额部间隙大小对套戴于处方眼镜外的铅防护眼镜眼防护效果的影响：一项 Monte Carlo 模拟研究

《MEDICAL PHYSICS》：Influence of forehead gap size on eye protection provided by lead eyewear worn over prescription glasses: A Monte Carlo study

　　

背景：由于暴露于高水平散射电离辐射，介入放射学（interventional radiology, IR）医师发生辐射诱导眼损伤和白内障的风险升高。既往研究评估了常规铅眼镜的防护效果，并推荐改善眼部辐射防护的措施。然而，套戴式眼防护——佩戴于处方眼镜外的铅防护眼镜——的防护效果尚未得到充分检验。重要的是，既往研究指出，为容纳处方眼镜所需的空间可能降低眼防护。目的：研究人员进行蒙特卡罗（Monte Carlo, MC）模拟，以量化套戴式眼防护的防护效果，并评估在常规铅眼镜上增加底部屏蔽以提高眼防护的相对有效性。方法：对由前镜片和侧镜片组成的常规铅眼镜，以及带塑料镜片和钛镜架的处方眼镜进行建模。通过在不增加总镜片面积的情况下弯曲常规眼防护前镜片的下缘，创建带底部屏蔽的铅眼镜。测试三种铅镜片厚度值：0.07、0.5和0.75 mm。使用代表成年男性的网格型参考计算体模（mesh-type reference computational phantom）模拟IR医师，在经导管动脉化疗栓塞（transcatheter arterial chemoembolization, TACE）装置中开展MC模拟。使用粒子与重离子输运代码系统（Particle and Heavy Ion Transport code system, PHITS）计算沉积于每个眼敏感体积的辐射剂量。前额与前铅镜片之间的距离（d）系统变化。防护效果用屏蔽率（%）评价，计算公式为：(1?D_pr/D₀) × 100，其中D₀为无防护时的辐射剂量，D_pr为有眼防护时的剂量。结果：对于靠近X射线源的眼（左眼），当铅厚度为0.5或0.75 mm且d≤0.5 cm时，常规模型显示屏蔽率>50%。当d=0.5 cm时，常规0.07-mm铅眼防护的屏蔽率<50%；当d≥0.8 cm时<26%。然而，带底部屏蔽的0.07-mm铅眼防护在d增至1.0 cm时仍维持约50%屏蔽。使用0.5或0.75-mm铅镜片并带底部屏蔽的模型在d=1.0 cm时屏蔽率>76%。值得注意的是，无论是否引入底部屏蔽，右眼屏蔽率均<12%。无防护时右眼剂量为左眼晶状体剂量的45–48%。结论：通过量化镜片间隙大小与屏蔽率之间的关系，本研究估算了套戴式眼防护的防护效果，并可帮助IR医师选择合适的眼防护。研究人员的发现表明，带底部屏蔽的套戴式眼防护在后前位投影（posterior-anterior projection）期间可有效保护左眼。尽管引入底部屏蔽可在提高左眼屏蔽率方面改善常规侧屏蔽模型，但由于鼻周间隙，右眼屏蔽率仍较低。可能需要进一步研究在鼻部上方设置屏蔽覆盖的新设计。

研究背景：介入放射学（interventional radiology, IR）操作因低侵入性和广泛适用性而被广泛使用，但长时间、重复透视可使患者发生辐射诱导皮肤损伤，并使IR医师受到高水平散射辐射，导致辐射诱导眼损伤和白内障风险升高。国际放射防护委员会（International Commission on Radiological Protection, ICRP）于2011年将白内障阈值剂量降至0.5 Gy，并建议将眼晶状体职业当量剂量限值降为“5年平均20 mSv/年，任何单年不超过50 mSv”。IR操作中悬吊屏可屏蔽初级操作者的大部分散射光子，但定位不当会降低防护，因此推荐与铅（Pb）眼防护联合使用。既往研究通过临床环境、体模实验和蒙特卡罗（Monte Carlo, MC）模拟评估常规铅眼防护，但佩戴于处方眼镜外的套戴式眼防护研究较少。既往体模研究评估了0.75 mm Pb前镜片和0.5 mm Pb侧屏蔽的套戴式眼防护，指出铅镜片与头之间间隙及厚度>0.5 mm铅镜片重量等限制，且未佩戴处方眼镜，未计入处方眼镜自身防护。后续体模研究使用0.07 mm Pb当量底部屏蔽，发现可屏蔽约70%来自左侧和下方入射X射线，并提示塑料处方眼镜前框可衰减光子。但0.07 mm Pb底部屏蔽在临床环境中的有效性仍不清楚；铅眼防护贴合不良时防护下降，而间隙大小与套戴式眼防护防护效果的关系尚未研究。由于铅镜片与头距离随套戴式眼防护和处方眼镜组合而变化，需考虑较大间隙所致防护下降及处方眼镜潜在光子衰减。为此，研究人员开展MC模拟建模临床装置：套戴式眼防护佩戴于处方眼镜外，系统改变铅镜片与前额距离，并制作不同Pb厚度底部屏蔽的套戴式眼镜，与常规侧屏蔽模型比较，以评估常用眼防护模型在实际贴合条件下的防护效果并明确底部屏蔽的增强作用。

