双平板DSA辅助防护设施改进及屏蔽效果评价研究
引言
数字减影血管造影（Digital Subtractive Angiography，DSA）技术已广泛应用于脑血管、心血管及外周血管等方面的临床诊疗[1]。介入手术中，职业人员需要在患者的床侧进行操作，距离X射线球管近，透视时间长，不易防护，导致介入放射工作人员受到较大的辐射照射[2-3]。不同介入放射工作人员在手术中的操作位置不同，其中第一术者位、第二术者位和第三术者位是介入辐射防护的重点对象[4-9]。国内外已有学者从辐射剂量学角度对介入职业人员受到的电离辐射水平进行了研究，证实了大角度旋转投照时，介入职业人员所在位置辐射剂量会有明显的提升[10-15]，而且介入职业人员的放射防护与辐射安全已成为介入诊疗和放射防护领域关注的焦点[16-18]。
神经介入诊疗是目前评估和治疗脑血管疾病的最有效手段之一，由于神经介入手术的复杂性，经常需要双平板DSA的正侧位X射线球管同时曝光，并根据病灶位置调整X射线投照角度。现有的防护设施是根据单球管DSA设计的，在使用双平板DSA的神经介入诊疗工作中不能起到很好的防护作用[4]。本研究提出了双平板DSA辅助防护用品的改进方案，测量了辅助防护设施改进后的防护效果，并根据研究结果为介入职业人员的放射防护提出了合理建议。
1 材料与方法
1.1 DSA设备
使用美国GE公司的Innova IGS 630型双平板DSA设备。
1.2 防护改进方案
（1）标配防护：DSA设备标准配备的辅助防护设施包括悬挂吊屏和床侧铅帘如图1所示。悬挂吊屏铅当量为0.5 mmPb，尺寸为760 mm×600 mm；床侧铅帘铅当量为0.5 mmPb，尺寸为80 cm×120 cm。
图1 DSA标配防护示意图
（2）辅助防护设施改进：DSA标配的铅玻璃吊屏较小，对于双平板DSA的侧位球管射线无法有效防护。改进后辅助防护设施（图2）由移动主屏风和悬挂侧屏风组成，铅当量均为2 mmPb。移动主屏风尺寸为90 cm×190 cm，由铅板和和镶嵌在屏风上半部分的铅玻璃组成，铅玻璃尺寸为70 cm×80 cm；悬挂侧屏风通过可以转动的轴与主屏风相连，由铅玻璃和铅帘组成，尺寸分别为80 cm×40 cm和80 cm×30 cm。移动主屏风装有万向轮，方便移动；悬挂侧屏风可以绕轴转动和上下移动，方便介入职业人员根据手术情况改变防护位置。辅助防护设施配合DSA设备固有的床侧铅帘，完善了介入职业人员的防护措施。
图2 防护设施改进后示意图
1.3 测量仪器与方法
（1）测量仪器：使用白俄罗斯ATOMTEX公司生产的AT1123型辐射剂量监测仪，对介入手术中职业人员操作位剂量水平进行测试。实验所用辐射剂量监测仪经中国计量科学研究院计量检定合格。
（2）测试模体：使用国家卫生行业标准“医用X射线诊断设备质量控制检测规范”(WS 76-2020)[19]规定的标准水模，尺寸为300 mm×300 mm×200 mm，内装自来水。测试时依据WS76-2020规定的检测方法，在水模表面附加1张1.5 mm厚度的铜板[19]。
（3）测试位点：模拟神经介入手术操作，将水模体置于检查床头部位置，正侧位球管对准水模体，保证实验过程中床的位置、高度和角度均不变，介入职业人员防护设施摆位参照正常手术时位置，模拟介入人员进行股动脉穿刺的操作位置，第一术者位距离球管60 cm，第二术者位距离球管120 cm，第三术者位距离球管180 cm（一般为床侧控制台位置）；三个术者位距离床10 cm。选取距地面高度分别为20、40、60、80、105、125、140、155和180 cm的9个点位，高度固定位置以输液架标记[20]。
（4）透视条件：选择头颅-颈动脉（Head-Carotids），脉冲透视15帧/s，自动曝光控制（Automatic Exposure Control，AEC）模式，双球管同时曝光，以下角度每隔10°采集一组数据，每次曝光5 s，重复3次，取监测仪显示稳定后的平均值作为测量值[11]。透视分两种情况：① 保持侧位球管固定在初始位置（LAO方向90°，CAU方向0°），改变正位球管的投照角度；正位球管C臂沿体轴右侧旋转（LAO）角度范围为-20°～30°，C臂沿垂直轴足向旋转（CAU）角度范围为-20°～30°。正位球管曝光参数为90 kV，19.5 mA，侧位球管曝光参数为92 kV，18.4 mA；② 保持正位球管固定在初始位置（LAO方向0°，CAU方向0°），改变侧位球管的投照角度；侧位球管LAO角度范围为70°～110°，CAU角度范围为-20°～20°；正位球管曝光参数为90 kV，19.5 mA，侧位球管曝光参数为92 kV，18.4 mA。
1.4 统计分析方法
