張文亮

摘 要：目的：模擬131I治療甲癌過程中患者引起病房內輻射水平隨時間的連續(xù)變化，為甲癌患者在治療期間對病房的防護管理提供參考;方法：利用系統(tǒng)動力學方法建立甲狀腺癌患者治療過程中引起周圍輻射水平變化的動態(tài)模型，分析輻射劑量的變化趨勢;[結果：本文模擬距患者1m處的劑量率與實際監(jiān)測值的誤差在12%以內，在可接受范圍內。根據模擬結果，如果病房內有家屬滯留會引起0.3mSv的內照射;結論：本文建立的模型適用于甲狀腺癌患者治療過程中輻射水平的動態(tài)分析，并能較好的反映出輻射水平隨時間的變化規(guī)律。

關鍵詞：甲癌治療;系統(tǒng)動力學;輻射水平;動態(tài)分析

甲狀腺癌患者在服用放射性131I治療過程中，其對周圍環(huán)境及公眾產生的輻射水平研究較多，[1-5]但都是基于實際監(jiān)測值，只能反映出特定病人、特定時間、特定距離的輻射劑量水平，不能反映出輻射劑量水平隨時間連續(xù)變化情況，而患者在治療過程中周圍輻射劑量水平是連續(xù)變化的。本文建立甲狀腺癌患者在治療過程中周圍輻射劑量水平變化的動態(tài)模型，模擬出輻射劑量水平的連續(xù)變化規(guī)律，這對甲癌治療病房的輻射防護具有參考意義。

1 材料與方法

本文采用系統(tǒng)動力學建立輻射劑量水平的動態(tài)模型。系統(tǒng)動力學最早是由美國麻省理工學院教授Forrester在60年代提出來的，已經廣泛應用于管理、經濟、工程設計等領域，能夠對影響因素聯系緊密的動態(tài)的問題進行定量研究。本文建立的動態(tài)模型包括源項模塊、衰減模塊和劑量模塊，如圖1所示。

1.1 源項模塊

源項模塊是模擬患者體內及病房的131I滯留量。分化型甲狀腺癌約占全部甲狀腺癌的80%以上，[6]本文源項以分化型甲狀腺癌患者為參考，一次性服用5.55×109Bq（150mCi）的Na131I，用于轉移病灶治療，治療前患者的甲狀腺已全部切除?；颊叻盟幬锍跏紩r刻周圍受照劑量主要來源于患者的外照射，隨著患者排汗、呼吸等原因會使病房內131I濃度增加，導致周圍環(huán)境產生額外的外照射，此時病房內如果有家屬等滯留人員還會導致內照射。

1.2 衰減模塊

衰減模塊是模擬源項的動態(tài)變化情況?；颊呖诜?31I后由于核素的自身衰變和參與人體的內循環(huán)，核素在人體內滯留時隨時間而動態(tài)變化。所以患者引起的外照射源項變化主要由于131I自然衰變和患者代謝造成的，分別用自然半衰期和生物半衰期描述，并用公式（1）描述，核素在人體內滯留量用公式（2）描述：

式中：Tr為131I的自然半衰期，h，取8.04天;Tb為131I的生物半衰期，參照Ross等人的研究結果，h，取0.35天[7];q0為0時刻體內放射性核素的活度，Bq;qi為t時刻體內放射性核素的活度，Bq。

患者排汗、呼吸等原因會使病房內131I濃度增加，產生外照射，另外，病房內的通風設施會排出部分131I。所以病房內131I引起的外照射源項變化主要受患者釋放和通風共同影響。由于患者排汗、呼吸均勻，通風設施排出氣體速率也是恒定的，可認為131I濃度變化僅僅由于自然衰變導致。為了簡化計算病房內131I核素的外照射劑量的貢獻，考慮到患者周圍濃度最大，近似將整個病房的131I核素集中在患者處，其活度采用公式（3）計算：

式中：q1為131I核素充滿病房的總活度，[8]Bq;q0為t時刻病房放射性核素的活度，Bq。

1.3 劑量模塊

劑量模塊是模擬患者周圍外照射劑量和內照射劑量，包括劑量率模塊和累積劑量模塊兩個子模塊。外照射劑量包括患者體內131I引起的外照射劑量和病房內131I引起的外照射劑量。如果病房內有滯留人員，還會引起內照射。

1.3.1 劑量率模塊

由于點源模型并不適用于患者體內131I引起的外照射劑量計算，本文采用相關文獻[9]中的方法計算患者體內131I引起的體外輻射劑量率，其表達式分別如公式（4）、（5）、（6）。

病房內131I引起的體外輻射劑量率采用點源近似計算，其表達式分別如公式（7）：

式中：H·0為t時刻病房131I引起環(huán)境的體外輻射劑量率，Sv/h;a為比釋動能的有效劑量轉換系數，對于131I取0.706Sv/Gy[10];K為比釋動能率常數，取1.44×10-17Gy·m2·Bq-1·s-1;r為患者到參考點的距離，m。

1.3.2 累積劑量模塊

外照射累積劑量用公式（8）計算：

式中：E0為t時刻患者及病房內131I外照射的累積劑量，Sv;H·di為t時刻距離患者距離d處患者體內131I引起的體外輻射劑量率，Sv/h。

如果病房內有滯留人員，內照射引起的累積劑量用公式（9）計算：

式中：Ei為內照射引起的累積劑量，Sv;Q（t）為t時刻131I的攝入量，Bq;eT（τ）為內照射引起的累積劑量的轉換系數，Sv/Bq，取2.2×10-8。

總的累積劑量用公式（10）計算：

式中：E為t時刻病房內參考點處累積劑量，Sv;E0為t時刻患者及病房內131I外照射貢獻的累積劑量，Sv。

2 結果

2.1 劑量率

通過患者周圍體外輻射劑量率的模擬值與實際監(jiān)測值進行對比來驗證本文所建立模型的正確性。文獻中給出了不同治療時段病人胸前1米處γ輻射空氣吸收劑量率值，為了便于比較將文獻[11]中的空氣吸收劑量率值轉換成有效劑量率值。在模型輸入條件與文獻中監(jiān)測條件一致的情況下，得出距離病人1米處體外輻射劑量率的模擬值與實際監(jiān)測值對比結果如圖2所示。對比結果表明本文模型在各個時間點的模擬值與實際監(jiān)測值的誤差在12%以內，是在可接受的范圍內的。說明本文所建立的模型能正確反映出患者周圍輻射劑量水平隨時間的變化規(guī)律。

在患者不同距離處的體外輻射劑量率模擬結果如圖3所示。模擬結果表明，體外輻射劑量率隨時間變化衰減很快，在距離病人1m處，患者服藥24小時后衰減到初始值的12%，55小時后體外輻射劑量率低于2.5μSv/h。在病房尺度下，體外輻射劑量率隨距離的衰減幅度比點源模型的幅度小。

2.2 累積劑量

3 討論

通過與實際監(jiān)測值對比，本文建立的模型適用于甲狀腺癌患者治療過程中輻射劑量的動態(tài)分析，并能較好的反映出分化型甲癌轉移病灶131I治療過程輻射劑量的隨時間的變化規(guī)律，對患者出院時間評估和病房輻射防護管理具有參考意義。

影響甲癌患者治療過程中病房內輻射劑量的因素有很多，比如患者個體差異、在病房內位置、病房體積及通風狀況，本文在模型建立過程中對這些影響因素進行了簡化，今后為了模擬更精確的輻射劑量值，需要對這些影響因素進行細化。

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