劉育辰

（四川省核工業(yè)輻射測試防護院（四川省核應急技術支持中心），四川 成都 610052）

射波刀（Cyberknife）是一種新型立體定向放射治療裝置，它整合了最先進的機器人技術、智能影像實時監(jiān)控以及追蹤系統(tǒng)，將一個6 MV X射線的輕型電子直線加速器安放在有6個自由度的機械臂上，利用機械臂的全向投照能力精確地對腫瘤進行非共面和多中心的放射治療。與直線加速器和伽馬刀相比，射波刀的優(yōu)勢如下：1） 治療精確。可以依靠靈活的機械臂從非共面的不同角度對腫瘤進行照射，具有較好的劑量適形與均勻效果。2） 無痛無創(chuàng)。無須安裝頭部固定架，避免了患者在治療過程中和治療后的疼痛及不適。3） 毒副作用小?？勺粉欕S呼吸而運動的活動臟器部位的腫瘤，最大限度地減少對腫瘤周圍正常組織的損傷。該文采用《放射治療機房的輻射屏蔽規(guī)范 第2部分：電子直線加速器放射治療機房》（GBZ/T 201.2—2011）（簡稱GBZ/T 201.2—2011）中的公式計算某醫(yī)院射波刀機房的屏蔽厚度，將計算值與機房設計值進行對比分析，旨在對射波刀機房屏蔽計算方法的可靠性進行分析，從而為機房的屏蔽防護設計提供依據(jù)。

1 基本概況

云南省某醫(yī)院擬引進1臺M6 FM型射波刀，其最大X射線能量為6 MV，焦點劑量率為10 Gy/min。射波刀機房占地面積198 m，有效使用面積56 m，機房內長8.00 m，寬7.00 m，高4.50 m。東北、西北和西南側墻體是厚度為2.50 m的混凝土，屋頂是厚度為2.50 m的混凝土；東南側機房入口設置7.00 m長L型迷道，迷道內墻是厚度為1.36 m～2.50 m的混凝土，迷道外墻是厚度為1.37 m～2.50 m的混凝土，防護門為15 mm鉛當量。機房平面布置圖如圖1所示。

根據(jù)“滿足診治工作要求、有利于輻射防護和環(huán)境保護以及各組成部分功能分區(qū)明確，既能有機聯(lián)系，又不相互干擾”的原則，射波刀工作場所選址和平面布置分析如下：射波刀機房位于放療中心（單層獨棟建筑）一層西南側，機房西南側區(qū)域由西北向東南依次為設備間、儲物間、控制室和醫(yī)生辦公室，東南側為候診大廳，北側為直線加速器機房，樓上、樓下對應區(qū)域均無構筑物。射波刀機房所在位置相對獨立，機房周圍相鄰區(qū)域未設置人員長期居留場所，避開了門診大樓、收費處等人群稠密區(qū)域；同時，機房屏蔽體外50 m范圍內無自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)和生態(tài)紅線等生態(tài)敏感目標，也無居民、學校等保護目標，其選址和平面布置滿足《放射治療放射防護要求》（GBZ 121—2020）、《放射治療輻射安全與防護要求》（HJ 1198—2021）中的相關要求。從輻射安全的角度考慮，射波刀工作場所的平面布置是合理的。

圖1 機房平面布置圖（單位：mm）

2 機房屏蔽計算

2.1 計算方法

根據(jù)GBZ/T 201.2—2011中D.3推薦方法核算射波刀機房屏蔽防護水平是否達標。在射波刀運行時，有用線束會朝向四周墻體及屋頂部位，由于來自射波刀的泄露輻射及人體散射輻射的能量及劑量率都遠小于有用線束，如果治療機房墻體能屏蔽有用線束，那么也一定能夠屏蔽來自射波刀的泄露輻射及人體散射輻射，因此該文對射波刀機房屏蔽設計方案的核算是根據(jù)機房各面屏蔽體對有用線束的屏蔽效果進行探討的。

