随着国内经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，放射治疗在国内各医院越来越普遍。各种先进现代的放射治疗设备，例如伽玛刀和加速器，已经广泛应用到癌症患者的治疗中。由于辐射对人体的危害，为了确保工作人员和公众的辐射安全，我国建立了较为完善的放射治疗辐射防护标准体系，包括GBZ 121、GBZ 126、GBZ 131、GBZ 161，以及GBZ/T 201等系列标准^[1]。2020年，国家卫生健康委员会整合了上述标准有关放射治疗室的屏蔽要求部分，发布了最新的标准GBZ 121—2020《放射治疗放射防护要求》^[2]。2021年10月，国家生态环境部也发布了标准HJ 1198—2021《放射治疗辐射安全与防护要求》^[3]。这些标准是相关放射治疗项目职业病危害评价和环境影响评价的重要依据。

当前，美国的ZAP公司设计开发了一种新型的具有自屏蔽功能的放射外科治疗系统Zap-X，其最大的特点是不需要建造昂贵而复杂的辐射屏蔽治疗室^[4]。该设备采用3 MV的直线加速器作为辐射源^[5]，主要用于立体定向放射（SRS）治疗上颈部良性和恶性颅内、颈椎病变。2020年，中国人民解放军总医院引进了该设备，用于脑部和头颈部肿瘤立体定向放射外科手术治疗^[6]。为了评估该系统的自屏蔽特性，开展了一系列的辐射测量，并依据相关标准进行了评估。

1 材料与方法 1.1 Zap-X系统介绍

Zap-X系统是一种新型的、基于图像引导的医学直线加速器立体定向放射外科治疗系统，主要用于治疗脑部、颈部肿瘤或病变（图1）。该设备采用3 MV直线加速器，并配备了可旋转的准直器，准直孔直径分别为25 mm、20 mm、15 mm、12.5 mm、10 mm、7.5 mm、5 mm、4 mm。直线加速器安装在斜向机架上，在以斜向轴为中心旋转的同时还能以轴向轴为中心轴旋转，可以实现对整个脑部和颈部范围的全覆盖（图2）。Zap-X系统等中心处的剂量率为1500 MU/min，并设计了屏蔽体，具备自屏蔽功能。在标准操作条件下，Zap-X系统周围1 m处的年剂量设计限值为1 mSv/年，相当于公众照射的年剂量限值。

1.2 测量方案

1）测量设备

Zap-X系统周围辐射场采用FJ1200型辐射剂量仪测量，并经中国辐射防护研究院的次级标准辐射场校准。对于光子，剂量率测量范围为0.01～200 μSv/h。

2）剂量测量

首先，为了全面了解Zap-X系统周围的辐射水平，掌握辐射热点的分布情况，围绕放疗设备测量出治疗机房内的辐射场分布情况。其次，依据国内标准GBZ 121—2020中基于“关注点周围剂量当量率参考控制水平”的评价方法，在Zap-X系统周围选取关注点，测量关注点的周围剂量当量率。

为了评价系统的自屏蔽效果，将Zap-X系统的边界线（Zap-X系统外围1 m的距离）视作屏蔽机房的外墙。因此，将距离Zap-X系统边界30 cm，且高度分别为地面以上1 m和1.5 m的位置选取为关注点。最终，沿着Zap-X系统的边界线选取了15个关注点（图3），每个点位测量3次，将3次测量结果的平均值作为最终结果。自屏蔽效果的评价，覆盖了Zap-X系统6种不同的运行状态，代表不同的机架位置、射线方向、准直孔直径等（表1和图4）。测量时，Zap-X系统等中心处机器跳数为额定的治疗剂量1500 MU/min，并在等中心处放置组织等效头颅模型用于模拟患者引起的散射情况^[7]。

2 结　果 2.1 剂量率巡测结果

基于Zap-X系统周围辐射场测量结果，利用插值算法给出了Zap-X系统周围辐射场的三维分布（图4），剂量率巡测结果显示，Zap-X系统顶端和末端区域的剂量率偏高。

2.2 不同位置剂量率测量结果

在Zap-X系统6种不同的运行状态下，各关注点剂量率测量结果如表2所示。由此可见，约44%的关注点位剂量率测量值≥2.5 μSv/h，主要是机头位置的点位（点位4、8、9、10、11）以及系统的末端位置（1号点位）的剂量率偏高，与剂量率巡测结果一致。最高的周围剂量当量率测量值为25.3 μSv/h。

