醫用直線加速器機房升級改造中的主要問題及解決方案

陳敬彬 李騰炯 莊瑞龍

對比高能醫用直線加速器，低能直線加速器機房中存在許多不足，潮州市人民醫院結合實際情況，針對低能直線加速器機房進行合理有效改造，使其滿足高能直線加速器的防護要求和使用要求，有效節約成本，希望能對基層醫院的直線加速器機房改造有借鑒作用。

1 醫用直線加速器機房升級改造中的問題

機房改造過程中主要有下述4個問題：①主、副屏蔽墻的加厚防護導致不能滿足設備要求最小凈空；②先天性迷路短導致不能有效衰減高能X射線或中子；③防護門梁寬度較小導致原有通風管不能延長；④原有輔助管道不能滿足新裝設備使用要求。

2 醫用直線加速器機房升級改造解決方案

2.1 主屏蔽墻及副屏蔽墻防護

(1)明確管理目標值。根據“電離輻射防護與輻射源安全基本標準”(GB18871-2002)[1]要求，放射工作人員的年有效劑量管理目標值為5 mSv；公眾年有效劑量管理目標值為0.25 mSv。根據“放射治療機房的輻射屏蔽規范 第1部分：一般原則”[2](GBZ/T201.1-2007)要求，工作場所周圍劑量當量率控制值為2.5 μSv/h(人員全居留場所)或10 μSv/h(人員部分和偶然居留場所)。

(2)主、副防護屏蔽墻的厚度計算。主防護屏蔽墻厚度的計算為公式1；副防護屏蔽墻厚度的計算為公式2：

式中S(p)為主防護屏蔽墻厚度(cm)；S(s)為副防護屏蔽墻厚度(cm)；TVT為普通混凝土(ρ=2.35 g/cm3)的TVT值(15 MV取41 cm)；W為工作負荷，R×wk-1(at 1 m)，取W=1×105R×wk-1；U為利用因子(無量綱，可取U=1，1/4，1/16，取U=1)；T為居留因子(無量綱，可取T=1，1/4，1/16，取T=1)；n為安全系數(無量綱，通常取n=2)；dsec，dpri為源到考察點的距離(取3.65 m)；dsca為源到人體皮膚的距離(取3.45 m)；P為周限制照射量[R×wk-1，目前一般采用0.1 mSv×wk-1(0.01 R×wk-1，250 μR/h)]。由公式(1)計算得出主防護屏蔽墻厚度為2039 cm，由公式(2)計算得出副防護屏蔽墻厚度為1075 cm。根據所在區域人員停留時間差別適當增減厚度，改造后防護屏蔽平面圖如圖1所示。

圖1 改造后防護屏蔽墻平面示圖

(3)注意問題。對主屏蔽墻和副屏蔽墻進行加厚設計時，需按照最大裝機參數(最大能量檔和最大劑量率)計算，主防護屏蔽墻寬度應能完全遮擋主線束，保證密度達到防護要求值，混凝土密度≥2.35 g/cm3，重混凝土密度≥3.3 g/cm3。嚴格把控施工質量，要求施工單位在進行直線加速器機房屏蔽墻體及天面板混凝土搗制時應振搗密實，連續搗制，中間不能停斷，以防止屏蔽墻及天面板中間出現空隙，必要時采取降溫措施，防止屏蔽墻及天面板之間因溫差效應出現開裂而未能達到防護要求。

2.2 迷路及防護門

(1)存在問題。迷路短是低能直線加速器機房改造為高能直線加速器機房的先天性問題，高能直線加速器X射線或中子在到達防護門前不能得到有效衰減，導致防護門外X射線或中子超量。

