Радиационная защита в диагностике и интервенционной радиологии

IAEAInternational Atomic Energy Agency

Радиационная защита в диагностике

и интервенционной радиологии

Л12: Защита и обустройство рентгеновских кабинетов

Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 2

Введение

• Предмет: теория конструирования защиты и некоторые относящиеся к ней аспекты

• Методы используемые для конструиро-вания защиты и основные методы расчёта

IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов3

Темы

конструирование оборудования и стандарты безопасности

Ограничения доз при обустройстве рентгеновских кабинетов

Барьеры и защитные устройства


Обзор

• Ознакомление с требованиями безопасности при конструировании рентгеновских систем и вспомогательного оборудования, защита помещений и соответствующие международные стандарты по безопасности, например, IEC.


Часть 12: Защита и обустройство рентгеновских кабинетов

Тема 1: конструирование оборудования и нормы безопасности



Цель защитных барьеров

• Защитить от облучения:• персонал ренгеновского отдела

• пациентов (когда они не исследуются)

• посетителей

• персонал, работающий в смежных помеще-ниях или недалеко от источника излучения

IAEA12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 7

Защитные барьеры – принципы контруирования

• Необходимые данные включают в себя:• Тип рентгеновского оборудования• Объём работы• Размещение• Число используемых источников излучения и

детекторов• Направление прямого пучка и рассеянное

излучение• Место работы оператора• Окружающие помещения


Конструирование защитных барьеров (I)

Оборудование

• Какое оснащение используется?• Общая радиография

• Флюороскопия (с применением радиографии и без неё)

• Дентальные исследования

• Маммография

• КТ


Конструирование защитных барьеров (II)

Тип оборудования очень важен для определения:• направления рентгеновского пучка

• количества и типа процедур

• места нахождения рентгенолаборанта (оператора)

• энергии (kVp) рентгеновских лучей


Конструирование защитных барьеров (III)

Использование• Разное рентгеновское оборудование

применяется по разному• Например, дентальные установки исполь-

зуют низкие значения мАс и низкие (~70) kVp при относительно малом количестве рентгеновских снимков за неделю

• КТ сканер использует высокие значения (~130) kVp и мАс при достаточно боль-шом числе сканирований за неделю


Конструирование защитных барьеров (IV)

• Общее число мАс, зарегистрированное за неделю, является индикатором суммар-ной дозы облучения

• Используемое напряжение тоже относит-ся к дозе облучения, а также определяет проникающую способность излучения

• Высокие значения kVp и мAс означают повышенные требования к защитным барьерам


Конструирование защитных барьеров (V)

Размещение

• Важное значение имеет размещение и ориентация рентгеновских устройств:• расстояния измеряются от источников

излучения (учитывается закон обратных квадратов)

• направление первичного пучка излучения зависит от ориентации рентгеновской установки


Защитные барьеры – типичное разме-щение в рентгеновских кабинетах

A - G точки, используемые для расчёта барьеров


Конструирование защитных барьеров (VI)

Количество рентгеновских трубок

• Некоторые рентгеновские установки могут иметь несколько рентгеновских трубок

• Иногда могут использоваться одновре-менно две трубки для разных направле-ний пучка

• Естественно, это усложняет расчёт защитных барьеров


Конструирование защитных барьеров (VII)

Ближние зоны• Рентгеновский кабинет должен быть

спроектирован с учётом расположения и использования смежных с ним комнат

• Ясно, что туалет не требует такой же защиты как кабинет

• Прежде всего нужно иметь план рентгеновского кабинета и окружающих помещений, включая более высокий и более низкий этажи


Защитные барьеры - проектирование

Нужно определить:• Подходящие точки для расчётов во всех

важных местах• Параметры проектирования, такие как объём

работы, фактор использования, фактор посещаемости, утечки, дозу облучения и т.д.

