某醫(yī)院陀螺刀機(jī)房屏蔽厚度的計(jì)算與評(píng)價(jià)

1、某醫(yī)院陀螺刀機(jī)房屏蔽厚度的計(jì)算與評(píng)價(jià) 吳文質(zhì)（江西省勞動(dòng)衛(wèi)生職業(yè)病防治研究所）摘要：根據(jù)輻射防護(hù)基本原則及放射衛(wèi)生防護(hù)相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)擬建造的陀螺刀機(jī)房所需的屏蔽厚度進(jìn)行計(jì)算，為機(jī)房最優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞：陀螺刀機(jī)房、屏蔽厚度、計(jì)算與評(píng)價(jià) 陀螺刀設(shè)備融合立體定向技術(shù)和放射治療技術(shù)于一體，它利用腫瘤細(xì)胞相對(duì)于正常組織細(xì)胞對(duì)放射線更敏感的原理，采用鈷-60發(fā)出的射線，用幾何聚焦方式，通過(guò)精確的立體定向，將經(jīng)過(guò)規(guī)劃的一定劑量射線集中于預(yù)照靶點(diǎn)，致死性的摧毀靶點(diǎn)內(nèi)的腫瘤組織。同時(shí)，陀螺刀設(shè)備中的154枚放射源發(fā)出的線束由于采用旋轉(zhuǎn)聚焦的方式進(jìn)行放射治療，使人體正常組織所受到的照射較小，從而達(dá)

2、到殺死病灶組織，保護(hù)正常組織的治療目的。1 機(jī)房屏蔽設(shè)計(jì)和設(shè)備參數(shù)1.1 機(jī)房屏蔽設(shè)計(jì) 根據(jù)陀螺刀機(jī)房建筑設(shè)計(jì)圖紙（見(jiàn)圖一），其設(shè)計(jì)參數(shù)如下：（1）機(jī)房的四周墻體和頂棚厚度都為600的鋼筋混凝土（混凝土密度2.3g/3；（2）機(jī)房?jī)?nèi)空尺寸：8100mm（長(zhǎng)）×6590mm（寬）×3900mm（高）；（3）機(jī)房門(mén)洞尺寸：1600（寬）×2100（高）； （4）機(jī)房周邊環(huán)境情況：東墻外為樓梯間，南墻外為控制室，西墻外為陀螺刀治療中心過(guò)道，北墻外為醫(yī)院停車場(chǎng)，機(jī)房頂上為醫(yī)院門(mén)診用房。 600 3090 2000 1500 600 北 1500 1400 2700 250

3、0 操作臺(tái) 1600 治療室 控制室控制柜 1600 圖一 陀螺刀機(jī)房建筑設(shè)計(jì)圖1.2 設(shè)備參數(shù)（1）鈷源總活度： 2.59×1014Bq；（2）鈷源比活度：8.51×1012Bq；（3）焦點(diǎn)劑量率：1.5Gy/min；（4）四組不同的焦點(diǎn)，等中心處射野直徑分別為：5mm、15mm、25mm和40mm；（5）放射源自轉(zhuǎn)角度： 50°；（6）治療頭自轉(zhuǎn)速度：30r/min；（7）治療頭環(huán)繞人體旋轉(zhuǎn)角度：±270°；（8）治療頭公轉(zhuǎn)速度：（0.51.5±0.1）r/min；（9）放射源到等中心的距離：530mm；（10）陀螺刀處治療狀態(tài)下

4、的漏射輻射率為等中心點(diǎn)的0.0001%；（11）陀螺刀鉛平衡錘的透射率：2×10-5。2 機(jī)房屏蔽厚度的計(jì)算方法2.1 屏蔽厚度計(jì)算的防護(hù)原則（1）工程屏蔽設(shè)計(jì)應(yīng)遵循輻射防護(hù)最優(yōu)化原則和選定源相關(guān)的個(gè)人劑量約束值，本工程選定個(gè)人劑量約束值為： 放射工作人員：2mSv/a（國(guó)家防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)劑量限值為20mSv/a）； 公眾：0.1mSv/a（國(guó)家防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)劑量限值為1mSv/a）。（2）在屏蔽厚度設(shè)計(jì)時(shí)，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)源的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行中留有足夠的安全余地，以確?？煽康陌踩\(yùn)行。（3）在進(jìn)行屏蔽厚度計(jì)算時(shí)，對(duì)泄漏輻射按初級(jí)輻射能量（1.25MeV）計(jì)算，對(duì)散射輻射按0.5MeV（散射線

5、能量一般都低于0.5MeV），直接查“寬束射線在不同的減弱倍數(shù)K時(shí)所需混凝土的防護(hù)厚度表”。（4）屏蔽計(jì)算時(shí)不考慮治療頭運(yùn)動(dòng)對(duì)于射線散射場(chǎng)的影響，也不考慮射線穿越墻體的角度是連續(xù)多樣性的，統(tǒng)一取為90º。（5）對(duì)同一屏蔽體按有用線束（主束）透射輻射、泄漏輻射和散射輻射分別進(jìn)行計(jì)算屏蔽厚度。若二者之差相差不到十分之一值層厚度時(shí)，則在其中較厚的那個(gè)厚度上再加一個(gè)半值層厚度（HVT=6.1cm）。2.2 主屏蔽厚度計(jì)算方法 初級(jí)射線的屏蔽厚度（主防護(hù)體厚度）按式（1）計(jì)算得出，通過(guò)確定有用線束的衰減倍數(shù)K，查表可得相應(yīng)的混凝土屏蔽厚度。 K=WUT/Pd2 （1） K：有用射束減弱倍數(shù)；

