醫用直線加速器的輻射危害與防護*

岱 欽 高關心 夏慧琳 夏 婷 李彬和 邊嵩鑒 蔣京航 梁韻婕

當前，放射治療在腫瘤治療中的作用和地位日益突顯，已成為繼手術治療和化學治療后又一種治療腫瘤手段。1951年瑞典神經外科專家Lars Leksell第一次提出立體定向放射治療概念，1967年第一臺伽馬刀問世并投入臨床應用。進入21世紀，隨著計算機技術及X射線計算機斷層成像(X-ray computed tomography,CT)影像技術的發展，放射治療發展迅速。立體定向放射治療是通過對病變進行準確定位，使用高能射線給以多個非共面小照射野三維集束照射靶區，殺死癌變組織細胞的治療手段[1]。醫用直線加速器作為立體定向放射治療設備的重要組成，是高能射線產生的核心部件，臨床使用中，對醫用直線加速器的安全性和可靠性要求極為嚴格。放射線的特性導致人在受到照射后無表觀反應，但組織及器官經長時間照射后會因此發生病變。目前立體定向放射治療設備種類繁多且發展日新月異，但對其最基本的要求是安全性和有效性。

1 醫用直線加速器應用中的潛在危害

國家標準《醫用電氣設備第1部分：安全通用要求》(GB 9706.1-2007/IEC 60601-1:1988)是杜絕和減少醫療器械危害的重要準則，是對醫療器械進行檢測的基礎，表明醫療器械，包括醫用直線加速器在使用過程中，對人體可能會產生多種危害，其中最主要且最常見的是能量型危害。醫用直線加速器運轉每分鐘可產生數萬至數十萬拉德劑量的高能電子束和X射線。因此，醫用直線加速器是一個強輻射源，可能會對周圍人員，包括醫護人員、臨床工程師和患者產生危害，導致受輻射人員重病甚至是死亡[2-3]。蘇小巖[4]等研究報道，放射治療肺癌術后, 因照射野和照射劑量過大導致1例致死性放射性肺炎。

1.1 X射線輻射危害

醫用直線加速器通過經電場加速的電子高速撞擊陽極靶產生X射線，并進一步準直、束流產生治療所需的X射線，分為初級輻射、次級輻射及泄露輻射。①初級輻射又稱為有用輻射，是治療所需的輻射線；②次級輻射指有用輻射與物質發生相互作用而產生的電離輻射；③泄漏輻射是輻射源散發出的輻射未被設備自身的防護屏蔽而逃逸出的無用射線[5]。有研究表明，長時間接觸X射線，成熟T淋巴細胞、輔助誘導T細胞及抑制和(或)殺傷T細胞數目均有不同程度減少，證明X射線主要通過抑制成熟T淋巴細胞數量影響并調節細胞免疫，起到對人體免疫功能抑制的作用[6]。此外，還可產生一些不可逆的改變，如基因突變及染色體變異等。通過細胞培養法研究X射線誘發的人外周血淋巴細胞T細胞抗原受體(T cell receptor，TCR)基因突變情況，發現隨著照射劑量的增加，TCR基因突變頻率隨之上升[7]。

1.2 中子輻射危害

當醫用直線加速器的射線能量＞10 MeV時，高能光子會與治療頭X射線靶、治療準直器及X射線均整器等多種具有高原子序數的材料(如鉛、鎢等)發生光核反應產生中子輻射[8]。治療室內產生的光中子一部分來源于高能量X射線與醫用直線加速器機頭相關部件的光核反應(如γ、n光核反應)，一部分來自于治療室墻體結構的散射。有研究表明，腫瘤細胞被X射線殺死的同時，人體正常細胞也因受到中子輻射的照射而導致細胞誘變和畸變。當中子積累并達到一定能量時，可能引發第二腫瘤[9-10]。通過子宮癌相關流行病學調查發現，在治療過程中，接觸大量的中子射線，會誘發子宮臨近部位白血病和第二實體腫瘤的產生[11]。

