（核技术及应用专业论文）基于LUDEP程序的放射性核素所致剂量计算.pdf

摘要 本论文详细地介绍了与内照射相关的基础理论：对l u d e p 程序的使用方法 做了具体的说明；应用l u d e p 程序计算了中国成人吸入的1 1 种放射性单一核 素所致全身各器官与呼吸道各器官的剂量当量与有效剂量分布：在考虑放射性核 素衰变链子代的辐射后，对吸入原生放射性核素所致年待积有效剂量进行了计 算。研究结果表明，肺区、鼻咽喉部的年待积有效剂量均在1 0 击s v 数量级，肾、 骨表面及骨髓在1 0 7 s v 数量级，而其他器官的年待积有效剂量均在1 0 。s v 以下。 运用l u d e p 程序计算了成人的持续吸入不同年限的待积有效剂量，当成人持续 吸入5 0 年时可达1 3 8x1 0 4 s v 。对吸入不同放射性核素所致的年待积有效剂量 分析发现，2 1 0 p b 的贡献最大为9 0 8 5 1 0 一s v ，而8 7 r b 的贡献可以忽略。将l u d e p 程序计算所得结果与已有的估算结果进行比较，能够比较好地吻合，间接地说明 程序运行合理。 论文共分六章。第一章是引言。介绍了中国成人吸入放射性核素所致剂量的 计算研究的意义和目的。第二章是内照射基础理论研究。包括人类呼吸道模型、 人类胃肠道模型、人类全身模型的描述，剂量学模型的详细阐述，对模型中存在 的问题做了简要的说明。第三章是l u d e p 程序的功能及使用方法的研究。包括 参数文件的建立、保存与打开；呼吸参数的设置与气溶胶粒子的沉积计算；入血 吸收类型的选择，粒子转移因数的修改，放射性核素数据的获取及放射衰变子代 的合并，滞留参数的获得与修改；指出了计算身体器官的剂量、呼吸道器官的剂 量、衰变链的剂量、滞留与排泄及摄入量等的具体方法。第四章是吸入放射性核 素所致吸收剂量系数的研究。包括对不同呼吸参数下不同类型的气溶胶粒子在呼 吸道各器官的沉积计算；1 1 种原生单一放射性核素比有效能量、呼吸道各器官 及全身各主要器官的剂量当量、剂量当量率、有效剂量及有效剂量率的计算。将 计算的结果与i c r p 7 1 的推荐数据进行了对比。第五章是吸入原生放射性核素所 致的待积有效剂量的研究。运用l u d e p 程序计算得出了中国成人持续吸入所致 的待积有效剂量。第六章是结论。 对食入放射性核素所致剂量的计算、 排泄与滞留的计算、摄入量的估算等 问题有待进一步探讨。 关键词：内照射；l u d e p ；吸入；有效剂量 c a l c u l a t i o no fi n t e r n a ld o s e s f r o mp r i m o r d i a lr a d i o n u c i i d e sb a s e do nl u d e p a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，t h ef u n d a m e n t a lt h e o r yr e l a t e dt oi n t e r n a le x p o s u r ei ss p e c i f i c a l l y i n t r o d u c e d ，t h ea p p l i e dm e t h o do fl u d e pp r o g r a mi si nd e t a i ls t a t e d ，i nw h i c hw e c a l c u l a t ed i s t r i b u t i o no ft h ee q u i v a l e n td o s ea n dt h ew e i g h te q u i v a l e n td o s eo nb o d y o r g a na n dr e s p i r a t o r yt r a c tf r o mp r i m o r d i a lr a d i o n u c l i d e s ，t h ed o s en o tb ei n c l u d e f r o mo n eo rm o r er a d i o a c t i v ed e c a yp r o g e n y w ec a l c u l a t ee f f e c t i v ec o m m i t t e dd o s e e q u i v a l e n tt oc h i n e s ea d u l tm a l lf r o mp r i m o r d i a lr a d i o n u c l i d e su n d e r t h ec a s em e r g e d t h ed e c a yp r o d u c t sw i t ht h e i rp a r e n t t h er e s e a r c h e dr e s u l t ss h o we f f e c t i v ec o m m i t t e de q u i v a l e n ty e a rd o s ed i s t r i b u t e s i nl u n g e sa n de x t r a t h o r a c i cr e g i o n sa r et h eo r d e ro f10 由s i nk i d n e y sa n db o n e s u r f a c ea n dm a r r o wa r et h eo r d e ro f10 。