(2)解決方法。解決此問題的傳統辦法是按照防護門中子當量劑量來計算，其計算為公式3：

式中H為門內側中子當量劑量(mSv)；Dn為離靶1 m處直射中子當量劑量Dn=ηnηxD0(mGy)；d1為靶到迷道拐角散射面中心的距離(m)；d2為迷道拐角散射面中心到門內側的距離(m)。由公式(3)計算出防護門組成材料及厚度：可采用16 mm鉛俘獲γ射線、泄露和散射輻射，152 mm含硼(5%)聚乙烯(BPE)防護中子[3-4]。但這將導致屏蔽門過于笨重且造價高昂，并非最理想的解決辦法。結合醫院老機房的特點，可在原有防護門外適當延長迷路，彌補低能機房的先天不足，同時再增設第二道防護門，形成雙門防護系統，第一道門(原有防護門位置)主要用于中子防護，第二道門(新建防護門位置)主要用于X射線防護。①第一道門主要材料采用含硼(5%)聚乙烯(BPE)，適當增加鉛片，以彌補第二道防護門對X射線的防護不足；②第二道門主要用于防護X射線，可以將原有低能防護門重新利用，節省開支；③結合第二道門X射線防護效果，在保證第二道門外和延長部分迷路四周處于安全劑量后，重新計算第一道門增加鉛片厚度。

(3)注意問題。①嚴格按照原有低能防護門尺寸逆向設計第二道門洞大小，保證第二道門的防護要求；②第二道門所在防護墻厚度應是第一道門門軌寬度的10倍，保證第一道門門軌在穿墻時不漏射線；③兩道門均必須同時串聯接入直線加速器，保證門機連鎖安全性。

2.3 通風系統及臭氧防護

(1)明確換氣要求。根據國家標準“工作場所有害因素職業接觸限值第1部分：化學有害因素”(GBZ 2.1-2007)[5]要求，工作場所空氣中臭氧最高量為0.3 mg/m3，換氣次數為4次/h。

(2)存在問題。進風口設在防護門頂處，因原有進氣管采用斜45°嵌于防護墻內，迷路寬度所限，故不能直接延伸。

(3)解決方法。采用反向延伸進氣管，形成“V”形結構穿墻，但因氣流拐彎影響風速，進而影響換氣量。為解決該問題，在直線加速器機房內設計雙動力空氣對流系統，用鼓風機在進風口送風，用抽風機在出風口抽風，加快機房內臭氧的排出，即可達到換氣要求(如圖2所示)。

圖2 進氣管道和出氣管道穿墻平面示圖

(4)注意問題。管道將風引至迷道入口及出風口對角處(開口于吊頂面)，出風口通過管道將出風口引至距離地面0.6 m處，實現進風口和出風口對角布置及上送下排的臭氧排放方式。考慮到進氣管道和出氣管道可能引起泄漏劑量，必須在管道兩側各加裝一塊500 mm×800 mm×100 mm鋼板，以補償進氣孔穿墻防護缺失[6]。

2.4 輔助管道

從治療機房配置的控制室、設備間(放置加速器電框、冷水機組及風機等)進入治療室的一切管道交通，以輻射防護角度考慮均應做特殊處理。

(1)電纜溝。從輔助機房穿越迷路外墻進入機房，呈“U”形結構，電纜溝溝壁由鋼板制成，在墻外地溝鋪蓋鋼板，板厚為20 mm，以補償通道穿墻引起防護缺失(如圖3所示)。

圖3 電纜溝穿墻截面示圖

(2)空調及吸濕機排水管道。預埋Φ100鋼管，由治療室穿越南墻副屏蔽墻至機房外，空調、吸濕機排水口距離室內地面200 mm，斜向45°。

(3)物理測試通道。預埋Φ50鋼管，由控制室穿越屏蔽墻至距離室內地面200 mm，斜向45°，在測試孔兩端覆蓋鋼板，覆蓋面積大于測試孔面積，以補償通道穿墻引起防護缺失(如圖4所示)。

圖4 物理測試通道和空調吸濕機排水管道截面示圖

3 結語

在機房改建過程中要嚴格遵守放射防護三原則，即實踐正當性、防護最優化和最小劑量限值，按照新設備要求對原有機房進行合理改造，結合醫院實際情況和防護要求，提出改造方案，經設計部門認可，由施工單位嚴格把控施工質量下完成，最終取得驗收許可。在達到防護和使用要求的基礎上盡量優化方案，克服基層醫院資金問題，以最小的經濟成本達到最好的防護效果和最合理的使用要求，在基層醫院的加速器機房改造中有一定的借鑒作用[7]。