关键技术方法（不超过250字）：研究人员采用MC模拟，使用粒子与重离子输运代码系统（Particle and Heavy Ion Transport code system, PHITS）v3.350计算眼晶状体敏感体积剂量；以网格型参考计算体模成年男性（mesh-type reference computational phantom representing an adult male, MRCP-AM）代表IR医师；基于经导管动脉化疗栓塞（transcatheter arterial chemoembolization, TACE）装置建立介入手术室几何，X射线管电压80 kVp、附加过滤2.9-mm Al、后前位（posterior-anterior, PA）照射，源-表距离57 cm，源-影像接收器105 cm，照射野40×40 cm²；用SpekPy 2.5.3生成X射线能谱；建立前-侧镜片（front-side lens, FSL）和前-侧-底镜片（front-side-bottom lens, FSBL）模型及处方眼镜模型，系统设置前额与前铅镜片距离d=0.5–2.0 cm；屏蔽率按(1?D_pr/D₀)×100计算。未使用临床患者队列，采用参考体模与简化TACE装置。研究人员先比较kerma近似与PHITS-EGS计算，差异在诊断能量范围内较小，故采用kerma近似。

研究结果：3.1 额部与前铅镜片间隙对眼防护的影响：通过比较不同d下左眼屏蔽率，发现0.5 mm与0.75 mm镜片屏蔽率差异小；0.07 mm Pb FSBL模型屏蔽率高于0.5和0.75 mm Pb FSL模型；FSL模型在0.5或0.75 mm Pb且d=0.5 cm时屏蔽率>50%，而FSBL模型在0.07 mm Pb时d≤1.0 cm维持约50%或更高，在0.5和0.75 mm Pb时d≤1.3 cm维持约50%或更高；0.5和0.75 mm Pb FSBL模型在d≤1.0 cm时屏蔽率>76%。右眼屏蔽率<12%，各模型间相似且随d变化仍低，随Pb厚度增加增幅有限。3.2 左、右眼晶状体剂量比较：通过将防护后眼晶状体剂量归一化到无防护左眼剂量，发现随d减小左眼剂量降低并接近右眼；无防护时右眼剂量为左眼晶状体剂量的45–48%；FSL模型在d≥0.8 cm时左眼剂量高于右眼，d=0.5 cm时与右眼相当或更高；0.5或0.75 mm Pb FSBL模型在d≤1.3 cm时左眼剂量低于右眼。3.3 散射光子空间分布：通过展示d=1 cm时若干x–y和y–z平面的散射光子注量分布，发现散射光子主要分布于左侧；左眼受前屏蔽和侧屏蔽保护，仅少量光子到达处方眼镜；FSBL模型因底部屏蔽进一步降低左眼入射散射光子注量；右眼无论有无底部屏蔽，散射光子均经鼻周间隙到达；还观察到散射光子于z=77和78 cm入射右眼镜片和镜架。3.4 处方眼镜的眼晶状体防护效果：通过比较有/无处方眼镜时铅眼防护屏蔽率及处方眼镜单独屏蔽率（前额与前铅镜片距离保持0.5 cm，处方眼镜桥与前额距离0.3 cm），发现左眼有/无处方眼镜差异小；右眼防护有增加趋势，但处方眼镜单独屏蔽率仅3.4%；左眼处方眼镜单独屏蔽率为?0.33%。