7 s v , w h i l et h ed o s ef o ro t h e ro r g a n si sl o w e ro f l o 。8 s v i ti sn o t et h a tt h ed o s ec a na p p r o a c ht o1 3 8 10 - 4 s vb a s e do nl u d e p p r o g r a mw h e na d u l tm a nc h r o n i ci n h a l a n t s5 0y e a r s w ef i n dt h a tt h r o u g hc o m p a r i s o n o ft h ee f f e c t i v ec o m m i t t e de q u i v a l e n ty e a rd o s ef o r md i f f e r e n tr a d i o n u c l i d e s ，t h e c o n t r i b u t i o no f 2 1 0 p bi sm o s ti m p o 赡a n ta s9 0 8 5x10 。5s v , w h i l et h eo n ef r o m 8 7 r bi sn e g l i g i b l e w ec o m p a r e dt h er e s u l t sf r o ml u d e p p r o g r a mm e t h o dw i t ht h o s e g i v e nb yi c r p 一71 ，a n df i n dt h a tt h ec o m p a r a b l er e s u l t sa r e i d e n t i c a l o r g a n i z a t i o no f t h et h e s i si sa sf o l l o w s ： i ns e c t i o ni ，t h ei n t e r e s t i n ga n do b j e c ts t u d i e do ni n t e m a ld o s ef r o mp r i m o r d i a l r a d i o n u c l i d e st oc h i n e s ea d u l tm a na r ei n t r o d u c e d w es t a t es p e c i a l l yt h ef u n d a m e n t a l t h e o r yo fi n t e r n a le x p o s u r ei ns e c t i o ni i w h i c hi n c l u d e di nt h ed e s c r i p t i o no fh u m a n r e s p i r a t o r yt r a c tm o d e l ，h u m a ng a s t r o i n t e s t i n a lm o d e la n di nw h i c ht h ed o s i m e t r i e m o d e li ss t a t e da n ds e v e r a lp r o b l e m sa r eb r i e f l yd i s c u s s e d i ns e c t i o ni i i ，w es t a t e d t h ef u n c t i o n sa n da p p l i c a t i o n so fl u d e p , w h i c hi n v o l v eo fe s t a b l i s h m e n t ，s a v ea n d r e s t o r ep a r a m e t e rf i l e s ，s e t t i n go fr e s p i r a t o r yp a r a m e t e r , d e p o s i t i o nc a l c u l a t i o no f r a d i o a c t i v ea e r o s o lp a r t i c l e s ，s e l e c t i o na n ds e t t i n go ff r a c t i o nc l e a r e d ，a c q u i r e m e n to f r a d i o n u c l i d ed a t aa n dm e r g e dt h ed e c a yp r o d u c t