立体定向伽玛射线全身治疗装置(以下简称“体刀”)是以治疗躯体肿瘤为主的新型大型放疗设备, 近年来已在国内医院安装并投入使用, 由于该装置采用多源旋转方式照射, 其结构和工作原理与传统医用γ射线远距离治疗设备(如钴-60治疗机和Leksell型头伽玛刀)有较大差别, 因此现有医用γ射线远距离治疗设备放射卫生防护标准^[1]所规定的检测项目和评价指标对体刀已不完全适用。本文针对国产OUR-QGD体刀, 参考有关标准^[2~4], 结合对某医院新建全身体刀治疗中心进行防护验收的经验, 提出立体定向伽玛射线全身治疗装置的防护监测项目、测量方法及评价指标。

1 基本情况 1.1 体刀简介

体刀主要由射线准直系统、机架、负压定位床和治疗床、治疗计划系统和控制系统组成。放射源为钴-60密封源, 采用氩弧焊密封双层不锈钢包装, 规格为d 23.5 mm× 57.5 mm, 初装源活度在(9.95-10.8) TBq之间, 共30枚, 总活度为306.3×(1 ±10 %) TBq。源存放在内径为395 mm、外径为510 mm球冠形源体中, 外面紧接外径为930 mm球冠屏蔽体, 里面紧接内径275 mm的球冠准直体。源体、屏蔽体和准直体都采用铸铁材料。准直体上有三组不同孔径的准直孔和一组屏蔽塞, 前者用于治疗时选择不同的照射野, 后者用于非治疗状态下屏蔽放射源。治疗时30个源绕同一轴旋转, 射线方向朝下, 聚焦在球冠的球心处。射线装置的下部有160 mm厚的灌铅屏蔽门。

1.2 治疗中心结构

该体刀治疗室中心为二层单独建筑物, 治疗室和控制室位于一层。治疗室长8.6 m, 宽6.4 m, 室内顶高4 m, 面积55 m²。墙体及顶棚均采用磁铁矿石混凝土构建, 密度为3.41 g/cm³, 厚度为50 cm。防护门宽2.7 m, 高2.3 m, 铅当量为37 mm。设有安全联锁装置、工作指示灯及排风装置。

2 检测项目、方法、结果和评价

根据监测的内容不同, 将检测项目分为检查项目和监测项目。

2.1 检查项目

检查项目包括控制台显示功能、安全联锁系统、剂量测量系统、保护装置、防护设施、操作规程与管理规定和个人剂量监测与健康管理等部分。控制台显示功能是指各种指示灯、正反计时器和准直器显示是否正常; 安全联锁系统有屏蔽门与治疗床运动的联锁、治疗床与屏蔽门关闭的联锁、辐照启动与防护门关闭联锁、防护门开启与辐照中止联锁、辐照中止与计时器联锁等, 需逐项检查, 有些则需要厂家的工程师在场才能进行; 保护装置包括停电保护、控制台和机房内的辐照中止应急开关和手动机械复位; 防护设施指治疗室的结构、对讲监测系统、工作指示灯、排风系统、辐射监测仪和辐射标志等; 操作规程与管理规定有工作人员上岗证、规章制度和机器档案等; 个人剂量监测与健康管理要说明个人剂量监测的剂量计类型、监测周期、监测单位、是否有剂量档案和健康档案等。

2.2 监测项目

监测项目需要采用仪器进行, 一般有相应的技术指标, 分为三类:体刀防护性能, 治疗室防护性能和体刀的剂量学性能。

使用的监测仪器有: PTW 0.125 cm³电离室及PTW-UNIDOS剂量仪, BZNF-1便携式智能辐射仪, Ranger辐射仪, PDE-2i个人报警仪, 辐射自显影胶片, 辐射胶片, 激光扫描密度计和半径80 mm的聚苯乙烯球模, TLD剂量片, 热释光仪等。以上仪器均经过计量部门校准。

2.2.1 体刀防护性能

共4项, 分述如下:

非治疗状态下体刀漏射线:测量距设备表面5 cm和距源1 m处, 距屏蔽门前5 cm处的剂量。要求剂量率在5 cm处小于200 μGy/ h, 1 m处小于20 μGy/ h。测量结果见表 1。

非治疗状态下操作位及治疗床的辐射水平:测量工作人员为病人定位位置处及床面的剂量率, 测量点与床同高。该项参数没有评价指标, 但可作为人员防护的参考数据, 也可以供工作人员选择操作位置。测量结果多在4~12 μGy/ h以下, 但在床一边却高达47 μGy/h, 因此要避免在该位置操作。

非治疗状态下治疗室内的辐射水平:测量室内各个位置距地面80 cm、离墙50 cm的剂量率, 没有评价指标, 仅作为场所监测数据, 用于防护评价。结果在0.26~1.4 μGy/h之间。

治疗状态下治疗室内的辐射水平:由于体刀结构是对称的, 并且各放射源均绕体刀中心轴旋转照射, 所以治疗室内辐射剂量在同一水平面内大致呈对称分布, 且地面剂量最大, 平面越高, 剂量越小。测量时开最大准直器(d 50 mm), 焦点处放一30 cm方形水模体作为散射体, 在地面和1 m高处使用热释光探测器进行测量。离轴2m处的剂量值分别为8 4 40和4 530 μGy/ h。由于同一水平面内各点剂量按离旋转轴的距离近似服从平方反比规律。因此其他各点剂量可据此外推, 该项目没有评价指标, 但可作为机房设计的参考数据。

