某醫用陀螺刀射線劑量理論計算預測

陳 達

某醫用陀螺刀射線劑量理論計算預測

陳 達

福建省輻射環境監督站

陀螺刀全稱為“陀螺旋轉式鈷60立體定向放射外科治療系統”，是目前世界上最先進的精確放療設備之一。該文結合項目實際情況，對醫用陀螺刀對周圍環境和人群產生的劑量進行理論預測計算，計算其是否能滿足防護要求，確保將來陀螺刀的安裝和使用安全，為類似核技術應用項目的屏蔽計算提供參考。

陀螺刀 劑量 理論計算

1 項目概述

1.1 項目簡介

某醫院擬購置陀螺旋轉式60Co放射外科治療系統（以下簡稱陀螺刀）并新建工作用房。內含有154 個60Co放射源（按聚焦式排列），總活度2.59×1014Bq（7000Ci），放射源比活度≥8.51×1012Bq/g，焦點劑量率范圍在1.5Gy/min~2.5 Gy/min之間，屬于Ⅰ類放射源。

1.2 陀螺刀治療室平面

陀螺刀位于醫院西側停車場下方的陀螺刀治療室，為放療科專用工作場所，是單獨的地下建筑物結構。

治療室層高3.6m(不含頂棚墻體厚度)，面積5.76m× 7.76m。迷路外墻外為控制室、候診大廳、醫生辦公室，頂棚是停車場，治療室無窗、無地下室。陀螺刀治療室平面布置見圖1。

2 預測范圍及標準

2.1 預測范圍

按照《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》的規定，將輻射工作場所分為控制區和監督區。本次輻射工作場所的分區情況見表1。本次預測范圍重點是監督區與非限制區。

表1 本項目各輻射工作場所的分區

2.2 評價標準

公眾照射劑量限值為年平均有效劑量估計值不超過1mSv，根據GB18871規定，對本項目公眾照射的劑量約束值取0.1mSv/a。職業照射劑量限值為連續5年的年平均有效劑量不超過20mSv。本項目職業照射劑量約束值取5mSv/a。對于陀螺刀治療室墻外30cm可達界面處，因透射產生的空氣比釋動能率不大于2.5μGy/h。

圖1 陀螺刀治療室平面圖

3 射線對環境及人員的附加劑量計算

3.1 陀螺刀出束時間

該陀螺刀預計每天治療10人，治療時間根據源的活度和治療劑量由治療系統自動計算，一般為20min，放射源每天出束時間最大為3.33小時，每周工作5天，全年工作50周，則周最大出束時間約為16.7小時。

3.2 陀螺刀治療室墻外30cm可達界面處劑量當量率估算

根據設備供貨商提交的治療狀態下（準直器射野直徑為40mm條件下）機房內水平面劑量分布圖，陀螺刀開源旋轉時，滾筒底面（北面、南面）距等中心焦點2m處的最大劑量率為2400μGy/h；在出束方向局距等中心焦點2m處的最大輻射劑量率為4560μGy/h，陀螺刀旋轉時東、西側墻和頂棚方向距等中心焦點2m處的最大輻射劑量率為4560μGy/h。根據IAEA47第6.1.2節，在未屏蔽的情況下，輻射劑量率與距離的平方成反比，可以用式（1）表示；在有屏蔽的情況下，輻射劑量率可以用式（2）表示。

其中，D0——焦點等中心最大劑量率。

將式（1）和式（2）合并，得到下列預測模式：

其中：1——陀螺刀機房內距離等中心焦點2m處最大劑量率實測值，東、西側墻方向與頂棚方向x值為4560μGy/h，南、北側墻方向x值為2400μGy/h；

d1——在預測點方向陀螺刀機房內與陀螺刀焦點等中心的距離，d1=2m；

d2——陀螺刀焦點與預測點距離；

K——預測點方向的混凝土屏蔽層對60Co γ射線的劑量減弱倍數；對于厚度分別為50cm、70cm和80cm、密度為2.35g/cm3的混凝土層，查表（各向同性點源γ射線減弱K倍所需的水、混凝土、鐵、鉛、鉛玻璃、鎢、鈾厚度）得，K分別為56倍、460倍和1300倍。

