醫(yī)用直線加速器均整與非均整模式下加速器機(jī)房外周圍輻射水平對(duì)比研究

彭建亮 李石銀

近年來(lái)，放射治療設(shè)備和適形調(diào)強(qiáng)技術(shù)日新月異，在腫瘤放射治療中引入醫(yī)用直線加速器非均整(flattening filter free，F(xiàn)FF)模式，尤其是旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)放射治療顯示了較明顯的優(yōu)勢(shì)[1-3]。由于去掉了均整器，F(xiàn)FF模式輸出劑量率顯著提高，極大縮減了患者治療時(shí)間，減少了患者治療過(guò)程中體位變化所帶來(lái)的誤差，具有很好的臨床適用性。FFF模式劑量率的提高，對(duì)機(jī)房的屏蔽設(shè)計(jì)提出了新的要求，現(xiàn)有的屏蔽規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)適用于均整(flattening filter，F(xiàn)F)模式，對(duì)帶有FFF模式的直線加速器，需對(duì)屏蔽設(shè)計(jì)進(jìn)行重新評(píng)估[4-7]。本研究針對(duì)FF模式與FFF模式下加速器機(jī)房外的輻射影響進(jìn)行比較與分析，為加速器FFF模式治療的屏蔽設(shè)計(jì)與安全評(píng)價(jià)提供技術(shù)參考。

1 加速器機(jī)房外輻射水平研究資料與方法

1.1 研究資料

加速器設(shè)備為VitalBeam型電子直線加速器[瓦里安醫(yī)療器械貿(mào)易(北京)有限公司]，其X射線最高能量為10 MV，等中心處X射線最大照射野40 cm×40 cm，F(xiàn)F模式等中心處最大劑量率為600 MU/min，F(xiàn)FF模式為2400 MU/min。加速器刻度為：在源皮距(source to surface distance，SSD)100 cm，照射野10 cm×10 cm時(shí)，射野中心軸最大劑量點(diǎn)(Dmax)處，1 MU=1 cGy。

加速器機(jī)房位于醫(yī)院地下三層，依據(jù)《放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范第2部分：電子直線加速器放射治療機(jī)房》(GBZ/T201.2-2011)[6]標(biāo)準(zhǔn)，按常規(guī)FF模式屏蔽設(shè)計(jì)，屏蔽設(shè)計(jì)目標(biāo)為機(jī)房屏蔽體外30 cm處周圍劑量當(dāng)量率≤2.5 μSv/h。機(jī)房南側(cè)為土層，北側(cè)為控制室，東側(cè)為過(guò)道，西側(cè)為另一加速器機(jī)房，加速器機(jī)房采用混凝土屏蔽，混凝土密度為2.35 kg/m3，機(jī)房防護(hù)門為16 mm鉛和10 cm含硼聚乙烯。加速器機(jī)房布局及屏蔽厚度見(jiàn)圖1。

圖1 加速器機(jī)房平面布局

1.2 儀器設(shè)備

檢測(cè)儀器為AT1121型輻射檢測(cè)儀(白俄羅斯ATOMTEX公司)，經(jīng)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院檢定并在有效期內(nèi)。

1.3 測(cè)量方法

測(cè)量時(shí)使用能量響應(yīng)達(dá)到10 MeV光子的平衡帽，測(cè)量的量為周圍劑量當(dāng)量率。散射模體使用30 cm×30 cm×30 cm水模體，當(dāng)使用模體時(shí)，模體幾何中心處于有用束中心軸線上，模體的端面與有用束中心軸垂直，分別在10 MV FF模式等中心處最大劑量率600 MU/min、FFF模式2400 MU/min以及照射野40 cm×40 cm的條件下對(duì)機(jī)房外的西墻外(A、B、C)、東墻外(D、E)、機(jī)房門外(F)和操作位(G)7個(gè)主要關(guān)注點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)輻射檢測(cè)儀距各面防護(hù)墻表面30 cm，距地面高度1.3 m，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)采樣5次后取其平均值；各關(guān)注點(diǎn)的詳細(xì)檢測(cè)條件見(jiàn)表1。

表1 各關(guān)注點(diǎn)詳細(xì)檢測(cè)條件

2 加速器機(jī)房外輻射水平研究結(jié)果

2.1 加速器機(jī)房外劑量當(dāng)量率

加速器未出束時(shí)本底劑量當(dāng)量率平均值為0.10 μSv/h，在FF模式下機(jī)房外各主要關(guān)注點(diǎn)扣除本底后的劑量當(dāng)量率為0.11～2.4 μSv/h，均＜2.5μSv/h，F(xiàn)FF模式下機(jī)房外各主要關(guān)注點(diǎn)扣除本底后的劑量當(dāng)量率為0.13～7.9 μSv/h，A點(diǎn)和D點(diǎn)兩個(gè)主束關(guān)注點(diǎn)的劑量當(dāng)量率均大于2.5μSv/h；在FFF模式與FF模式最高劑量率情況下，各關(guān)注點(diǎn)FFF模式下的周圍劑量當(dāng)量率均高于FF模式，約為FF模式的1.2～3.3倍。加速器機(jī)房外各關(guān)注點(diǎn)劑量當(dāng)量率見(jiàn)表2。

