中国辐射卫生  2011, Vol. 20 Issue (2): 146-149  DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2011.02.001

引用本文 

杨海友, 于水. NCRP No.151报告在评价MV级医用电子直线加速器机房周围环境辐射水平中的应用[J]. 中国辐射卫生, 2011, 20(2): 146-149. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2011.02.001.
YANG Hai-you, YU Shui. Application of NCRP REPORT No. 151 for Evaluating the Radiation Level at the Ambience of Megavoltage Medical Electron Linear Accelerator Treatment Room[J]. Chinese Journal of Radiological Health, 2011, 20(2): 146-149. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2011.02.001.

通讯作者

于水(1965~), 男, 汉族, 内蒙古巴盟人, 研究员, 博士, 放射医学专业

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收稿日期：2010-11-30
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NCRP No.151报告在评价MV级医用电子直线加速器机房周围环境辐射水平中的应用
杨海友 , 于水     
军事医学科学院生物医学分析中心, 北京 100850
收稿日期：2010-11-30
作者简介：杨海友(1981~), 男, 汉族, 河南确山人, 硕士, 辐射防护及环境保护专业.
通讯作者：于水(1965~), 男, 汉族, 内蒙古巴盟人, 研究员, 博士, 放射医学专业.
摘要：目的 依照NCRP No.151报告给出的MV级医用电子直线加速器机房屏蔽设计的估算模式, 导出医用电子直线加速器机房周围环境辐射水平的估算模式。方法 在NCRP No.151报告《MV级X和γ射线放疗设备的屏蔽设计和评价》给出的MV级医用电子直线加速器机房屏蔽设计估算模式的基础上, 以等中心点剂量率替代周工作负荷, 并舍弃居留因子和使用因子, 再根据机房周围不同区域屏蔽材料的厚度进行逆向推导, 最终导出了医用电子直线加速器机房周围环境辐射水平的估算模式。结果 为医用电子直线加速器机房周围环境辐射水平的估算提供了一套系统化模式。结论 该估算模式对医用电子直线加速器机房周围环境辐射水平的估算具有一定的实用价值。
关键词：NCRP No.151报告    医用电子直线加速器    辐射水平    估算模式    
Application of NCRP REPORT No. 151 for Evaluating the Radiation Level at the Ambience of Megavoltage Medical Electron Linear Accelerator Treatment Room
YANG Hai-you , YU Shui     
Biomedical Analysis Center, Academy of Military Medical Sciences, Beijing 100850, China
Abstract: Objective The estimation model, on radiation level at the ambience of medical electron linear accelerator treatment rooms, is derived on the basis of NCRP REPORT No.151, which presents the calculation model of shielding design about barrier thicknesses of megavoltage medical electron linear accelerator treatment rooms. Methods The estimation model comes from NCRP REPORT No.151-"Structural Shielding Design and Evaluation for Megavoltage X-and Gamma-Ray Radiotherapy Facilities", which presents the calculation model of shielding design about megavoltage medical electron linear accelerator treatment rooms, and the dose rate at isocenter replaces the workload, and the occupancy factor and the use factor are forsaken, then the converse deduction is done according to barrier thicknesses of shielding materials.Ultimately, the estimation model, on radiation level at the ambience of medical electron linear accelerator treatment rooms, is derived. Results It can be regarded as a systematic estimation model for calculating the radiation level at the ambience of medical electron linear accelerator treatment room. Conclusion The estimation model has certain practical value to evaluate the radiation level at the ambience of medical electron linear accelerator treatment room.
Key words: NCRP REPORT No.151    Medical Electron Linear Accelerator    Radiation Level    Estimation Model    

NCRP No. 151报告《MV级X和γ放疗设备的屏蔽设计和评价》[1]是美国国家辐射防护与测量委员会针对高能医用电子直线加速器机房的屏蔽设计，而建立的评价机房周围不同区域屏蔽材料厚度的估算模式。本文在NCRP No. 151报告给出的MV级医用电子直线加速器机房屏蔽设计估算模式的基础上，以等中心点(医用放射治疗装置机架旋转轴中心线和有用束中心线的交点)的剂量率替代周工作负荷，并舍弃居留因子(某区域最大受照人员在辐射源出束时间内驻留的平均时间占总出束时间的份额)和利用因子(有用线束射向某特定屏蔽墙方向照射的时间占出束时间的份额)，同时根据机房周围不同区域屏蔽材料的厚度进行逆向推导，从而实现了向辐射剂量率水平估算模式的转化，最终导出了一套系统而规范化的的医用电子直线加速器机房周围环境辐射水平的估算模式。