由上式及上述參數可計算出陀螺刀治療室各方向屏蔽墻外可達界面處0.3m處劑量當量率，預測結果見表2。

表2 治療室墻外30cm可達界面處估算值

3.3 陀螺刀治療室屏蔽墻(頂棚)外環境敏感目標有效劑量估算

治療室屏蔽墻(頂棚)外環境目標預測點年有效劑量H的預測值按下列公式計算：

其中：50——每年運行50周，wk/a；

1000——μGy與mGy的換算系數；

t——陀螺刀周出束時間，t=16.7h；

x——陀螺刀機房內距離等中心焦點2m處最大劑量率實測值，東、西側墻方向與頂棚方向x值為4560μGy/h≈ 4560μSv/h，南、北側墻方向x值為2400μGy/h≈2400μSv/h；

d1——在預測點方向陀螺刀機房內與陀螺刀等中心焦點的距離，d1=2m；

d2——陀螺刀焦點與預測點距離，m；

K——同上。

由預測點年有效劑量預測公式及上述參數可計算出陀螺刀治療室各方向屏蔽墻外環境目標的年有效劑量，預測結果見表3。

3.4 迷路口劑量估算

根據IAEA47中第6.2.3節，在最壞的情況下（治療單元正好對著迷路口對面的墻），迷路口的劑量率主要由病人散射輻射所引起，其它方式的散射引起的劑量率相對較小，可以忽略不計。病人散射產生的輻射劑量率可以通過IAEA47的公式預測：

其中：0——焦點處劑量率，取2.5Gy/min（2.5×60× 106μGy/h）；

——60Co在垂直照射病人1m處的劑量散射分數，取值0.00091；

射線入射到病人的最大野面積，取20×20cm2；

α——0.5MeV射線反射系數，15度反射取值為0.021；

1——散射到迷路的墻面積，取3.2m×3.6m；

2——迷路的橫截面積，取2m×3.6m；

sca——源到病人的距離，取1m；

1——焦點到墻A1的平均距離，取7.8m；

2——墻到迷路口的距離，取6.8m；

——衰減倍數，0.5MeV射線在15mm的鉛的衰減倍數為9。

經計算，迷路口的輻射劑量率為0.197μGy/h。全年工作50周，周最大出束時間約為16.7小時，根據項目的具體情況，公眾人員在迷路口的居留因子T取1/16，可計算出其年有效劑量Hs=0.010mSv/a。放射性職業工作人員在迷路口的居留因子T取1/4，Hs=0.041mSv/a。

表3 陀螺刀機房周圍環境目標劑量估算

4 結論和建議

由上述預測結果可知，陀螺刀治療室墻外30cm可達界面處的空氣比釋動能率不大于2.5μGy/h，符合《Χ、γ射線頭部立體定向外科治療放射衛生防護標準》中的規定。陀螺刀對周圍環境目標公眾的年有效劑量最大值為0.066mSv，為相應劑量約束值(0.1mSv/a)的66.0%；對操作陀螺刀的放射性職業工作人員而言，年有效劑量為0.004mSv，遠小于職業人員的劑量約束值(5mSv/a)。因此，根據理論預測結果，該陀螺刀機房的設計方案可滿足防護要求。

[1] 國際原子能機構47號報告(IAEA47).

[2] 蔡梅, 趙瑞霞. 環境影響評價技術方法[M]. 北京: 中國環境科學出版社, 2013.

[3] 陸書玉. 環境質量評價[M]. 北京: 高等教育出版社, 2005.

[4] 盧希庭.原子核物理（修訂版）[M]. 北京: 原子能出版社, 2000

[5] 吳治華,齊奔基.原子核物理實驗方法[M]. 北京: 原子能出版社, 1988.