采用SPSS 22.0软件进行统计分析，分别统计在DSA设备标配防护（悬挂吊屏和床侧铅帘）和改进辅助防护设施情况下第一、第二、第三术者位平面不同高度位置的辐射剂量值。对所得数据进行配对t检验，检验结果以P<0.05有统计学意义。
同一位置防护设施改进前和改进后的辐射剂量值分别记为A和B，按公式(1)计算屏蔽效率α。
2 结果
2.1 改进的辅助防护设施在正位球管不同投照角度的屏蔽效率
使用标配防护设施时，介入职业人员位置所在平面的辐射剂量水平，第一术者位平均值825.47 μSv/h、最大值3200 μSv/h（LAO 30°、距地180 cm），第二术者位平均值719.79 μSv/h、最大值 2980 μSv/h（CAU -20°、距地 125 cm），第三术者位平均值699.19 μSv/h、最大值2980 μSv/h（CAU-10°、距地125 cm）；辅助防护设施改进后，介入职业人员位置所在平面的辐射剂量水平均小于400 μSv/h，第一术者位平均值 96.26 μSv/h、最大值 210 μSv/h（LAO -20°、距地105 cm），第二术者位平均值147.20 μSv/h、最大值343 μSv/h（CAU -20°、距地125 cm），第三术者位平均值148.66 μSv/h、最大值 320 μSv/h（LAO -20°、距地 105 cm）。
计算改进的防护设施相较于标配防护设施的屏蔽效率，见表 1～2。
表1 正位球管LAO方向不投照角度术者位距地不同高度的屏蔽效率
术者位 距地检测位点/cm正位球管LAO投照角度屏蔽效率/%-20° -10° 0° 10° 20° 30° 最大值 最小值 平均值第一术者位20 94.9 94.9 79.6 71.3 53.4 88.2 94.9 53.4 80.4 40 96.5 94.9 85.6 69.5 66.7 91.3 96.5 66.7 84.1 60 97.6 94.7 86.9 74.2 75.0 93.1 97.6 74.2 86.9 80 93.2 95.5 78.6 69.6 81.8 93.7 95.5 69.6 85.4 105 69.1 82.7 33.3 22.0 61.5 84.9 84.9 22.0 58.9 125 89.6 98.4 37.5 41.5 59.2 90.4 98.4 37.5 69.4 140 95.1 88.5 40.7 40.2 78.5 90.3 95.1 40.2 72.2 155 92.3 94.8 47.8 59.6 74.5 96.2 96.2 47.8 77.5 180 84.9 96.8 42.0 54.5 57.7 96.3 96.8 42.0 72.0第二术者位20 83.0 86.3 54.9 34.0 29.9 79.8 86.3 29.9 61.3 40 86.7 88.0 70.0 46.4 39.6 87.3 88.0 39.6 69.7 60 86.8 90.1 65.7 48.3 50.9 76.7 90.1 48.3 69.8 80 79.5 88.7 86.0 35.5 12.3 82.1 88.7 12.3 64.0 105 68.9 81.6 46.3 45.8 44.3 53.6 81.6 44.3 56.8 125 82.5 78.4 73.8 58.8 49.1 81.5 82.5 49.1 70.7 140 84.4 71.9 79.0 65.6 75.6 89.2 89.2 65.6 77.6 155 74.7 65.9 74.0 76.2 89.9 91.9 91.9 65.9 78.8 180 71.6 72.2 76.3 68.1 85.2 92.8 92.8 68.1 77.7第三术者位20 85.5 88.0 56.3 17.9 10.1 61.3 88.0 10.1 53.2 40 78.4 82.3 37.5 12.7 21.4 83.0 83.0 12.7 52.5 60 83.3 82.2 82.1 24.2 17.6 90.2 90.2 17.6 63.3 80 92.4 91.7 94.5 91.6 90.3 79.5 94.5 79.5 90.0 105 80.4 87.7 78.6 80.8 88.1 84.0 88.1 78.6 83.3 125 61.6 85.5 74.0 71.8 56.3 86.2 86.2 56.3 72.6 140 84.1 79.4 68.2 62.7 48.8 93.1 93.1 48.8 72.7 155 84.8 83.4 74.1 61.0 70.5 86.7 86.7 61.0 76.7 180 86.4 85.3 63.8 59.6 76.7 84.9 86.4 59.6 76.1
表2 正位球管CAU方向不投照角度术者位距地不同高度的屏蔽效率
