核医学工作中的辐射防护知识预防

第二章,核医学工作中的辐射防护知识,曹国祥,Chapter 2,辐射防护（radiation protection）的目的就是要把放射线对人的影响减少到最低限度。只有掌握有关射线对人体影响的知识和防护措施，才能趋利避害，化害为利。,古人云：水能载舟，也能覆舟。如：水、电、火、射线等,射线既有有害的一面，也有低剂量兴奋效应的有利一面。,作用于人体的电离辐射可分为天然辐射和人工辐射两大类。来自天然辐射源的电离辐射称为天然辐射（natural background exposure） ，来自人工辐射源或加工过的天然辐射源的电离辐射称为人工辐射。,作用于人体的电离辐射,外照射（ 宇宙线和地球辐射）内照射（宇宙感生和原生放射性核素）,天然辐射,1.天然本底照射,2.工业技术发展变更的天然照射,从宇宙空间进入地球大气层的高能辐射称为初级宇宙线。初级宇宙线与大气层中的原子核相互作用产生的次级粒子和电磁辐射称为次级宇宙线。,宇 宙 线,初级宇宙线：初级银河宇宙线初级太阳宇宙线辐射带,次级宇宙线,太阳,地球,地球辐射,地球上存在的原生天然放射性核素,1.天然存在的放射性系列衰变 ：铀系、锕系和钍系。,系列衰变共同特征：,起始衰变的母体核素有可以与地球年龄相比的半衰期。数十次系列衰变直到成为稳定性铅为止衰变产物均是放射性核素，衰变过程中有放射性氡气（222Rn2）产生。最终变成稳定性铅。,2.40K、14C等单独存在的天然放射性核素,地球存在的天然放射衰变系,钍系（4n系）： 232Th：T1/2 1.411010年； 10次连续衰变后至稳定核素208Pb铀系（4n+2系，铀镭系）： 238U： T1/24.468109年； 14次联系衰变后至稳定核素206Pb锕系（4n+3系，锕铀系）： 235U：T1/2 7.038108年； 11次连续衰变后至稳定核素207Pb,地球辐射对人体的影响,地球辐射对人体的影响有外照射和内照射；衰变系列由于第一代放射性核素有可以与地球年龄相比的半衰期，十多代衰变子体都是放射性核素，故能在地球上长期存在。,综上所述，人类在日常生活中自古以来受到天然存在的各种电离辐射源的照射，而非完全不受照射，因此，应避免不必要的照射和过量照射。,核爆炸核能生产医疗照射其它人工辐射,人 工 辐 射,本底当量时间(background equivalent radiation time),表示接受核医学检查的病人所受的辐射剂量相当于在一定时间（几月或几年）内受的天然本底辐射的剂量。,公众所受辐射照射比例（1993年）,18951898年：伦琴、居里相继发现X射线和镭，均受到辐射伤害。1911年：94例辐射性恶性疾病被报道。1920年：美国成立辐射防护委员会。1921年：发表第一套辐射防护建议书。1950年：确立国际放射防护委员会（ICRP)1954年：ICRP第一次制定剂量限制原则。1958年：ICRP发表第一号出版物。1960年：我国国务院颁布了放射性工作卫生防护暂行规定1974年：颁布放射防护规定1977年：ICRP发表第26号出版物。1984年：颁布放射卫生防护基本标准1984年：电离辐射防护与辐射源安全基本标准,辐射防护简史,第一节 辐射剂量单位,一、照射量,照射量（ exposure，X）是指X或射线在单位质量（dm）的空气中释放出来的所有次级电子，完全被阻在空气中时所产生的同一种符号离子的总电荷量（dQ）。国际制单位为库仑（公斤）-1，简写为C（kg）-1,传统的单位是伦琴(R), 1R=2.58 10-4库仑（公斤）-1 。,单位时间内的照射量称为照射量率，单位为库仑千克-1秒-1（CKg-1S-1）。,二、吸收剂量,吸收剂量（absorbed dose）定义为单位质量的受照物质吸收射线的平均能量。单位是戈瑞（gray，Gy），1GyJ(kg)-1。传统单位是拉德（rad），1 rad 等于0.01 J(kg)-1，即1Gy等于100 rad。,单位时间内的吸收剂量称为吸收剂量率，单位为戈瑞秒-1（GyS-1）。