1 机房周围环境辐射水平估算模式

对于医用电子直线加速器机房周围环境辐射水平的估算，主要考虑3个方面: ①机房四周辐射水平的估算; ②机房房顶辐射水平的估算; ③机房迷道口辐射水平的估算。下面就这3个方面，解析调整后的加速器机房周围环境辐射水平的估算模式。

1.1 机房四周辐射水平估算模式的建立

以图 1某医院医用电子直线加速器机房的平面示意图为例，来演示机房四周辐射水平的估算模式。

图 1 机房四周估算点位平面示意图 注: O点为等中心点的位置; P点和Q点分别为机头90°和270°出束时，靶点的位置。
1.1.1 机房四周主束区内关注点位辐射水平的估算模式

机房四周主束区内关注点位的辐射水平，主要考虑: ①主束贯穿辐射的剂量率贡献，②泄漏射线的剂量率贡献。点位C和D均为主束区内的特征关注点位，以点位C为例建立估算模式。

1.1.1.1 主束贯穿辐射对关注点的剂量率贡献

主束对主屏蔽墙的透射系数Bpri为:

(1)

主束对点位C的剂量率贡献Hpri为:

(2)

式(1)和(2)中: H为屏蔽墙的厚度，此处为主屏蔽墙的厚度，cm; θ为射线对屏蔽墙的入射角; TVL1为主束对混凝土的第一个什值层(常常不同于以后的什值层)，TVLe(平衡什值层)为主束对混凝土第一个什值层以后的什值层，cm，具体数据见表 1[2, 3]; D0为等中心处X射线的吸收剂量率，Gy·h-1; dpri为靶点至关注点的距离，一般可表示为(d + 1)，d为等中心点至关注点的距离，m。

表 1 普通混凝土对不同工况下射线束的TVL(cm)
1.1.1.2 泄漏射线对关注点的剂量率贡献

泄漏射线对主屏蔽墙的透射系数BL为:

(3)

泄漏射线对点位C的剂量率贡献HL为:

(4)

式(3)和(4)中: H为屏蔽墙的厚度，此处也为主屏蔽墙的厚度，cm; TVL1L为泄漏射线对混凝土的第一个什值层，TVLLe1为泄漏射线对混凝土的平衡什值层，cm，具体数据见表 1; Lf为主束的泄露率，保守可取0. 1%。符号θ、D0和d代表的意义同前文。

1.1.2 机房四周非主束区内关注点位辐射水平的估算模式

机房四周非主束区内关注点位的辐射水平，主要考虑: ①病人散射线的剂量率贡献，②泄漏射线的剂量率贡献。点位A、B、E和F均为非主束区内的特征关注点位，以点位E为例建立估算模式。

1.1.2.1 病人散射线对关注点的剂量率贡献

病人散射线对次屏蔽墙的透射系数BPS为:

(5)

病人散射线对点位E的剂量率贡献Hsca为:

(6)
表 2 不同散射角度下普通混凝土对病人散射线的TVLsca(cm)

表 3 病人散射线以不同角度散射时的散射系数

式(5)和(6)中: H为屏蔽墙的厚度，此处为次屏蔽墙的厚度，cm与TVLsca为病人散射线对混凝土的什值层，具体数据见表 2; α[4, 5]为病人散射线以不同角度散射时的散射系数，其代表性的参考值见表 3; F为病人治疗位置的射野面积，cm2与dsca为靶点至病人的距离，m; 取值为1; 400是以射野面积20cm × 20cm为标准进行标准化的散射系数。D0和d代表的意义同前文。

1.1.2.2 泄漏射线对关注点的剂量率贡献

由公式(3)求出泄漏射线对次屏蔽墙的透射系数BL，依据公式(4)进行估算泄漏射线对点位E的剂量率贡献HL。

1.2 机房房顶辐射水平估算模式的建立

图 2给出了某医院医用电子直线加速器机房的剖面示意图，以此为例，来示意机房房顶关注点位的辐射路径。

图 2 电子直线加速器机房房顶估算点位剖面示意图 注: M点为机头向下0°出束时，靶点的位置; N点为机头向上180°出束时，靶点的位置。
1.2.1 房顶主束区内关注点位辐射水平的估算模式

