加速器15 MV射线引起残留辐射的测量研究*

陈亚正　祁国海　李厨荣　张声江　廖雄飞　肖明勇　黎 杰*　王 培

加速器15 MV射线引起残留辐射的测量研究*

陈亚正①祁国海①李厨荣①张声江①廖雄飞①肖明勇①黎 杰①*王 培①

目的：研究高能射线出束结束后的电离辐射情况，监测分析其残留辐射数据。方法：使用15 MV高能X射线的医用电子直线加速器对15 cm×15 cm×15 cm的水箱进行照射，开设5 cm×5 cm、10 cm×10 cm和15 cm×15 cm的照射野，并对每一照射野均出射跳数为50 MU、100 MU和300 MU的射线。每间隔5 s记录一次监测仪所在位置的剂量当量率，记录时间为30 min，分析比较剂量当量率与照射野和跳数MU的关系以及3种照射野的剂量当量率变化趋势。结果：①剂量当量率呈非线性跌落，并且在某时间段内剂量率有上升的反弹现象；②对于同一照射野，跳数为300 MU的射线产生的剂量率最高，其余依次为100 MU和50 MU的射线，即剂量当量率H300MU＞H100MU＞H50MU；③对于相同跳数的射线，不同面积射野产生的剂量当量率无明显的规律，即剂量当量率不决定于射野面积。结论：医用电子直线加速器使用15 MV的射线进行治疗时所引起的残留辐射应引起注意，且必须采取相应的辐射防护措施。

高能射线；残留辐射；剂量率；医用直线加速器

[First-author’s address] Center of Radiation Therapy, Sichuan Cancer Hospital & Institute, Chengdu 610041, China.

电离辐射普遍存在于整个自然界，从整个宇宙空间到地球上各个角落[1]。电离辐射主要来源于天然辐射和人工辐射。目前，医疗辐射是人类生活中接触的重要辐射之一，在医疗诊治中电离辐射除受到X射线照射治疗的患者外还存在于实施医疗诊治的放射性工作人员。

原子中的电子受到碰撞而激发被释放出来的电磁相互作用过程称为电离辐射，参与相互作用的粒子可以包括α粒子、β粒子、质子，中子以及X射线[2]。肿瘤患者放射治疗过程是依靠对肿瘤内原子的电离辐射过程来实现对癌症的治疗。在治疗室内，从X射线产生到完全消失，需要一定的时间，放射治疗工作人员在进出治疗室的间隔时间内存在受到辐射的潜在可能性[3，5-6]。治疗室的本底辐射剂量为0.11 Sv/h，经测定6 MV低能X射线在2 s内已经恢复到本底辐射的水平；而15 MV高能X射线在短时间内并不能完全恢复到本底的水平。为此，本研究测量5 cm×5 cm、10 cm×10 cm和15 cm×15 cm不同面积射野下，治疗室内某一固定位置在使用15 MV高能光子被关闭后30 min内的剂量当量率，分析比较高能射线出束结束后的电离辐射情况，以对其残留的辐射引起高度重视。

1　材料与方法

1.1仪器设备

采用Electa Synergy医用电子直线加速器(SynergyVMAT，Elekta，Sweden)；PM1401GN袖珍式γ-n巡检仪(白俄罗斯，Polimaster)，探测对象为光子，对中子不敏感。剂量当量率测量范围：0.01～40μSv/h，每次测量的温度均在25 ℃，大气压为1.032×105Pa。

1.2测量方法

(1)将加速器的剂量率设置为300 MU/min，测量5 cm×5 cm、10 cm×10 cm和15 cm×15 cm不同面积的射野，治疗室内某一固定位置使用高能光子15 MV关闭后30 min内的剂量当量率。

(2)设定X射线与水碰撞的相互作用过程是各项同性的，将X射线剂量监测仪polimaster放置在距离水箱2 m的位置，水箱中心位置(100 cm)为加速器等中心位置。

图1　15 MV光子线产生的剂量当量率曲线图

(3)将15 cm×15 cm×15 cm的水箱放在机头正下方，机头距水箱中心100 cm，巡检仪放在距离机头1.5 m的位置，出射跳数为50 MU、100 MU和300 MU的3次射线，每次射线均在射野为5 cm×5 cm、10 cm×10 cm和15 cm×15 cm的情况下测量。并且保证每组射线的辐射恢复到室内本底时再进行下一组的测量。每组射野均出束X射线50 MU、100 MU及300 MU，每组射线之间互无影响，即每次测量前都确保治疗室内的散射线完全排除干净，恢复至本底状态。

2　结果

2.1影响感生放射线的因素

(1)从曲线图分析比较剂量当量率与照射野和跳数MU的关系以及3种照射野的剂量当量率变化趋势，射野开至(5 cm×5 cm)，(10 cm×10 cm)，(15 cm×15 cm)在3组射线下的剂量当量率：对于同一个射野，跳数为300 MU的射线产生的剂量率最高，其余依次为100 MU和50 MU的射线，即剂量当量率H300MU＞H100MU＞H50MU；300 MU、100 MU和50 MU的射线在30 min内的变化趋势及其比较如图1所示。

(2)在相同跳数下不同面积的照射野下剂量当量率的变化趋势及其比较。不同面积射野产生的剂量当量率无明显的规律，即剂量当量率不决定于射野面积。300 MU高能光子产生的剂量当量率远远＞100 MU、50 MU的感生放射性，数值最高峰均处于出束停止的时刻，在测量时间段内均有上升的现象出现(如图2所示)。

2.2测量时间截止时刻的数值

根据电离辐射防护与辐射源安全基本标准(GB 18871-2002)规定[16]：在距设备的任何可达表面0.1 m处所引起的周围剂量当量率或定向剂量当量率≤1μSv/h。在5 cm×5 cm、10 cm×10 cm和15 cm×15 cm的不同射野面积下，50 MU、100 MU和300 MU的射线结束后第30 min末的剂量当量率(见表1)。

