摘 要：我们综述了基于生物监测的内照射剂量估算的不确定度的重要来源，主要包括为了确定体内或生物样品中某种核素的活度而进行测量的不确定度，用来解释生物监测结果照射情景的不确定度以及用来解释生物监测结果生物动力学模型和剂量学模型的不确定度。
关键词：生物监测 内照射 剂量估算 不确定度
内照射个人监测是对体内或排泄物中放射性核素的种类和活度[1]，以及利用个人空气采样器对吸入放射性核素的种类和活度进行的测量及对结果的解释。GBZ 129—2016《职业性内照射个人监测规范》[1]提到，对于在控制区工作并可能有放射性核素摄入的职业人员，应进行常规的内照射个人监测，如有条件，可对所有受到职业照射的人员进行个人监测。为了估算辐射剂量，模型是必需的，以模拟外照射的几何条件、摄入核素的生物动力学特点和人体[2]。通过判断和评价，从一系列实验性调查和人群研究中建立了参考模型，选取了必要的参数值。国际辐射防护委员会（ICRP）已推荐了相关模型，并进行了多次修订[2]。出于监管的目的，这些模型和参数值都是固定的，不受不确定度的影响。评估与监测程序相关的不确定性，有助于最优化地设计监测程序[3-7]。评估有效剂量估算中的不确定度时，应该着重考虑与材料相关的模型参数值，但是与个人相关的模型参数值应该固定在其参考值。我们综述了基于生物监测内照射剂量估算的不确定度的重要来源，主要包括为了确定体内或生物样品中某种核素的活度而进行测量的不确定度，用来解释生物监测结果照射情景的不确定度，用来解释生物监测结果生物动力学模型和剂量学模型的不确定度[8]。
1 测量中的不确定度
研究发现，测量中的不确定度对剂量估算的影响最明显[9]。国际原子能机构在有关报告中讨论了体内或生物样品中某种核素活度测量的不确定度[10-11]。尽管这些报告中或其他地方列出了生物监测方法的例子，但迄今为止，尚没有标准的直接或间接生物监测的测量程序。测量程序和探测器的选择由感兴趣核素、探测限、预算经费等因素决定。所有用来量化某种核素活度的程序都是随机误差和系统误差的来源。UNCERTAIN-TIES等[12]在2010年中做出了一个针对内照射剂量估算的综合性的报告，这份报告详细地阐述了测量中的不确定度，测量中的不确定度主要是由计数统计、刻度程序的有效性、源可能的污染、测量系统及本底的随机变化等造成。通常，关于测量中的总不确定度被描述为一个区间，在某一置信度下，被测变量的值位于该区间内[13]。在估算测量中的总不确定度时，为了准确获得这个来源对不确定度的贡献，单独对待每一个不确定度的来源是很重要的。每一个单独的对不确定度的贡献被称为一个不确定度分量。
某一被测量的测量不确定度分量可以分为两种主要类别：A类和B类不确定度[12-15]。本质上，A类分量是在一系列观察中通过对变量的统计分析而评估出来的，B类分量一般是通过利用所有可得到的相关信息进行科学判断而评估得到的。测量全身或生物样品中核素的活度时，A类不确定度通常指由于计数统计而产生的和可以用泊松分布描述的那部分不确定度。B类不确定度通常指与不确定度相关的所有其他来源的不确定度。
体外监测时B类不确定度包括样品体积或重量的量化、稀释和移液而产生的误差、溶液储存时的蒸发、刻度用标准源的稳定性和活度、放射性示踪剂和感兴趣放射性元素化学回收率的相似性、空白校正、本底核素排泄贡献和波动、电子稳定性、光谱分辨率和峰重叠、样品的污染和杂质、计数时源的位置、刻度模型的密度和形状的变异及刻度时均匀性的假定[16]。这些不确定度适用于测量样品中核素的活度。测量排泄物时，通过测量样品中的活度可以估计受试者24 h之内的平均排泄率，以与模型的预计相比较。如果样品是<24 h的，样品应该被标准化到等效24 h的值。这就引进了额外的B类不确定度，与生物变异和采样操作有关的，而且可能要大于测量样品活度时产生的不确定度。为使采样不确定度最小化，文献[17-18]在有关尿液中钚的分析及室内氡暴露的研究中，对采样方案专门进行了设计。对某些核素来说，为了达到足够的灵敏度，还需要对数天的排泄物进行分析[19]。
