，它伴随着Sr新陈代谢。第一节内照剂量学总论•3、列出源组织和靶组织；•松质骨和骨密质•Sr-90和Y-90都是𝛽核素第一节内照剂量学总论•4、收集计算数据；第一节内照剂量学总论•5、计算约定剂量当量；•6、计算加权约定剂量当量；•7、计算约定等效剂量当量；第一节内照剂量学总论•8、计算ALI•对于随机性效应•𝐼𝑆≤0.05𝑆𝑣𝑦𝑟6.3×10−8𝑆𝑣𝐵𝑞=8×105𝐵𝑞𝑦𝑟•对于确定性效应•𝐼𝑁≤0.5𝑆𝑣𝑦𝑟7.3×10−7𝑆𝑣𝐵𝑞≈7×105𝐵𝑞𝑦𝑟•因此，ALI=7×105Bq/yr第一节内照剂量学总论•9、计算DAC𝐷𝐴𝐶=7×105𝐵𝑞𝑦𝑟2000ℎ𝑦𝑟1.2𝑚3ℎ≈300𝐵𝑞𝑚3第一节内照剂量学总论•八、ICRP60的变化•1991年ICRP60重申辐射防护三原则。对ICRP26的基本概念框架没有改变，但是对剂量限值和剂量学量进行了修改。第一节内照剂量学总论•1、辐射权重因子•用辐射权重因子代替品质因子。第一节内照剂量学总论•2、当量剂量•用当量剂量代替剂量当量。•𝐷𝑇,𝑅是组织或器官𝑇中对辐射𝑅的平均吸收剂量。第一节内照剂量学总论•3、等效剂量•简化等效剂量当量为等效剂量•ICRP60重新推荐了组织权重因子，第一节内照剂量学总论•性腺•结肠•肺•红骨髓•胃•膀胱•乳房•食道•肝•甲状腺•皮肤•骨表面•其余第一节内照剂量学总论•其余包括10种•肾上腺•脑•胸腔外气管•肾脏•肌肉•胰腺•小肠•脾脏•胸腺•子宫•总重量为30,759g第一节内照剂量学总论•其余的当量剂量是怎么确定的呢？•其中𝐻max是12种组织器官的当量剂量最大值。第一节内照剂量学总论•例：食入放射性物质后，一个人被确定有下列当量剂量：食道0.5mSv；胃0.7mSv；小肠0.8mSv；结肠3mSv，等效剂量是多少？•其中𝐻max=3𝑚𝑆𝑣，第一节内照剂量学总论•4、约定当量剂量和约定等效剂量•其中•𝑞𝑆,𝑗𝑡,𝑡0表示在组织S中核素j在𝑡0被摄入后到t时的活度。第一节内照剂量学总论•𝑆𝐸𝐸𝑇←𝑆,𝑡𝑗表示在t时刻核素j在组织T沉积的比释等效能量。•注意品质因数被辐射权重因子代替了。第一节内照剂量学总论•其余组织的当量剂量率•约定等效剂量第一节内照剂量学总论•约定等效剂量也可以写成组织S-T的矩阵形式•对于工作人员的50年约定等效剂量•对于1Bq摄入量工作人员约定等效剂量用𝑒50表示。对于公众来说是70年约定等效剂量，用𝑒70表示。也被称为剂量转换因子。第一节内照剂量学总论•5、剂量限值•由于新的剂量学量的引入，剂量限值需要进行调整。第一节内照剂量学总论•注意几点：•（1）新的剂量限值更加灵活了，比如对于职业照射，单年的照射剂量可以达到50mSv，只要5年平均不超过20mSv就可以了。•（2）等效剂量限值只能保护随机性效应，却并不能保护确定性效应。•（3）新的剂量限值包括了人体三个有效剂量限值不能保护组织的当量剂量。其中皮肤是指任意1cm2的照射量。第一节内照剂量学总论•ALI的计算为第二节内照射生物学模型•模型的目的是为了计算靶组织中沉积的放射性核素的量。•采用库式模型，每一个模型都是根据每种核素在人体中的生物动力学特点建立起来的。•每一个库式的变化率都是线性变化的。•计算出的每一个核素的剂量转换因子都是包括其衰变链上的子核的。•所有的计算都是基于快速摄入方式（一次性摄入）得到的。对于慢速摄入要根据食入周期求和。第二节内照射生物学模型•ICRP72（1996）对模型进行了总结第二节内照射生物学模型•一、呼吸系统模型•ICRP30将呼吸模型分为两个部分：沉积模型和滞留模型。•1、沉积模型：研究吸入气体或气溶胶后沉积在呼吸系统的份额•划分为三个区域：鼻咽区（N-P）、气管支气管区（T-B）和肺区（P）。•沉积份额与吸入物质尺寸有关，物质尺寸用AMAD（activitymedianaerodynamicdiameter）衡量。第二节内照射生物学模型•N-P对大尺寸粒子沉积的多；•T-B沉积与粒子尺寸无关；•P对小尺度粒子沉积多；第二节内照射生物学模型•ICRP取标准AMAD为1𝜇𝑚，因此三个区的沉积因子分别为0.3、0.08和0.25，剩余的0.37被排出体外。•2、滞留模型•描述沉积到三个区的物质转移到体液、消化系统（GI模型）、肺部淋巴的过程。•a、对可溶性物质，通过吸收进入体液；•b、通过吞咽进入GI；•c、与a类似；•d、通过粘膜纤毛清除沉积物，进入GI；第二节内照射生物学模型•e、与a、c类似；•f、巨噬细胞吞噬外来物质，•清除其到d，再进入GI；•g、通过次要清除作用清除•到d，再进入GI，该过程相•对f较慢；•h、淋巴一个重要作用就是•清除肺中的异物；•i、有一些物质可以穿过淋巴•进入体液；•j、永久滞留部分；第二节内照射生物学模型第二节内照射生物学模型•当i(t)=i为常数时第二节内照射生物学模型•其稳态解第二节内照射生物学模型•如果是一次性食入第二节内照射生物学模型•ICRP根据在肺部转移的快慢，将化合物分为三类：•D：生命期小于10天；•W：10到100天；•Y：大于100天；第二节内照射生物学模型•D类气溶胶第二节内照射生物学模型•W类气溶胶第二节内照射生物学模型•Y类气溶胶第二节内照射生物学模型•对于约定剂量当量的计算是与AMAD有关的。•其中，𝐷表示不同区的沉积份额，是AMAD的函数；•𝑓表示不同区对剂量当量的贡献份额。第二节内照射生物学模型•3、新的肺模型•ICRP66（1994）提出了新的肺模型，ICRP71（1995）根据这个模型给出了新的剂量转换因子。•新的模型包括五个区域：前鼻区（ET1）、鼻咽（喉）区（ET2）、支气管区（