,照射量与吸收剂量的区别和关系,三、当量剂量,当量剂量（equivalent dose，HTR）表示按照辐射权重因子WR加权的吸收剂量，单位为J/kg，它是针对特定组织或器官的量,是衡量射线生物效应（biological effects）及危险度（hazard）的辐射剂量，国际制单位是希沃特（sievert，Sv），旧制单位是雷姆（rem）， 1 Sv = 100 rem。,HTR = DTR . WR,equivalent dose，HTR,有效剂量当量：当考虑的效应是随机效应，在全身受到非均匀照射时，各组织或器官受到危险的剂量当量与相应的权重因子乘积的总和，即为有效剂量当量HE，公式表达为：HE=THTWT，其单位为Sv或rem 。危险度：单位剂量当量所诱发的随机性有害辐射效应的发生机率，称为辐射危险度（risk，r）。,四、有效剂量当量与危险度,第三节 辐射的生物效应,一、确定性效应和随机效应,确定性效应(determinate effect) 是指辐射损伤的严重程度与所受剂量呈正相关，有明显的阈值，剂量未超过阈值不会发生有害效应。一般是在短期内受较大剂量照射时发生的急性损害。,随机效应(stochastic effects) 研究的对象是群体，是辐射效应发生的几率（或发病率而非严重程度）与剂量相关的效应，不存在具体的阈值。,二、辐射损伤的化学基础,产生辐射生物效应的最根本原因是射线与物质的相互作用，导致生物分子电离和激发的直接作用以及由此而产生的自由基（radicals）导致的间接作用。自由基就是有一个或多个不配对电子而能独立存在的原子或分子，具有极高的不稳定性和化学反应性，存在的时间极其短暂，例如OH 自由基半衰期为10-110-9 秒，可以迅速地引起其它生物分子结构的破坏。自由基以在元素符号或分子式的上方注上一个小圆点来表示。,直接作用：放射线与物质（生物大分子）的相互作用导致的生物大分子的电离和激发。间接作用：由电离和激发产生的自由基导致生物大分子的继发作用，主要是水自由基对生物分子的损伤作用。,生物大分子可能受到射线的直接作用，但辐射损伤的化学基础主要是自由基的间接作用。自由基通过以上反应可以直接作用于生物大分子：核酸分子、蛋白质分子等。对核酸分子主要作用于碱基、磷酸二酯键、核糖。通过脂质过氧化作用造成体内包括细胞膜、线粒体膜、溶酶体膜、核膜等生物膜的损伤，使生物膜的能量传递、物质转运、信息识别等功能受到影响。自由基作用于脂肪酸碳链的不饱和键。,人体内，损伤和修复几乎是同时存在的。无论是大分子的损伤还是自由基的产生造成的损伤，体内都有完善的修复与防御机制。损伤因素解除后，机体在短期内就会恢复正常。除了辐射等外源性因素产生自由基以外，正常情况下机体自身生物氧化过程中也生成自由基，机体内存在清除自由基的酶类以达到自我保护的作用。这类酶类统称为抗氧化酶(antioxygen enzymes),主要包括过氧化氢酶(catalase),过氧化物酶(peroxidase), 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)等。,三、氧效应、传能线密度和相对生物效应,氧效应(oxygen effects)和传能线密度(linear energy transfer, LET)对于治疗射线的选择和治疗效果评价以及在辐射防护剂的开发中都有实用意义。 氧效应是指生物组织或分子的辐射效应随组织中氧浓度的增加而增加。 氧效应的大小以在缺氧条件下产生一定生物效应的剂量与有氧条件下产生同样效应的剂量的比值，即氧增强比(oxygen enhancement ratio, OER)来表示。,传能线密度表示带电粒子在某一长度径迹上消耗的能量与该径迹长度之比。实际是指射线在穿过物质时在一个单位长度射程中所产生的离子对数目（电离密度），或引起的能量损失。 LET越大，说明该粒子在单位长度的组织内释放的能量越多，电离密度越大，因而对生物组织和分子的损伤就越大，是衡量射线产生生物效应程度的物理量。 射线产生生物效应的程度受多种因素的影响。在受照辐射剂量相同时，不同的射线种类，分次照射的次数，剂量率以及有氧和无氧等都能影响产生生物效应的大小。,四、低剂量辐射的兴奋效应,（一）Hormesis 的发现,极低浓度的酚化合物反而促进了真菌的生长，把这种现像叫做hormesis；电离辐射一定的低剂量对生命活动的辐射兴奋效应； 经极低剂量（如5075mGy）辐射照射的细胞、脏器或整体动物，当它再接受较大剂量辐射时，能够对辐射损伤产生抗性，增强免疫能力，增强DNA的修复能力和减轻染色体损伤等。