sw i t ht h e i rp a r e n t ，d o s e so fb o d y o r g a na n dr e s p i r a t o r yt r a c t ，c a l c u l a t i o no fd e c a yc h a i nd o s ea n dr e t e n t i o n e x e r t i o n ， e s t i m a t i o no fi n t a k e i ns e c t i o ni v ，w er e s e a r c h e di n t e m a ld o s ec o e f f i c i e n tf r o m r a d i on u c l i d e sb a s e d o nl u d e ew ei n v e s t i g a t ed e p o s i t i o nc a l c u l a t i o nt ou s e d l l d i f f e r e n t d e p o s i t i o np a r a m e t e r s f r o mr a d i o a c t i v ea e r o s o lp a r t i c l e so no r g a n so f r e s p i r a t o r yt r a c t w ec a l c u l a t et h es p e c i f i ce n e r g yo f11r a d i o n u c l i d e s ，a n de q u i v a l e n t d o s e ，e q u i v a l e n td o s e r a t e ，w e i g h te q u i v a l e n td o s e ，w e i g h te q u i v a l e n td o s e r a t eo n t h e i m p o r t a n to r g a n so fb o d ya n dr e s p i r a t o r yt r a c t i ns e c t i o nv ，w e s t u d i e dc o m m i t t e d e f f e c t i v ei n h a l a t i o nd o s ee q u i v a l e n tf r o mp r i m o r d i a lr a d i o n u c l i d e st oc h i n e s ea d u l t m a n w ec o m p a r e dt h er e s u l t sf r o ml u d e pp r o g r a mm e t h o dw i t ht h o s eg i v e nb y i c r p 71 ，a n df i n dt h a tt h ec o m p a r a b l er e s u l t sa r ei d e n t i c a l ，r e f l e c t i n gt h ei n f l u e n c eo f b i o k i n e t i cf e a t u r e so fc h i n e s eo nt h er e s u l t s f i n a l l y , w ec o n c l u d ei ns e c t i o nv i k e y w o r d ：i n t e r n a le x p o s u r e ；l u d e p ；i n h a l a t i o n ；e f f e c t i v ed o s ee q u i v a l e n t i i i l iq i a n g ( r a d i a t i o np r o t e c t i o n ) d i r e c t e db yq i ux i a o p i n g 原创性l 声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进雩亍的研究工 律及取褥的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南华大学或其他单位的学位或证书丽使用过的材料。与我共 同工乍的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：唐珑 e tg q ：力炉7 年占月，因 关于学位论文使用授权说明 本人网意南华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保超学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保留学位论文； 学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名菇彩导师签名：印南宁冒期；砷年月，匿 第一章引言 1 国内外研究状况 随着人们对微观世界认识的不断深入，原子内部巨大的能量被不断开发，二 次世界大战中，美国两颗原子弹在日本的爆炸，给人们带来了巨大的灾难。