医用直线加速器已广泛应用于肿瘤等疾病的治疗, 合理的机房布局和屏蔽设施是保证放射工作人员和患者的防护以及保护环境的重要前提。直线加速器项目投资大、射线能量高、对人员和环境潜在危害大, 设备和防护设施复杂, 对放射卫生单位的设计和建设有很高的要求, 一直是放射监督机构开展工作的重点和难点。该医院肿瘤治疗中心自2005年新建医用直线加速器新机房, 于2006年11月竣工。以放射防护为重点, 我们在立项审批阶段, 对加速器基建设计进行了预审和干预; 该系统运行前, 我们进行了放射防护效果验证和防护指导, 旨在解决新上大型射线项目带来的辐射防护问题。

1 医用直线加速器的基建设计干预 1.1 医用直线加速器基建设计方案

该医院肿瘤治疗中心选址在外科楼地下室, 加速器机房建在放疗科一端。加速器机房包括治疗室、控制室和辅助机房。加速器室的墙为混凝土结构, 用增加局部墙壁厚度和设置迷道等措施来屏蔽和减少辐射。加速器机房各部位设计结果见表 3中设计值一栏。治疗室不设窗户, 防护门上装有与加速器联锁的门机联锁开关, 防护门比门洞大, 门与墙的搭接为10 cm。地下加速器室布局见图 1、2。

1.2 医用直线加速器室设计干预

根据有关资料和标准^[1], 职业照射与公众照射剂量限值分别为20 mSv (在规定的连续5a内平均, 在其中任一年内不得超过50 mSv)和1 mSv (在规定的连续5a内平均, 在其中任一年内不得超过5 m Sv)。遵循放射实践的正当化、个人剂量限值和为将来发展留有余地的防护基本原则^[2], 干预评价满足公众场合辐射水平小于0.5 μSv/h, 治疗室外经常性工作场所辐射水平小于5 μSv/h, 偶尔性工作场所辐射水平不得高于25 μSv/h, 职业照射为20 mSv/ a的控制目标。该医用电子加速器能量为X射线6 M V, 剂量率为3Gy/m in, 机头和室内产生的中子以及感生放射性忽略不计, 屏蔽射线主要为高能X射线。加速器治疗室屏蔽包括主防护墙、辅防护墙、迷道与防护门的屏蔽。

主防护墙指主射束直接照射的墙壁或屋顶, 根据使用中的照射方向, 图 1、2中B、D、G为主防护墙。由于D点外面为土层, 不需计算。国外典型工作负荷常以W (有用线束周工作负荷)=1×10³ G y/wk为基准, 国内一般用W=1.5×10³ G y/wk, 本计算选后者; TVL (衰减X射线束的1/10值厚度)=34 cm混凝土^[3]; 放射工作人员P (周有效剂量限值)=0.1 m Sv/wk, 公众P=0.02 mSv/wk, 主防护墙的屏蔽厚度计算结果见表 1。

辅防护墙指不受到主射束直接照射的墙壁或屋顶。图 1、2中A、C、E、F、H位置为辅防护墙, E点为土层, 不需考虑。对于医用直线加速器, 来自病人及床面的散射剂量一般不超过泄漏辐射的剂量, 而且散射线的能量比泄漏辐射低得多, 因此散射辐射可忽略^[3]。本预审只用泄漏辐射强度来计算辅防护墙厚度, 结果见表 2。

