立体定向咖玛射线全身治疗系统, 简称为伽玛刀, 属于大型医用射线项目, 具有投资大、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, 一直是放射卫生监督机构开展工作的重点和难点。大型医用射线项目的设计优化是指放射卫生监督机构对新上大型医用射线项目的监督管理, 是以项目基建预防性监督为重点, 涵盖项目许可和审核、运行状况评估和指导等一系列监督管理活动。本区放射防护监督监测中心从放射防护角度, 基于放射防护的正当化、最优化和个人剂量限值三个基本原则, 对某医院伽玛刀机房建设项目进行了设计优化。

1 立体定向伽玛射线全身治疗系统机房建设项目设计概况

该院引进OUR-QGD型立体定向伽玛射线全身治疗系统, 放射性核素⁶⁰Co, 射线为β射线和γ射线, 其中β射线最大能量为0.317MeV, 全部被源密封层吸收, 不予考虑。γ射线半衰期5.27a, 射线平均能量1.25MeV。放射性活度3.15×10¹⁴Bq, 放射源规格直径2.6mm, 长30mm。全身伽玛刀治疗中心位于医疗区内, 距家属区较远, 与放射科、核磁共振及螺旋CT相邻。立体定向伽玛射线全身治疗系统机房由咖玛机房和配套的控制室、定位室、治疗规划室等建筑组成, 控制室门口设防护门。建设项目屏蔽材料见表 1, 结构和布局设计见图 1。

该辐照装置不产生“三废”, 且放射源有密封壳、辐照装置屏蔽体和治疗室墙体三重屏蔽。只要建筑设施达到屏蔽设计要求, 在正常运行和事故条件下, 不会增加公众的年剂量当量。伽玛刀控制系统与防护门进行联锁, 同时, 使用排风扇进行通风换气, 排风扇和空调通气口外加小防护墙使射线沿任何方向穿过均有50cm厚的混凝土阻挡, 防止射线泄漏。

2 机房建设项目设计评价 2.1 项目设计评价原则

依据相关法规标准^[1-6], 评价要求防护设计必须保证各类人员受照剂量在规定限值以内, 并符合最优化原则; 防护设计留有二倍安全系数。

2.2 项目设计评价指标

对于职业照射, 在规定的连续5a内平均年有效剂量为20mSv, 在其中任何一年内不得超过50mSv^[2]。为满足上述要求, 距源1m处辐射水平在非治疗状态下不得高于20μ Sv/h, 治疗室外工作场所辐射水平不得高于5μSv/h。对于公众照射, 有效剂量在规定的连续5a内平均为1mSv, 在其中任一年内不得超过5mSv^[2]。为满足上述要求, 工作场所外辐射水平不得高于0.5μSv/h。对于应急照射, 有效剂量为50mSv/a, 特殊情况下可放宽至100mSv/a。

2.3 防护墙、屋顶和防护门的屏蔽效能评价 2.3.1 治疗室墙屏蔽效果

根据设计, 墙壁和顶棚拟采用混凝土建筑, 密度为2.36g/cm³, 厚度为60cm。墙外剂量率按下列计算:D=D₀·K, D为治疗室的空气吸收剂量率, K为总透射系数。计算时取与地面1m处的水平散射线, 此时K=3.07×10^-4。按图 1所示治疗室的尺寸及伽玛刀位置, 根据厂家提供的资料, 治疗室内离地1m高度, 离体刀旋转轴2m处的最大剂量率为4500μSv/h, 并且随着离旋转轴距离的增加, 剂量的衰减服从反平方规律。可得到治疗室距离墙壁1m墙外的剂量率, 结果见表 2。

2.3.2 治疗室顶棚屏蔽效果

对于顶棚, 根据厂家提供的资料, 地表处的剂量为8500μSv/h, 使用虚源反推法, 得到顶棚外的剂量率为1360μSv/h, 屏蔽后的剂量率为1360×7.27×10^-4=0.99μSv/h, 满足工作场所辐射水平的要求。

2.3.3 治疗室防护门屏蔽效果

防护门设计厚度为1.0cm铅当量, 通过计算得到铅门的总透射系数为0.15。已知中心轴到防护门的最近距离为4.57m, 可得门外1m处的剂量率为4500×(2/5.57)²×0.15=88μSv/h, 可见结果未满足工作场所辐射水平的要求。

3 放射防护设计优化

该医院立体定向伽玛射线全身治疗中心选址基本可行; 治疗室、顶棚能够保证工作人员和公众的放射防护安全, 但防护门设计值过薄, 不能满足防护要求。如果将防护门的铅当量厚度改为1.5cm, 得防护门的透射系数为0.065, 门外1m处的剂量率为4500×(2/5.57)²×0.065=38μSv/h, 结果仍不能满足工作场所辐射水平的要求。如果将防护门的铅当量厚度增加到3cm, 得防护门的透射系数为5.29×10^-3, 门外1m处的剂量率为4500×(2/5.57)²×5.29×10^-3=3.07μSv/h, 能满足工作场所辐射标准的要求。为了使防护门外的辐射水平符合相关标准要求, 将机房设计进行干预:①将防护门的铅当量增加到3cm; ②修改房间布局, 将接待厅和办公室交换位置, 将观察室与办公室交换位置。优化后设计见图 2。

4 放射防护效果验证 4.1 治疗装置防护性能检测

非治疗状态下, 测量点如图 3, 结果见表 3。

4.2 非治疗状态下治疗室内的辐射水平

测量点如图 2, 结果见表 4。

4.4 治疗室外防护性能检测

治疗状态下室外的辐射水平, 包括防护门、控制室及其它墙。结果如表 5。

立体定向咖玛射线全身治疗系统机房建设项目按建议案施工建成后, 经验收检测, 治疗装置、非治疗状态下治疗室内及治疗状态下治疗室外各关键点辐射水平均满足防护要求。

5 讨论

每一种大型医用射线项目的建设和运行都有其特点和规律, 容易出现一些带共性的问题, 经常出现的问题是基建设计存在防护漏洞或建筑设计过于保守从而浪费投资。立体定向咖玛射线全身治疗系统建设是一个医院乃至一个地区长远的战略性投资项目, 对医院或地区的医疗水平起着举足轻重的作用, 其项目设计、建设与运行的质量, 将对放射工作人员、患者、公众和环境造成长期和持续的影响。通过对射线项目的设计优化, 可以在立项之初发现项目本身的问题, 在施工建设之前发现机房建设的漏洞或不必要的过度防护投资, 在建设过程中发现施工可能带来的安全隐患, 在竣工监测时验证设备的性能质量和机房设施的防护效果, 在许可登记时对建设单位的人员、设备、设施、组织机构和规章制度情况进行审查和把关, 在试运行期通过持续的监测和指导, 可以保证放射卫生单位的放射诊疗质量和安全防护。放射卫生监督管理机构, 作为放射诊疗监督监测专业机构, 在放射诊疗质量保证和安全防护监督监测的人员、技术和设备等方面, 都远比放射卫生单位更具有优势。因此, 在放射卫生单位严格按照国家有关法规标准设计建设大型医用射线项目的同时, 放射诊疗监管机构提前介入进行优化, 实施动态监测和指导, 对于消除项目隐患、节省建设经费, 提高放射诊疗质量和保证安全防护具有长远意义。