,报告的低剂量辐射兴奋效应：,增进动物的生长与发育延长寿命改善幼体存活率改善伤口愈合增强对感染的抵抗力降低致癌机率,五.辐射对机体组织的损伤,（一）组织的辐射敏感性,自然界中不同种类的动物，同种动物的不同个体以及同一个体的不同组织在受到同样剂量的照射时引起的损伤都是不同的。,总的来讲，高等动物比低等动物辐射敏感性高，分裂增殖活跃的细胞、分化程度较低的组织细胞辐射敏感性高。以上的规律也有例外。,（二）造血组织的辐射损伤,造血组织的辐射损伤可以通过外周血细胞的变化反映，易于观测，故有生物剂量仪之称。造血组织损伤的特点：血液系统的辐射损伤主要是造血细胞增殖能力的抑制或丧失。外周血细胞的变化:主要是抑制造血，使血细胞的来源减少，引起外周血细胞数量的下降，较大剂量的照射则能引起血细胞寿命的缩短。白细胞及淋巴细胞绝对数最敏感，早期指标。,淋巴细胞,嗜中性细胞,血紅蛋白,Days,0 10 20 30 40 50 60,血小板,（三）睾丸和卵巢的辐射损伤,精原干细胞精原细胞初级精母细胞次级精母细胞精子细胞到精子 放射线主要抑制精原干细胞和精原细胞的分裂 2. 卵原细胞卵母细胞卵细胞 女性的所有卵原细胞在胚胎时期就已发育到卵母细胞的阶段，故女性性腺的放射敏感性较男性性腺略低,据文献报道，男女受照人员全身，一次1.5 Gy照射时，可引起短时间的生殖能力降低；5.0 Gy 的全身一次照射可引起12年或更长的无生育；一般8.0 Gy 以上的全身一次照射可引起生殖能力难以恢复的损害。,（四）中枢神经系,成年人中枢神经系一旦发生损伤，往往是不可逆的。,1.0 Gy 照射可出现脑电图的异常数10Gy的照射后，可引起脑组织水肿、出血，严重者发生神经细胞坏死等形态学改变，病人出现无力、嗜睡，重者昏迷等症状 。50 Gy 以上的一次大剂量照射，引起受照者全身痉挛，乃至死亡。,(五)消化道,消化道粘膜，特别是小肠绒毛上皮细胞是更新快、增生活跃的组织，辐射敏感性很高，受射线照射后，很快引起上皮细胞的分裂抑制，肠淋巴组织破坏。由于食物残渣等的刺激，易于继发感染。所以受射线照射早期即出现恶心、呕吐、食欲不振，继而出现腹泻、血大便等消化道症状。,(六)皮肤,皮肤也是辐射敏感性较高的组织之一。常见的症状是毛发脱落、指甲发育不良等。较大剂量照射可引起局部红斑、溃疡等。,（七）辐射致细胞凋亡,辐射引起的细胞凋亡具有一般的细胞凋亡的特征等。,防止一切有害的确定性效应。将随机效应的发生机率降低到被认为是可以接受的水平。,一、放射卫生防护的目的,第三节 辐射防护,为了防止必然性效应，就需要制定足够低的剂量当量限值，使之不会达到阈剂量。限制随机性效应，就应使一切具有正当理由的照射保持在可以合理做到的最低水平。,二、放射卫生防护的基本原则,放射实践的正当化。放射卫生防护的最优化。个人剂量的限制。,产生电离辐射的任何实践要经过论证，确认该项实践是值得进行的，即其所致的电离危害同社会和个人从中获得的利益相比是可以接受的。,1.放射实践的正当化（Justification）,2.辐射防护最优化(optimization),任何辐射照射应当保持在可以合理做到的最低水平（as low as reasonably achievable, ALARA)，要避免一切不必要的照射。,3.个人剂量限制（Dose Limitation）,满足正当化和最优化的同时，个人的受照剂量当量不得超过一定的限值，以保证每个职工的生命安全。,防止确定性效应，年剂量当量限值： 眼 晶 体 150 mSv (15rem) 其它单个器官和组织 500mSv (50rem) 限制随机性效应，全身均匀照射的年剂量当量限值： 20mSv (5rem)，最高50mSv/year。,放射性工作人员个人剂量限值,全身非均匀照射：TWTHT50mSv.a-1混和照射：(HE/50 mSva-1)外+i (Ij/ALIj) 1,全 身 5mSv (0.5rem)任何单个器官和组织 50mSv (5rem),公众中个人剂量限值,年当量剂量限值,封闭源：有包壳的、在正常使用情况下不向周围环境扩散的放射性物质，称为封闭型放射性物质或封闭源。