• Эти параметры могут быть предполагаемыми или измеренными

• Используйте допустимый наихудший случай, т.к. недооценка хуже чем переоценка


Часть 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов

Тема 2: Использование граничных доз при проектировании рентгеновских кабинетов



Параметры защитных барьеров (I)

P – предполагаемая доза в неделю

• Обычно предусматривается 0,3 мЗв в год


Параметры защитных барьеров (II)

• Помещения для хранения плёнки (тёмные комнаты) требуют специального рассмотрения

• Даже малое облучение плёнки в кассетах вызывает появление вуали

• Допускается месячная доза облучения плёнки равная 0,1 мГр в месяц, или при проектировании допускается доза 0,025 мГр в неделю


Параметры защитных барьеров (III)

• Необходимы барьеры для защиты от трёх источников радиации

• Они перечислены по мере убывания важности:• первичное рентгеновское излучение

• рассеянное излучение (от пациента)

• утечки излучения (из кожуха рентгеновской трубки)


U – фактор использования

• U - это доля общего времени облучения, в течение которого первичный пучок направлен на выбранную расчётную точку

• U должен быть выбран в соответствии с реальной ситуацией

• для всех точек общая сумма может превышать единицу

Параметры защитных барьеров (IV)


Параметры защитных барьеров (V)

• Для некоторых рентгеновских установок направление рентгеновского пучка не меняется, поэтому фактор использова-ния равен 0 в других направлениях

• Примеры: КТ, флюороскопия, маммография

• В этих случаях требования к защитным барьерам уменьшаются


Параметры защитных барьеров (VI)

• При рентгенографии рентгеновские лучи будут направлены:• к полу• на пациента, обычно в одном направлении• к стенду с рентгеновской отсеивающей

решёткой

• Важно знать способ размещения рентгеновской трубки: на потолке, на полу, геометрию C-дуги и т.д.


Параметры защитных барьеров (VII)

T – фактор посещаемости

• T = доля времени, в течение которого определённое место посещается персо-налом, пациентами или населением

• T должен выбираться с запасом

• T колеблется от 1 для рабочих помеще-ний до 1/20 для туалетов и 1/40 для непосещаемых парковок


Посещаемость (NCRP 147)

Помещение• Административные офисы,

лаборатории, аптеки и другие рабочие помеще-ния, регистратура, посеща-емые комнаты ожидания, детские комнаты, соседние рентгеновские кабинеты, комнаты для просмотра снимков, комнаты для медсестёр

• Комнаты для диагностики и лечения пациентов

• Коридоры, комнаты для пациентов, комнаты отдыха для персонала

Фактор посещаемости T1

1/2

1/5


Посещаемость (NCRP 147)

Помещение• Двери коридоров• Общественные туалеты,

непосещаемые комнаты с автоматами для продажи, хранилища, непосеща-емые комнаты ожидания

• Места вне помещений для проходящих пешеходов или транспорта, непосе-щаемые автостоянки, лестничные клетки, непо-сещаемые лифты

Фактор посещаемости T1/81/20

1/40


Параметры защитных барьеров (VIII)

W – Объём работы

• Мера радиационного выхода в неделю

• Измеряется в мА-минутах

• При определении W р принимается, что напряжение на рентгеновской трубке равно максимальному

• Обычно сильно преувеличен

• Должна оцениваться реальная величина отношения доза/мАс


Объём работы (I)

• Пример: комната для общей рентгенографии

• Используемое напряжение должно быть равно 60-120 kVp

• Экспозиция для каждой плёнки должна находиться между 5 мАс и 100 мАс

• Может быть 50 пациентов в день, и комната может использоваться 7 дней в неделю

• Может быть сделано от 1 до 5 снимков пациента

КАК ОЦЕНИТЬ W ?


Объём работы (II)

• Предположим, что средняя экспозиция равна 50 мAс на снимок, 3 снимка на одного пациента

• Таким образом, W = 50 мАс x 3 снимка x 50 пациентов x 7 дней

= 52,500 мАс за неделю = 875 мA-мин за неделю• Мы можем также предположить, что эти

процедуры выполняются при 100 kVp


Примеры объёма работы (NCRP 147)

Объём за нед. (W) mA-мин при:

100 kVp 125 kVp 150 kVp

Общая рентгенография 1000 400 200

Флюороскопия (и приц. снимки) 750 300 150

Хиропрактика 1200 500 250

Маммография 700 при 30 kVp (1500 для проверки грудной железы)