在核 武器研究的同时，放射性核素对人类的危害被关注。人类社会的不断进步，核电 站的新建，核技术和放射性同位素在各个领域的广泛应用，各种新型建筑材料的 广泛应用，使得放射性对人们生活的影响也越来越被重视。从辐射防护的角度出 发，必须估算放射性核素所致内照射总剂量。通常情况下，人们都是直接应用 i c r p 推荐的数据对总剂量的进行估算。对于中国公众，虽然在数量级上问题不 大，而偏差还是比较明显的。事实上有必要研究中国公众剂量，其中有三个方面 的困难：一是中国参考人的数据不完备；二是摄入量测量数据不够多；三是计算 过程十分麻烦。 l u d e p ( l u n gd o s ee v a l u a t i o np r o g r a m ) 是一套用于计算通过呼吸道吸入或 食入放射性核素而引起内照射剂量的估算程序。它由国际放射性防护委员会 ( i c r p ) 第2 分委会的剂量计算工作组开发。采用t u r b ob a s i c 和p o w e rb a s i c 语言编程。程序以模块化形式设计，数据通过对文件的读写实现共享与交换，每 个模块通过主程序自动调用，在主程序上用菜单形式进行控制。可在w i n d o w s 平台的d o s 下运行。 l u d e p 程序的开发经历了1 1 版本和2 0 版本及最新的2 0 7 版本。它的开 发是与人们对内照射剂量研究同步发展的。其理论基础主要包括人类呼吸道模 型、生物动力学模型、剂量学模型等。 天然放射性本底辐射是人类所受年均有效剂量最大的贡献者，其水平是评估 各类人为辐射的比较基础，也为国民剂量评价特定途径天然放射性核素辐射监测 提供背景值。尽管国际上对公众成员某些放射性核素的吸入有效剂量系数进行了 研究，推荐了3 2 处元素的7 4 个放射性核素的公众成员吸入的有效剂量系数， 但针对中国人或亚洲人的放射性核素吸入剂量的研究文献资料并不多，主要对一 些通过吸入或食入的放射性核素所致内照射剂量进行了一些估算乜1 ，文献( 2 ) 对原生( 陆生) 放射性核素所致内照射剂量进行了重估算。其中依据了两项国家 自然科学基金课题中国参考人元素摄入量和主要器官组织负荷量研究 ( 1 9 9 6 - 1 9 9 8 ，2 0 0 0 - 2 0 0 2 ) 、全国总膳食研究和亚洲参考人解剖、生理和 代谢参数编辑研究所获结果。对于吸入的放射性核素主要给出了8 7 r b 、2 3 8 u 、 2 3 9 u 、2 3 5 u 、2 3 0 t h 、2 3 2 t h 、2 2 8 t h 、2 2 6 i h 、2 1 0 p b 、2 1 0 p o 、2 2 8 i h 等1 1 种年吸入量所 致年待积有效剂量。 在进行估算时，大气中可吸入呼吸道的悬浮颗粒部分的浓度p m l o 采用国家 环保总局全国主要城市2 0 0 2 年的平均值o 1 2 m g m 一。对于中国成人男子参考呼 吸率为7 3 0 0 m 3 a 。而放射性核素所产生的吸收剂量系数直接采用参考文献( 1 ) 所提供的数据。结果与联合国原子辐射效应委员会( u n s c e a r ) 2 0 0 0 年报告书 中列出的数据进行了比较，发现偏大。 研究天然放射性核素的内照射剂量，在辐射防护中处于极其重要的地位。由 于我国及亚洲参考人解剖、生理和代谢参数己获得一些阶段性成果，通过对 l u d e p 程序进行比较深入的研究，可将l u d e p 中的部分参数进行适当的修改，对 中国成人公众吸入放射性核素所致剂量进行估算。 2 研究内容 深入研究内照射相关的基础理论，对新的呼吸道模型进行认真的分析与理 解，将其与中国参考人的解剖、生理和代谢参数进行对比，建立对应关系，使之 适用于中国人。研究剂量学模型，深刻掌握各种剂量的意义与计算方法。认真调 试l u d e p 程序，深入理解内部各命令与参数的的含义；在熟练地掌握l u d e p 程序 使用方法的基础上，给出详细的使用说明。应用l u d e p 估算成人吸入原生放射性 核素所致内照射剂量及其分布，与文献( 2 ) 的结果进行比较，间接验证程序使 用的正确性。该研究是国家9 7 3 号项目的相关基础研究。 3 研究意义 本研究成果，可分为三个方面：一是对内照射剂量的计算提供一个十分有价 值的应用工具；二是对我国成年男子天然放射性核素吸入所致内照射的剂量分布 提供一组比较完整的参考数据；三是为今后全面估算中国人的剂量提供指导。 2 第二章内照射基础理论 l u d e p 程序的开发经历了1 1 版本和2 0 版本及最新的2 0 7 版本。它的开 发是与人们对内照射剂量研究同步发展的，主要工作是由i c r p 第2 分委员会的 剂量工作组完成。其理论基础主要包括人类呼吸道模型、人类胃肠道模型、人类 全身库室模型，剂量学模型等诸多方面。 1 人类呼吸道模型 国际放射性防护委员会( i c r p ) 先后使用过三个呼吸道模型。