术者位 距地检测位点/cm正位球管CAU投照角度屏蔽效率/%-20° -10° 0° 10° 20° 30° 最大值 最小值 平均值第一术者位20 94.4 92.3 79.6 94.5 95.2 94.7 95.2 79.6 91.8 40 93.9 93.9 85.6 91.9 95.2 94.1 95.2 85.6 92.4 60 93.6 94.1 86.9 91.9 94.9 93.7 94.9 86.9 92.5 80 95.0 95.8 78.6 90.2 90.7 93.6 95.8 78.6 90.7 105 82.2 84.6 33.3 69.8 73.7 84.8 84.8 33.3 71.4 125 89.0 91.9 37.5 88.1 82.5 88.2 91.9 37.5 79.5 140 93.1 89.9 40.7 89.5 82.8 90.9 93.1 40.7 81.2 155 87.2 82.9 47.8 88.5 89.6 91.8 91.8 47.8 81.3 180 89.7 90.0 42.0 89.3 90.0 95.2 95.2 42.0 82.7第二术者位20 87.6 81.8 54.9 86.8 82.1 75.2 87.6 54.9 78.1 40 85.7 79.2 70.0 81.9 84.2 77.6 85.7 70.0 79.8 60 83.4 76.6 65.7 70.2 78.8 71.7 83.4 65.7 74.4 80 92.9 90.4 86.0 78.9 81.7 73.2 92.9 73.2 83.8 105 77.6 71.3 46.3 38.8 64.3 80.9 80.9 38.8 63.2 125 88.5 87.5 73.8 48.6 80.3 86.5 88.5 48.6 77.5 140 87.5 88.5 79.0 43.5 83.4 85.6 88.5 43.5 77.9 155 81.9 82.7 74.0 72.5 78.8 87.0 87.0 72.5 79.5 180 79.7 87.6 76.3 79.8 88.8 77.4 88.8 76.3 81.6第三术者位20 82.1 53.5 56.3 55.7 63.1 62.8 82.1 53.5 62.3 40 82.0 56.3 37.5 48.0 59.8 59.8 82.0 37.5 57.2 60 84.5 66.5 82.1 78.7 81.4 75.1 84.5 66.5 78.1 80 92.3 95.2 94.5 94.9 93.4 80.4 95.2 80.4 91.8 105 79.3 89.0 78.6 72.7 67.7 54.3 89.0 54.3 73.6 125 79.9 89.1 74.0 51.2 80.2 76.6 89.1 51.2 75.2 140 83.6 82.5 68.2 35.1 69.3 74.4 83.6 35.1 68.8 155 80.3 70.2 74.1 40.0 58.3 65.6 80.3 40.0 64.7 180 84.5 81.2 63.8 65.6 70.9 80.0 84.5 63.8 74.4
从表1～2可以看到，防护设施改进后，当正位球管投照角度改变时，第三术者位距地80 cm及以下位置部分点位屏蔽效率较其他点位略低，主要是因为第三术者位距离球管较远，DSA设备的正位球管位于床的下方，在此位置散射线起主要作用，而对于散射线的防护，主要依靠介入职业人员对铅衣、铅帽和铅围脖等个人防护用品的正确使用。正位球管在LAO方向正角度旋转时屏蔽防护效果明显低于负角度，主要是因为正位球管LAO方向正角度旋转时，X射线投照方向为术者站立侧，主射线起主要作用，因此在DSA的使用中应避免球管朝术者位置方向照射。
2.2 改进的辅助防护设施在侧位球管不同投照角度的屏蔽效率
使用标配防护设施时，介入职业人员位置所在平面的辐射剂量水平，第一术者位平均值886.13 μSv/h、最大值9700 μSv/h（CAU -20°、距地155 cm），第二术者位平均值367.41 μSv/h、最大值1160 μSv/h（CAU 20°、距地125 cm），第三术者位平均值341.4 μSv/h、最大值1030 μSv/h（LAO 70°、距地80 cm）；辅助防护设施改进后，介入职业人员位置所在平面的辐射剂量水平均小于400 μSv/h，第一术者位平均值98.41 μSv/h、最大值200 μSv/h（LAO 90°、距地125 cm），第二术者位平均值134.39 μSv/h、最大值385 μSv/h（LAO 70°、距地125 cm），第三术者位平均值132.72 μSv/h、最大值270 μSv/h（LAO 90°、距地140 cm）。
