近年来, 医用电子直线加速器作为远距放射治疗的主要手段, 已得到非常广泛的应用和蓬勃发展。全国目前在役的医用电子直线加速器共有1 296台, 除西藏自治区外, 其余省市均有分布, 每年医用加速器的增长速度约为15%。因此, 放疗机房的防护屏蔽设计非常重要。笔者通过对加速器工作负荷、屏蔽墙设计及迷路和防护门关系的分析和探讨, 从辐射防护设计角度, 控制医用电子直线加速器引起的职业和公众照射水平, 完善职业健康管理。

1 材料与方法

随着辐射防护事业的发展, 国际放射防护委员会(ICRP) 1990年发布了第60号出版物, 国际原子能机构(IAEA) 1997年出版了第115号安全丛书《国际电离辐射防护和辐射源安全的基本安全标准》 (简称IBSS)。2002年, 我国等效采用IBSS, 发布了《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》 (GB 18871-2002)^[1], 同时, 取代了GB 4792和GB 8703。《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》 (GB 18871-2002)要求我国在涉及辐射源的相关机房屏蔽设计和辐射实践中, 均采用GB 18871-2002为基础参考资料。GB 18871- 2002中规定了辐射防护的基本原则是:辐射实践正当性、辐射防护最优化, 限制个人所受到的正常照射不超过剂量限值以及辐射防护的剂量约束等基本原则。辐射屏蔽不仅要达到剂量限值要求, 且应以最优化为原则, 把辐射水平降到低于剂量限值的一个可以合理达到的水平。因此, GB 18871-2002中又提出了辐射剂量控制目标值的概念。对于职业人员, 剂量约束值是剂量限值的一个分数(如1/4、1/10), 因此, 医用电子直线加速器治疗室防护的控制目标值推荐采用5 mSv/a; 而对公众成员, 为0.1~0.3 mSv/a。采用控制目标值, 对医用电子加速器的工作负荷的确定、屏蔽墙的设计、迷路及防护门的关系进行探讨。

2 结果 2.1 关于医用电子直线加速器工作负荷的估算

可将治疗室内总的工作负荷分为有用束负荷、泄漏负荷及散射负荷, 10 MV以上医用电子直线加速器治疗室还应考虑光核中子负荷。通常情况下, 辐射防护屏蔽设计中, 参考国家相关标准, 一般将医用电子直线加速器的泄漏辐射负荷取为有用束负荷的5%;将散射负荷取为有用束负荷的10%。以一台主要工作在18 MV或6 MV的医用电子直线加速器为例, 说明工作负荷的确定方法:

2.1.1 常规治疗

加速器的输出剂量:最高输出12 Gy × m²/min, t = 0.625h(37.5 min)/周; 一般输出5 Gy × m²/min, t = 1.5 h(90 min)/周。则有用束工作负荷为: W₁₈ = 18 MV为450 Gy/周(30人/d, 5 d/周, 3 Gy/人); W₆ = 6 MV为225 Gy/周(15人/d, 5 d/周, 3 Gy/人)。则总的工作负荷为: W₁₈ + W₆ = 675 Gy/周; 泄漏辐射负荷: 675 Gy/周的5%, W_漏= 33.75 Gy/周; 散射辐射负荷: 675 Gy/周的10%, W_散= 67.5 Gy/周。

18 MV光子模式治疗时, 还应考虑光核中子的辐射负荷。参考相关标准, 治疗室内中子的剂量水平约为0.002 Sv/Gy, 则450 Gy/周× 0.002 Sv/Gy = 0.9 Sv/周。

2.1.2 调强治疗

调强治疗照射时间为常规治疗的5倍, 患者治疗剂量不变, 有用束、散射辐射和光核中子负荷不变, 泄漏辐射的工作负荷增大5倍。18 MV模式工作时:向下照射时的射束使用因子为0.6;其他方向时, 使用因子总和为0.4。6 MV模式工作时:向下照射时的射束使用因子为0.2;其他方向时, 使用因子总和为0.8。则泄漏辐射为: 18 MV: (0.6 + 5 × 0.4) W_漏= 2.6 W_漏; 6 MV: (0.2 + 5 × 0.8) W_漏= 4.2 W_漏。

2.2 关于医用电子直线加速器治疗室屏蔽墙的设置

综合考虑医用电子直线加速器的主要生产商给出的辐射场特性, 在治疗室面积符合标准面积要求(新建机房45 m²)^[2]时, 考虑居留因子和使用因子的影响, 加速器等中心布置, 以墙后瞬时剂量率控制为2.5 μSv/h, 推荐表 1作为辐射屏蔽防护墙厚度设置, 推荐中未包括散射辐射, 也未考虑斜射时的路径厚度修正。另外, 需要指出的时, 治疗室内产生的光核中子原初的能量约为1~2 MeV, 治疗采用的X射线束在10 MV以上, 如混凝土对15 MV X射线的平衡十分之一值层厚度约为45.5 cm, 对1 MeV中子的平衡能量衰减十分之一层厚度约为21 cm, 所以, 医用电子直线加速器治疗室主体结构能够充分屏蔽X射线, 也可充分屏蔽中子, 所以, 治疗室内杂散中子的辐射危害主要产生在治疗室出入口处。

2.3 迷路及防护门的设计

迷路和防护门的设置主要考虑对进入迷路的中子的防护。如上所述, 通过对于迷路和防护门的相关计算可以得到, 通过迷路内侧墙壁散射的中子造成的剂量贡献约占迷路出入口处中子剂量的70%, 地面和厅顶散射中子造成的剂量贡献约为26%, 而透过迷路内墙的中子剂量贡献相对较小, 约为4%, 有文献报道, 医用加速器治疗室出入口处的总剂量(n-γ混合场)的80%来自中子。依据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》 (GB 18871- 2002)的要求, 治疗室防护门外区域的防护原则是"限制放射性污染在公众可达区域内引起的公众照射"。取加速器每年工作时间的中位值800 h, 限定防护门外人员的居留因子为0.25时, 中子及其俘获γ辐射剂量率的控制目标值取1 μSv/h。此条件下, 设计得到的防护门为含硼5%聚乙烯, 厚度约为125 mm, 等效的铅厚度约为15 mm。

迷路内墙厚度对门口总剂量的影响相对较小。如果控制透射中子的剂量占总中子剂量的10%, 那么, 迷路混凝土内墙的厚度为600~650 mm之间。考虑到治疗头及机架位置变化的影响, 选择厚度为700 mm左右的混凝土内墙是符合辐射防护要求的。

3 讨论

本文推荐了医用电子直线加速器工作负荷的一种确定方法。从分析过程可以得到, 目前, 在职业危害评价的放射防护屏蔽设计环节中, 对于医用电子直线加速器治疗室, 直接采用1 000 Gy/周作为周工作负荷是偏保守的, 可以满足医用电子直线加速器治疗室的放射防护设计要求。

通过文中的分析可以看出, 治疗室屏蔽墙的主要作用是对治疗有用X射线束、泄漏和散射X射线的屏蔽防护, 而迷路和防护门主要是对10 MV以上加速器产生的光核中子剂量的防护, 两者的关键点是不同的。迷路与防护门之间存在着密切的关系, 降低迷路内侧入口的几何尺寸, 设置合理的迷路, 将有效的降低防护门的辐射负荷, 节约建设成本。另外, 采用《电离辐射与辐射源安全基本标准》 (GB18871-2002)控制医用电子直线加速器治疗室的辐射水平时, 采用放射防护最优化原则, 可以完善放射防护设施的有效性, 提高放射防护设施的效率。