楊立夢，劉育辰

(四川省核工業(yè)輻射測試防護(hù)院(四川省核應(yīng)急技術(shù)支持中心)， 成都 610000)

前 言

多源γ射線立體定向放射治療(下文簡稱：γ刀治療)是指將立體定向裝置、核磁共振、CT或X射線數(shù)字減影等多種影像設(shè)備及三維重建技術(shù)綜合使用，采用多源γ射束聚束照射靶點(diǎn)，進(jìn)行大劑量三維立體定向照射的技術(shù)。γ刀治療可以更加精確地定位病變組織和鄰近重要器官，準(zhǔn)確劃定病變組織范圍，無需進(jìn)行外科手術(shù)，從而達(dá)到無創(chuàng)傷治療腫瘤的目的。

γ刀治療具有一次性、致死性的摧毀靶點(diǎn)內(nèi)的病灶組織，而病灶周圍組織只受到瞬間、小劑量射線的照射而安然無恙等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)許多醫(yī)院的應(yīng)用越來越廣泛[1]。γ刀裝置會(huì)產(chǎn)生大量的輻射，不做好屏蔽防護(hù)，會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。監(jiān)測結(jié)果表明，各個(gè)輻射路徑下的屏蔽厚度經(jīng)過充分計(jì)算設(shè)計(jì)，γ刀裝置正常運(yùn)行時(shí)不會(huì)對(duì)職業(yè)人員、公眾以及周圍環(huán)境造成放射性影響[2]。

本文將《放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范第3 部分：γ射線源放射治療機(jī)房》(GBZ/T201.3-2014)(下文簡稱GBZ/T201.3-2014)[3]中的計(jì)算公式應(yīng)用于某醫(yī)院γ刀機(jī)房屏蔽厚度的計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果和機(jī)房設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比分析。旨在對(duì)γ刀機(jī)房屏蔽計(jì)算方法的可靠性進(jìn)行分析，為屏蔽機(jī)房的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 基本概況

云南省某醫(yī)院擬引進(jìn)1臺(tái)LUNATM-260型γ射線聚焦放療機(jī)，安裝了42顆高比活度呈50°扇形排列的60Co放射源(Ⅰ類放射源)。γ刀機(jī)房位于獨(dú)棟建筑放療中心1樓，位置相對(duì)獨(dú)立偏僻，東側(cè)為控制室，南側(cè)為衛(wèi)生間，西側(cè)為排水溝及擋土墻，北側(cè)為直線加速器機(jī)房。γ刀機(jī)房建筑面積為94.0m2(有效使用面積為63.8m2)，機(jī)房內(nèi)長9.10m，寬8.75m，高4.2m。機(jī)房平面布置圖見圖1。

圖1 機(jī)房平面布置圖

2 機(jī)房屏蔽計(jì)算

2.1 計(jì)算方法

依據(jù)GBZ/T201.3-2014[3]提出了不同輻射類型在不同輻射路徑下計(jì)算方法。輻射類型主要為四種，即治療狀態(tài)下的泄漏輻射、準(zhǔn)直器的泄漏輻射、有用線束的一次散射輻射以及旋轉(zhuǎn)照射時(shí)單個(gè)源的有用線束[3-4]。每種類型的輻射的計(jì)算法不盡相同，下文將對(duì)不同輻射在不同路徑下的計(jì)算方法進(jìn)行探討分析。

2.2 關(guān)注點(diǎn)設(shè)定

關(guān)注點(diǎn)根據(jù)不同輻射類型的不同路徑來設(shè)定。在γ刀機(jī)房設(shè)計(jì)的尺寸厚度基礎(chǔ)上，假定γ刀最大工況運(yùn)行，在γ刀機(jī)房外設(shè)定關(guān)注點(diǎn)，針對(duì)關(guān)注點(diǎn)最不利情況對(duì)機(jī)房進(jìn)行屏蔽厚度核算。關(guān)注點(diǎn)設(shè)定見圖2、圖3，劑量率參考控制水平和主要考慮的輻射束見表1。

圖2 γ刀機(jī)房平面預(yù)測點(diǎn)布置圖

圖3 γ刀機(jī)房剖面預(yù)測點(diǎn)布置圖

表1 各關(guān)注點(diǎn)劑量率參考控制水平和主要考慮的輻射束

續(xù)表1

2.3 泄漏輻射計(jì)算

泄露輻射有兩種即治療狀態(tài)下的泄漏輻射和準(zhǔn)直器的泄漏輻射。利用GBZ/T201.3-2014的相關(guān)公式計(jì)算治療狀態(tài)下的泄漏輻射及準(zhǔn)直器的泄漏輻射所需屏蔽墻體厚度。按(式1)計(jì)算屏蔽所需要的屏蔽透射因子B，按(式2)估算所需要的有效屏蔽厚度Xe(cm)，再按照(式3)獲得屏蔽厚度X(cm)，計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)厚度進(jìn)行比較，分析是否滿足屏蔽厚度要求。厚度核算結(jié)果見表2、表3。