图2　3种照射野的剂量当量率变化趋势比较曲线图

表1　30 min末的剂量当量率(μSv/h)

3　讨论

随着计算机技术、数学软件、加速器硬件的更新换代，以及研究者通过对射线照射细胞生物效应敏感性的进一步认识，肿瘤放射治疗技术以及临床应用得到了较快的发展。肿瘤放射治疗的发展经历了二维治疗，三维适形放射治疗，调强放射治疗，图像引导调强放射治疗，以及质子调强放射治疗。鉴于此，医用加速器带来的辐射防护问题成为不可避免的研究重点。宋钢[8]对质子加速器带来的感生放射性特别是产生的中子进行了初步测量和分析，刘建防等[9]对Varian 2300C/D型加速器15 MeV的X射线测量了5 min、10 min、15 min、30 min、60 min以及90 min时间点的剂量当量率，给出90 min内感生放射线的大概趋势；卢峰等[10]以综述性的方式阐述了引起感生放射线的若干因素以及研究现状；朱忻等[11]Varian Clinac23EX型加速器测量了15 MV的X射线随着距离和时间变化的数据。

粒子的输运过程是复杂的过程，从高速电子轰击钨靶产生X射线，X射线再与水箱碰撞，参与的相互作用主要是电磁相互作用[12-15]。参与的粒子包括电子、原子核、光子及其次级电子和次级光子。本研究图1显示，对于同一个照射野，跳数越大，剂量当量率越大，即H300MU＞H100MU＞H50MU。这是因为加速器产生的高能段X射线越多，治疗室内的电离粒子密度越大，巡检仪读出的数据就越大。本研究测量的30 min内，从曲线上可以看到剂量当量率在下降的过程中出现多次回升，但并不是因为光子的能量增加，而是空间中的光子密度不同所造成。加速器产生的X射线进入到水箱后，产生次级粒子，且辐射到水箱周围的空气里，再次与空气中的原子发生碰撞，进一步发生电磁相互作用，这一复杂过程并非各项同性，即与水箱相同距离的半径内，所测得的电离辐射强度并不一定相同。图2显示，电子直线加速器出射同样的跳数，不考虑面积因素的开野下，相同时刻的剂量当量率无明显的区别，这是因为光子强度不依赖于开野面积。开野面积的大小会导致射野边缘的粒子散射情况不同，但是不会影响治疗室空间的光子数密度。

影响治疗室内测量点的剂量当量率的因素有很多，包括加速器电子电压的大小、机头铅门的大小、多叶准直器照射野的大小、有无水箱以及水箱的体积以及测量位置的选择等。不同的加速器，即使额定电压相同，产生的光子能量也会有差别，导致同一测量点的数据不相同。根据国家标准GB 18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本规定[16]：在距设备的任何可达表面0.1 m处所引起的周围剂量当量率或定向剂量当量率≤1 μSv/h。表1显示，300 MU的射线造成的剂量当量率分别为1.5 μSv/h，1.28 μSv/h，1.27 μSv/h，已经超过国家标准的规定，应当引起注意。使用高能射线治疗肿瘤患者不可避免的使患者受照范围以外的正常组织吸收额外的射线，同时也会产生中子，增加了第二原发癌产生的概率。有研究表明，具备一定能量的中子会对人体产生危害，而引发第二原发癌。中子污染已经引起放射治疗人员的关切，故在近年来做了大量的测量和模拟[17]。

综上所述，研究医用加速器的高能电离辐射是为了强化放射诊疗中的放射防护与安全；而加强放射治疗的防护安全关系到广大放射诊疗医务人员、受检者、患者以及公众的身体健康与辐射安全[18-20]。

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Measurement of residual radiation induced by 15 MV energy beamin medical linear accelerator

CHEN Ya-zheng, QI Guo-hai, LI Chu-rong, et al// China Medical Equipment,2016,13(11):16-19.

Objective: To study the ionizing radiation after the end of high energy beam, detect and analyze the data of residual radiation. Methods: A 15 cm×15 cm×15 cm water phantom was irradiated with a 15 MV high energy X-ray medical linear accelerator. The irradiation field was 5 cm×5 cm, 10 cm×10 cm and 15 cm×15 cm. For each field, 50 MU,100 MU and 300 MU of X-ray were emitted. The dose equivalent rate within 30 mins was recorded every 5 s. The relationship between the dose equivalent rate and the irradiation field and the number of MU was analyzed and the change trend of the dose rate of the three fields was analyzed. Results: ①The dose rate showed a non-linear drop, and the dose rate increased in a certain period of time. ②For the same radiation field, the dose rate of 300 MU was the highest, followed by 100 MU and 50 MU of radiation, the dose equivalent rate of H300MU＞H100MU＞H50MU. ③ For the same number MU, different areas of radiation field dose equivalent rate showed no obvious characteristic, so the dose rate is not determined by the field area. Conclusion: Residual radiation caused by radiation therapy of 15 MV in medical electronic linear accelerator should be paid attention to and radiation protection measures must be taken by the department.

High energy ray; Residual radiation; Dose rate; Medical linear accelerator

陈亚正,男,(1983- ),博士，助理研究员。四川省肿瘤医院放疗中心，研究方向：医学物理及辐射防护。

1672-8270(2016)11-0016-04

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.11.006

四川省科技支撑计划(2015JQ0053)“现代放疗技术中引发第二原发癌风险的辐射剂量因素研究”

①四川省肿瘤医院放疗中心 四川 成都 610041

jie.li@yeah.net

2016-08-18