IMRT技术是目前国际上最为先进的肿瘤治疗技术, 在临床治疗中的应用越来越广泛。IMRT技术现已被各大医院和各肿瘤治疗中心引进, 逐渐取代普通放疗技术。新建用于开展IMRT的机房不但耗时, 而且耗资。那么, 能不能在现有的普通医用电子直线加速器机房内直接进行, 或进行适当的改造, 再用于开展IMRT呢?本工作采用NCRPNo.151报告《MV级X和γ放疗设备的屏蔽设计和评价》^[1]给出的高能医用电子直线加速器机房周围环境辐射水平的估算模式, 并结合实例探讨了在现有的普通医用电子直线加速器机房内开展IMRT其屏蔽效果的可行性。

1 通医用电子直线加速器

加速器工作场所的现状情况主要考虑:①机房的周围环境; ②机房的屏蔽措施; ③加速器的性能指标; ④加速器的使用情况。

1.1 普通医用电子直线加速器机房的周围环境

加速器机房位于某医院门急诊医技楼地下二层的西南角。其东侧为另一加速器机房; 南侧为地下土层; 西侧为设备间; 北侧为控制室、辅助机房和更衣室等; 楼上为放射科手术室和机房, 地下为土层。

1.2 普通医用电子直线加速器机房的屏蔽措施

西侧主屏蔽墙的主屏蔽层为2.5m厚普通混凝土(密度2.35t/m³), 其非主屏蔽层为1.56m厚普通混凝土; 南侧次屏蔽墙为1.0m厚普通混凝土; 北侧次屏蔽墙为1.56m厚普通混凝土; 东侧迷道内墙为1.7m厚普通混凝土, 迷道外墙为0.8m厚普通混凝土, 迷道宽2.23m。屋顶主屏蔽层为2.4m厚混凝土(1.8m厚普通混凝土+0.6m厚密度为3.5t/m³的重混凝土), 其非主屏蔽层为1.65m厚普通混凝土。防护门采用120mm含5%硼的聚乙烯以及23mm铅和6mm铁的复合防护门。加速器放疗室尺寸为8.95m×8.65m×3.5m。

1.3 普通医用电子直线加速器的性能指标

医用电子直线加速器为美国瓦里安公司CLINAC-23EX型产品; 电子束能量: 4~23MeV; X射线能量:6MV和18MV两挡; 等中心输出剂量率:1~6Gy· min^-1; 工作流强:2mA; 最大照射野:40cm × 40cm; 有用束张角:28°; 机头屏蔽体的X射线泄漏辐射和中子污染:X射线漏射 < 0.1%, 中子污染 < 0.02%。

1.4 普通医用电子直线加速器的使用情况

主束方向:东西方向; 最大照射野:40cm × 40cm (通常小于10cm×10cm); 源皮距(SSD):100cm; 输出剂量率:6Gy· min^-1(最大值); 满负荷工作量: 180野次· d^-1, 1.0min/野次(平均); 满负荷出束时间:750h· a^-1。

根据多家医院提供的数据统计, 医用电子直线加速器使用情况大致如下:①工况:在6MV工况下, 治疗时间约占年工作量的90%, 在18MV工况下, 治疗时间约占年工作量的10%。②利用因子:机头水平出束时间约占年工作量的10%;机头向上出束时间约占年工作量的5%;机头向下出束时间约为年工作量的85%。

2 调强适形放疗(IMRT)

调强适形放疗(IMRT):在普通医用电子直线加速器的基础上, 引进了精确的体位固定和立体定位技术、精密的治疗计划系统, 以及精准的剂量控制技术, 而产生的一种肿瘤治疗技术。

调强适形放疗要同时满足两项要求:①高剂量区分布的形状在三维空间方向上与靶区(包括实体肿瘤和亚临床病灶)的形状一致; ②照射野(靶区)内各点的剂量可按要求的方式进行调整, 使靶区内的剂量分布符合预定的要求。

2.1 IMRT的特点

在治疗精度方面, IMRT的优势有"四最": ①靶区接受的剂量最大; ②靶区周围正常组织受量最小; ③靶区的定位和照射最准; ④靶区内的剂量分布最均匀。

在技术指标方面, 与普通放疗相比, IMRT的特点有:①等中心点的输出剂量率相当; ②分区域针对性照射, 照射野较小; ③泄漏辐射率较高, 是普通放疗的2~5倍; ④定位用时较长, 每野次出束时间相当, 总出束时间较短。

2.2 IMRT加速器装置的性能指标

根据NCRP No.151报告, 与普通放疗相比, 调强放疗技术对主束的输出剂量率没有特别的要求, 而使18MV工况下的泄漏辐射率增加了1.6倍, 使6MV工况下的泄漏辐射率增加了3.2倍。由于调强适形放疗的照射野通常小于2cm×2cm, 使病人散射辐射对周围环境的剂量率贡献大幅降低。