2.3 屏蔽效果评估

目前国内放射治疗辐射防护要求的最新标准为GBZ 121—2020放射治疗放射防护要求。根据该标准，放射治疗场所放射防护屏蔽要求为：治疗机房（不包括移动式电子加速器治疗机房）墙和入口门外30 cm处（关注点）的周围剂量当量率应不大于下述a）、b）和c）所确定的周围剂量当量率参考控制水平 $ {\dot{H}}_{c} $ 。

a）使用放射治疗周工作负荷、关注点位置的使用因子和居留因子，由周剂量参考控制水平求得关注点的周围剂量当量率参考控制水平 $ {\dot{H}}_{c} $ ，

$ \dot{{H}_{c}}=\frac{{H}_{e}}{t\cdot U\cdot T} $

(1)

式中，

$ {\dot{H}}_{c} $ —周围剂量当量率参考控制水平，单位为微希沃特每小时（μSv/h）；

$ {H}_{e} $ —周剂量参考控制水平，单位为微希沃特每周（μSv/周），其值按如下方式取值：放射治疗

机房外控制区的工作人员：≤ 100 μSv/周；放射治疗机房外非控制区的人员：≤ 5 μSv/周。

t—设备周最大累积照射的小时数（h/周），t = 周工作负荷（W）/等中心处剂量率（ $ \dot{D} $ ）；

U—治疗设备向关注点位置的方向照射的使用因子；

T—人员在关注点位置的居留因子；

b）按照关注点人员居留因子的不同，分别确定关注点的最高周围剂量当量率参考控制水平 $ {\dot{H}}_{c,max} $ ：

1）人员居留因子T > 1/2的场所： $ {\dot{H}}_{c,max} $ ≤ 2.5 μSv/h；

2）人员居留因子T ≤ 1/2 的场所： $ {\dot{H}}_{c,max} $ ≤ 10 μSv/h；

c）由上述a）中的导出周围剂量当量率参考控制水平 $ {\dot{H}}_{c} $ 和b）中的最高周围剂量当量率参考控制水平 $ {\dot{H}}_{c,max} $ ，选择其中较小者作为关注点的周围剂量当量率参考控制水平 $ {\dot{H}}_{c} $ 。

目前国内还没有针对该新型的自屏蔽放射治疗系统Zap-X的放射治疗辐射防护标准。文中依据标准GBZ 121—2020，计算评价Zap-X系统的周围剂量当量率参考控制水平。

a）基于公式（1），使用放射治疗周工作负荷、关注点位置的使用因子和居留因子，由周剂量参考控制水平求得关注点的周围剂量当量率参考控制水平。对于该设备， $ {H}_{e} $ 为5 μSv/周；参考设计参数，每天进行9个处方剂量为20 Gy的治疗；该系统每个治疗计划的机器跳数为6250 MU^[5]。则，设备周最大累积照射的小时数t = 9（治疗/天） × 6250 MU × 5（天/周）/（1500 MU/min）/60（min/h） = 3.13 h/周，U 取值为0.25^[8]，T 取值为 1/4^[9]。 $ \dot{{H}_{c}} $ 为（5 μSv/周）/（3.13 h/周 × 0.25 × 0.25） = 25.56 μSv/h。

b）按照关注点人员居留因子的不同，分别确定关注点的最高周围剂量当量率参考控制水平。对于居留因子T ≤ 1/2的场所， ${\dot{H}_{c,max}}$ 取值为 10 μSv/h.

c）根据标准GBZ 121—2020，应该将 ${\dot{H}_{c,max}}$ 和 $ \dot{{H}_{c}} $ 的最小值作为周围剂量当量率参考控制水平。根据此要求，Zap-X的周围剂量当量率参考控制水平取值应为10 μSv/h。现场的辐射剂量的测量结果表明，在此工作条件下，Zap-X系统的自屏蔽系统不能满足国内的相关标准的辐射防护要求。

3 讨　论

根据标准GBZ 121—2020的要求，辐射屏蔽效果评价结果表明，在没有屏蔽治疗室的情况下，Zap-X系统的自屏蔽效果不能满足中国标准的要求。为了满足国内放射治疗辐射安全与防护标准的要求，还需要将Zap-X系统布置在屏蔽治疗内或增加治疗室的面积。