2.2 關注點設定

在射波刀機房設計尺寸厚度的基礎上，假定以最大工況（劑量率為10 Gy/min）運行，在射波刀機房外設定關注點，針對關注點的最不利情況（即各面屏蔽體外，人員可到達的距離射線源最近的地方）對機房的屏蔽厚度進行核算。因為機房下方?jīng)]有構筑物，所以不考慮地面的防護。機房平面關注點設定如圖2所示，機房剖面關注點設定如圖3所示，各關注點劑量率參考控制水平和有用線束照射路徑見表1。

根據(jù)GBZ/T 201.2—2011中的D.3.3.2 可知，機房外的劑量率參考控制水平He的建議，取10 μSv/h；根據(jù)GBZ/T 201.2—2011中的5.2.6.2可知，有用線束向迷路照射，機房防護門須考慮2倍安全系數(shù)。因此，機房門口g點處劑量率參考控制水平He，取5 μSv/h；根據(jù)GBZ/T 201.2—2011中的4.3.2.5可知，機房迷路入口還應考慮有用線束經(jīng)患者散射至迷路墻體，再二次散射至防護門處的散射輻射以及泄漏輻射經(jīng)迷路內墻屏蔽后在迷路入口處的輻射劑量，該處劑量率參考控制水平，取5 μSv/h的1/4，即1.25 μSv/h。

表1 射波刀機房各關注點劑量率參考控制水平和有用線束照射路徑

2.3 機房屏蔽厚度核算

采用GBZ/T 201.2—2011的相關公式計算射波刀機房所需屏蔽墻體厚度。按公式（1）、公式（2）估算所需的有效屏蔽厚度X（cm），再根據(jù)公式（3）獲得屏蔽厚度X（cm），將計算結果與設計厚度進行比較，分析是否滿足屏蔽厚度的要求。

式中：B為屏蔽透射因子；He為劑量率參考控制水平，μSv/h；H為加速器有用線束中心軸上距產(chǎn)生治療X射線束的靶1 m處常用最高劑量率，μSv·m/h（射波刀的劑量率H=10×0.8×60×10=3.84×10μSv/h）；R為輻射源點（靶點）至關注點的距離，m（為SAD+等中心點至墻外30 cm距離，其中SAD為80 cm）；f為有用線束，f=1；θ為斜射角，即入射線與屏蔽物質平面的垂直線之間的夾角（主屏蔽墻0°入射）；TVL和TVL為輻射在屏蔽物質中的第一個什值層厚度和平衡什值層厚度，cm（查GBZ/T 201.2—2011附錄B表B.1，對應6 MV的X射線能量，其有用射束在混凝土中的TVL為37cm，TVL為33 cm）；X為有效屏蔽厚度；X為墻體屏蔽厚度。

圖2 射波刀機房平面預測點布置圖

圖3 射波刀機房剖面預測點布置圖

2.3.2 機房防護門屏蔽厚度核算

根據(jù)GBZ/T 201.2—2011中的4.3.2.5.1可知，機房入口關注點g處的輻射劑量率主要由2個路徑項“O→g”、“O→i→g”產(chǎn)生的輻射劑量率組成。路徑“O→i→g”產(chǎn)生的散射輻射劑量率H如公式（4）所示。

表2 射波刀機房蔽墻屏蔽厚度核算

式中：H為關注點g處的散射輻射劑量率，μSv/h；H為加速器有用線束中心軸上距產(chǎn)生治療X射線束的靶1 m處常用的最高劑量率，H=3.84×10μSv/h；α為患者受照面積400 cm的散射因子，根據(jù)GBZ/T 201.2—2011附錄B表B.2可知，通常取45°散射角的值，采用6 MV欄內的值，即α=1.39×10；F為治療裝置有用線束在等中心處的最大治療野面積，cm，射波刀等中心處最大治療野為10.0 cm×11.5 cm；α為墻入射的患者散射輻射的散射因子，患者一次散射角為45°，墻入射角為45°，墻散射角近似按0°計算，查GBZ/T201.2-2011附錄B表B.6，通常使用其0.5 MeV欄內的值，得混凝土墻45°入射、0°散射、1m的散射因子α=22×10；A為散射面積，m（當內口高度為4.0 m時，散射面積為1.34 m×4.50 m =6.03 m）；R為第一次散射路徑，R=530 cm；R為第二次散射路徑，R=920 cm。

