某医院为新疆阿勒泰地区目前唯一一家购置医用电子直线加速器的医院, 其主要任务是为了满足当地居民的肿瘤治疗需求, 降低患者的治疗费用, 提高当地的医疗服务质量和救治水平。

1 项目基本情况

BJ-6B/400型医用电子直线加速器, 能量为6MV。该加速器设在医院北区, 为相对独立建筑物。治疗室面积89m², 高度为380cm, 主线束投照方向位于治疗室东、西两侧地面和屋顶, 治疗室主防护墙厚240cm, 次防护墙厚120cm, 屋顶厚度全部为140cm外加90cm厚保暖防护层(屋顶无建筑物和人员停留), 迷路内墙厚100~70cm, 迷路外墙厚70~100cm, 防护门屏蔽效果不低于6mm铅当量。所有墙壁和屋顶均采用密度为2.35cm^-3的钢筋混凝土浇铸。

2 评价方法

对电离辐射屏蔽效果采用理论估算法进行分析评价。采用类比法对辐射剂量理论估算值进行验证分析评价。

2.1 辐射屏蔽剂量估算方法 2.1.1 辐射源参数

辐射源种类:6MeV医用电子直线加速器; 辐射源与等中心距离1m远处的剂量率400cGy·min^-1, X射线辐射野:有用线束的半张角14°; 最大辐射野为40cm×40 40cm。照射频率:以向下或向双侧平照为主, 向下照射频率取值1/2, 两侧照射频率取值1/4, 向上照射频率取值1/10。项目工作量:根据该医院的实际情况, 每周治疗患者最大工作量不超过25人, 每人平均照射2.0野, 每野平均剂量200cGy, 每年按50个工作周计算。每年最大输出量不超过5.0×10⁵cGy。按未来发展, 每周治疗患者最大工作量50人计算每年最大输出量不超过1.0×10⁶cGy。

2.1.2 主射线屏蔽剂量计算方法

主射线朝向屏蔽后剂量按下式计算:

(2-1)

式中:D为计算点剂量率(μGy.h^-1); D₀为距靶1m处辐射输出剂量率(μGy.m².h^-1); R为计算点到源点的距离(m); d_i为第Ⅰ种屏蔽体的厚度(cm); TVT_I为第Ⅰ种屏蔽体的第一个十分之一值层厚度(34.5cm); TVT_E为第Ⅰ种屏蔽体的平衡十分之一值层厚度(33.8cm)。

2.1.3 散射线剂量

(2-2)

式中:D_s为计算点散射剂量率(μGy·h^-1); D₀有用线束距离靶点1m处剂量率(μGy·m²·h^-1); S为散射体面积(m²); R、R_r分别为源点到散射点, 散射点到计算点的距离(m); a为散射系数。

2.1.4 天空反散射

(2-3)

式中:D反散射为计算点反散射剂量率(μGy·h^-1); D₀为距靶点1m处辐射剂量率(μGy·m²·h^-1); Ψ为散射立体角(度); R_i靶至室顶外表面上方2m处的距离; R_s靶至观察位置的距离(m)。

2.2 剂量估算分析评价 2.2.1 有用线束屏蔽后的辐射剂量

根据设计图纸给出数据, 用公式2-1计算得出屏蔽后的辐射剂量见表 1。

该估算剂量表明主防护墙外剂量已达到公众剂量水平^[1]。屋顶外表面最大剂量为15.0μGy·h^-1, 其距源20m处天空反散射剂量率为1.3×10^-3μGy·h^-1, 由于治疗室建筑为单层, 层顶上没有人员经过和停留, 天空反散射当量剂量率很低, 屋顶防护厚度符合防护要求。

2.2.2 加速器散、漏射线屏蔽后的辐射剂量

根据设计图纸给出数据, 散射线按公式2-2(K^-1=2.74×10^-5), 漏射线用公式2-1(其中泄漏系数为0.2%, TVTE为22.6cm)得出屏蔽后的辐射剂量见表 2。

通过对治疗室四周不同方向散、漏射线剂量估算表明, 放射治疗室四周次防护屏蔽墙外辐射剂量率均达到公众剂量水平。

2.2.3 防护门屏蔽效果

该处的辐射剂量主要来自散、漏射线。散射线透过迷路内墙的透射辐射, 在患者体表上发生45°散射在墙内表上产生的二次散射。

漏射线透过迷路内墙的透射辐射, 主线束中心轴与防护门位置呈45°角, R=790cm, 屏蔽前剂量率为7.7×10³μGy·h^-1; 迷路混凝土内墙斜厚度d=141cm, K^-1为6.7×10^-5, 门外辐射剂量率:7.7×10³×6.7×10^-5=0.5(μGy·h^-1)。

散射线透过迷路内墙的透射辐射:从病人体表散射至门口的散射角约60°, 散射系数约为1.1×10³, 6MVX射线60°散射的屏蔽TVTE为20cm, 经迷路内墙屏蔽后, 辐射剂量率约为1× 10³μGy·h^-1。考虑到患者体表发生的45°散射在墙内表上产生的二次散射的散射辐射, 防护门到对面墙表的距离为11.6m, 此墙表距散射点约为10m, 二次散射角约135°, 其能量 < 0.5 MeV, 防护门(6mmPb)外的剂量率不会超过1μGy·h^-1。

2.2.4 辐射剂量类比分析与评价

参照1998年解放军第四十四医院购置的同类产品GJ-6B型医用电子直线加速器, 防护设施设计和屏蔽效果现场测量数据^[2]与本案估算值比较见表 3。

从表 3可以看出, 本案辐射剂量估算值与实测值基本吻合, 还偏于保守, 预计按本设计方案建设, 现场实际剂量要低于理论估算值。

2.2.5 受照剂量估算

工作人员受照剂量估算:为充分考虑放射工作人员的辐射安全, 设最大工作量每周治疗患者50人, 每个患者治疗时间为2min, 取2倍安全系数, 放射工作人员受照有效剂量当量为:

放射工作人员的年受照剂量0.11mSv, 低于国家标准中对一般公众的有效剂量当量限值。

公众的受照剂量估算:新建放射治疗室四周无长期滞留人员, 短期停留的主要是在该区域工作的非放射工作人员, 候诊病人和陪护人员。设居留因子T为1/4, 墙外辐射剂量率按1μGy·h^-1计算, 公众的附加受照剂量当量不超过0.1mSv·a^-1, 新建治疗室不会对公众造成辐射影响。

3 结论

该医院直线加速器放射治疗室辐射屏蔽设计剂量估算, 防护墙外辐射剂量率小于1.0μGy·h^-1; 工作人员年累积受照剂量远远低于国家标准规定的年剂量限值; 场所外围公众年累积受照剂量低于国家标准规定的年剂量限值的1/10(0.1mSv·a^-1)。按此防护屏蔽设计方案保证施工质量, 可以达到预定防护效果。