即i c r p 2 号、 3 0 号及6 6 号出版物脚脚推荐的人类呼吸道模型。分别建立于1 9 5 9 年、1 9 7 9 年与1 9 9 4 年。 1 1i c r p5 9 肺模型 1 9 5 9 年，i c r p 2 号出版物推荐了一个简单的肺模型，对通过呼吸道吸入或 食入的放射性核素而产生的内照射进行描述，是人们研究人类呼吸道模型的开 始。 1 2i c r p7 9 肺模型 1 9 7 9 年，i c r p3 0 号出版物推荐第二个肺模型，它推动了关于吸入气溶胶在 人类呼吸道中沉积、滞留、廓清及向体内其他组织转移的研究，此后发表了大量 比较实验结果和根据模型预测结果的资料3 。计算的剂量是整个肺的平均剂量， 专门用于专业工作人员，不用于不同种族人群的其他人员。 1 2 1 放射性气溶胶( r a d i o a c t i v ea e r o s 0 1 ) 空气中的固态放射性核素沉积在空气中悬浮的固体或液体微粒上，或固态放 射性物质本身就是一些悬浮的小颗粒。这些悬浮粒子统称为放射性气溶胶。吸入 的放射性气溶胶粒子将以某种几率沉积在呼吸道的不同区段并向人体的其它组 织转移，只有小部分被呼出。 呼吸道剂量学模型所研究的是对吸入的放射性气溶胶粒子在呼吸道内沉积、 廓清和照射规律的。 1 2 2 呼吸道的一般描述 胸外通道( e t ，e x t r at h o r a c i ct r a c t ) 空气从鼻或口吸入后经过咽和喉而达到器官的入口。又叫鼻咽区( n p 3 n o s e - p h a r y n xr e g i o n ) 。 气管支气管( t b t r a c h e a - b r o n c h i a lr e g i o n ) 为0 代( 气管) 到1 6 代( 终末支气管) 的呼吸树。 肺区( p p u l m o n a r yr e g i o n ) 1 7 代( 细支气管) 到2 3 代肺泡共同构成。 肺淋巴结区( ll y m p ht i s s u e s ) 各区的结构 t b 区的管壁由上皮层、纤毛层和粘液层等三部分组成。外粘液层( 7u ) 一内 粘液层( 7u ) ，其中有纤毛，共1 5u 左右，被粘液层俘获的异物，通过纤毛粘 液运动，将被排出到喉部，然后经胃肠道排出。未被纤毛粘液运动清除的放射性 气溶胶，通过解吸或溶解，可能被转移到血液或淋巴系统。 e t 区与t b 区的结构相似，但粘液层厚度为5 0ui n 左右。 肺区的流气通道表面没有纤毛化，也没有粘液覆盖层，但有种称作吞噬细 胞的特殊细胞，它能够移动到p 区表面，在那里吞噬小的异物颗粒并转送到呼吸 树的t b 区粘掖层。 e t 区和t b 区的分泌细胞和基底细胞，肺区的基底细胞、c l a r e 细胞各i i 型 细胞，属于辐射敏感的细胞。 1 2 3 呼吸道的库室划分 1 9 7 6 年i c r p 给了一个1 0 库室模型如图l 所示。 图1 呼吸系统库室模型 其中，a 、b 分别代表鼻咽区( e t ) 沉积的放射性核素向体液( t ) 和胃( s t ) 转移 4 的库室，c 、d 分别代表气管支气管区( t b ) 沉积的放射性核素向体液和胃转移的 库室，f 、g 代表肺实质区( p ) 沉积的放射性核素由吞噬细胞作用转移到支气管的 快组分库室与慢组分库室。e 、f 代表肺实质区( p ) 沉积的放射性核素向体液和淋 巴结转移的库室，i 、j 代表淋巴结向体液转移的库室和永久驻留的库室。d s 为 各区的沉积因数，五为各类转移途径的转移因数。 1 2 4 气溶胶在呼吸道的沉积 活度中值空气动力学直径a m a d 气溶胶在呼吸道的沉积可分为三种过程：扩散过程是无规则的布朗运动使小 粒子接触并粘附到呼吸道壁的结果。撞击沉积是在呼吸道的分支处气流运动方向 的急剧变化，粒子的惯性作用使它撞击到呼吸道的表面的过程。沉降沉积是由于 粒子受重力作用而沉积到呼吸道的表面的沉降过程。 设某个气溶胶粒子在空气中的滑流落速度与一个密度为1 ( g c m _ ) 的球体在 相同的空气动力的条件下沉降时的滑流落速度相同，则此球的直径称作该气溶胶 粒子的空气动力学直径( a e r o d y n a m i cd i a m e t e r ) 。我们假定一般空气中气溶胶粒 子的直径成对数分布。 活度中值空气动力学直径d ( a c t i v i t ym e d i a na e r o d y n a m i cd i a m e t e r ， a m a d ) ，空气动力学直径大于d 与小于d 的粒子各占总活度的5 0 。 若大于d 与小于d 的粒子各占总质量或总粒子数的5 0 ，则d 分别称为 m m a d ( 质量中值空气动力学直径) 与c m a d ( 粒子数中值空气动力学直径) 。 沉积几率 气溶胶粒子在呼吸树各代单位面积上的沉积几率决定于气溶胶的粒度分布， 呼吸树各代的直径和长度、以及呼吸道内的空气流动速率。它与人的年龄、种族、 性别、呼吸率和活动程度有密切关系。不同的模型计算结果有较大差别。 