讨论部分总结：原文指出，常规套戴式铅眼防护底部需留间隙以容纳处方眼镜，贴合不良可产生额外间隙；该研究通过MC模拟考察前额与前铅镜片距离增加时的防护效果及底部屏蔽作用，为选择合适套戴式铅眼防护提供信息，并支持在不增加总镜片面积或Pb当量厚度情况下引入底部屏蔽改进常规侧屏蔽模型。既往研究报道TACE中仅用悬吊屏蔽屏而无眼防护时左眼剂量为每例240 μSv，相当于每年最多83例不超过20 mSv/年，故使用铅眼镜并进一步改善眼防护很重要。4.1 额部与前铅镜片间隙影响：FSBL模型在不增加总镜片面积下左眼防护优于FSL模型；FSBL在0.5或0.75 mm Pb、距离1.3 cm时屏蔽率约50%或更高，而FSL仅在0.5或0.75 mm Pb、距离0.5 cm时超过50%。这与Silva et al.报道在下缘增加屏蔽可改善左眼防护一致，可能因IR中散射光子可从下方经铅镜片与面颊间隙到达眼；空间分布显示进入左眼光子被底部屏蔽遮挡。0.07 mm Pb FSBL高于0.75 mm Pb FSL说明优化镜片形状可改善防护。ICRP保守剂量减少因子（dose reduction factor, DRF；无防护剂量除以有铅眼防护剂量）对0.75 mm Pb侧屏蔽或环绕式为2，相当于50%屏蔽率；FSBL在d≤1.0 cm时左眼防护优于该参考值。既往临床研究报告0.07 mm Pb眼防护屏蔽率近60%，本FSBL 0.07 mm Pb在d=0.5–1.0 cm为49–57%属合理。右眼屏蔽率<12%且不受底部屏蔽和距离明显影响，空间分布显示散射光子经鼻周间隙到达右眼；Koukorava et al.报道环绕式和带侧屏蔽铅眼防护分别降低右眼剂量24%和36%，故右眼防护改进设计需临床剂量评估。4.2 额部间隙变化对眼晶状体剂量影响：靠近X射线源的左眼剂量通常高于右眼，临床剂量计常置于铅围裙领口或左眼附近；FSL模型右眼剂量一般低于左眼，随前铅镜片与前额距离减小左眼剂量接近右眼；但0.5或0.75 mm Pb FSBL模型在距离≤1.3 cm时左眼剂量低于右眼，原文指出可能存在低估，且单一PA照射设置限制剂量管理评估，需进一步研究。4.3 处方眼镜眼晶状体防护效果：既往体模研究报道1.8 mm厚塑料镜片屏蔽7%的80 kVp入射光子，5 mm厚塑料镜架屏蔽14%，提示中等防护；但本研究中钛架和塑料镜片处方眼镜对左眼屏蔽率几乎无差异，右眼单独屏蔽率仅3.4%。原文提出一种可能解释是本研究处方眼镜框更薄更窄，且多研究强调覆盖大面积眼区更重要；右眼侧光子多入射塑料镜片（低原子序数），贡献小；左眼侧光子多被前侧屏蔽遮挡，少量到达处方眼镜，贡献小；处方眼镜差异大，需更多设计、照射角度和能量模拟。4.4 局限与未来方向：本研究为相对评价，需眼晶状体剂量学研究；X射线管电压和附加过滤固定为80 kVp与2.9 mm Al；初级X射线方向仅限PA；操作者头方向固定为正面；未进行体模实验验证；患者为基于腹部计算机断层扫描剂量指数（computed tomography dose index, CTDI）体模尺寸的简化模型，可能未完全考虑患者散射。原文提到Pb当量厚度<0.5 mm的眼防护不符合International Electron Commission标准且在欧洲不能使用，但0.07 mm Pb FSBL高于任何FSL模型的结果为不增加重量改善眼防护提供信息；FSBL右眼屏蔽率仍低，需临床剂量评估新设计；0.5和0.75 mm Pb FSBL模型中右眼敏感体积剂量高于左眼，而临床常测左眼附近剂量，需验证监测方法以保守估计眼晶状体剂量。

研究结论翻译：这项MC研究评估了在佩戴处方眼镜以及铅镜片与前额距离增加情况下铅眼防护提供的眼防护。本研究中处方眼镜对眼晶状体防护的贡献可忽略。研究人员的发现显示，FSBL模型对靠近X射线源的眼（左眼）的防护优于常规侧屏蔽模型。对于0.5和0.75 mm Pb厚度的FSBL模型，左眼屏蔽率在1.0 cm时超过76%，在1.3 cm时超过50%。值得注意的是，0.07 mm Pb厚度的FSBL模型提供的防护效果优于0.75 mm Pb厚度的常规模型。总体而言，这些发现提供了底部屏蔽在PA投影期间提高屏蔽率有效性的证据，并可帮助IR医师选择适合其个人处方眼镜的铅眼防护。此外，研究结果提示可通过优化镜片形状在重量和左眼防护效果方面改进常规模型。相反，由于鼻周间隙，右眼屏蔽率仍较低。因此，应通过临床剂量评估进一步评价在鼻部上方设置屏蔽覆盖的新眼防护设计的必要性。