开放源：无包壳的、在操作使用时有可能向周围环境扩散的放射性物质，称为开放型放射性物质或开放源。,基本概念,开放型放射性工作：从事“开放源”的放射性操作，在操作期间可能引起内照射危害的工种称之为开放型放射性工作。封闭型放射性工作：从事“封闭源”的放射性操作，在操作期间不可能引起内照射危害的工种称为封闭型放射性工作。,等效年用量：开放型放射性工作单位所用的各种放射性核素的年用量（放射性活度），分别乘以放射性核素毒性组别系数（极毒组为10，高毒组为1，中毒组为0.1，低毒组为0.01），其积之和为该工作单位的等效年用量。,最大等效日操作量：放射性核素的最大日操作量分别乘以各放射性核素的毒性组别系数，其积之和称为该开放型放射性工作场所的最大等效日操作量。,单位的分类：依据等效年用量将开放型放射性工作单位分为一、二、三三类。场所的分级：依据最大等效日操作量将开放型放射性工作场所分为甲、乙、丙三级。,开放型放射性工作的卫生防护,外照射防护技术措施：时间防护，距离防护和屏蔽防护。内照射防护技术措施：预防性措施，安全操作技术，去污染技术和放射性废物的处理。,开放型放射性工作,卫生防护的技术措施,外照射防护的基本依据：距离辐射源某点的照射剂量与辐射源的放射性活度和所受照的时间成正比，与该点与辐射源的距离的平方成反比。 X=At/ R2,外照射防护措施,在人和辐射源之间设置屏蔽以吸收射线的能量，减少人体的受照剂量，这样的防护称为屏蔽防护。屏蔽物质的选择应依据射线的种类和能量而定。,屏蔽防护,一层纸 有机玻璃 混泥土墙,射线的屏蔽防护：射线电离能力强，射程短，穿透能力弱，易屏蔽。射线的屏蔽防护：射线射程长，穿透能力强，电离能力弱。因此，常采用高原子序数的材料。如铅等。 射线的屏蔽防护：射线与物质作用易产生电离、激发、韧致辐射和散射。韧致辐射产生的机率与射线的能量和受照物质的原子序数成正比。因此，射线的屏蔽防护常采用低原子序数的材料进行屏蔽，并在外层辅以铅屏蔽 。,照射量与距离的平方成反比，通过增加操作者与辐射源之间的距离将大大地减少操作者的受照剂量，因此，通过使用先进的生产工具，以增加源于人之间的距离，由此减少操作者辐射负荷的防护称为距离防护。,距离防护,在放射性活度和距离不变时，照射时间越长，则照射量也越大。因此，在满足工作的前提下，应尽量缩短工作时间，并禁止在放射性工作场所逗留，提高操作者的技术熟练程度和操作自动化水平，严格执行安全操作规程。,时间防护,围封隔离去污保洁加强个人防护妥善处理放射性废物,传统内照射防护的基本措施,开放性放射源可能通过口、呼吸道、皮肤伤口进入人体。内照射防护的原则是尽一切可能防止放射性核素进入体，尽量减少实验场所及环境污染，定期进行污染检查和监测，把放射性核素的年摄入量控制在国家规定的限值以内。,内照射防护预防措施,工作单位选址：一、二类开放型放射性工作单位（简称一、二类单位）不得设在市区，以防止污染居民稠密区。第三类开放型放射性工作单位（简称三类单位）及属于二类的医疗单位可设在市区。场所选址：一类单位的工作场所，应设在单独的建筑物内。二、三类单位的工作场所可设在一般建筑物内，但应集中在一层或一端，与非放射性工作场所隔开，有单独出入口。因类设立监督区。新建单位，应在常年风向下风侧。减少对居民区的污染机会。,规定场所布局的三区原则,第一区：直接操作放射性物质的区域。第二区：进行废物处理和检修的区域。第三区：工作人员经常逗留的操纵区。我国规定，甲级工作场所一般应按三区原则布置，设立卫生通过间。,一般放射性工作场所的配置,三区配置：清洁区、中间区和活性区。活性区又按高、中、低活性分室排列。力求合理布局，气流有序，利于去污。,安全操作技术：技术熟练，大胆细心，遵规守法，周密计划，及时去污。去污技术：,去污目的：将放射性污染程度降低到尽可能低的程度，防止辐射危害。具体方法：根据放射性物质及其污染物质表面的的性质选择适当的去污方法。,方法：水洗，吸干，缩固，围封隔离。材料：肥皂，洗涤剂，稀盐酸，毛刷等。,去污：一般性去污和事故性去污两种。,放射性废物的处理：浓缩储存，稀释排放,保健措施：,常规医学监督，放射性工作人员健康要求，其它。,组织措施：,国家对放射工作实行许可登记制度等，制定安全操作规程等，放射事故的组