计算改进的防护设施相较于标配防护设施的屏蔽效率，见表 3～4。
表3 侧位球管LAO方向不投照角度术者位距地不同高度的屏蔽效率
术者位 距地检测位点/cm侧位球管LAO投照角度屏蔽效率/%70° 80° 90° 100° 110° 最大值 最小值 平均值第一术者位20 86.0 93.9 79.6 86.8 92.4 93.9 79.6 87.7 40 87.3 93.3 85.6 84.6 91.3 93.3 84.6 88.4 60 84.5 92.6 86.9 89.8 90.2 92.6 84.5 88.8 80 86.1 92.1 78.6 90.2 82.9 92.1 78.6 86.0 105 73.7 76.3 33.3 77.6 76.9 77.6 33.3 67.6 125 65.3 81.4 37.5 83.8 88.9 88.9 37.5 71.4 140 67.5 83.2 40.7 85.6 80.7 85.6 40.7 71.5 155 65.3 86.9 47.8 86.9 75.3 86.9 47.8 72.5 180 82.5 96.3 42.0 86.9 81.1 96.3 42.0 77.8第二术者位20 73.4 83.9 54.9 70.1 29.9 83.9 29.9 62.4 40 80.5 85.8 70.0 60.2 22.7 85.8 22.7 63.8 60 83.4 84.1 65.7 53.3 39.1 84.1 39.1 65.1 80 88.5 90.5 86.0 77.7 52.7 90.5 52.7 79.1 105 49.2 60.0 46.3 56.6 16.1 60.0 16.1 45.6 125 8.3 40.0 73.8 61.4 18.4 73.8 8.3 40.4 140 14.7 40.4 79.0 64.9 13.9 79.0 13.9 42.6 155 30.3 18.8 74.0 59.8 44.8 74.0 18.8 45.6 180 80.4 52.1 76.3 80.7 71.7 80.7 52.1 72.3第三术者位20 70.0 72.6 56.3 37.1 4.3 72.6 4.3 48.1 40 72.6 71.9 37.5 43.2 9.0 72.6 9.0 46.8 60 74.8 65.3 82.1 32.1 55.8 82.1 32.1 62.0 80 92.5 86.5 94.5 93.7 90.1 94.5 86.5 91.5 105 61.6 53.2 78.6 81.1 75.8 81.1 53.2 70.0 125 57.2 66.4 74.0 49.4 42.1 74.0 42.1 57.8 140 50.2 56.3 68.2 43.4 50.9 68.2 43.4 53.8 155 44.3 44.1 74.1 28.1 27.7 74.1 27.7 43.7 180 43.8 47.0 63.8 49.4 49.6 63.8 43.8 50.7
表4 侧位球管CAU方向不投照角度术者位距地不同高度的屏蔽效率
术者位 距地检测位点/cm 侧位球管CAU投照角度屏蔽效率/%-20° -10° 0° 10° 20° 最大值 最小值 平均值第一术者位20 70.9 83.7 79.6 95.5 92.8 95.5 70.9 84.5 40 72.5 86.1 85.6 96.2 93.0 96.2 72.5 86.7 60 77.0 86.6 86.9 93.3 92.8 93.3 77.0 87.3 80 83.2 85.8 78.6 88.2 93.4 93.4 78.6 85.9 105 69.3 53.8 33.3 71.4 76.3 76.3 33.3 60.8 125 89.6 70.4 37.5 76.5 84.5 89.6 37.5 71.7 140 98.4 85.7 40.7 84.1 83.9 98.4 40.7 78.6 155 98.7 88.4 47.8 90.1 88.2 98.7 47.8 82.6 180 99.0 81.6 42.0 90.6 93.3 99.0 42.0 81.3第二术者位20 50.0 53.7 54.9 80.8 95.2 95.2 50.0 66.9 40 35.3 63.9 70.0 68.1 94.4 94.4 35.3 66.3 60 52.0 70.6 65.7 74.1 93.7 93.7 52.0 71.2 80 85.3 69.5 86.0 72.6 83.8 86.0 69.5 79.4 105 43.8 23.8 46.3 19.4 47.9 