沉积分数 对呼吸道相应区段沉积几率按面积积分就可以求出放射性气溶胶在各区段 的沉积分数。用e 代表吸入的气溶胶被呼出的分数，则有： d 口+ d c b + dp + e = 1 沉积因数与沉积几率、气溶胶分布及人的参考数据等有关。 1 2 5 呼吸道的廓清参数 5 放射性物质从呼吸道廓清的速率决定于它们的物理、化学性质以及它们与生 物机体相互作用的过程。 放射性物质根据在肺实质区慢组份( 即e 、g 和h 库室) 的半廓清期长短分 为d ( d a y ) 类( t l o d ) ；w ( w e e k ) 类：1 0 d t 弋 1 0 0 d ) 。 i c r p 对这三类物旗都指定了呼吸系统各库室总麓半窬清期苫l 忿和库室分数 ( c o m p a r t m e n tf r a c t i o n ) f 。f 与d n p 、d t b 或d p 的乘积等于放射性气溶胶在相应 库室的沉积几率。 但是，实验证翳，许多动物实验中所能采用的或人类照射中所遇到的放射性 核素化合物，从呼吸道廓清的速率与所指定的三类化合物的廓清速率大不相同， 尤其是难溶化合物，如环的化合物从肺中的廓清要比它所属的y 类慢得多，还有 一些化合物归入哪一类也不适合，对予在事故照射中常遇到的放射性核素仡合物 的混合物，在i c r p 3 0 号出版物中来给出归类。而且人们对气溶胶沉积的研究已 将吸入粒子大小的范围拓宽，超过了i c r p 3 0 号出版物中规定的微米级范围。如 受微米大小的氡气体的吸入茏其重要。 研究表明：吸入放射性核素至少在呼吸道内产生的剂量是很不均匀的。关于 人类吸入氧的研究证明，支气管上皮所受到剂量最高，而且这就是受氡照射矿工 肺癌敏感性高的部位。动物实验结巢指出，癌症嵩现在受翔量大和辐射敏感性高 的部位，例如，根据吸入难溶性长寿命放射形核素( 如环和某些裂变产物) 对动 物寿命影响的研究结果，肺实质所受到剂量比支气管上皮为高，因此是产生癌变 的部位。淋巴组织也可受至l 很大剂量，但癌病危险度低。在有些动物实验，包括 慢性吸氡实验，癌症在鼻通道产生。上述结果提出了一些问题，说明用整个肺组 织的平均剂量来计算摄入放射性核索的有效剂量或用来评价和预测吸入放射性 粒子和气体产生的癌症等生物效应是不正确静。在i c r p 3 2 号出版物器中提出了 i c r p 3 0 号出版物肺模型存在的问题。人们认识到关注改善吸入放射性物质肺剂 量学模型的必要性。根据i c r p 3 0 号出版物的开发的程序为l u d e p l 1 版。 1 3 重c r p 9 4 呼吸道模型 i c r p 6 6 号出版物中的人类呼吸道模型1 ，总共用6 个部分组成， l 。3 。l 形态学模型 6 它描述了呼吸道的结构和剂量计算 所需要的重要参数嘲；如图2 所示。 胸腔外区( e x 仃at h o r a c i cr e g i o n ， e t ) 包括前鼻通道( a n t e r i o m o s e ，e t 0 、后 鼻通道( p o s t e r i o rn a s a lp a s s a g e ) 、i = 1 腔、 咽、喉( e t 2 ) ； 支气管区( b r o n c h i a lr e g i o n b b ) 包括气管和支气管( 导气管分段 0 - 8 ) ，沉积的物质靠纤毛运动由此被廓 清出去； 细支气管区( b r o n c h i o l a rr e g i o n ，b b ) 包括细支气管和终末细支气管( 导 气管分段9 - 1 5 ) ； 肺泡一间质区( a l v e o l a ri n t e r s t i t i a lr e g i o n ，a i ) 包括呼吸细支气管、肺泡小管、带有小泡的小囊和间质结缔组织( 导气管分 段1 6 - 2 6 ) 。所有4 个区都含有淋巴组织( l n ) - l n e t 负责排出e t 区物质，d 岫 负责排出b b 、b b 和a i 区物质。 为了剂量计算目的，对于参考工作人员和选定的公众成员的上述解剖学分区 指定了形态学和细胞学参数( 尺寸大小) ；选定公众成员的年龄分组为：3 个月、 1 、5 、1 0 、1 5 岁和成年人。4 个分区中的敏感靶细胞是：e t 区的上皮层基底细 胞，b b 区的基底细胞和分泌细胞，b b 区的分泌细胞( c l a r a 细胞) ，a i 区的分泌 细胞( c l a r a 细胞) 和i i 型肺泡细胞。靶组织的有关参数( 假定对所有人均一样) 列 于表一。不同年龄组人员靶组织质量列于表2 1 。 表1 靶组织的参数 组织靶细胞粘液厚度( 1 am ) 上皮厚度( 1 am ) 靶细胞核深度( 1 am ) 7 1 ) b b 。是指分泌细胞核所分布的支气管上皮的那一部分；b b 。则是指基底细 胞核所分奄的部分。表2 同。 表2 不同年龄组人员靶组织的质量( k ) 1 ) 包括血液，不包括淋巴结；2 ) 假定胸腔外区和胸隧中淋巴组织的质量相等。 l 。3 。