房顶主束区内关注点位的辐射水平，主要考虑: ①主束贯穿辐射的剂量率贡献，②泄漏射线的剂量率贡献。参照“1. 1. 1机房四周主束区内关注点位辐射水平的估算模式”，以点位G为例建立房顶主束区内关注点位辐射水平的估算模式。

1.2.1.1 主束贯穿辐射对关注点的剂量率贡献

由公式(1)求出主束对主屏蔽墙的透射系数Bpri，依据公式(2)进行估算主束对点位G的剂量率贡献。

1.2.1.2 泄漏射线对关注点的剂量率贡献

由公式(3)求出泄漏射线对主屏蔽墙的透射系数BL，依据公式(4)进行估算泄漏射线对点位G的剂量率贡献HL。

1.2.2 房顶非主束区内点位辐射水平的估算模式

房顶非主束区内关注点位的辐射水平，主要考虑: ①病人散射线的剂量率贡献，②泄漏射线的剂量率贡献。参照“1. 1. 2机房四周非主束区内关注点位辐射水平的估算模式”，以点位H为例示意房顶非主束区内关注点位辐射水平的估算模式。

1.2.2.1 泄漏射线对关注点的剂量率贡献

由公式(3)求出泄漏射线对次屏蔽墙的透射系数BL，依据公式(4)进行估算泄漏射线对点位H的剂量率贡献。

1.2.2.2 病人散射线对关注点的剂量率贡献

由公式(5)求出病人散射线对次屏蔽墙的透射系数BPS，依据公式(6)进行估算病人散射线对点位H的附加剂量率贡献。

1.3 机房迷道口辐射水平估算模式的建立

对于低能加速器，迷道口的辐射水平主要考虑: ①主束经屏蔽墙2次散射所致的剂量率贡献，HS; ②机头泄漏射线经屏蔽墙1次散射所致的剂量率贡献，HLS; ③主束经病人和屏蔽墙各1次散射所致的剂量率贡献，HPS; ④泄漏射线贯穿迷道内墙所致的剂量率贡献，HLT。图 3给出了对迷道口有剂量率贡献的上述四种主要成分的散射路径。对高能加速器而言，除了要考虑上述四种主要成分的贡献外，还要考虑: ⑤中子俘获γ射线经屏蔽墙1次散射所致的剂量率贡献，Hcg; ⑥中子经屏蔽墙1次散射所致的剂量率贡献，Hn。

1.3.1 主束经屏蔽墙2次散射对迷道口的剂量率贡献HS

如图 3所示，主束经屏蔽墙2次散射后可以到达迷道口，其散射路径为机头Q→W→Z→ V。主束经屏蔽墙2次散射对迷道口的剂量率贡献估算模式(7):

(7)
图 3 对迷道口有剂量率贡献的不同成分的散射路径示意图

式(7)中: D0代表的意义同前文; α0为屏蔽墙对主束的第一次散射系数，α2为主束经屏蔽墙第一次散射后的散射线再经另一屏蔽墙第二次散射时的散射系数，α0和α2以及下文中α1的代表的意义完全相同，其代表性的参考值见表 4和表 5[6-8]; A0为第一次散射区面积，m2; A2为第二次散射区面积，其值为从第一散射区域观察“迷道内口”投影到迷道外墙的截面积，m2; dh为靶点至第一散射面中心点W的距离(dQW)，m; dr为第一散射面中心点W经迷道内墙边缘与迷道中心线交点Z的距离(dWZ)，m; dz为点Z至迷道口V的距离(dZV)，m。

表 4 0°入射时以不同角度反射时墙壁的反射系数(× 10-3)

表 5 45°入射时以不同角度反射时墙壁的反射系数(× 10-3)
1.3.2 机头泄漏射线经屏蔽墙1次散射对迷道口的剂量率贡献，HLS

如上图所示，泄漏射线经屏蔽墙1次散射后可以到达迷道口，其散射路径为机头Q(或O) →X→V。泄漏辐射经屏蔽墙1次散射对迷道口的剂量率贡献估算模式(8):

(8)

式(8)中: α1为屏蔽墙对泄漏射线的散射系数; A1为泄漏辐射1次散射区面积，其值为从迷道口处向机房内可观察到的对面屏蔽墙的截面积，m2; dLS为靶点至迷道中心线和泄漏射线散射面A1的交点X的距离(dOX)，m; dzz为散射面A1至迷道口V的距离(dXV)，m。