体内监测可以在不同的几何条件下进行（全身测量、局部器官或局部位置的测量例如肺、甲状腺、头颅、肝脏或一个伤口）。每一种几何条件都需要专门的探测系统和刻度方法。国际原子能机构[10]和国际辐射单位与测量委员会[20]先后出版了关于体内监测方法的报告，在报告中详细讨论了测量的灵敏度和准确度。
体内监测的B类不确定度包括计数几何误差、计数时被测者和探测器的相对位置及被测者的微小动作、胸壁厚度的确定、体模和被测个人器官的差异、来自身体邻近区域的沉积的放射性物质的干扰、光谱分辨率和峰重叠、电子稳定性、来自其他核素的干扰、本底辐射的变异性、刻度时标准放射性核素的活度、被测者表面污染、人体中存在的天然放射性核素的干扰及刻度源的不确定度[10-16]。
对局部测量来说，因为受身体其他部位辐射的影响，通常很难以一个具体器官中的活度来解释结果。解释这种测量结果时需要假设核素及其在体内产生的放射性子体的生物动力学特征。在刻度肺部测量系统时，一个基本的假设就是核素在肺内的沉积是均匀的，但实际上沉积大部分情况下都是不均匀的。粒子在肺内的分布与粒子大小、呼吸率及受试者健康有着密切的关系[21-22]。
与计数统计相关的测量误差（A类不确定度）随活度或计数时间的增加而减少，而B类不确定度大部分与活度或计数时间无关。当活度水平较低，接近探测限时，A类不确定度就占有优势。对容易探测到的核素，B型不确定度则占有优势。与各种来源不确定度相关的、可测量的生物监测量的分布贡献可以用对数正态分布来进行描述，并可用几何标准差来量化不确定度。可测量的生物监测量的分布几何标准差常被称为散射因子。已经使用贝叶斯方法以及频率论（经典）方法进行了很多不确定度研究。在计算与内照射相关核素摄入量及待积有效剂量时，必须要考虑散射因子[23-26]。
2 照射情景中的不确定度
照射情景包括摄入途径、摄入时间模式、摄入体内核素、沉积核素的化学和物理形式。2.1 摄入途径
在临床实践中，经常会遇到摄入途径未知以及基于保健物理记录或可获得生物监测资料无法辨别摄入途径的情况。在缺乏明确信息的情况下，通常假设职业照射情况下摄入是通过呼吸道途径而发生的，因为在职业环境下摄入核素最常见的途径是通过呼吸道。假设的摄入途径对剂量估算会产生很明显的影响，当估算的剂量较大时应对摄入途径加以调查。
2.2摄入时间模式
摄入时间模式的不确定度有可能是估算剂量中重要的不确定度来源，某些情况下也可能对估算剂量一定影响。在常规监测周期中，摄入时间是未知的，通常认为摄入发生在监测周期的中点，或者对应于每个摄入时间的摄入量都可计算和平均，或者假设在整个监测周期中摄入率是一个常数。研究显示，常数摄入率是这3种摄入情景中唯一一种可以对真实摄入量提供无偏估计的摄入情景[27-28]。
2.3 摄入核素的构成情况
对工作环境中的部分放射性核素进行监测时，关于源项的假设（核素的成分和其相对丰度）可能也是不确定度的重要来源，在很多情况下，工作人员暴露在同一种化学元素的多种同位素的环境中，但是监测时只监测了这些同位素中的一种。例如，通过测量235U来进行肺中铀的监测就建立在丰度水平的假设上。在其他情况下，某种核素的职业照射的估算基于肺中一种子体核素的监测结果而进行。例如，通过测量一种子体核素来监测232Th基于工作人员暴露物质中232Th衰变链中核素的平衡。另外，一些核素的暴露基于测量工作环境中存在的替代性核素。
2.4 粒子大小
粒子大小有可能是不确定度的一个重要来源，因为它可以影响粒子在呼吸道途径中的沉积。尿液和粪便的排泄率受粒子大小的影响，因为粒子的大小影响未被吸收的粒子向消化道的转移。多模态气溶胶在一些工作条件下可以被工作人员通过呼吸道吸入而进入人体[29]。
3 生物动力学模型的不确定度
生物动力学模型在辐射防护中常用来预测体内某种核素的分布及滞留、尿和粪便中某种核素的排泄率随时间的变化情况。利用这些模型可以导出吸入或食入某种核素后的剂量系数。还可以提供摄入某种核素后该核素从尿或粪便中的参考排泄率。在辐射防护领域中，ICRP推荐的放射性核素生物动力学模型引入的不确定度是可以接受的[1]。该生物动力学模型包括两个在不同程度上互相独立的部分：其一是吸收入血，即吸入或食入的放射性核素从胃肠道或呼吸道转移到血液中的量；其二是分布和滞留，即放射性核素从血液中转移到各器官、各组织中的量及在各器官、各组织中的半滞留期。3.1 与生物动力学模型结构相关的不确定度