Дентальные снимки 6 при 70 kVp (обычный снимок полости рта)

Другие таблицы включают КТ: см. Simpkin (1997)


Объём работы - КТ

• Для расчёта объёма работы при КТ необходимо знать загрузку данного медицинского учреждения

• Новые спиральные или многосрезовые КТ установки могут быть загружены больше обычных

• Типичный объём работы для КТ установки равен 28000 мА-мин в неделю


Утечки рентгеновской трубки

• Все рентгеновские трубки имеют утечки радиации – кожух трубки покрыт свинцом толщиной 2-3 мм

• В большинстве стран утечки ограничиваются величиной1 мГр/час на расстоянии 1 м, так что это значение может использоваться для расчёта барьеров

• Утечки также зависят от максимального тока трубки, равного 3-5 мA при 150 kVp для большинства рентгеновских трубок


Параметры защитных барьеров


Защита рентгеновских кабинетов с несколькими трубками

• Некоторые кабинеты имеют несколько рентгеновских трубок (например, размещённых на потолке и на полу)

• Расчёт защитных барьеров ДОЛЖЕН учитывать СУММАРНУЮ дозу от всех рентгеновских трубок


Часть 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов

Тема 3: Барьеры и защитные устройства



Защитные барьеры - конструкция (I)

Доступные материалы:• свинец (листовой, просвинцованный винил)

• кирпич

• Гипс или баритовая штукатурка

• Бетонные блоки

• Свинцовое стекло/оргстекло


Защитные барьеры – проблемы конструкции

Некоторые проблемы с защитными материалами:

• Кирпичные стены – сочленения со строитель-ным раствором

• Деревянные рамы нужно покрывать листовым свинцом

• Свинец плохо приклеен к перегородке

• Сочленение листов без нахлёста

• Полости в кирпиче или блоках

• Использование оконного стекла вместо свинцового


Проблемы с защитными барьерами- соединения в кирпичных стенах

• Кирпич должен быть сплошной, без пор

• Поглощение излучения кирпичом может быть разным

• Строительный раствор поглощает хуже чем кирпич

• Строительный раствор часто не покрыва-ет кирпичную стену по всей толщине


Проблемы с защитными барьерами – свинец плохо приклеен

• Свинец должен быть хорошо приклеен к перегородкам из дерева или древесным плитам

• Если свинец плохо прикреплён, то он может отклеиться через несколько лет

• Не каждый клей подходит для свинца (из-за окисления поверхности свинца)


Проблемы с защитными барьерами - сочленение листов без нахлёста

• Свинцовые листы должны соединяться внахлёстку с частичным перекрытием 10 -15 мм

• Если листы не перекрываются, то может образоваться достаточно большая щель, через которую будет проникать радиация

• Особые проблемы могут возникнуть при угловом сочленении


Проблемы с защитными барьерами – использование оконного стекла

• Обычное стекло (непросвинцованное, а толстое оконное) не разрешается использовать в качестве защитного материала

• Поглощение излучения оконным стеклом варьируется и заранее неизвестно

• Для окон в рентгеновских кабинетах должно использоваться свинцовое стекло или свинцовый плексиглас


Защитные барьеры - конструкция (II)

• Непрерывность и цельность защитных барьеров имеет важное значение

• Проблемные места:• сочленения

• просветы в материале стен и пола

• оконные рамы

• двери и дверные рамы


Просветы

• “Просвет” означают любые отверстия в свинце для кабелей, электрических соединений, труб и т.д.

• Если просвет больше чем ~2-3 мм, то его нужно покрыть свинцом обычно с одной стороны стены

• Гвозди и винты для крепления свинцовых листов к стене не требуют покрытия


Оконные рамы

• Свинцовые листы, прикреплённые к стенам, должны быть состыкованы со свинцовыми стёклами

• Часто обнаруживаемые 5 см зазоры недопустимы


Защита дверей и дверных рам


Защитные барьеры - проверка (I)

• Проверка защитных барьеров необходима

• Две метода – визуальный или измерение

• Визуальная проверка осуществляется перед покрытием барьеров – толщина свинца может быть легко измерена

• Радиационные измерения необходимы для окон, дверных рам и т.д.