表2 泄漏輻射所需屏蔽墻體厚度核算

表3 準(zhǔn)直器的泄漏輻射所需屏蔽墻體厚度核算

(1)

Xe=TVL×logB-1+(TVL1-TVL)

(2)

X=Xe×cosθ

(3)

式中：B—屏蔽透射因子；He—?jiǎng)┝柯蕝⒖伎刂扑?，μSv/h； H0—活度為A的放射源在距其1m 處的劑量率，治療狀態(tài)下，H0為6.8×107μSv/h(總裝源活度為2.22×1014Bq；準(zhǔn)直器的泄漏輻射，根據(jù)設(shè)備廠家提供資料顯示：在治療位置狀態(tài)下，關(guān)閉準(zhǔn)直器時(shí)， H0取值為1.4×106μSv/h(6.8×107μSv/h×2%)；R—輻射源點(diǎn)(靶點(diǎn))至關(guān)注點(diǎn)的距離，關(guān)注點(diǎn)均為相應(yīng)墻外30cm；f—對(duì)有用束為1，對(duì)泄漏輻射為泄漏輻射比率(0.1%)；θ—為斜射角，即入射線與屏蔽物質(zhì)平面的垂直線之間的夾角;TVL1(cm)和TVL(cm)—為輻射在屏蔽物質(zhì)中的第一個(gè)什值層厚度和平衡什值層厚度，當(dāng)未指明TVL1時(shí)，TVL1=TVL，查(GBZ/T201.3-2014)的附錄C表C.1；Xe—有效屏蔽厚度；X—墻體屏蔽厚度。

2.4 患者一次散射所需屏蔽厚度核算

根據(jù)GBZ/T201.3-2014中5.2.2.2，散射輻射首先根據(jù)式(4)計(jì)算墻的屏蔽透射因子，再按照式(1)和式(3)估算墻的有效屏蔽厚度Xe(cm)和X(cm)。厚度核算結(jié)果見表4。

表4 患者一次散射所需屏蔽厚度核算

(4)

式中：αph—患者400cm2面積上垂直入γ射線散射至距其1m(關(guān)注點(diǎn)方向)處的劑量比例；F—治療裝置有用束在等中心處的最大治療野面積；Rs—患者(位于等中心點(diǎn))至關(guān)注點(diǎn)的距離；R0—放射源與患等中心點(diǎn)之間的距離，其他參數(shù)同上。

2.5 單個(gè)源的有用線束所需屏蔽厚度核算

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙資料，γ刀主機(jī)機(jī)架朝向機(jī)房西側(cè)墻進(jìn)行架設(shè)，在旋轉(zhuǎn)治療過程中，單個(gè)源的有用線束可能照射到西墻、機(jī)房屋頂和地面，γ刀機(jī)房下方?jīng)]有其他樓層，所以地面不予關(guān)注。因此關(guān)注點(diǎn)為F、L和L1。根據(jù)式(1)～式(3)獲得屏蔽厚度X(cm)，計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)厚度進(jìn)行比較，分析是否滿足屏蔽厚度要求。其中，H0取值為單個(gè)源在距其1m 處的劑量率1.6×106μSv/h(單枚源活度5.29×1012Bq)，f取1，其他參數(shù)同上。厚度核算結(jié)果見表5。

表5 有用線束輻射所需屏蔽墻體厚度核算

2.6 機(jī)房防護(hù)門屏蔽厚度核算

根據(jù)(GBZ/T201.3-2014)5.1.2.5.1，機(jī)房入口關(guān)注點(diǎn)處(G)的散射輻射劑量率Hg主要由兩個(gè)路徑項(xiàng)“P1-I-G”、“P1-P-I-G”產(chǎn)生的輻射劑量率組成。根據(jù)(GBZ/T201.3-2014)5.2.2.4，路徑“P1-I-G”產(chǎn)生的輻射劑量率計(jì)算公式如下：

(5)

式中：Hg—關(guān)注點(diǎn)處(G)的散射輻射劑量率，μSv/h；H0—活度為A的放射源在距其1m 處的劑量率，為6.8×107μSv/h(總裝源活度為2.22×1014Bq)；f—泄漏輻射比率(0.1%)；S—散射面積，內(nèi)口高度4.0m，散射面積為2.5m×4.0m =10.0m2;αw—散射因子，通常取I處的入射角45°，散射角為0°，查GBZ/T201.3-2014中附錄C表C.4，保守使用0.25MeV欄內(nèi)的值，得混凝土墻45°入射、0°散射、1m2的散射因子αw=3.39×10-2;RL—泄漏輻射始點(diǎn)至散射體中心點(diǎn)的距離，RL=6.454 m；R—散射體中心點(diǎn)至計(jì)算點(diǎn)的距離，R=8.687 m。