Zap-X系统的辐射自屏蔽是根据美国国家辐射防护与测量委员委员会（National Council on Radiation Protection and Measurements, NCRP）151号报告要求设计的。出于ALARA的目的，Zap-X系统设计的工作量为每周工作5天，每年工作50周，每天有9次治疗，处方剂量为20 Gy。因此，每年有2250次治疗。每个治疗计划均由全套206束光束组成，机器跳数为6250 MU^[5]。因此，年工作量约为1.4 × 10⁷ MU。在等中心处剂量率为1500 MU/分情况下，加速器束流的实际工作（Beam-On）时间为156 h/年。将每年156个小时的加速器束流实际工作时间除以每年2000个工作小时，可以得到7.8%的加速器束流实际利用率（duty cycle），说明有7.8%的时间用于产生治疗束流。国际标准规定，公众的剂量限值为1 mSv/年，对应Zap-X每年2000个小时的工作时间，剂量率也就是0.5 μSv/h。应用7.8%的利用率系数，公众允许的剂量率为6.4 μSv/h。该测量的最高剂量率值为25.3 μSv/h，考虑到使用因子为0.2^[5]，将测量剂量率调整为5.1 μSv/ h，低于6.4 μSv/ h的剂量率限值。由此可见，依据国际标准的辐射屏蔽效果评估方法，Zap-X系统在每天进行9次治疗的情况下，公众收到的剂量不超过1.0 mSv的年度剂量限值，满足NCRP 151号报告的要求。

文中对于Zap-X系统的辐射屏蔽的效果评估都是基于每天9次治疗的设计工作量开展的，WHO国际肿瘤研究中心公布我国2020年新确诊的头颈肿瘤近13.4万例，根据目前我国放疗设备严重不足的实际情况，放疗设备每天治疗数量有可能大于设计工作量，因此在实际工作中应关注设备每天的工作量。

通过比较国内外的放射治疗设备辐射屏蔽要求的相关标准，现行国标采用了周剂量参考控制水平作为评价方法，并且也考虑了使用因子和人员居留因子等，但是在确定周围剂量当量率参考控制水平时，剂量率是决定性因素。与美国国家辐射防护与测量委员委员会（National Council on Radiation Protection and Measurements, NCRP）151号报告和英国IRR 17（Ionising Radiations Regulations 2017）等国际标准相比，一直以来我国的放射治疗辐射防护标准都是采用剂量率作为评价标准。NCRP 151号报告采用任意1 h的平均剂量当量率，而IRR 17采用每天和每分钟的平均剂量当量率作为评价指标。采用剂量率作为评价指标，对辐射屏蔽提出了更高的要求^[10]，这是符合当前我国放射治疗设备严重不足的发展现状的，能确保放射性工作人员和公众的辐射安全。但是，对于某些新的放射治疗技术（如超高剂量率的放射治疗方法——Flash放疗技术），将会在屏蔽设计中带来较大的影响。同时，依据国际标准进行辐射剂量评价时，考虑了放射设备射线束流的实际利用率（duty cycle）。以上两点是国内、外标准在评价放疗设备的屏蔽效果方面主要的不同之处。因此，对于高剂量率放疗系统，在辐射安全分析中应引入实际利用率的概念，而不是只使用剂量率控制水平来分析。

目前国内的放射治疗辐射防护标准尚未考虑自屏蔽放射治疗设备的应用情景。现场的辐射剂量测量结果表明，依据当前最新的国标GBZ 121—2020的要求，Zap-X系统在不设置治疗室的情况下，不能满足辐射屏蔽的要求。但是，由于Zap-X系统在设计中已经考虑了自屏蔽装置，为了满足国内标准要求，只需要根据Zap-X系统的辐射场分布特点进行局部屏蔽，避免需要任何额外的房间屏蔽，可以降低屏蔽治疗室的建造费用^[11]。

随着我国放射治疗能力的不断进步，以及新型放射治疗技术的发展，在将来的放射治疗辐射安全与防护评价中，也可以科学的考虑放疗设备的实际使用情况（如引入设备的实际利用率），从而为放疗设备的屏蔽设计提供更科学的依据。