• Измерение радиации вдоль стен должно произ-водиться при медленном движении дозиметра


Проверка защитных барьеров


Регистрация

• Очень важно сохранять записи расчёта защитных барьеров, а также детали проверки и корректирующие меры по исправлению обнаруженных дефектов

• Через 5 лет будет трудно найти кого-либо, кто помнит что было сделано!


Резюме

• Проектирование защитных барьеров для рентгеновких кабинетов является слож-ной задачей, которую можно упростить, используя стандартные допущения

• Важно сохранять записи для постоянного контроля и улучшения качества защиты при модификации оборудования


Практические вопросы расчёта барьеров Рентгенография

• Определите необходимую толщину свинца для защиты персонала, сидящего в соседнем офисе при ограничении дозы 0,30 мГр в год [1], принимая во внимание следующие допущения и данные. Вы должны сделать расчёт для 3 типов излучения (прямого, рассеянного и утечек).

IAEA

Допущения Известные данные

Утечки равны 1мГр в час на расстоянии 1,0 метр (худший случай)

Нагрузка 100 пациентов в день

3 снимка на одного пациента

20 мАс на снимок

7 дней в неделю

Доля рассеяния (Sf) от пациента равна 0,0025 при 125 kVp и 135 градусах (худший случай)

Максимальный ток 2,0 мA

Средняя доза на единицу нагрузки составляет 4,72 мГр/мАс [2,3] за неделю на расстоянии 1 метр

Размер поля 1000 cм². Отнесите это к стандартному размеру 400 см²

Кожно-фокусное расстояние 80 см (нужно для

расчёта рассеяния) Фактор использования U=0,25.

Фактор посещаемости T=1,0.

Критическое расст. d=2,5 м

5112: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов


Решение (a) 1/8

Шаг 1. Рассчитайте объём работы (W)

в мАмин/неделя

W = (мАс/снимок) x (пациент/день) x (снимок/пациент) x (день/нед.)

= 20 x 100 x 3 x 7

= 42000 мАс/неделя

= 700 мAмин/неделя



Шаг 2. Рассчитайте дозу первичного излучения за неделю на

расстоянии 1 м

P1 = (мАмин/нед.) x (средняя дозана единицу нагрузки мГр/мАмин)

= 700 x 4,72

= 3,304 мГр/нед.



Шаг 3. Рассчитайте дозу первичного излучения за неделю на

критическом расстоянии

.

P = (P1 x U x T)/d²

= (3,304 x 0,25 x 1)/2,5²

= 132,16 мГр/нед.



Шаг 4. Рассчитайте дозу рассеянногоизлучения за неделю на


S = (P1 x T x Sf x 1000)/(400 x d x 0,8²)

= (3304 x 1 x0,0025 x 1000)/(400 x 2,52 x 0,8²)

= 5,2 мГр/нед.



Шаг 5. Рассчитайте дозу утечек излу-чения за неделю на


a) Время облучения = (W)/(Ток трубки)

для расч. утечек = 700/(2 x 60)

= 5,83 часов

б) Доза утечек (L) = (Время x U x T)/d²

= (5,83 x 1 x 0,25)/2,5²

= 0,233 мГр/нед.



Шаг 6. Просуммируйте дозу из трёх источников радиации

Суммарная доза = P+S+L

= (132,16 + 5,2 + 0,233)

= 137,59 мГр/нед.



Шаг 7. Рассчитайте требуемое ослабление излучения

Если требуемая доза равна 0,006 мГр/нед. (0,3 мЗв/год), тогда требуемое ослабление () должно составлять:

= 0,006/137,59

= 0,000044


Решение (a) 8/8 Расчёт защитных барьеров Из графика следует, что толщина свинца должна составлять примерно 2,6 мм

