有用線束朝向迷路照射時(shí)的直線加速器機(jī)房輻射屏蔽計(jì)算

王 昭

合肥金浩峰檢測(cè)研究院有限公司，安徽 合肥 230093

0 引言

《綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 51039—2014）[1]中要求，直線加速器的有用線束應(yīng)盡可能避免照射在迷路內(nèi)墻上。但在實(shí)際工作中，由于場(chǎng)址地形的限制，建設(shè)單位有時(shí)會(huì)不得已地將有用線束設(shè)計(jì)成朝向迷路內(nèi)墻的形式。根據(jù)《中華人民共和國(guó)職業(yè)病防治法》等相關(guān)法律、法規(guī)和規(guī)范的要求，在新建、擴(kuò)建、改建放射診療建設(shè)項(xiàng)目中，醫(yī)療機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)在建設(shè)項(xiàng)目施工前向相應(yīng)的衛(wèi)生行政部門提交職業(yè)病危害放射防護(hù)預(yù)評(píng)價(jià)報(bào)告，申請(qǐng)開(kāi)展建設(shè)項(xiàng)目衛(wèi)生審查。預(yù)評(píng)價(jià)報(bào)告由具有資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)編制[2]。

直線加速器有用線束朝向機(jī)房迷路照射的情況較為罕見(jiàn)，相關(guān)文獻(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)較少提及[3]。文章針對(duì)這種情況，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，以某醫(yī)院直線加速器機(jī)房為例，介紹輻射屏蔽計(jì)算方法，供業(yè)內(nèi)人士參考和討論。

1 直線加速器機(jī)房輻射屏蔽設(shè)計(jì)

1.1 直線加速器的主要參數(shù)

X射線的最大標(biāo)稱能量為10 MV，劑量率最高為600 cGy/min，正常治療距離為100 cm，最大照射野為40 cm×40 cm，泄漏輻射率為0.1%。

1.2 直線加速器機(jī)房墻體設(shè)計(jì)

直線加速器機(jī)房防護(hù)材料均使用標(biāo)準(zhǔn)混凝土，其厚度如表1所示。

表1 直線加速器機(jī)房墻體設(shè)計(jì)

1.3 關(guān)注點(diǎn)和輻射路徑設(shè)計(jì)

直線加速器機(jī)房的關(guān)注點(diǎn)分布和輻射路徑如圖1所示。圖1中，A、B點(diǎn)為主射線照射區(qū)；C點(diǎn)為泄漏和散射輻射疊加照射區(qū)；D、E、F點(diǎn)為泄漏輻射照射區(qū)；G點(diǎn)為患者散射線、主束散射線、機(jī)頭漏射線照射區(qū)。

圖1 直線加速器機(jī)房平面圖及其關(guān)注點(diǎn)分布

2 直線加速器機(jī)房輻射屏蔽計(jì)算

2.1 墻體屏蔽計(jì)算

2.1.1 計(jì)算方法

選擇《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/T 201.2—2011）[4]提供的計(jì)算公式及附錄D推薦的屏蔽墻及防護(hù)門的一般核算方法，參考IAEA Safety report Series No.47的相關(guān)公式，可以計(jì)算機(jī)房屏蔽[5]。根據(jù)瞬時(shí)劑量率控制水平的要求，按十分之一值層厚度法（TVL）估算符合劑量率目標(biāo)要求的屏蔽體厚度。

（1）有用線束和泄漏輻射的屏蔽的計(jì)算公式如下：

式中：TVL、TVL1分別為不同能量的寬束X射線防護(hù)材料的平衡什值層和第一什值層的厚度，單位為cm，具體取值如表2所示；d為符合劑量率目標(biāo)要求的主（副）墻屏蔽厚度，mm；H0為距靶1 m處的有用線束或泄漏的輻射劑量率，泄漏輻射按醫(yī)用電子加速器最大有用線束0.1%取值；為關(guān)注點(diǎn)處要求的瞬時(shí)劑量率控制水平，μSv/h；R為關(guān)注點(diǎn)至靶點(diǎn)的距離，mm；θ為入射角。

表2 10 MV X射線束在混凝土中的TVL值

（2）患者一次散射輻射的屏蔽的計(jì)算公式如下：

式中：Rs為患者（位于等中心點(diǎn)）至關(guān)注點(diǎn)的距離，m；αph為患者受照面積為400 cm2時(shí)的散射因子；F為治療裝置有用束在等中心處的最大治療野面積，cm2。

（3）穿過(guò)迷路內(nèi)墻的有用線束在屏蔽墻上的一次散射輻射的計(jì)算公式如下：

2.1.2 關(guān)鍵參數(shù)的選取

為方便計(jì)算，加速器控制室、迷路入口門和墻外30 cm處的周圍劑量當(dāng)量率控制值均取2.5 μSv/h。

對(duì)于主屏蔽墻，只考慮主射線照射；對(duì)于側(cè)屏蔽墻，只考慮泄漏射線照射。對(duì)于次屏蔽墻，需同時(shí)考慮漏射線和病人一次散射情況下的防護(hù)，漏射和散射劑量率均取值1.25 μSv/h。根據(jù)《放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范 第1部分：一般原則》（GBZ/T 201.1—2007）[6]，對(duì)于次屏蔽墻，分別估算泄漏輻射和散射輻射，當(dāng)屏蔽厚度相差一個(gè)什值層或者更大時(shí)，采用其中較厚的屏蔽，否則在較厚的屏蔽上增加一個(gè)半值層厚度。