2 生理学参数 呼吸道组织和缁胞所受的剂量与呼吸特点和菜些生理参数有关，因为它们影 响吸入空气的体积、速率、通过鼻和口吸入的分数，因而决定了吸入放射形粒子 和气体的数量。呼吸特点和生理参数在不同的种族人群中变化颊大，它们随身体 大小、体力活动的轻重、呼吸道的健康状况以及是否吸烟而变化。在l c 肿9 4 年呼吸道模型中，给出了有代表性民族的男女两性、不同年龄和不同体力活动的 有关数据。该模型选择有代表性的工作着的自种人( 男性和女性) 用于工作人员； 选择所有年龄的不处于工作状态的男女自种入代表公众成员。为了评价个体受照 剂量，建议在模型中采用该个体所特有的呼吸道参数，并要考虑其受照情况( 工 作时还是体息时受照等) 。工作人员的参考呼吸数值、换气率及不同状态下吸入 空气的体积分别列入表3 5 。 寝3 工作人员的参考呼吸数值” 肺体积( l ) 肺总气晕( 他c ) 功能性剩余容量( f r c ) 肺活量( v c ) 死腔( v o ) 6 。9 8 3 3 0 5 0 3 o 。1 4 6 1 ) 自种人，舅性，3 0 岁，巍离1 7 5 ，体重7 3 k g ，根据i c r p 参考入数攥摧瑟两来。 表4 工作人员的换气率 活动状态换气率( m 3 h q ) 睡觉 体息、坐 轻体力劳动 重体力劳动 o 4 5 e 。5 4 1 5 3 o 8 表5 工作人员不同情况下吸入空气的体积( m 3 ) 适垫鉴查 鳖签查董塾重签垄塑塾 睡觉时间，8 h 3 6 3 6 、 工作时间，8 h 9 6 1 3 5 ” 业余时间”，8 h 9 7 9 7 合计，2 4 h 一一 兰! ! _ _ - _ - _ _ _ h _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一一。 1 ) 5 5 h 轻体力劳动+ 2 5 h 休息，坐；2 ) 7 h 轻体力劳动+ l h 重体力劳动；3 ) 4 h 休息、坐 + 3 h 轻体力劳动+ l h 。 普通白种人群的呼吸道参数的参考值在表6 、表7 中给出。这些数据用于计 算公众成员单位摄入射产生的剂量。 表6 普通白种人群的参考身材及呼吸参数 年龄 ! 全旦! 篁曼望! 鱼鲨! ! 篁! 墨! ! ! 篁! 窒!盛! 墨!盛! 垒! _-。_。-_-_-_-_-。_-_。_-_。-_-_-_1 身高( e m ) 6 07 51 1 01 3 8 1 6 91 6 11 7 6 1 6 3 体重( k g ) 61 02 03 35 7 5 37 3 6 0 t l c ( l ) 0 2 8 0 5 51 5 52 8 75 4 5 4 4 76 9 84 9 7 f r c ( l ) 0 1 4 80 2 4 4 0 7 6 71 4 8 42 6 7 72 3 2 5 3 3 02 6 8 v c ( l ) 0 2 0 0 3 81 0 12 3 3 3 9 63 3 05 0 2 3 5 5 v 。( l ) 0 0 1 4 0 0 2 00 0 4 60 0 7 80 1 3 0 0 1 1 40 1 4 6 0 1 2 4 一 表7 普通白种人群于不同年龄不同性状的参考呼吸参数值 年龄性别休息( 睡觉) 坐轻体力劳动 重体力劳动 v , ( l ) b ( m ： h ) f 1 ( m i n ) v , ( l ) b ( m 3 h ) f i ( m i n ) y | r ( l ) b ( m 3 h ) f i ( m i n ) v , ( l ) b ( m 3 h ) f i ( m i n ) -_-_-。_-_。_-。_。-。_。-。-。_-_。-_-。-_。_-_。-。1 3 个月0 0 3 8 0 0 93 8n a ”n n i a 0 0 5 60 1 94 8n an an i a l岁00740 1 5 3 40 1 0 20 2 23 60 1 2 7 0 3 54 6n i n an a 5 岁o 1 7 40 2 42 30 2 1 3 0 3 22 50 2 4 40 5 73 9n an an a 1 0 岁男0 3 0 4 0 3 11 70 3 3 20 3 81 90 5 8 3 1 1 23 20 8 4 22 2 2 “ 1 0 岁 女0 3 0 40 3 11 7 0 3 3 20 3 81 90 5 8 31 1 2 3 20 6 6 71 8 44 6 1 5 岁男0 5 0 0 0 4 21 40 5 3 30 4 8 1 51 0i 3 82 3i 3 5 2 2 0 23 6 1 5 岁女0 4 1 7 0 3 51 40 4 1 70 4 01 6 0 9 0 31 3 02 41 1 2 72 5 7 3 8 成人男0 6 2 50 4 5 1 20 7 5 00 5 41 21 2 51 5 2 01 9 2 33 02 6 2 3 3 沉积模型 呼吸道的沉积模型要计算出吸入物质在每一个解剖学分区所积沉的份额，该 份额受粒子大小、形状、密度以及解剖学和生理学参数的影响。