經(jīng)計算可知，路徑“O→i→g”在機房入口關注點g處的散射輻射劑量率H=8.56 μSv/h。

路徑“O→g”為有用線束穿過迷路內墻產(chǎn)生的輻射劑量率H，如公式（5）～公式（7）所示。

經(jīng)計算可知，路徑“O→g”在機房入口關注點g處的輻射劑量率H=0.24 μSv/h。

所需的鉛屏蔽透射因子B如公式（8）所示。

式中：H為輻射劑量率管理限值，H=5 μSv/h；H為有用線束穿過迷路內墻在g處的劑量率，H=0.24 μSv/h；H為機房入口關注點g處的散射輻射劑量率，H=8.56 μSv/h。

經(jīng)計算可知，鉛屏蔽透射因子B=（5-0.24）/8.56=0.56。

根據(jù)GBZ/T 201.2—2011中的5.2.6.1 c可知，入口處散射輻射能量約為0.2 MeV，鉛的TVL為5.00 mm，相應的鉛厚度X=TVL·logB-1=1.26 mm；射波刀機房防護門實際設計為15.00 mm鉛當量，滿足GBZ/T 201.2—2011的要求。

2.4 射波刀自帶X射線管屏蔽效果分析

射波刀的靶區(qū)定位（影像）追蹤系統(tǒng)是由機房天花板上安裝的2個X射線球管和安裝于地板平面下的影像探測器組成。2個X射線球管發(fā)出的低能X射線相互垂直，交叉穿過頭顱（或患者腫瘤的治療部位），通過影像探測器獲得顱骨的數(shù)字圖像，并將影像資料傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，計算機與事先CT掃描（病人治療前先作CT定位，將定位影像傳輸?shù)接嬎銠C內）獲得的顱骨數(shù)字重建圖像進行對比，先確定顱骨的精確位置，再得出治療靶目標（病灶）的精確位置。

射波刀系統(tǒng)上自帶的2個低能X射線管最大管電壓為150 kV，根據(jù)《放射診斷放射防護要求》（GBZ 130—2020）表3“標稱125 kV以上的攝影機房有用線束方向鉛當量應不得低于3.0 mm鉛當量”以及附錄C表C.7可知，在150 kV有用線束下，255.0 mm混凝土相當于3.0 mm鉛當量，而射波刀機房各面墻體最小屏蔽厚度為2 500.0 mm混凝土，遠大于255.0 mm混凝土，因此，雖然2個低能X射線管運行時也會產(chǎn)生X射線，但是其能量遠低于射波刀有用線束，經(jīng)射波刀機房屏蔽后對機房周圍的輻射影響很小。

表3 屏蔽厚度計算值與設計值對比

2.5 綜合分析

由表3可知，射波刀機房各面屏蔽體厚度的實際設計值均大于理論計算值，因此射波刀機房的輻射屏蔽設計方案能滿足GBZ/T 201.2—2011的要求。

3 結論

該文根據(jù)相關試驗得出2個結論：1） 應用GBZ/T 201.2—2011中的公式計算射波刀機房各面屏蔽體厚度，計算結果表明，射波刀機房的實際設計屏蔽厚度值大于理論計算值，設計方案能滿足輻射屏蔽防護和環(huán)境保護的要求。2） 該文以實例探討射波刀機房輻射屏蔽的計算方法，并結合設計方案進行分析，可為射波刀機房輻射屏蔽的計算和方案設計提供參考?？煽康妮椛淦帘斡嬎銓ι洳ǖ稒C房的設計和選址具有重要指導意義，是避免環(huán)境輻射污染、加強環(huán)境保護的有效舉措，也是保障工作人員及公眾安全的重要前提。