医用直线加速器均整与非均整模式下加速器机房外周围辐射水平对比研究

彭建亮 李石银

近年来，放射治疗设备和适形调强技术日新月异，在肿瘤放射治疗中引入医用直线加速器非均整(flattening filter free，FFF)模式，尤其是旋转调强放射治疗显示了较明显的优势[1-3]。由于去掉了均整器，FFF模式输出剂量率显著提高，极大缩减了患者治疗时间，减少了患者治疗过程中体位变化所带来的误差，具有很好的临床适用性。FFF模式剂量率的提高，对机房的屏蔽设计提出了新的要求，现有的屏蔽规范与标准适用于均整(flattening filter，FF)模式，对带有FFF模式的直线加速器，需对屏蔽设计进行重新评估[4-7]。本研究针对FF模式与FFF模式下加速器机房外的辐射影响进行比较与分析，为加速器FFF模式治疗的屏蔽设计与安全评价提供技术参考。

1 加速器机房外辐射水平研究资料与方法

1.1 研究资料

加速器设备为VitalBeam型电子直线加速器[瓦里安医疗器械贸易(北京)有限公司]，其X射线最高能量为10 MV，等中心处X射线最大照射野40 cm×40 cm，FF模式等中心处最大剂量率为600 MU/min，FFF模式为2400 MU/min。加速器刻度为：在源皮距(source to surface distance，SSD)100 cm，照射野10 cm×10 cm时，射野中心轴最大剂量点(Dmax)处，1 MU=1 cGy。

加速器机房位于医院地下三层，依据《放射治疗机房的辐射屏蔽规范第2部分：电子直线加速器放射治疗机房》(GBZ/T201.2-2011)[6]标准，按常规FF模式屏蔽设计，屏蔽设计目标为机房屏蔽体外30 cm处周围剂量当量率≤2.5 μSv/h。机房南侧为土层，北侧为控制室，东侧为过道，西侧为另一加速器机房，加速器机房采用混凝土屏蔽，混凝土密度为2.35 kg/m3，机房防护门为16 mm铅和10 cm含硼聚乙烯。加速器机房布局及屏蔽厚度见图1。

图1 加速器机房平面布局

1.2 仪器设备

检测仪器为AT1121型辐射检测仪(白俄罗斯ATOMTEX公司)，经中国计量科学研究院检定并在有效期内。

1.3 测量方法

测量时使用能量响应达到10 MeV光子的平衡帽，测量的量为周围剂量当量率。散射模体使用30 cm×30 cm×30 cm水模体，当使用模体时，模体几何中心处于有用束中心轴线上，模体的端面与有用束中心轴垂直，分别在10 MV FF模式等中心处最大剂量率600 MU/min、FFF模式2400 MU/min以及照射野40 cm×40 cm的条件下对机房外的西墙外(A、B、C)、东墙外(D、E)、机房门外(F)和操作位(G)7个主要关注点进行测量，测量时辐射检测仪距各面防护墙表面30 cm，距地面高度1.3 m，每个检测点采样5次后取其平均值；各关注点的详细检测条件见表1。

表1 各关注点详细检测条件

2 加速器机房外辐射水平研究结果

2.1 加速器机房外剂量当量率

加速器未出束时本底剂量当量率平均值为0.10 μSv/h，在FF模式下机房外各主要关注点扣除本底后的剂量当量率为0.11～2.4 μSv/h，均＜2.5μSv/h，FFF模式下机房外各主要关注点扣除本底后的剂量当量率为0.13～7.9 μSv/h，A点和D点两个主束关注点的剂量当量率均大于2.5μSv/h；在FFF模式与FF模式最高剂量率情况下，各关注点FFF模式下的周围剂量当量率均高于FF模式，约为FF模式的1.2～3.3倍。加速器机房外各关注点剂量当量率见表2。

表2 加速器机房外各关注点剂量当量率()

表2 加速器机房外各关注点剂量当量率()

2.2 累积剂量

根据《放射治疗机房的辐射屏蔽规范第2部分：电子直线加速器放射治疗机房》(GBZ/T201.2-2011)[6]附录A推荐的周工作负荷1500 Gy，按表2中的检测数据，在不考虑使用因子和居留因子情况下计算各关注点累积剂量，FF模式下机房外各主要关注点的周累积剂量当量为0.5～10.0 μSv，FFF模式下机房外各主要关注点的周累积剂量当量为0.1～8.2 μSv；若FF模式与FFF模式在同等工作负荷下，FFF模式机房屏蔽体外的累积剂量当量低于FF模式，约为FF模式的0.2～0.8倍。加速器机房外周累积剂量见表3。

表3 加速器机房外周各主要关注点累积剂量当量(μSv)

3 加速器机房外辐射水平研究分析

医用电子直线加速器属II类射线装备，使用前医院需进行职业病危害放射防护预评价和环境影响评价，对机房的屏蔽设计及效果进行评估。按照《电子加速器放射治疗放射防护要求》(GBZ126-2011)[8]规定，加速器迷宫门处、控制室和加速器机房墙外30 cm处的周围剂量当量率控制目标值≤2.5 μSv/h；《放射治疗机房的辐射屏蔽规范第2部分：电子直线加速器放射治疗机房》(GBZ/T201.2-2011)[6]中建议机房外控制区的工作人员和非控制区人员分别按≤100 μSv/周和≤5 μSv/周控制。本研究显示，FF模式下加速器机房墙外30 cm处的周围剂量当量率均能满足≤2.5 μSv/h要求，但由于FFF模式下输出剂量率的显著提高，FFF模式下加速器机房墙外30 cm处的周围剂量当量率已不符合标准要求，需增加机房的屏蔽厚度。若考虑关注点的使用因子(如A点和D点取1/4)情况下，附加剂量可满足≤5 μSv/周的要求。

本研究中，FFF模式输出剂量率为FF模式输出剂量率的4倍，而表2监测数据显示，FFF模式机房屏蔽体外的剂量率相对于FF模式的倍数＜4，反映FFF模式下射线质的软化。由于FFF模式移除了均整器，其射线质较FF模式更软[9-10]。Kry等[11]经蒙特卡罗模拟计算得到的FFF模式的十值层、患者散射因子、墙散射因子和泄漏辐射均相应降低，在相同能量和相同输出剂量率情况下，机房主屏蔽墙的厚度可相应减少10%～20%。若FF模式与FFF模式在同等工作负荷下，FFF模式机房屏蔽体外的累积剂量均低于FF模式。FFF模式临床上主要用于旋转调强治疗，旋转调强总的跳数(monitor unit，MU)比常规FF模式调强MU少，使用FFF模式治疗时总工作负荷比FF模式小；Kry等[11]指出，由于均整器移除，同样剂量率打靶所需的电子束流低，泄漏辐射也少；李定杰等[12]和Najem等[13]报道，去除均整器机房内中子产额也将减少。

4 结语

从累积剂量角度分析，FF模式设计的加速器机房是可以满足FFF模式使用的，但FFF模式下瞬时剂量率会超出标准要求，应放宽开展FFF模式治疗的机房外瞬时剂量率限值要求，采用10 μSv/h限制，或不以设备最大输出剂量率而是常用输出剂量率作为运行工况评价和验收监测。通过对FF模式与FFF模式下加速器机房外的辐射水平比较与分析，在相同工作负荷情况下，FFF治疗模式不会增加对周围人员的辐射影响，在屏蔽设计时应避免过度防护。