47.9 19.4 36.2 125 62.6 28.2 73.8 29.8 79.7 79.7 28.2 54.8 140 52.0 29.3 79.0 29.7 63.7 79.0 29.3 50.7 155 49.7 56.9 74.0 38.0 58.2 74.0 38.0 55.4 180 82.1 70.0 76.3 63.3 74.4 82.1 63.3 73.2第三术者位20 36.8 27.9 56.3 32.8 87.6 87.6 27.9 48.3 40 54.1 34.4 37.5 27.7 82.3 82.3 27.7 47.2 60 77.0 40.0 82.1 42.2 74.1 82.1 40.0 63.1 80 83.8 58.0 94.5 80.9 82.2 94.5 58.0 79.9 105 54.1 10.6 78.6 37.2 40.3 78.6 10.6 44.1 125 26.8 13.7 74.0 14.0 12.1 74.0 12.1 28.1 140 27.2 8.2 68.2 7.5 59.5 68.2 7.5 34.2 155 31.0 18.1 74.1 3.4 10.0 74.1 3.4 27.3 180 24.8 32.9 63.8 27.5 21.9 63.8 21.9 34.2
由表3～4可以看出，防护设施改进后，第一术者位和第二术者位距地105 cm及以下位置的辐射剂量均有60%以上的降低，主要是因为移动主屏风恰好位于侧位球管与术者之间，起到了很好的防护作用。第二术者位和第三术者位当球管在LAO方向旋转时屏蔽效果改善不是很突出，尤其在距地125 cm以上位置，主要是因为悬挂侧屏风和DSA标配悬挂吊屏面积相差不大，对散射线屏蔽效果基本无差异。
2.3 辅助防护设施改进前后辐射剂量值的统计分析
为验证辅助防护设施的改进效果，比较改进前后第一、第二和第三术者位平面所有检测点的辐射剂量，数据配对t检验结果，见表5。
表5 辅助防护设施改进前后辐射剂量统计分析
测试平面 t值 P值第一术者位 14.31 <0.001第二术者位 13.45 <0.001第三术者位 9.11 <0.001
3 讨论
我国卫生行业标准“医用X射线诊断设备质量控制检测规范”(WS 76-2020)[19]中规定介入手术中透视防护区职业人员位置所在平面辐射剂量水平应不大于400 μSv/h，同时要为职业人员配备个人防护用品和辅助防护设施[16]。本研究组前期研究结果表明，采用DSA标配防护，双平板DSA同时曝光时，介入职业人员腰部以上位置辐射剂量均超过了国家规定限值。黄卓等[13,15]、李文炎等[14]和徐辉等[20]的研究结果也表明现有根据单球管DSA设计的防护设施，在双平板DSA中不能为介入职业人员起到很好的防护作用。
由于神经介入手术的操作复杂性，辅助防护设施既要起到有效防护作用，又不能影响介入职业人员的手术操作。通过对DSA标配防护下各术者位平面辐射剂量水平的检测结果进行分析发现，因悬挂吊屏面积较小，正侧位球管在LAO方向大角度旋转投照时，术者位平面的辐射剂量会有明显的提升；同时因悬挂吊屏为了配合治疗设有一缺口，在侧位投照方向造成了部分区域辐射剂量明显偏高。侧位球管位置与术者同侧，当其大角度旋转时，三个术者位平面均无有效防护。针对以上防护漏洞，本研究合理增加了辅助防护设施，对辅助防护设施的面积和形状进行了针对性设计。改进的辅助防护设施无需在机房施工即可随时使用，术者可根据手术情况任意调整悬挂侧屏风的位置，并可与标配悬挂屏风搭接，有效增加防护面积；连接于主屏风的悬挂侧屏风下部设有铅防护帘，能够有效避免防护空缺。辅助防护设施的改进方案同时兼顾了防护效果和使用便利性，并可与DSA标配防护设施的搭配使用避免资源浪费。
辅助防护设施改进后，介入职业人员位置所在平面的辐射剂量水平均小于400 μSv/h，屏蔽效果显著，介入职业人员腰部以上位置屏蔽效率为37.5%～96.2%；尤其对于第一术者和第二术者，距地105 cm及以上位置的屏蔽效率达到60%；与标配防护下的数据相比，第一、第二、第三术者位平面的辐射剂量均具有统计学差异（P<0.001），有效降低了介入职业人员的辐射剂量，确保了辐射安全。同时，本研究结果也显示，对于散射线的防护，仍然主要依靠介入职业人员对铅衣、铅帽和铅围脖等个人防护用品的正确使用。
4 结论
综上所述，改进后的辅助防护设施可明显降低术者受到的辐射剂量，尤其是对第一术者和第二术者的防护效果良好，且移动方便，不影响手术操作。同时，介入职业人员仍应注意铅衣、铅帽和铅围脖等个人防护用品的使用，操作中尽量远离球管位置，避免X射线朝术者位置方向照射。
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