1 2 3 4 5 6 7 8 mm

105

104

103

102

10 Требуемая толщина свинца

Фактор ослабления

50 75 кВ 100 150 200 kV 250

300 кВ


Вопрос по расчёту защитных барьеровКомпьютерная томография

КТ сканер размещён как показано на рис. 1. Высота потолка равна 4,0 м. Стены сделаны из лёгкого бетона (1840 кг/м³) с минимальной толщиной 110 мм. Изоцентр сканера находится на 0,9 м выше пола. Изодозные кривые даны для 120 kVp, 250 мАс, 10 мм среза на PMMA фантоме тела диаметром 320 мм и для 350 мАс, 10 мм среза на 160 мм фантоме головы

IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов

61

Рисунок 1

IAEA

Данные для расчёта

Допущения Известные данные

1 Доза рассеянного излучения на мАс для 10 мм среза головы составляет половину дозы для среза тела

140 исследований тела за нед.

В среднем производится 24 среза толщиной 10 мм с подачей стола на оборот гантри равной 14 мм

2 100 исследований головы за неделю

В среднем производится 10 срезов толщиной 10 мм и 5 срезов толщиной 5 мм

6212: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов


Решение (б) 1/9

Шаг 1. Рассчитать объём работы за неделю

a) Число 250 мАс срезов тела за неделю= 140 исследований x 22 срезов за исследование= 3080 срезов за неделюб)Число 350 мАс, 10 мм срезов головы в неделю

= (10 срезов x 100) + [(5 срезов x 100) x (5/10)]= 1250Отношение 5/10 представляет собой переход от 10 мм срезов к срезам толщиной 5 мм.



в)= эквивалентное число 250 мАс, 10 мм исследований головы

= (1250/2) x (350/250)

(См. допущение 1)

= 875 срезов за неделю для исследований головы

Следовательно:

Суммарный объём работы за неделю

=3080 + 875

=3955 срезов тела при 250 мАс, толщиной 10 мм



Шаг 2. Расчёт фактора пропускания для стены ВИз рис. 1 для расстояния от изоцентра 2,5 м доза

составляет 1,5 мкГрСледовательно:

Доза за неделю для 3955 срезов равна= 3955 x 1,5 мкГр= 5933 мкГр

Помещение за стеной В представляет собой офис, где посещаемость равна 100%

Требуемый фактор пропускания для барьера, BB = 0,3/(5,933 мГр x 1 x 52)B = 9,7х10-4



Шаг 3. Расчёт коэффициентов , и , основан на Archers et al (1997), формула интерполирована для 10 kVp

Указанные коэффициенты рассчитаны для свинца при 120kVp при использовании таблицы 4.6 of BIR (2000)¹

= 2,2878 = 9,3780 = 0,7664



Толщина требуемого материала (свинца) x для обеспечения желательного факто-ра пропускания может быть рассчитана по формуле

)/(1

)/ln

1 1

B

x

5703.01

5991.316)/(1 B

0991.5)/(1



x = 0,5703 x ln(316,5991/5,0991)

x = 2,35 мм свинца



Указанные коэффициенты рассчитаны для бетона при 120 kVp при использовании таблицы 4,6 of BIR (2000)¹

= 0,0359

= 0,0696

= 0,7302



Толщина требуемого материала (свинца) x для обеспечения желательного фактора пропускания может быть рассчитана по формуле

)/(1

)/ln

1 1

B

x

3805191

4338.314)/(1 B

9338.2)/(1


Solution (b) 9/9

x = 38,0519 x ln(314,4338/2,9338)

x = 177,8727 мм бетона


Ссылки:

1. Radiation Shielding for Diagnostic X-Rays (2000), Ed. D.G. Sutton and J.R. Williams, Pub. BIR.

2. IAEA Training Material, Diagnostic Radiology, L.12.1, slide 16

3. National Council on Radiation Protection and Measurements “Structural Shielding Design for Medical X Rays Imaging Facilities” 2004 (NCRP 147)

4. Diagnostic X-ray shielding design, B. R. Archer, AAPM Monograph The expanding role of medical physics in diagnostic radiology, 1997


Где получить информацию (I)

• New concepts for Radiation Shielding of Medical Diagnostic X Ray Facilities,

D. J. Simpkin, AAPM Monograph The expanding role of medical physics in diagnostic radiology, 1997

Documents

Радиационная защита в диагностике и интервенционной радиологии