迷道内墙与外墙共同起着保护治疗室工作人员和周围环境安全的作用, 防护设计上与辅防护墙相同, 计算总厚度均分为内墙与外墙, 内墙适当厚一些。迷道与防护门的防护性能通过估算门外N点的剂量率来评价。设主射束向南(图 1)作水平照射, 用ICRP报告^[4]中附录5查出主射束被散射到距模体1 m处(P点)的剂量率D_PS; 用平方反比规律算出Q点的剂量率, 再用散射X射线反照率法估算Q到M处的剂量率D_MS, 再计算由D_MS经防护门减弱到N点的剂量率D_NS。D_NS的估算途径为O→P→Q→M →N (图 1)。计算结果表明:迷道和6mm铅防护门对泄漏射线和散射线减弱与屏蔽迷道达到防护要求, 防护门外剂量率与本底相当。另外, 直线加速器室实用面积83m², 迷道长8.5m, 宽1.8m, 治疗室高4m。在迷道入口处2.5 m高处加过梁, 如图 1虚线所示, 则迷道内X射线散射引起的剂量可减少为原来的2.5/4=62.5%, 可大大减轻屏蔽门的防护能力。据此, 我们对6MV直线加速器室墙壁和顶棚的厚度、防护门的铅当量以及迷道过梁都给出了具体的最优化方案, 见表 3。南墙只有0.45m露于地面, 因此地下部分的墙壁厚度从防护上不需要考虑, 但为了防止斜向照射, 地面上方0.45m以及地面下方1m仍需按表 3设计。该方案不仅能保证放射工作人员、公众及环境辐射安全, 而且能有效利用空间, 大大节约了建筑成本。

2 直线加速器室放射防护监测

加速器机房的建设基本按优化方案建成, 直线加速器试运行前, 我们进行了放射防护监测, 以验证防护效果。

2.1 测试条件

医用直线加速器(BJ-6B, 北京医疗器械研究所), X射线能量为6 MV, 等中心处给定剂量450 cG y, 剂量率为300 cG y/m in, 出线时间为1.5 m in。气压:93.8 kP a, 温度: 22℃, 湿度:65%。射野尺寸为20 cm×20 cm, 投照方向分别为0°、90°、180°、270°, 床上放水箱。

2.2 测试仪器

热释光个人剂量计(L iF玻璃管探测器ZD B -3型, 中国辐射防护研究院)、热释光剂量仪(FJ-377型, 核工业部北京核仪器厂)、FJ-347A型X、γ剂量率仪。

2.3 测试方法

将退火后热释光剂量计, 布于治疗床上距水箱0.7 m (相当于人体中部)、1.6 m (相当于人体足部), 治疗床下地面1 m处及"L"型通道不同位置, 测量布点见图 1。然后用热释光剂量仪进行测量, 读出数据, 倒算成剂量率值; 剂量率仪测试选距地面1.5 m, 距墙面0.3 m处测量。

2.4 监测结果

见(表 4)。开机条件不变, 直线加速器主射束在其他方向时, 加速器机房外各处辐射均为本底值。

3 结果分析与建议

(1) 对于个人剂量限值的认识有两个极端认识, 一是认为在这个限值以下就是安全的, 在进行设计时, 防护厚度要使人员接受的剂量尽量接近基本安全标准所制定的有关人员年剂量限值。二是在进行治疗机房屏蔽设计时要求屏蔽体外达到天然本底辐射水平, 使防护墙和防护门的防护厚度没有必要的增加很多, 造成不必要的浪费^[5]。而往往又以后者居多。本项目的原设计就是一个过度保守的实例。经基建预审使实体施工屏蔽有了很大削减, 节约了不少基建投资, 经验收检测验证, 环境辐射泄漏指标自然是合格的。可见, 大型射线项目的预审是非常重要的。

(2) 该肿瘤治疗中心的加速器辐射安全系统, 配置完善, 设置合理, 可保证加速器安全可靠运行。加速器计算机控制, 治疗的各种参量用屏幕显示, 参数设置与加速器联琐。配有工作剂量仪、水模等剂量测量器具和模拟定位机等质量保证设备。治疗室与控制室之间有监视和对讲系统, 有辐照声光报警系统和门机联锁系统。

(3) 验收检测中在设施、人员和制度方面也发现了一些问题, 如机房通风设施尚未启动, 放射治疗工作人员未经专业培训或学历职称不够资质, 未取得《大型医疗设备上岗证》, 不按照规定期限对直线加速器进行剂量标定等。为达到最优化设计并保证安全提出如下建议:不断对工作人员进行专业培训, 提高放疗水平; 加强对人员放射防护专业知识的培训; 规范放射工作人员的个人剂量监测; 完善规章制度并加以落实。