對(duì)于迷路入口（圖1中的G點(diǎn)），其劑量率控制值為2.5 μSv/h，泄漏輻射穿過(guò)迷路內(nèi)墻在入口處的輻射劑量率應(yīng)小于其1/4，穿過(guò)迷路內(nèi)墻的有用線束接受的迷路外墻散射至入口處的輻射劑量率也應(yīng)小于其1/4，均取0.5 μSv/h；若高于0.5 μSv/h，應(yīng)增加迷路內(nèi)墻屏蔽厚度[7]。

2.1.3 計(jì)算結(jié)果

直線加速器機(jī)房的屏蔽計(jì)算結(jié)果及機(jī)房設(shè)計(jì)值如表3所示。根據(jù)表3，該加速器機(jī)房的屏蔽防護(hù)墻體設(shè)計(jì)滿足防護(hù)要求，而且部分墻體設(shè)計(jì)值較計(jì)算值太過(guò)保守，可以適當(dāng)降低設(shè)計(jì)方案參數(shù)，以滿足輻射防護(hù)最優(yōu)化原則。

表3 直線加速器機(jī)房驗(yàn)證計(jì)算厚度和屏蔽設(shè)計(jì)厚度對(duì)照表

2.2 防護(hù)門屏蔽計(jì)算

機(jī)房擬配備的直線加速器標(biāo)稱能量不超過(guò)10 MV，因此，機(jī)房防護(hù)門可以忽略中子的防護(hù)問(wèn)題[8]。

有用線束向迷路照射時(shí)，根據(jù)GBZ/T 201.2—2011中“4.3.2.5.2 有用線束向迷路照射時(shí)的迷路入口”的推薦，迷路入口處的輻射劑量主要考慮如下方面。

（1）根據(jù)圖1，入射至j墻的射線散射至G處，j墻的入射輻射來(lái)自三個(gè)方面：①泄漏輻射；②向迷路對(duì)面主屏蔽照射的有用線束穿過(guò)患者身體并射入屏蔽墻內(nèi)表面的散射輻射；③患者散射。實(shí)際計(jì)算迷路入口處的散射輻射劑量率時(shí)，通常忽略①和②，只考慮患者散射的貢獻(xiàn)（圖1中路徑O-j-G）。

患者散射計(jì)算方法選用GBZ/T 201.2—2011中“5.2.6.1有用線束不向迷路照射”的推薦，按如下公式計(jì)算防護(hù)門處散射輻射劑量率：

式中：為g處輻射劑量率；αph為患者一次散射45°散射因子，10 MV取1.35×10-3；α2為迷道內(nèi)墻入口二次散射因子，45°入射，0°散射，取22.0×10-3；F為最大治療野面積，40 cm×40 cm=1 600 cm2；A為迷道內(nèi)入口散射面積，3.7×3.8=14.1 m2；R1為人體散射點(diǎn)距迷道內(nèi)入口墻的距離，7.7 m；R2為迷道長(zhǎng)度，9.6 m；為等中心常用最大劑量率，取6 Gy/min，即3.6×108μSv/h。計(jì)算得出=110.4 μSv/h。

（2）穿過(guò)迷路內(nèi)墻的有用線束受迷路外墻內(nèi)側(cè)散射至G處的輻射（圖1中路徑O2-h-G）。根據(jù)表3的計(jì)算結(jié)果，迷路內(nèi)墻的屏蔽厚度滿足有用線束的防護(hù)要求。因此此項(xiàng)的劑量率可以取0.5 μSv/h。

（3）泄漏輻射（以位置O1為中心）在G處的輻射劑量（圖1中路徑O1-G）。根據(jù)表3的計(jì)算結(jié)果，迷路內(nèi)墻的屏蔽厚度滿足漏射線的防護(hù)要求，因此此項(xiàng)的劑量率取0.5 μSv/h。可以根據(jù)下面的公式計(jì)算所需的屏蔽透射因子：

式中：B為透射因子；Hc為劑量率控制值，取值為2.5 μSv/h；Hog為穿過(guò)迷路內(nèi)墻的泄漏輻射在門口處的劑量率，取值為0.5 μSv/h；Hmd為穿過(guò)迷路內(nèi)墻的主射線射在門口處的劑量率，取值為0.5 μSv/h。

根據(jù)下式計(jì)算所需屏蔽門鉛當(dāng)量：

式中：X為所需屏蔽厚度。入口處的散射輻射能量約為0.2 MeV，因此，鉛（Pb）的什值層TVL為5 mm，半值層HVL為1.5 mm。代入數(shù)據(jù)，求得機(jī)房防護(hù)門X=8.8 mm Pb。

根據(jù)GBZ/T 201.2—2011中“5.2.6.2 有用線束向迷路照射”，有用線束向迷路照射時(shí)，有用線束邊緣距迷路入口G處可能較近，并且還存在迷路內(nèi)墻的雜散輻射，應(yīng)增加2倍安全系數(shù)。因此，在防護(hù)門計(jì)算結(jié)果上增加一個(gè)鉛的半值層，計(jì)算結(jié)果為10.3 mm Pb。建議直線加速器機(jī)房防護(hù)門的鉛當(dāng)量不低于11 mm[9]。

3 結(jié)論

文章以某直線加速器機(jī)房的輻射屏蔽計(jì)算為例，按照標(biāo)準(zhǔn)提供的方法，對(duì)機(jī)房屏蔽墻體、防護(hù)門的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了計(jì)算論證，證實(shí)屏蔽墻體設(shè)計(jì)滿足防護(hù)要求。但部分參數(shù)遠(yuǎn)超出實(shí)際防護(hù)需要，造成不必要的浪費(fèi)，也不滿足輻射防護(hù)最優(yōu)化原則，建議適當(dāng)降低。經(jīng)過(guò)計(jì)算，直線加速器機(jī)房防護(hù)門的鉛當(dāng)量應(yīng)不低于11 mm，這一數(shù)據(jù)可作為屏蔽防護(hù)設(shè)計(jì)的依據(jù)。