2.2.2 治疗室防护性能

使用最大准直器照射水模体, 测得防护门外5 cm的辐射水平为0.4~1.4 μGy/h, 门下边的剂量值偏高。与治疗室相邻的控制室、温控机房、墙外及位于二楼的计划室为本底辐射水平。如果按照工作场所辐射水平小于5 μGy/ h, 场所外辐射水平小于0.5 μGy/h的指标评价, 表明该治疗室设计偏于保守。开机时防护门外的辐射水平略高于0.5 μGy/ h, 但考虑到有限的照射时间, 对公众的照射也不会超过限值。

2.2.3 体刀的剂量学性能

等中心(焦点)剂量率:将半径为80 mm的聚苯乙烯球模中心置于焦点位置, 中心插入PTW 0.125 cm³电离室, 选用d 50 mm准直器进行照射, 测量焦点剂量率, 再将结果转换为水吸收剂量。评价指标为3方面, 1是测量不确定度应 < 5 %; 2是焦点剂量率必须大于300 cGy/min; 3是测量值与标称值(由治疗计划给出)之间误差应在1 %内。本测量采用的是经校准的PTW 0.125 cm³电离室和PTW-U- NIDOS剂量仪, 满足第一条指标; 测量值为389.8 cGy/ min, 与标称值相差0.18 %, 亦满足2、3两条要求。

综合定位精度:将球模固定在负压床上, 先进行CT扫描, TPS系统以球心的标记点为靶点中心, 设计治疗计划: CT定位后, 再把辐射自显影胶片放在球模中心, 并在胶片上扎一个针孔指示靶点位置, 按治疗计划辐照胶片。共进行两次辐照, 每次使用不同胶片, 置于两个相互垂直平面。从胶片上求出靶点中心与辐照中心的距离。得到三个方向的偏差, 合成得到总偏差。测量结果为:总偏差为1.53 mm, 满足定位总偏差小于2.5 mm的要求。

辐射野半影及半高宽:把装有100 mm ×90 mm胶片的暗盒插入球模中。将球模固定在治疗床上, 移动治疗床, 将球模中心移到焦点处, 开准直器辐照。洗片后测量光密度并转换成剂量值, 得到辐射野半影及半高宽, 结果及评价指标见表 2。可见该台设备符合要求。

透过准直体的泄漏辐射:开d 50准直器, 测量焦点剂量率, 得到焦点剂量率D_d50; 关闭准直器, 测得焦点处漏射剂量率为D_关, 算出比值D_关/ D_{d 50}。结果为0.05 %, 满足泄漏辐射小于2 %的要求。

表皮相对吸收剂量:开最大准直器进行测量。先用胶片测得焦点剂量率D_焦, 再将胶片贴在球模表面, 并用5 mm厚的聚苯乙烯面板覆盖进行照射, 得剂量率D_皮, 求得比值D_皮/ D_焦。结果为16.7 %, 满足表皮相对剂量小于18 %的要求。

剂量规划精度:将球模固定在治疗床上, 以球模中心为靶点, 使用d 50准直器并用TPS设计治疗计划, 计算出靶点剂量; 执行治疗计划进行照射, 用电离室测量靶点剂量。计算实测剂量与规划剂量的偏差。结果为0.72 %, 满足不大于5 %的要求。

放射性物质泄漏:用于擦法检测定位支架、床、屏蔽门接口处, 用表面污染仪测量。结果为0, 满足β放射性小于3.7 Bq / cm²的要求。

计时器线性及开关源的传输剂量:使用d 50的准直器, 将微型电离室置于球模的中心, 并将球模中心置于焦点位置照射。用不同时间间隔进行多次照射, 将静电计读数按时间间隔作线性拟合, 求得相关系数和传输剂量。结果:相关系数为1, 传输剂量为15.1 cGy。该项参数尚无评价指标, 但可供做治疗计划参考。

按照上述检测项目评价, 该立体定向伽玛射线全身治疗装置及设施满足防护要求。

3 讨论

目前国家尚未建立立体定向伽玛射线全身治疗装置的放射防护标准, 因此上述检测项目中关于体刀漏射线及设施的防护等内容, 参照了《医用γ射线远距离治疗设备放射卫生防护标准》^[1]进行检测和评价, 而关于剂量学及质量控制则参照了《⁶⁰Co远距离治疗辐射源检定规程》、企业标准及有关文献^[2~5], 其合理性及适用性还需进一步考证。

根据治疗状态下控制室内的辐射水平及非治疗状态下治疗室内的辐射水平可以评价该体刀工作场所的辐射安全性。考虑最大工作负荷情况:体刀一天最多照4名病人, 平均每次照射10 min, 此时控制室内的剂量率为0.15 μSv/h; 医生每次进治疗室的摆位时间为5 min, 剂量率为12 μSv/h。一周工作5 d, 一年52周, 那么工作人员的受照剂量为: 5 ×52 ×4 × (0.15 × 10 /60 +12 ×5 /60) =1 066 μSv。可见在正常情况下该工作场所对工作人员是安全的。

由于要保证治疗床和换源时热室进出方便, 治疗室未设计迷道, 而是增加了防护门的尺寸和屏蔽厚度。防护门宽2.7 m, 高2.3 m, 厚度为3.7 cm铅当量, 如此笨重的铅门不仅造价高, 且使用中易出故障。今后可考虑安装完设备后再构建屏蔽墙, 将门宽减为1.5 m。这样既可降低造价, 又更利于防护和使用。

源启动和停止过程的传输剂量为15.1 cGy, 治疗计划软件中没有考虑这一部分剂量, 这对单次长时间照射影响不大, 但对于分次照射或时间较短的照射, 传输剂量对整体剂量的贡献将增大, 因此建议在相应的治疗计划中对此作进一步评估。