2.3 IMRT加速器装置的使用情况

主束方向:东西方向; 最大照射野40cm × 40cm; 源皮距(SSD):100cm; 输出剂量率: 6Gy· min^-1; 出束时间:1.2min/野次; 满负荷工作量:500野次/周, 25 000野次/年; 满负荷出束时间:500h· a^-1。

根据多家医院提供的数据统计, 进行IMRT放疗的大致条件如下:①使用情况。在6MV工况下, 治疗时间约占年工作量的60%;在18MV工况下, 治疗时间约占年工作量的40%。②放疗状况。在6MV工况下所治疗的所有病人中, 约有80%进行调强适形放疗, 在18MV工况下所治疗的所有病人中, 约有40%进行调强适形放疗。③利用因子。机头水平出束时间约占年工作量的30%;机头向上出束时间约占年工作量的10%;机头向下出束时间约为年工作量的60%。

3 不同类型X线在普通混凝土中的十分之一值层(TVL)

见表 1、表 2。

4 结果

考虑3个方面的因素:①不同治疗方式所致各关注点位的附加剂量率水平; ②不同治疗方式所致工作人员的年受照剂量; ③不同治疗方式所致周围公众的年受照剂量。电子直线加速器机房的周围环境和各关注点所处位置示意图, 见图 1和图 2所示。

4.1 不同治疗方式所致各关注点位的附加剂量率水平(表 3) 4.2 不同治疗方式所致工作人员年受照剂量最大值估计(表 4) 4.3 不同治疗方式所致周围公众年受照剂量最大值估计(表 5) 5 讨论

尽管两种肿瘤放疗方式的年总出束时间有差别, 但二者都是在满负荷的情况下进行上述三个方面比较。由于IMRT技术要求精确的立体定位和精准的剂量控制, 因此, 在处理这两方面花费的时间较长, 而使其年总出束时间相对较短。

5.1 各关注点剂量率水平的对比 5.1.1 主屏蔽区墙外关注点位

附加剂量率水平提高不明显。这是由于对该区域内点位的剂量率水平起决定性作用的主束的贡献不变, 而泄漏辐射贡献的增加量可以忽略不计。

5.1.2 防护门外关注点位

附加剂量率水平有一定的提高。6MV工况下, 附加剂量率水平有所增加, 这是由于泄漏辐射所致该区域内点位剂量率增加的幅度, 略大于病人散射辐射所致该区域内点位剂量率降低的幅度的缘故; 18MV工况下, 附加剂量率水平几乎不变, 这是由于起主导作用的中子俘获γ射线和中子的剂量率水平在普通放疗和IMRT时均不变所致, 而泄漏辐射和散射辐射的贡献可以忽略。

5.1.3 非主屏蔽区墙外关注点位

附加剂量率水平有明显提高。6MV工况下, IMRT所致非主屏蔽区内某点位的剂量率水平比普通放疗时所致该点位的剂量率水平增加了2.8~3.2倍; 18MV工况下, IMRT时所致非主屏蔽区内某点位的剂量率水平比普通放疗时所致该点位的剂量率水平增加了约1.0~ 1.6倍, 是由于泄漏辐射对该区域内点位的剂量率贡献较大, 而病人散射辐射的剂量率贡献较小的缘故。

5.2 所致工作人员的年受照剂量的对比

由表 4可以看出:普通医用电子直线加速器机房用于开展IMRT后, 所致工作人员的年受照剂量有了明显的增加。增加量在1.7~6.1倍, 但最大值不足240μSv· a^-1, 远低于所设定的受照剂量约束值(2mSv· a^-1)。说明该普通医用电子直线加速器机房用于开展IMRT后, 对工作人员的辐射影响是可以接受的。

5.3 所致周围公众的年受照剂量的对比

由表 5可以看出:普通医用电子直线加速器机房用于开展IMRT后, 所致周围公众的年受照剂量有了明显的增加。增加量在1.7~5.9倍, 最大值为75.0μSv· a^-1, 仍然低于所设定的受照剂量约束目标值(100μSv· a^-1)。说明该普通医用电子直线加速器机房用于开展IMRT后, 对周围公众的辐射影响也是可以接受的。

6 结论

就本实例而言, 采用现有的普通医用电子直线加速器机房直接开展IMRT是可行的, 但这一结论并不完全适用于所有普通医用电子直线加速器机房。因为开展IMRT治疗后, 机房周围的辐射水平将有所增加, 而各加速器机房的空间尺寸、屏蔽设计和机房周围敏感目标分布不尽相同, 所以, 有可能导致工作人员和周围公众的年受照剂量超出剂量约束值。

从保护环境, 保障公众健康角度考虑, 须对拟开展调强适形放疗的普通医用电子直线加速器机房, 重新进行环境影响评价, 以论证其可行性。