1.3 感生放射性危害

放射治療過程中，每次治療不僅會產生像X射線輻射、中子輻射之類的瞬發輻射，也會產生緩發輻射，緩發輻射又稱為感生放射性。感生放射性的產生是由于＞10 MeV的醫用直線加速器，通過光核反應產生泄漏或污染的中子發生活化所導致，放射治療射束停止后，仍有輻射存在的現象[12]。其主要特點有：①輻射劑量隨著醫用直線加速器的開機時間而累積；②在醫用直線加速器關機時依然存在；③隨時間放射性慢慢減少。感生放射性對人體造成的不良影響具有潛伏期長、效應出現較晚的特點[13]。感生放射性相對于瞬時輻射更具有隱蔽性，研究人員利用個人劑量計測量臨床使用者手部和軀干的劑量，感生放射性劑量在年劑量中占到30%以上[14]。對人體產生危害的主要部位包括骨骼、肺、甲狀腺及性腺、乳腺、皮膚以及眼晶體等，并誘發相對應的白血病、甲狀腺癌、生育能力受損、乳腺癌及皮膚癌等惡性疾病。

2 醫用直線加速器質量控制標準

醫用直線加速器使用過程中，若缺乏相應的安全管理標準，很可能發生安全事故并對治療人員造成傷害。因此，為保證醫護人員、臨床工程師和患者安全，相關部門編寫了醫用直線加速器安全標準，保障醫用直線加速器的安全運行。圍繞醫用直線加速器輻射安全相關內容，闡述醫用直線加速器的輻射安全及相關技術，包括泄露輻射的標準、劑量的精度以及光射野的一致性等內容。

2.1 泄露輻射標準

國家標準《醫用電子加速器性能和試驗方法》(GB 15213-2016)規定了泄露輻射的相關安全和技術要求：①X射線輻射。在正常治療距離，固定線束裝置截面內，透過限束裝置的漏射線吸收劑量與有用線束中心軸的最大吸收劑量之比，應滿足X射線治療時10 cm×10 cm的照射野內≤2%；②中子輻射。X射線標稱能量＞10 MeV的醫用直線加速器在正常治療距離，垂直于有用線束中心軸并以軸為中心，半徑為2 m的圓平面上，最大有用線束外的中子泄露輻射不得超過有用線束中心軸吸收劑量的0.05%(最大)和0.02%(平均)，電子軌道1 m處的中子泄露輻射不得超過正常治療距離上有用線束中心軸吸收劑量的0.05%；③感生放射性輻射。X射線標稱能量＞10 MeV的醫用直線加速器，距離設備表面5 cm和1 m處有感生放射性所造成的吸收劑量率分別≤0.2 mGy·h-1和0.02 mGy·h-1[15]。國家標準中，對醫用直線加速器使用過程中可能產生的輻射線的量及范圍都給出了明確的規定，對醫用直線加速器的安全使用起到合理規范的作用。

2.2 劑量精度標準

國際衛生組織對泄露射線的最大允許值進行了規定，要求范圍是-2%～2%之間，所以100 MU標準定標條件下，校準吸收劑量實際測量值必須在98～102 cGy范圍內，最好控制在1%以內[16]。有研究表明，醫用直線加速器造成的靶外器官所受輻射劑量水平受加速器的劑量精度、能量、照射方向和能量大小影響，所以也可通過嚴格把控劑量精度控制泄露射線[17]。劑量精度和腫瘤治療的有效性和安全性息息相關，Shalek[18]研究證明，臨床上±5%的劑量偏差會導致腫瘤控制率的明顯變化。因此，臨床放射治療計劃實施前，需進行不斷的驗證，確保劑量精確，達到殺死腫瘤細胞，保護周圍健康組織的目標。

2.3 光射野一致性標準

除劑量精度影響泄露輻射外，光射野一致性對醫用直線加速器的泄露輻射也有較大影響。光射野一致性為光野邊緣與輻射野邊緣之間沿兩主軸方向的最大距離，對醫用直線加速器的安全保證非常重要。若不能及時精準的校對光野、射野的一致性，就會產生多余的泄露射線。國外有關統計表明，有50%的光射野一致性誤差＞5 mm，國內醫院也做過相似的統計，結果與上述數據基本吻合[19]。因此，國家標準及美國醫學物理學家協會(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)對醫用直線加速器的光射野一致性誤差要求均＜±2 mmp[20-21]。

