近年来，随着我国医疗事业的发展，越来越多的医院配置了放射治疗设备。常用的放射治疗设备有γ刀、X刀等。γ刀把⁶⁰Co源置于布满准直器的半圆形头盔中，从不同位置照射靶点治疗病灶。X刀则是用直线加速器产生X射线代替⁶⁰Co源，一般需分多次治疗，定位和治疗的精度低于γ刀。射波刀是一种新型的放射外科设备，本质上是医用直线加速器。比较γ刀和X刀，射波刀具有如下优点:①结构紧凑、占地面积小; ②依靠精密灵活的机器人手臂，有较好的空间拓展性和灵活性，可实现任意角度的照射; ③不依靠头架固定，可以使患者得到较大的舒适度; ④可以追踪随呼吸而运动的肿瘤，最大限度减少对正常组织的损伤。因此，射波刀是一种更先进的放射治疗设备，具有广泛的应用前景，与之相关的辐射防护问题也需得到更多的关注。

1 源项和屏蔽设计 1.1 源项

某医院的射波刀，主要由机器人照射系统(包括机械臂和6MV医用电子直线加速器)、定位系统(2台X射线源)、红外线追踪摄影机及治疗床组成，有用线束在距靶中心80cm处的辐射剂量率在4 ~10Gy/min之间。在距靶中心80cm处有用线束最大照射野为9.75cm×11cm:加速器机头泄漏辐射不超过0.01Gy/min(有用线束距靶中心80cm处剂量率的0.1%)。与其他X射线治疗装置相比，射波刀的刀头可以在球面内旋转，且远近可调，而不是局限在圆平面内。

1.2 屏蔽设计

该射波刀机房位于地下室，机房由已有机房改造而成，采用重晶石混凝土和铅砖进行防护。改造后的防护墙按照十分之一值层折算标准混凝土厚度分别是:东、北墙厚均为2.58m，西墙厚2.48m，迷道内墙厚1.84m，迷道外墙厚2.46m，屋顶厚2.55m，防护门铅当量为24mm。

2 材料与方法 2.1 评价标准

根据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB18871-2002)和《电子加速器放射治疗放射防护要求》(GBZ126-2011)，并取适当的剂量约束，辐射工作人员的年剂量约束值为5mSv，公众的年剂量约束值为0.1mSv。

2.2 计算方法 2.2.1 四周墙外

与传统的医用加速器不同，射波刀头可以在水平方向上自由转动，机房四周都会受到主束的照射，四周墙体都应视为主屏蔽墙，主射线的辐射剂量用NCRPREPORTNo.151^[1]公式计算:

(1)

(2)

式中:H_pri-距离加速器等中心点d_pri处的剂量率，μGy/h; B_pri-主屏蔽墙的厚度对应的透射因子; d_pri-计算点与等中心点之间的距离，m; t_barrier-屏蔽墙混凝土的厚度，m; TVL₁-第一个十分之一值层厚度，取37 cm; TVL_e-平衡时的十分之一值层厚度，取33cm; W-工作负荷，取384Gy/h; U-使用因子，取1。

2.2.2 防护门外

对于防护门外，需要先考虑铅防护门内迷道入口处的剂量H_Tot。由于加速器的能量6 MeV小于中子的激发阈值10MeV，所以迷道入口处的剂量计算仅需考虑X射线，射波刀运行时迷道入口处的剂量H_Tot主要由以下几部分构成:①主束通过屏蔽墙散射到迷路入口处的剂量当量率H_S; ②装置头泄漏辐射通过屏蔽墙散射到迷路入口处的剂量当量率H_LS; ③主束通过患者体表散射产生的剂量当量率H_PS; ④穿过迷路内墙的机头泄漏辐射剂量当量率H_LT。根据参考文献^[1]，各部分的计算公式如下:

(3)

式中:U_G-屏蔽墙的使用因子，取0.25;α₀-主束散射面A₀的反射系数，取5.30E-03;A₀-等中心1 m处最大照射野投影在屏蔽墙上的面积，取6.9m²; d_h －等中心到迷道内入口墙体距离，取6.5m;d_r-迷道内入口墙至迷道外入口距离，取7.5m。

(4)

式中:L_f-距靶1m处装置头泄漏辐射率，取0.1%;α₁-屏蔽墙对装置头漏射辐射的反射系数，取8.0E-03;A₁-从门入口处可见的屏蔽墙面积(A₁的长度×机房净高)，取6.63m²; d_sec-靶至屏蔽墙上迷路中心线的距离，取5.29m;d_zz-迷路中从散射表面A₁到门的垂直距离，取7.3m。

(5)

式中:α(θ)-患者散射的初级辐射以一定角度入射到屏蔽墙的散射比，取1.04E-2;F-患者等中心1 m处照射野面积，取40cm×40cm; α₁-屏蔽墙对患者散射辐射的反射系数，取8.0E-03;d_sca-靶至患者的距离，取1m;d_sec-患者至迷路中线与迷路屏蔽墙交点的距离，取5.29m;d_ZZ-迷路中从散射表面A₁到门的垂直距离，取7.3m。

(6)

(7)

式中:B_L-屏蔽墙的厚度对应的透射因子，计算与公式(2)相同，t_barrier取0.91m;d_L-靶经迷路内墙至迷路入口处的距离，取7.48m;

防护门内迷道入口处的剂量H_Tot的计算公式如下:

(8)

经过铅防护门后的剂量计算公式如下:

(9)

式中:t_barrier-防护门的铅当量，取24mmPb; TVL_Pb取5mmPb。

2.2.3 屋顶外

射波刀头主束无法直接照到屋顶，治疗束向上照射的最大仰角为22°，投照到机房墙壁上位置低于层高。因此，机房顶部可视为副屏蔽墙，只考虑漏、散射线等次级射线的影响。其中，漏射线的计算公式为:

(10)

式中:d_L-射波刀机头到顶盖的距离，3.18m; t_barrier-顶盖的屏蔽厚度，255cm; B_L的含义与公式(7)相同。

散射线的计算公式为:

(11)

式中:α_ph-患者散射的初级辐射以一定角度入射到屏蔽墙的散射比，取5.30E-3;d_sec-患者至顶盖的距离，4.18m;其余符号含义与公式(5)相同。

3 结果与讨论 3.1 计算结果

经计算，射波刀运行时机房外的剂量率的计算结果见表 1。

按照射波刀年运行时间2000h计算，西侧控制室居留因子取1，其他方向取1/16，对人员的剂量估算结果见表 1。

从表 1可以看到，控制室内工作人员的最大个人剂量为0.438mSv/a，小于工作人员的剂量约束值5 mSv/a; 公众的最大个人剂量为0.0228mSv/a，小于公众的剂量约束值0.1mSv/a。所以，射波刀机房屏蔽能够使工作人员和公众受到的辐射剂量满足国家标准的要求。

3.2 讨论

从射波刀机房的剂量估算结果反映出机房四墙及屋顶的屏蔽设计偏保守。在确保屏蔽效果满足国家标准的前提下，机房屏蔽厚度可进行最优化设计，防护门铅当量厚度可适当减少。由于屋顶可视为副屏蔽墙，同时考虑到屋顶的屏蔽设计方案还需要满足改造施工时承重的要求，其屏蔽厚度也可相应减少。