1.3.3 主束经病人和屏蔽墙各1次散射对迷道口的剂量率贡献，HPS

如图 3所示，主束经病人后再经屏蔽墙1次散射后可以到达迷道口，其散射路径为M→O→X→V。主束经病人后再经屏蔽墙1次散射对迷道口的剂量率估算模式(9):

(9)

式(9)中: α(θ)[4, 5]为病人散射线以散射角θ进行散射时的散射因子; α1[6-8]为墙壁对病人散射线的散射系数; dsec为病人至迷道中心线与散射面A1的交点X的距离(dOX)，m。

1.3.4 泄漏射线贯穿迷道内墙对迷道口的剂量率贡献

HLT机头泄漏射线直接贯穿迷道内墙后可以直接到达迷道口，其辐射路径为等中心点O→V。机头泄漏射线直接贯穿迷道内墙后对迷道口的剂量率估算模式(10):

(10)

式(10)中:泄漏射线的透射系数BL由公式(3)求出; dL为等中心点O到迷道口V的距离(dOV)，m。

1.3.5 中子俘获γ射线经屏蔽墙1次散射对迷道口的剂量率贡献，Hcg

中子俘获γ射线经屏蔽墙1次散射后可以到达迷道口，其散射路径为等中心点O→Y→V。中子俘获γ射线经屏蔽墙1次散射后对迷道口的剂量率估算模式(11):

(11)

式(11)中: K为中子俘获γ射线在点Y处(等中心点经迷道内墙边缘与迷道中心线的交点)的剂量当量(Sv)与总中子通量的比值，推荐值为6. 9 × 10-16 Sv·m2 ·neutron-1; φA为单位吸收剂量(Gy)产生的总中子通量，neutron· m-2，可由公式(12)求得; d2为点Y至迷道口V的距离(dYV)，m; TVD为将γ辐射剂量率减至其十分之一的距离(称为什值距离)，对18 － 25 MV的X射线束为5. 4 m，对15 MV的X射线束为3. 9 m。

(12)

式(12)中: β为机头屏蔽体对中子的透射因子，对于Pb为1，对于W为0. 85; d1为等中心点经迷道内墙边缘与迷道中心线交点Y的距离(dOY)，m; Qn为在等中心点单位X射线的吸收剂量，机头产生的中子源强，neutron·Gy-1; Sr为治疗室的总表面积，m2。

1.3.6 中子经屏蔽墙1次散射对迷道口的剂量率贡献，Hn 1.3.6.1 中子透射

NCRP No. 51报告[9] (1977)给出的钨靶发生光核反应(γ-n)的阈值为8. 0MeV，因此，当加速器产生X射线的能量大于8. 0MeV时，能够通过γ-n反应产生一定量的中子。

NCRP No. 151报告指出，由于混凝土有较高的氢含量，对中子的吸收截面较大，如果屏蔽层足以屏蔽初级X射线和泄漏X射线，则无需再单独考虑中子和中子俘获γ射线透射而产生的附加屏蔽问题。

1.3.6.2 中子散射

当加速器以高能状态运行时，光子与钨靶发生光核反应(γ-n)可产生中子。由图 3可知，中子沿路径等中心点O→Y→V，可散射至迷道口。

对于高能加速器而言，中子散射是迷道口处剂量率贡献的主要来源，采用NCRP No. 151号报告推荐的Kersey方法估算中子散射对迷道口的剂量率估算模式为:

(12)
(14)

式(13)和(14)中: Hn，D为在等中心点单位X射线的吸收剂量，中子在迷道口的当量剂量，Sv·Gy-1; H0为在等中心点单位X射线的吸收剂量，准直器处中子的总剂量率，mSv·Gy-1; S0和S1分别为迷道内口的截面积和迷道的截面积，其图示如图 1所示，m2; d0为机头至准直器的距离，推荐值为1. 41m; d1和d2，代表的意义同前文。

2 结论

依照NCRP No. 151报告给出的一套用来估算拟设计MV级医用电子直线加速器机房屏蔽体厚度的估算模式，本文在此估算模式的基础上，以等中心点剂量率替代周工作负荷，并舍弃居留因子和使用因子，同时根据机房周围不同区域屏蔽材料的厚度进行逆向推导求出透射系数，从而实现了向辐射剂量率模式，对医用电子直线加速器机房周围环境辐射水平的估算水平估算模式的转化，最终导出了医用电子直线加速器机房周围环境辐射水平的估算模式，该模式可以作为一种评价医用电子直线加速器机房周围环境辐射水平的系统而规范化的估算具有一定的实用价值。

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