醫用直線加速器使用過程中要做大量的統計調查，要與相關的安全標準進行比對并及時校準，通過校準可最大限度降低風險發生率，避免醫用直線加速器安全隱患。

3 醫用直線加速器應用中的安全防護

放射物理治療領域中，放射治療質量控制標準化受到了極大的重視，醫用直線加速器產生的多種輻射危害，會對參與整個放射治療行為的醫生、臨床工程人員及患者造成額外的傷害，除需要進行人員防護，也需要通過對設備進行相關的安全管理，達到安全防護的目的。

3.1 人員安全防護

人員的安全防護可分為患者的安全防護和放射治療相關工作人員的安全防護，包括醫生和臨床工程人員。患者的防護要求醫用直線加速器實際與計劃照射情況必須一致，在制定放射治療計劃過程中，放射治療類型、給予治療的條件和方式、治療野及放射治療劑量要進行反復核對，減少人為因素導致的意外事件[22]。操作人員需嚴格遵守各項操作規程，密切注視控制臺儀表及患者狀況，發現異常及時處理。對醫生、臨床工程人員的安全防護，要求在整個放射治療過程中嚴格遵守相應的安全流程，要定期檢查設備的各個部件是否安全有效，保證醫用直線加速器的各項指標在國家規定的范圍內[23]。此外，臨床工程師在檢修工作時，需充分做好相關防護，遵守放射安全制度，定期檢查設備的安全連鎖裝置[24]。同時，醫生和臨床工程師應配備個人劑量報警儀等個人防護用品，定期對個人劑量監測和健康查體，組織放射性法規學習培訓，制定詳盡的放射事故或放射突發事件應急預案[25]。

3.2 加速器安全防護

醫用直線加速器的安全運行需要特殊的條件，需對機房及相關屏蔽設施進行精密的設計，按照設備的技術要求做好機房的準備工作，包括機房的防護墻及迷路設計。機房的防護墻選擇一次性澆筑成型，迷路設計需根據設備性能選擇最適合的迷路，常用的迷路設計包括L型迷路和Z型迷路[26]。日常使用過程中要定期檢查機器固定件的牢靠性、鉛擋塊的粘合性以及有機玻璃支架或床面的老化程度等[27]。要嚴格按照設備的檢查頻度要求，及時校正醫用直線加速器的機械、幾何及電氣參數，確保機器設備的正常運轉。

3.3 建立放射治療質量控制制度

隨著放射治療市場的擴大，放射治療技術的發展，各類放射治療機構及設備不斷發展，與此同時相對應的放射治療質量控制工作卻未能進行或進行的不完全，缺少規范化、系統化和可持續的質量管理模式，因此需要建立放射治療質量控制制度。借鑒歐美發達國家的經驗制定自己的質量控制制度，制定放射治療的規范化流程，要求工作人員明確自身的責任與權利，從放射治療計劃設計到各個環節制定相關質量控制制度，并由專業人員定期對質量控制相關數據分析，實現全流程規范化管理。重視放射治療的質量控制，需根據實際情況調整放射治療中心的安全防護措施，消除有可能引起或影響放射治療效果的因素，達到最優的質量要求，有效治療患者，確保放射治療事業長期平穩發展[28]。

醫用直線加速器的安全防護是一項危險度高涉及面廣的工作。作為放射治療相關工作人員，應嚴格遵守各項安全防護制度，不斷增強安全知識，提高業務操作水平，做好日常醫用直線加速器質量控制和個人安全防護，更好地為患者服務。

4 展望

隨著我國醫療水平的提高，醫用直線加速器的廣泛使用使患者的生存質量及生存時間得到了有效提升，但也帶來了潛在的安全隱患。通過對輻射相關的危害進行綜述和分析，針對性的討論安全防護措施，需不斷完善相關安全制度，早日建成遠程互聯網安全管理監測系統，對醫用直線加速器的各項性能進行實時監測，最終達到規范放射治療流程，把關放射治療質量，以期實現精準治療的目的。