i c r p - 9 4 年呼吸 道模型的沉积和廓清模型可用图3 所示库室表示，图3 中向左下方的斜箭头表示 沉积，其余箭头表示廓清，“快”和“慢分别表示快廓清和慢廓清。胸腔外区 包括两个直接廓清的解剖学区，即e t 。和e t ：区；沉积在胸区的放射性物质将分 配在b b 和b b 区以及a i 区，沉积在a i 区的物质又被分配在三个慢廓清室。 沉积份额与气溶胶粒子的大小分布、环境、人的年龄、运动状态等有关。 9 f f f f 奢( e t o ：照曼：? ：? 荩基辆 i 鼻、u 咽，喉： ( e t 2 ) ： t 1 支气管区 ： b b ) l 细炎气管区 ! 嘲 ： 肺泡闻质区： l a d t 图3 吸入粒子沉积和廓漓的呼吸道库家模型 2 3 3 全身廓清模型 沉积在呼吸遒中的物质主要靠下述三个途径廓清，吸收入血；通过吞咽进入 露肠道：通过淋巴管进入各区淋巴结。 粒子的转移过程是指物质由呼吸向胃肠道、淋巴结和由呼吸道的一部分向另 一部分的转移。粒子的转移过程与吸收入血的过程是相互竞争的两个过程。不同 物质被血液吸收的速度差别很大。i c r p 9 4 年肺模型将吸入物质根据化合物被血 液呼吸的速率来划分为f 、m 和s 三类，它们分别相应于i c r p 3 0 号出版物中d 、 w 和y 类化合物。 所有粒子向胃肠道和淋巴结转移的速率完全相同。 f 类物质是指快速被血液吸收的物质，快速溶解速率s ，= 1 0 0 d ，半减期t 沈 近似为1 0 m i r am 类物质，指具有中等吸收速率常数的物质，对这类物质来说， 快速吸收分额约为1 0 ，快速溶解速率s ，= 1 0 0 d ，慢速溶解速率s 。= 0 。0 0 5 d ：半 减期t 近似为7 0 0 0 d 。s 类物质，指相对难溶的物质，假定对于大部分( 9 9 9 ) 这类物质，被血液吸收的速率为s ；为0 0 0 0 1 d ，半减期t 近似为7 0 0 0 d ，s 类 物质孛还有0 王笼快速被血液吸收，因此其。= 0 0 0 1 ，s , = 1 0 0 d - 。 上述分类对沉积物质到达血液的数量的影响如下：对于f 类物质来说，几乎 所有沉积在b b 、b b 和a i 区的物质和在e t 。区沉积物质的5 0 被快速吸收，这样， 在酲区沉积的物质的2 5 ( 对用鼻呼吸者) 和5 0 ( x c m 鏊呼吸者) 属于快速吸 收；对于m 类物质来说，在a i 区沉积物质的7 0 最终能进入血液，在b b 和b b 沉积物质的约1 0 ，在e t 。区沉积的物质的5 被快速吸收入血，这样，在e t 区 沉积物质的大约2 ，5 ( 对鼻呼吸者) 和麟( 对口呼吸者) 属快速吸收，对于s 1 0 类物质来说，在e t 、b b 或b b 区内，几乎不被血液吸收，在a i 区沉积物质的 1 0 最终被血液吸收。 对于完全不溶解物质的行经可用图4 所示粒子转移的库室模型描述。廓清模 型指出，沉积在前鼻道e t ，表面的物质假定只靠外来作用( 如擦鼻子) 排出，而 沉积在鼻一口、咽和喉( e t ：) 的物质属于快廓清物质。沉积在所有库室的大部分粒 子都可经气道表面的粒子转移而被运到咽部，在这里被吞咽入胃肠道。沉积在 e t 、b b 和b b 区的一小部分粒子长期滞留在气道壁，这几个区分别用e t 。、b b q 和b b 。来表示。沉积在b b 和b b 区的大部分粒子因粘液纤毛运动而很快被廓清， 这两个快廓清区分别用b b 。和b b 。表示。一部分粒子廓清要慢得多，这两个慢廓 清区分别用b b ：和b b ：表示。沉积在a i 的三个亚区a i ，、a l ：、a i 。的廓清要慢很 多。其转移速率与半转移时间如表8 。 i 揖( e t t ) i - 胸蚴曼臣= 回：= 咆堡回 鼻、口咽、喉 ( e t 2 ) 支气管区 ( b b ) 细支气管区 ( b b ) 肺泡间质区 ( a i ) 图4 粒子在呼吸道各区间转移的库室模型 表8 粒子在呼吸道内的时间依赖转移常数的参考值 2 人类胃肠道模型 2 。l 组成与库室模型 人类胃肠道模型1 仍采用i c r p 3 0 号出版物所推荐的参数。胃肠道划分为四 个部分：胃( s t ，s t o m a c h ) 、小肠( s i ，s m a l li n t e s t i n e ) 、上部大p v 历( u l i ，u p p e rl a r g e i n t e s t i n e ) 、下部大肠( l l i ，l o w e rl a r g ei n t e s t i n e ) ，如图5 所示。 过来的放射性核索 i s t 丸 s l 地， i u l i 也。 l l l i 图5 胃肠道厍室模型 图5 中t 代表体液，允代表指定库室中放射性核素沿相应代谢途径廓清的速 率常数。 2 2 廓清分数与转移速率 假定放射性核素的稳定同位素从小肠向体液的转移分数为z ，则向大肠转移 分数为卜z 肠道其它库室之间的转移分数均视为1 。由于廓清分数与转移速率 常数成正比。则有： z = 矗( 矗+ 五) ( 3 ) 五= 彳九( 1 一石) ( 4 )