經(jīng)計(jì)算，路徑“P1-I-G”在入口關(guān)注點(diǎn)處(G)的散射輻射劑量率Hg為7.3μSv/h。

路徑“P1-P-I-G”產(chǎn)生的輻射劑量率計(jì)算公式如下：

(6)

式中：Hg—關(guān)注點(diǎn)處(G)的散射輻射劑量率，μSv/h；αph—患者400cm2面積上散射因子，見附錄C表C.3，通常取45°散射角的值，即αph為3.7×10-3；F—治療裝置有用線束在等中心處的最大治療野面積，該型號(hào)γ刀等中心處最大治療野為8.4cm2；α2—墻入射的患者散射輻射因子，通常取I處的入射角45°，散射角為0°，查GBZ/T201.3-2014中附錄C表C.4，保守使用0.25MeV欄內(nèi)的值，得混凝土墻45°入射、0°散射、1m2的散射因子αw=3.39×10-2；S—散射面積，內(nèi)口高度4.0m，散射面積為2.5m×4.0m =10.0m2；Ho—活度為A的放射源在距其1m 處的劑量率，為6.8×107μSv/h(總裝源活度為2.22×1014Bq)；R1—第一次散射路徑，R1=6.771m；R2—第二次散射路徑；R2=8.687m；R0—放射源與等中心位置之間的距離，R0=0.473m。

經(jīng)計(jì)算，路徑“P1-P-I-G”入口關(guān)注點(diǎn)處(G)的散射輻射劑量率Hg為2.3μSv/h。

因此，兩個(gè)路徑項(xiàng)“P1-I-G”、“P1-P-I-G”產(chǎn)生的輻射劑量率Hg為9.6μSv/h。

B=(Hc-Hog)/Hg

(7)

式中：Hc—輻射劑量率管理限值，即1.1μSv/h；Hog—泄漏射線穿過迷路內(nèi)墻在關(guān)注點(diǎn)G處的劑量率，Hog為0.16μSv/h；Hg—機(jī)房入口關(guān)注點(diǎn)處(g)的散射輻射劑量率。

經(jīng)計(jì)算，鉛屏蔽透射因子B：

B=(1.1-0.16)/9.6=0.098；

根據(jù)(GBZ/T201.3-2014)中5.2.2.5.1 c)可知，入口處散射輻射能量約為0.2MeV，鉛的TVL為5mm，相應(yīng)的鉛厚度(X)為：

γ刀機(jī)房防護(hù)門實(shí)際設(shè)計(jì)為12mm鉛當(dāng)量。

2.7 計(jì)算值和設(shè)計(jì)值

根據(jù)表6可以看出，實(shí)際設(shè)計(jì)值大于理論計(jì)算值(最大值)，因此γ刀機(jī)房的設(shè)計(jì)屏蔽厚度均滿足GBZ/T201.3-2014的要求。

表6 屏蔽厚度計(jì)算值與設(shè)計(jì)值對(duì)比

3 結(jié) 論

3.1 GBZ/T201.3-2014中的輻射屏蔽墻體厚度的計(jì)算方法是可靠的，相關(guān)參數(shù)取值是安全的，其針對(duì)的屏蔽輻射包括治療狀態(tài)下的泄漏輻射、準(zhǔn)直器的泄漏輻射、散射輻射以及單個(gè)源的有用線束輻射。

3.2 應(yīng)用GBZ/T201.3-2014中的計(jì)算公式，計(jì)算了不同輻射路徑下各個(gè)關(guān)注點(diǎn)的γ刀機(jī)房屏蔽厚度以及不同種類輻射所需的屏蔽厚度。結(jié)果表明γ刀機(jī)房的實(shí)際設(shè)計(jì)屏蔽厚度值大于理論計(jì)算值，設(shè)計(jì)屏蔽方案能滿足γ刀機(jī)房的輻射屏蔽防護(hù)要求。

3.3 對(duì)照實(shí)際設(shè)計(jì)值和理論計(jì)算值可知，北側(cè)墻設(shè)計(jì)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論計(jì)算值，防護(hù)過于保守，考慮經(jīng)濟(jì)因素可適當(dāng)減少厚度，無需過度防護(hù)，可達(dá)到輻射防護(hù)最優(yōu)化的目的。

3.4 本文以實(shí)例探討γ刀機(jī)房輻射屏蔽的計(jì)算方法，并結(jié)合設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探討，可為γ刀機(jī)房輻射屏蔽的計(jì)算和方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)。可靠的輻射屏蔽計(jì)算對(duì)于γ刀機(jī)房的設(shè)計(jì)和選址具有重要指導(dǎo)意義，是有效避免環(huán)境輻射污染的重要舉措，是保障工作人員及公眾安全的重要前提。