复旦大学附属中山医院由于收治患者的任务日益繁重, 医疗服务需求持续增加, 在考虑学科建设、教学培训、科研发展的基础上, 医院设置一台新型6MV螺旋断层放疗自适应治疗系统, 并对相关机房进行建设, 投资约1 000万元。螺旋断层加速器放射治疗系统是一种新型的放疗设备, 它实现了诊断用螺旋CT和医用直线加速器的有机结合, 其外形和结构设计与诊断用螺旋CT相似, 只是将X射线球管换成了6MV的小型加速器, 是一款能够治疗癌症的台兆伏级的螺旋CT机^[1-3]。螺旋断层放疗自适应治疗系统可产生双能兆伏级X射线:既可出射3.5MV扇形束X射线用于产生三维的CT图像, 也可出射6MV的扇形束X射线经射线出口处64片二元多叶光栅快速调强, 实现360度螺旋断层调强放射治疗。由于螺旋断层放疗自适应治疗系统具有不用于螺旋CT或常规的直线加速器的特点, 本文主要讨论螺旋断层放疗自适应治疗系统机房的放射防护设计以及其防护效果的验证。

1 材料与方法 1.1 螺旋断层加速器放疗系统

螺旋断层加速器放疗系统的设备型号为Hi-Art Tomo Therapy, 其X射线额定能量为6MeV, 源到等中心点的距离为85cm, 等中心处最大野宽度40cm。该加速器具有13cm铅自屏蔽结构^[4], 因此该放疗系统机房屏蔽体的屏蔽厚度计算仅需要考虑散漏射线, 各个方向1m处的散漏射线比率(k)见表 1^[5]。

1.2 螺旋断层放疗自适应治疗系统机房

机房设在医院放疗科的二层东南侧, 入口处为大厅和病人的候诊室, 候诊室两侧为诊疗区, 包括办公室、辅助室及控制室, 通过大厅的防护腰门进入螺旋断层加速器治疗区。医院新建螺旋断层加速器机房面积约66m²(含迷路), 机房高度约为3.7m, 控制室面积约12m²。机房东墙外为控制室, 南、西防护墙外为外墙, 北墙外为预留加速器机房, 机房顶棚上无建筑物, 机房楼下为15MV加速器机房, 机房四周和顶棚采用钢筋混凝土建造, 地板采用重晶石混凝土建造, 机房结构图见图 1。

1.3 机房屏蔽厚度理论计算

螺旋断层加速器放疗系统机房屏蔽厚度的计算选取其最大工作条件:X射线额定能量6 MeV, 加速器周工作负荷(W)为2 000Gy/W。剂量限制值(Hc):职业工作人员为1 × 10^-4 Sv/W, 公众为6 × 10^-6 Sv/W。考虑到螺旋断层加速器放疗系统机房的自屏蔽结构, 对于其机房屏蔽厚度的计算仅需考虑散漏射线, 屏蔽厚度(S)的计算见公式(1):

(1)

式中, TVT为什值层厚度, 对于6MV X射线, 混凝土TVT值取340mm, 重晶石混凝土TVT值取230mm; W为放疗系统的周工作负荷(Gy/wk); T为居留因子; N为安全系数; Hc周剂量限值(Sv/wk), d为源到机房屏蔽体的距离(m), k为1m处漏射线与等中心位置主射线的比值; 各屏蔽厚度取值见表 1。

1.4 屏蔽效果监测

螺旋断层加速器放疗系统机房按照屏蔽防护设计厚度建造后, 对其屏蔽防护效果进行了验证监测。监测仪器选用美国Fluke Biomedical公司生产的Model 451P-DE -SI-RYR型X、γ辐射监测仪, 仪器使用前经上海市计量测量技术研究院校验, 并在校准的有效期内。验证监测按照GBZ126-2002、GBZ/T201.1-2007中规定的放射防护要求对机房的四面墙、楼上、楼下、防护门、观察窗、操作位、观察室门等进行辐射水平测试。

2 结果与分析

螺旋断层加速器放疗系统机房各屏蔽体厚度的计算结果见表 2, 地板为楼下15MV加速器的顶棚, 已采用1 700mm重晶石混凝土建设。

机房四周、楼上、楼下等屏蔽效果的监测结果, 西、南两面墙外的监测数据是通过隔壁楼二层的窗外测量获得的, 距离约为5m。

由表 2可见, 经对邻近机房的控制室、走道、顶棚、地板和各墙外测定点的检测, 其辐射剂量率均接近本底水平。假设每天机器出束总时间为3h, 每周工作5d, 每年以50周计算, 则年机器出束总时间为750h, 对于机房周围放射工作人员, 即使居留因子为1, 其年累积剂量仅为0.12mSv/a。因此螺旋断层加速器放疗系统机房的屏蔽防护建设值与以及其对机房屏蔽防护效果的剂量监测结果, 均符合国家放射防护有关规定。

3 结论

尽管西墙、南墙和地板有其机房建设和验证监测特殊性, 其他屏蔽体的监测结果也足以证明机房屏蔽体理论计算结果是合理的。这表明对于螺旋断层加速器放疗系统机房屏蔽厚度的计算, 由于其13cm自屏蔽结构的存在, 不需要将射束方向的四面屏蔽体(对于本机房包括南墙、北墙、顶棚和地板)作为主射束屏蔽体进行考虑, 所有的屏蔽体厚度的计算均只需考虑散、漏射束的屏蔽。这样既能够达到屏蔽防护的要求, 又可以节约机房的建筑成本, 从而实现辐射防护的最优化。