表2 加速器機(jī)房外各關(guān)注點(diǎn)劑量當(dāng)量率()

表2 加速器機(jī)房外各關(guān)注點(diǎn)劑量當(dāng)量率()

2.2 累積劑量

根據(jù)《放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范第2部分：電子直線加速器放射治療機(jī)房》(GBZ/T201.2-2011)[6]附錄A推薦的周工作負(fù)荷1500 Gy，按表2中的檢測(cè)數(shù)據(jù)，在不考慮使用因子和居留因子情況下計(jì)算各關(guān)注點(diǎn)累積劑量，F(xiàn)F模式下機(jī)房外各主要關(guān)注點(diǎn)的周累積劑量當(dāng)量為0.5～10.0 μSv，F(xiàn)FF模式下機(jī)房外各主要關(guān)注點(diǎn)的周累積劑量當(dāng)量為0.1～8.2 μSv；若FF模式與FFF模式在同等工作負(fù)荷下，F(xiàn)FF模式機(jī)房屏蔽體外的累積劑量當(dāng)量低于FF模式，約為FF模式的0.2～0.8倍。加速器機(jī)房外周累積劑量見(jiàn)表3。

表3 加速器機(jī)房外周各主要關(guān)注點(diǎn)累積劑量當(dāng)量(μSv)

3 加速器機(jī)房外輻射水平研究分析

醫(yī)用電子直線加速器屬II類射線裝備，使用前醫(yī)院需進(jìn)行職業(yè)病危害放射防護(hù)預(yù)評(píng)價(jià)和環(huán)境影響評(píng)價(jià)，對(duì)機(jī)房的屏蔽設(shè)計(jì)及效果進(jìn)行評(píng)估。按照《電子加速器放射治療放射防護(hù)要求》(GBZ126-2011)[8]規(guī)定，加速器迷宮門處、控制室和加速器機(jī)房墻外30 cm處的周圍劑量當(dāng)量率控制目標(biāo)值≤2.5 μSv/h；《放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范第2部分：電子直線加速器放射治療機(jī)房》(GBZ/T201.2-2011)[6]中建議機(jī)房外控制區(qū)的工作人員和非控制區(qū)人員分別按≤100 μSv/周和≤5 μSv/周控制。本研究顯示，F(xiàn)F模式下加速器機(jī)房墻外30 cm處的周圍劑量當(dāng)量率均能滿足≤2.5 μSv/h要求，但由于FFF模式下輸出劑量率的顯著提高，F(xiàn)FF模式下加速器機(jī)房墻外30 cm處的周圍劑量當(dāng)量率已不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，需增加機(jī)房的屏蔽厚度。若考慮關(guān)注點(diǎn)的使用因子(如A點(diǎn)和D點(diǎn)取1/4)情況下，附加劑量可滿足≤5 μSv/周的要求。

本研究中，F(xiàn)FF模式輸出劑量率為FF模式輸出劑量率的4倍，而表2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，F(xiàn)FF模式機(jī)房屏蔽體外的劑量率相對(duì)于FF模式的倍數(shù)＜4，反映FFF模式下射線質(zhì)的軟化。由于FFF模式移除了均整器，其射線質(zhì)較FF模式更軟[9-10]。Kry等[11]經(jīng)蒙特卡羅模擬計(jì)算得到的FFF模式的十值層、患者散射因子、墻散射因子和泄漏輻射均相應(yīng)降低，在相同能量和相同輸出劑量率情況下，機(jī)房主屏蔽墻的厚度可相應(yīng)減少10%～20%。若FF模式與FFF模式在同等工作負(fù)荷下，F(xiàn)FF模式機(jī)房屏蔽體外的累積劑量均低于FF模式。FFF模式臨床上主要用于旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)治療，旋轉(zhuǎn)調(diào)強(qiáng)總的跳數(shù)(monitor unit，MU)比常規(guī)FF模式調(diào)強(qiáng)MU少，使用FFF模式治療時(shí)總工作負(fù)荷比FF模式小；Kry等[11]指出，由于均整器移除，同樣劑量率打靶所需的電子束流低，泄漏輻射也少；李定杰等[12]和Najem等[13]報(bào)道，去除均整器機(jī)房?jī)?nèi)中子產(chǎn)額也將減少。

4 結(jié)語(yǔ)

從累積劑量角度分析，F(xiàn)F模式設(shè)計(jì)的加速器機(jī)房是可以滿足FFF模式使用的，但FFF模式下瞬時(shí)劑量率會(huì)超出標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)放寬開(kāi)展FFF模式治療的機(jī)房外瞬時(shí)劑量率限值要求，采用10 μSv/h限制，或不以設(shè)備最大輸出劑量率而是常用輸出劑量率作為運(yùn)行工況評(píng)價(jià)和驗(yàn)收監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)FF模式與FFF模式下加速器機(jī)房外的輻射水平比較與分析，在相同工作負(fù)荷情況下，F(xiàn)FF治療模式不會(huì)增加對(duì)周圍人員的輻射影響，在屏蔽設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免過(guò)度防護(hù)。