赛博刀是一种新型立体定向放射治疗装置^[1], 由美国Stanford大学医疗中心脑外科与Accuray公司合作研发, 1994年投入使用。它集影像引导系统和高准确性的治疗系统于一身, 将一个6MVX射线的轻型电子直线加速器安放在一个有6个自由度的机械臂上, 通过影像处理系统制定治疗计划, 以准确剂量的放射线束"切除"肿瘤。随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高, 人们对医疗设备的需求也逐步增长, 为此我国一些省市的医院相继引进了赛博刀装置。

赛博刀在放射治疗应用中, 采用非等中心且从不同方向, 以几百个小的圆形照射野(直径一般为1.5cm)照射肿瘤部位, 主射束能照射到治疗室机房的大部分墙面上^[2]。因此赛博刀机房的设计不同于普通加速器机房, 为保障放射工作人员和公众的安全, 也为了机房设计的最优化, 在此对赛博刀的机房防护予以关注。

1 材料与方法 1.1 研究对象

以某一典型的赛博刀机房为例, 介绍机房屏蔽估算和评价方法。表 1和图 1分别给出了赛博刀的主要性能指标和机房的布局图。

1.2 屏蔽估算与评价方法^{[3, 4]}

使用NCRP151号报告中机房屏蔽的计算方法, 对图 1所示的赛博刀机房外关注点A的剂量水平进行了屏蔽估算, 以举例说明计算和评价方法。

A点为治疗室北墙外30cm处的一关注点, 所在场所为赛博刀控制室, 治疗室北屏蔽墙t为165cm的混凝土墙, 取有用束(主束)、泄漏辐射在混凝土中的十分之一衰减厚度(TVL)均为33cm。赛博刀预期每日治疗8个病人, 平均每个病人12.5Gy, 一周工作5日。工作负荷W=8×5×12.5=500Gy/week。

因赛博刀辐射源至治疗靶距离为80cm, 换算到1m处的周工作负荷为:W_pri=320 Gy/week。

漏射线周工作负荷为W_L=C_IW_pri=15×320=4800Gy/ week, C_I为赛博刀调强因子, 取15^[5]。

根据NCRP151号报告的剂量估算方法, A点有用束与漏射线的瞬时剂量率以及累积剂量当量可由下式计算得到:

(1)

(2)

(3)

(4)

上述公式中:IDR_pri、IDR_L为有用束和泄漏辐射的瞬时剂量率, μSv/h; Ḋ₀为有用束距靶1m处的剂量率, 1.54×10⁸μGy/h; B、B_L分别为有用束和泄漏辐射透射因子; R_W(pri)R_W(L)分别为关注点有用束和泄漏辐射的累积剂量μSv; W_pri、W_L分别为有用束和泄漏辐射周工作负荷, 分别为320Gy/week, 4 800Gy/ week; U_pri为赛博刀向关注点A的方向照射的使用因子, 0.05;dA为赛博刀典型治疗靶点的位点到关注点A的距离, 4.9m。

2 结果

由上述公式计算得到:关注点A有用束和泄漏辐射的瞬时剂量率分别为47μSv/h, 0.064μSv/h; 有用束和泄漏辐射的累积剂量分别为5μSv, 2μSv。结果表明关注点A的周剂量为7μSv, 小于《放射治疗机房的辐射屏蔽规范》GBZ/T201.1 -2007中放射治疗机房外控制区的工作人员的周剂量控制水平(≤ 100μSv/周), 而瞬时剂量率远大于2.5μSv/h, 不满足周围剂量当量率参考控制水平。

表 2给出了关注点A屏蔽墙不同厚度时对应的周剂量和瞬时剂量率水平。可见, 若屏蔽墙加厚到208cm混凝土时, A点瞬时剂量率降为2.4μSv/h, 周剂量降为0.35μSv, 可满足《放射治疗机房的辐射屏蔽规范》提出的要求。在此, 若假设A点所在区域不是控制室, 而是人员居留因子较小(T ≤ 1/2)的区域, 则可按10μSv/h的瞬时剂量率水平考虑墙屏蔽。

本次计算中未考虑病人散射对关注点的剂量贡献, 因为同泄漏辐射相比, 散射剂量很小, 可忽略不计。

3 讨论

(1) 赛博刀机房外关注点的剂量水平与工作负荷直接相关, 确定周工作负荷是辐射屏蔽计算中最重要的环节。由以上计算结果可知, 关注点A泄漏辐射剂量率远小于有用束剂量率, 但累积剂量达到了有用束周剂量的40%。这是由于赛博刀治疗技术属于适形调强技术, 与普通放射治疗技术相比, 在照射方式以及治疗时间方面有其自身特点。赛博刀对肿瘤靶组织采用几百个小的圆形照射野, 从不同方向照射肿瘤部位, 出束时间是常规放疗的约300倍, 增加了泄漏辐射工作负荷。从防护角度考虑, 调强因子C_I值相对较大(一般取15), 即由于大量小的照射野, 同常规治疗比较, 对病人给予相同的预置剂量, 需要的MU要多很多。可见, 对赛博刀机房来说, 若只采用累积剂量控制水平进行屏蔽设计或评价时, 不能忽视泄漏辐射工作负荷, 要充分考虑到泄漏辐射对关注点的剂量。

(2) 在赛博刀机房防护中, 会出现这样一种情形:关注点的周剂量会很小, 但瞬时剂量率很大, 可能达到几十或几百μSv/h, 而这种高剂量率的照射即便时间很短, 对工作人员或公众来说都是难以接受的。因此我们建议在对赛博刀机房屏蔽设计和评价时, 关注点的剂量水平应同时考虑《放射治疗机房的辐射屏蔽规范》GBZ/T201.1 -2007中剂量率控制水平的要求。

综上所述, 对于赛博刀机房的屏蔽设计与评价, 若只考虑累积剂量控制水平的要求, 则必须考虑泄漏辐射和有用束的剂量叠加作用; 若同时考虑剂量率控制水平的要求, 可忽略泄漏辐射, 累积剂量将远小于控制目标值。