12. Защита и обустройство рентгеновских кабинетов
advertisement
Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Радиационная защита в диагностике и интервенционной радиологии Л12: Защита и обустройство рентгеновских кабинетов IAEA International Atomic Energy Agency Введение • Предмет: теория конструирования защиты и некоторые относящиеся к ней аспекты • Методы используемые для конструирования защиты и основные методы расчёта IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 2 Темы конструирование оборудования и стандарты безопасности Ограничения доз при обустройстве рентгеновских кабинетов Барьеры и защитные устройства IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 3 Обзор • Ознакомление с требованиями безопасности при конструировании рентгеновских систем и вспомогательного оборудования, защита помещений и соответствующие международные стандарты по безопасности, например, IEC. IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 4 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 12: Защита и обустройство рентгеновских кабинетов Тема 1: конструирование оборудования и нормы безопасности IAEA International Atomic Energy Agency Цель защитных барьеров • Защитить от облучения: • • • • персонал ренгеновского отдела пациентов (когда они не исследуются) посетителей персонал, работающий в смежных помещениях или недалеко от источника излучения IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 6 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 7 Конструирование защитных барьеров (I) Оборудование • Какое оснащение используется? • Общая радиография • Флюороскопия (с применением радиографии и без неё) • Дентальные исследования • Маммография • КТ IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 8 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 9 Конструирование защитных барьеров (III) Использование • Разное рентгеновское оборудование применяется по разному • Например, дентальные установки используют 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 большом числе сканирований за неделю IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 10 Конструирование защитных барьеров (IV) • Общее число мАс, зарегистрированное за неделю, является индикатором суммарной дозы облучения • Используемое напряжение тоже относится к дозе облучения, а также определяет проникающую способность излучения • Высокие значения kVp и мAс означают повышенные требования к защитным барьерам IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 11 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 12 Защитные барьеры – типичное размещение в рентгеновских кабинетах A - G точки, используемые для расчёта барьеров IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 13 Конструирование защитных барьеров (VI) Количество рентгеновских трубок • Некоторые рентгеновские установки могут иметь несколько рентгеновских трубок • Иногда могут использоваться одновременно две трубки для разных направлений пучка • Естественно, это усложняет расчёт защитных барьеров IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 14 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 15 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 16 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов Тема 2: Использование граничных доз при проектировании рентгеновских кабинетов IAEA International Atomic Energy Agency Параметры защитных барьеров (I) P – предполагаемая доза в неделю • Обычно предусматривается 0,3 мЗв в год IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 18 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 19 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) IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 20 Параметры защитных барьеров (IV) 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 21 Параметры защитных барьеров (V) • Для некоторых рентгеновских установок направление рентгеновского пучка не меняется, поэтому фактор использования равен 0 в других направлениях • Примеры: КТ, флюороскопия, маммография • В этих случаях требования к защитным барьерам уменьшаются IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 22 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. IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 23 Параметры защитных барьеров (VII) T – фактор посещаемости • T = доля времени, в течение которого определённое место посещается персоналом, пациентами или населением • T должен выбираться с запасом • T колеблется от 1 для рабочих помещений до 1/20 для туалетов и 1/40 для непосещаемых парковок IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 24 Посещаемость (NCRP 147) Помещение Фактор посещаемости T • Административные офисы, лаборатории, аптеки и другие рабочие помещения, регистратура, посещаемые 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 IAEA 1 1/2 1/5 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 25 Посещаемость (NCRP 147) Фактор посещаемости T Помещение • Двери коридоров • Общественные туалеты, непосещаемые комнаты с автоматами для продажи, хранилища, непосещаемые комнаты ожидания • Места вне помещений для проходящих пешеходов или транспорта, непосещаемые автостоянки, лестничные клетки, непосещаемые лифты IAEA 1/8 1/20 1/40 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 26 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 27 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 ? IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 28 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 29 Примеры объёма работы (NCRP 147) Объём за нед. (W) mA-мин при: 100 kVp 125 kVp Общая рентгенография Флюороскопия (и приц. снимки) Хиропрактика Маммография Дентальные снимки 150 kVp 1000 400 200 750 300 150 1200 500 250 700 при 30 kVp (1500 для проверки грудной железы) 6 при 70 kVp (обычный снимок полости рта) Другие таблицы включают КТ: см. Simpkin (1997) IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 30 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 31 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 32 Параметры защитных барьеров IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 33 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 34 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов Тема 3: Барьеры и защитные устройства IAEA International Atomic Energy Agency Защитные барьеры - конструкция (I) Доступные материалы: • свинец (листовой, просвинцованный винил) • кирпич • Гипс или баритовая штукатурка • Бетонные блоки • Свинцовое стекло/оргстекло IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 36 Защитные барьеры – проблемы конструкции Некоторые проблемы с защитными материалами: • Кирпичные стены – сочленения со строительным 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 37 Проблемы с защитными барьерамисоединения 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 покрывает кирпичную стену по всей толщине IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 38 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 (изза окисления поверхности свинца) IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 39 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 40 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 41 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 42 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 43 Оконные рамы • Свинцовые листы, прикреплённые к стенам, должны быть состыкованы со свинцовыми стёклами • Часто обнаруживаемые 5 см зазоры недопустимы IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 44 Защита дверей и дверных рам IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 45 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 производиться при медленном движении дозиметра IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 46 Проверка защитных барьеров IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 47 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 коголибо, кто помнит что было сделано! IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 48 Резюме • Проектирование защитных барьеров для рентгеновких кабинетов является сложной задачей, которую можно упростить, используя стандартные допущения • Важно сохранять записи для постоянного контроля и улучшения качества защиты при модификации оборудования IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 49 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 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 50 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 Максимальный ток 2,0 мA 125 kVp и 135 градусах (худший случай) 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 Фактор использования U=0,25. Фактор посещаемости T=1,0. Критическое расст. d=2,5 м расчёта рассеяния) IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 51 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 = = = = IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 52 Решение (a) 2/8 Шаг 2. Рассчитайте дозу первичного излучения за неделю на расстоянии 1 м P1 (мАмин/нед.) x (средняя доза на единицу нагрузки мГр/мАмин) 700 x 4,72 3,304 мГр/нед. = = = IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 53 Решение (a) 3/8 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. IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 54 Решение (a) 4/8 Шаг 4. Рассчитайте дозу рассеянного излучения за неделю на критическом расстоянии 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. IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 55 Решение (a) 5/8 Шаг 5. Рассчитайте дозу утечек излучения за неделю на критическом расстоянии 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. IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 56 Решение (a) 6/8 Шаг 6. Просуммируйте дозу из трёх источников радиации Суммарная доза = P+S+L = (132,16 + 5,2 + 0,233) = 137,59 мГр/нед. IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 57 Решение (a) 7/8 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 58 Решение (a) 8/8 Расчёт защитных барьеров Из графика следует, что толщина свинца должна составлять примерно 2,6 мм Фактор ослабления 105 75 кВ 50 100 150 200 kV 250 104 300 кВ 103 102 10 Требуемая толщина свинца 1 IAEA 2 3 4 5 6 7 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 8 mm 59 Вопрос по расчёту защитных барьеров Компьютерная 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 60 Рисунок 1 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 61 Данные для расчёта 1 Допущения Известные данные 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 100 исследований головы за неделю В среднем производится 10 срезов толщиной 10 мм и 5 срезов толщиной 5 мм 2 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 62 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 неделю б)Число 350 мАс, 10 мм срезов головы в неделю = (10 срезов x 100) + [(5 срезов x 100) x (5/10)] = 1250 Отношение 5/10 представляет собой переход от 10 мм срезов к срезам толщиной 5 мм. IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 63 Решение (б) 2/9 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 64 Решение (б) 3/9 Шаг 2. Расчёт фактора пропускания для стены В Из рис. 1 для расстояния от изоцентра 2,5 м доза составляет 1,5 мкГр Следовательно: 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, B B = 0,3/(5,933 мГр x 1 x 52) B = 9,7х10-4 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 65 Решение (б) 4/9 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 66 Решение (б) 5/9 Толщина требуемого материала (свинца) x для обеспечения желательного фактора пропускания может быть рассчитана по формуле B 1 / ) 1 x ln 1 ( / ) 1 0.5703 B 1 ( / ) 316.5991 1 ( / ) 5.0991 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 67 Решение (б) 6/9 x= x= IAEA 0,5703 x ln(316,5991/5,0991) 2,35 мм свинца 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 68 Решение (б) 7/9 Указанные коэффициенты рассчитаны для бетона при 120 kVp при использовании таблицы 4,6 of BIR (2000)¹ = 0,0359 = 0,0696 = 0,7302 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 69 Решение (б) 8/9 Толщина требуемого материала (свинца) x для обеспечения желательного фактора пропускания может быть рассчитана по формуле 1 1 B / ) x ln 1 ( / ) 1 380519 IAEA B ( / ) 314.4338 1 1 ( / ) 2.9338 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 70 Solution (b) 9/9 x = 38,0519 x ln(314,4338/2,9338) x = 177,8727 мм бетона IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 71 Ссылки: 1. Radiation Shielding for Diagnostic X-Rays (2000), Ed. 2. 3. D.G. Sutton and J.R. Williams, Pub. BIR. IAEA Training Material, Diagnostic Radiology, L.12.1, slide 16 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 72 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 IAEA 12: Защита и дизайн рентгеновских кабинетов 73