某种元素或化合物的生物动力学模型的可信区间不仅取决于与模型参数值有关的不确定度，也取决于与模型结构有关的不确定度。当结构对已知过程过分简化时，这样的不确定度就会增加。因为模型中忽略了未知的过程，或者因为模型的建立是基于数学方便，而缺乏对实际过程的考虑。几乎所有放射性核素的生物动力学模型都存在这样的不足之处。
3.2 人体数据利用中的不确定度的来源
生物动力学模型最好基于人体内某种元素的分布和排泄随时间变化的特点而建立。对大部分的基本元素而言，这种类型的直接信息是可得到的，一些重要的非基本元素也是如此。放射性核素生物动力学模型建立发展过程中，稳定元素在参考器官中的含量是一个重要的工具。它是通过对在环境中低剂量接触或在职业环境中较高剂量接触该放射性核素的人员进行尸体解剖测量而得到的[30]。这些数值通常用来调整生物动力学模型的参数值，或者引入新的模型要素，以使报告的摄入值、全身核素含量和稳定元素的排泄之间达到平衡。
3.3 生物动力学资料种属间外推的不确定度
生物动力学资料在种属间进行外推时已被证实是一个不确定的过程，尽管哺乳动物物种间在结构、功能和生化方面具有很大相似性，基于生理的模型可以为数据从实验室动物外推向人类提供合适的背景。
3.4 生物动力学资料元素间外推的不确定度
某种元素的生物动力学模型的建立是基于局部或全部化学性质相似的元素的资料，在经验证据的基础上，化学类似物常常表现出密切的生理上的相似性。如果一个化学类似物被证明是一个好的生理类似物，将人体数据应用在化学类似物会比将动物数据应用在感兴趣核素上更好。
3.5 由于人群的变异性所导致的中心估计的不确定度
这里的不确定度指的是不了解一个人群的中心值，变异性指一个人群中不同成员间的定量差异。尽管不确定度和变异性是不同的概念，一个人群中生物动力学特征的变异性常常是导致生物动力学量中心估计不确定度的一个重要因素。人群中放射性核素、放射性药物或化学物的生物动力学的变异性似乎来自许多不同的生理因素或环境的调节宿主因素，如年龄、性别、怀孕、哺乳期、运动、疾病、压力、吸烟和饮食等。个体间较大的生物动力学变异有时并无明显的环境差别，提示这些变异可能是遗传性的。在现实中，遗传因素和环境因素动态地相互作用，使得进入体内的物质的表现形式有相当大的变异。
4 剂量学模型中的不确定度
在辐射防护领域中，ICRP推荐的放射性核素的剂量学模型引入的不确定度是可以接受的[1]。剂量学模型常常被用来估算由于体内核素的核转变而发射的辐射所致的平均吸收剂量。吸收剂量是针对具体的靶区域而进行计算，一般认为靶区域具有辐射敏感性。在平均吸收剂量中应用辐射权重因子和组织权重因子确定当量剂量和有效剂量。权重因子赋以指定的参考值，并且认为其是一种确定性的变量。例如与估计某器官的当量剂量有关的不确定度就是指那些与基础的平均吸收剂量相关的不确定度。导致内源性辐射体所致平均吸收剂量不确定度的物理和解剖学参数有：（1）核素及放射性子体发射的核辐射、原子辐射的能量和强度；（2）组织中发射的辐射的相互作用系数；（3）人体组织的元素构成；（4）人体器官的体积、形状和密度；（5）描述源区域和靶区域空间关系的参数。代表解剖结构的计算模型及用来计算靶区域吸收能量的数值程序往往存在若干不足。这些不确定度的数量级别由于辐射的类型和能量、特定的源-靶配对的不同而不同。采用基于医学影像资料的计算模体（常被称为体素模型），通过提供源区域和靶区域更加符合实际的空间关系[31]，在一定程度上可以减少与光子和中子辐射对组织的交叉照射有关的不确定度。然而，来自非贯穿辐射的吸收剂量占吸收剂量的绝大部分。对于用医学影像资料不能解释的源区域和靶区域，如呼吸道、消化道及骨骼中的源区域和靶区域，这时不确定度就与用来表示这些区域的计算模型有关。
一些计算方法能够求解描述生物动力学的大量耦合差分“刚性”方程组，尽管数据的精确性常常必须与计算时间保持平衡。导致平均吸收剂量不确定度的隔室模型问题包括一个衰变链中成员的假设的生物动力学特征及当衰变链成员各自的解剖身份不同时“其它组织”的表示方法[32]。