X射线诊断所致受检者剂量的估算模式研究

论文摘要

【目的】随着医疗卫生事业的迅速发展，放射学新技术和新设备的不断涌现并日益广泛普及，因疾病诊疗和健康保健等需要而接受X射线诊断检查的受检者越来越多，导致了全民集体剂量的持续不断增加。作为医疗照射防护的基础，深入研究评价各种X射线诊断所致受检者的剂量，已成为放射医学与防护、医学物理等学科领域的热点和重点研究课题。通常基于现场测量来评价X射线诊断所致集体剂量的研究方法代价太高，难以得到普及应用。为此，本项研究在充分的现状调研与分析基础上，另辟思路，探索建立基于各种X射线诊断设备的工作条件和技术参数来估算主要X射线诊断类型所致受检者剂量的模式，为方便开展评价医疗照射的集体剂量提供新方法。【方法】根据不同类型X射线诊断的特点，本研究选取影响面大、发展快且所致受检者剂量较大的三个主要类型（普通和数字化X射线摄影、X射线计算机断（体）层摄影）作为重点对象，分别通过以下方法开展研究：（1）普通X射线摄影：先由实验研究建立X射线输出量空气比释动能与管电压和毫安秒的关系，进一步考虑其对总过滤和高压发生器类型修正；利用蒙特卡罗方法计算不同照射条件下的反散射因子；最终建立受检者入射体表剂量和有效剂量的估算模式、编写相应计算软件。（2）数字化X射线摄影：先由理论推导曝光指示值与入射体表剂量的定性关系模式；通过实验研究掌握相关参数的数值，并探讨管电压与探测器能量相应对相关参数的修正；最后建立曝光指示值和受检者入射体表剂量的关系模式。（3）X射线计算机体层摄影：基于国外最先进的数字参考人体素模型和CT机的蒙卡模型，自行建立在参考条件下每层扫描所致受检者器官剂量的基础数据库；探讨CT机型，扫描用管电压、mAs值、螺距因子和准直宽度等因素对辐射剂量的影响，通过相关修正建立可计算任意扫描条件下的器官剂量和有效剂量的估算模式。同时，本课题还建立了利用CT扫描的各种技术条件和参数估算CT扫描的剂量长度乘积（DLP），并结合不同部位CT扫描所对应的剂量转换系数计算有效剂量的方法，编写了基于该方法的有效剂量估算软件。本研究对各种估算模式的计算结果验证主要利用仿真人体模实施，主要是通过在体模表面和内部布放玻璃剂量计来测量或基于测量值计算入射体表剂量和器官吸收剂量，在计算有效剂量时采用了最新推荐的组织权重因子。【结果】（1）建立了利用X射线摄影技术参数（包括管电压、管电流和曝光时间乘积、总过滤、焦皮距、高压发生器类型和照射野）估算普通X射线摄影所致受检者的入射体表剂量和有效剂量的数学模式。验证结果表明：在所开展的验证条件下，入射体表剂量的计算值与实验测量值的相对偏差为-12．1％～4．5％；有效剂量的计算值与体模实验模拟测量值相对偏差介于-29．2％～31．4％之间。（2）建立了利用曝光量指示估算数字化X射线摄影所致受检者入射体表剂量的数学模式。验证结果表明：在本研究的实验条件下，入射体表剂量的模式计算值与测量值之间的相对偏差介于-22．1％～19．2％之间。（3）建立了利用蒙特卡罗方法和DLP方法估算CT扫描所致受检者剂量的模式。验证结果表明：蒙特卡罗方法计算扫描野范围内的器官剂量与体模实验测量值的偏差在17．7％～32．2％之间，有效剂量的相对偏差为-9．8％～5．5％；用DLP模式计算得到有效剂量与体模实验值的偏差介于-10．8％～13．3％之间。【结论】在常规辐射防护剂量学的允许误差范围内，本项研究建立所有X射线诊断类型所致受检者剂量的估算模式基本均能满足辐射剂量评价的精度要求。基于三大类X射线诊断设备的工作条件和技术参数而建立的上述受检者剂量估算模式，可为大范围开展X射线诊断所致受检者剂量水平调查和评价其所致集体剂量提供了一种便捷的方法，具有很高的推广应用价值，对相关学科发展也具有重要的理论意义。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究X射线诊断所致受检者剂量的必要性
• 1.2 X射线诊断所致受检者剂量研究现状简析
• 1.3 本项研究课题的主要内容
• 第二章 普通X射线摄影所致受检者剂量的估算模式
• 2.1 引言
• 2.2 普通X射线摄影与其所致受检者剂量参数
• 2.2.1 X射线的产生
• 2.2.2 普通X射线摄影的成像原理
• 2.2.3 普通X射线摄影常用的辐射剂量表征量
• 2.2.4 影响受检者入射体表剂量的因素
• 2.3 主要摄影参数与空气比释动能关系的实验研究
• 2.3.1 空气比释动能与管电流和曝光时间的关系实验
• 2.3.2 空气比释动能与管电压的关系实验
• 2.4 普通X射线摄影所致受检者剂量估算模式的建立
• 2.4.1 摄影技术参数与空气比释动能的关系
• 2.4.2 蒙特卡罗方法计算不同照射条件下的BSF
• 2.4.3 X射线摄影所致受检者剂量的估算模式
• 2.4.4 估算模式的计算机运算程序
• 2.5 估算模式的实验验证
• 2.5.1 光致辐射发光玻璃剂量计测量系统
• 2.5.2 仿真人体模
• 2.5.3 剂量计在体模中的布放
• 2.5.4 入射体表剂量以及有效剂量的验证
• 2.6 小结
• 第三章 数字化X射线摄影所致受检者剂量估算模式
• 3.1 引言
• 3.2 数字化X射线摄影及其所致受检者剂量参数
• 3.2.1 数字化X射线摄影的成像原理
• 3.2.2 数字化X射线摄影的曝光指示值
• 3.2.3 影响数字化X射线摄影曝光指示值的因素
• 3.3 用曝光指示值估算受检者入射体表剂量的数学模式
• 3.3.1 估算模式概述
• 3.3.2 估算模式的推导
• 3.3.3 估算模式的数学表达
• 3.4 估算模式参数的实验测量
• 3.4.1 实验测量方案及实施
• 3.4.2 实验结果的拟合
• 3.4.3 估算模式的最终表达形式
• 3.5 估算模式的初步验证
• 3.6 小结
• 第四章 X射线计算机体层摄影所致受检者剂量估算模式
• 4.1 引言
• 4.2 CT扫描及其所致受检者剂量参数
• 4.2.1 CT的成像原理
• 4.2.2 CT的辐射剂量表征量
• 4.2.3 CT扫描所致受检者剂量的影响因素
• 4.3 用剂量长度积（DLP）估算受检者有效剂量
• 4.3.1 用DLP估算有效剂量的模式
• 4.3.2 估算模式的实验验证
• 4.4 用蒙特卡罗方法建立CT扫描所致受检者剂量的估算模式
• 4.4.1 蒙特卡罗模拟所用的程序和计算模型
• 4.4.2 用蒙特卡罗方法建立受检者剂量基础数据库
• 4.4.3 由基础数据库扫推算参考条件下的受检者剂量
• 4.4.4 由参考条件的结果计算任意给定条件下受检者的器官剂量
• 4.5 估算模式的实验验证
• 4.6 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本课题研究工作总结
• 5.2 本研究的特色与创新
• 5.3 本研究的不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 附录一 攻读博士期间发表的论文目录
• 附录二 X射线CT剂量计算的MCNP输入文件代码
• 附录三 综述