6、W：周工作負(fù)荷，mGy/Week； U：利用因子，對(duì)有用線束固定照射方向取1，對(duì)旋轉(zhuǎn)方向取1/4，散、漏輻射取1； T：居留因子，對(duì)控制室、相鄰辦公室取1，部分停留區(qū)取1/4，對(duì)偶爾停留區(qū)取1/16； d：源（靶）到防護(hù)計(jì)算點(diǎn)的距離，m； P：周劑量約束值，mGy/Week； 對(duì)職業(yè)放射工作人員：P =0.04mGy/Week（即職業(yè)放射工作人員在控制室的劑量約束值為2mGy/a）； 對(duì)公眾個(gè)人：P =0.004mGy/Week； 注：有用線束的周工作負(fù)荷W。 陀螺刀設(shè)備總裝源活度（A）為2.59×1014Bq（2.59×105GBq），鈷-60在空氣中的比釋動(dòng)能率常數(shù)（k

7、）為0.357mGy·m2/h·GBq，每周輻照時(shí)間（t）為17個(gè)小時(shí)（陀螺刀以每天治療10個(gè)病人，每個(gè)病人需照射20分鐘，每周工作5天計(jì)算，則每周的總輻照時(shí)間約為17個(gè)小時(shí)），陀螺刀鉛平衡錘的透射量為2×10-5，則陀螺刀設(shè)備外有用線束透射的工作負(fù)荷： W=Ak·t×2×10-5 =2.59×105×0.357×17×2×10-5 =31.44mGy/Week2.3 散射輻射屏蔽厚度計(jì)算方法 散射線的衰減倍數(shù)K由式（2）確定，相應(yīng)的屏蔽厚度可查表得知。K= WT × a （

8、2） Pds2 400 式中： -照射野為400cm2的散射系數(shù)，=0.0009（散射角取90度）； ds-從散射輻射體到考查點(diǎn)（屏蔽體外表面）的距離，m； a-照射野面積，cm2；a = 1 D212.6cm2（按最大的準(zhǔn)直器焦斑40mm計(jì)算） 4 K、T、P、W：含義同式（1）；注：因源到散射體之間的距離不是1m，應(yīng)按照距離平方反比律加以修正，該陀螺刀放射源到等中心的距離為530mm，則周工作負(fù)荷為： W=A·k·t/0.532 =2.59×105×0.357×17/0.532 =5.6×106mGy/Week2.4 漏射輻射屏蔽

9、厚度計(jì)算方法 漏射輻射屏蔽厚度由式（3）確定：=TVT×1gWLT/Pd2 （3） 式中： ：漏射輻射屏蔽厚度，cm； TVT：十分之一值層厚度，cm；鈷-60，初級(jí)射線對(duì)混凝土（=2.3g/cm3）的TVT=20.3cm； TPd含義同式（1）； WL：周（漏射輻射）工作負(fù)荷，mGy·m2/WeeK； 注：根據(jù)陀螺刀設(shè)備廠家提供的參數(shù)，即陀螺刀處治療狀態(tài)下，距等中心1m處的漏射輻射率為等中心點(diǎn)的0.0001%，則： WL=A·k·t×0.000001/0.532=2.59×105×0.357×17×0.

10、000001/0.532 =5.6mGy/Week3 計(jì)算結(jié)果 根據(jù)陀螺刀周工作負(fù)荷、焦（靶）點(diǎn)或散射體至屏蔽體外表面防護(hù)計(jì)算點(diǎn)的距離、不同使用因子、機(jī)房各方向區(qū)域的居留因子和各類人員的周劑量約束值等參數(shù)，按照上述公式分別計(jì)算出各向屏蔽體屏蔽有用線束、散射輻射和漏射輻射所需的屏蔽厚度，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果最終確定各向屏蔽體的綜合評(píng)價(jià)厚度，屏蔽體厚度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：序號(hào)墻體名稱射線束周劑量約束值mGyU因子T因子距離mK值計(jì)算厚度及材料mm綜合評(píng)價(jià)厚度及材料mm原設(shè)計(jì)厚度及材料mm1東墻主束0.0041/41/43.1051.1487砼546砼600砼東墻散射0.00411/43.26933.0546

11、砼東墻漏射0.00411/43.2632.9(n=1.52)308砼2西墻主束0.0041/41/44.2627.1426砼484砼600砼西墻散射0.00411/44.48494.0484砼西墻漏射0.00411/44.4817.0(n=1.23)250砼3頂棚主束0.0041/414.7089.0533砼581砼600砼頂棚散射0.004114.951618.7581砼頂棚漏射0.004114.9557.1(n=1.76)357砼4南墻散射0.04117.5070.51376砼376砼600砼南墻漏射0.04117.502.49(n=0.40)81砼5北墻散射0.00411/42.8012

12、64.7564砼564砼600砼北墻漏射0.00411/42.80178.5(n=2.30)467砼6防護(hù)門(mén)散射0.04117.5070.5128mmPb28mmPb漏射0.04117.502.4918mmPb 某醫(yī)院陀螺刀機(jī)房屏蔽體厚度計(jì)算結(jié)果表注：表中n為十分之一值層的個(gè)數(shù)，n=lgk。4 評(píng)價(jià)結(jié)論 陀螺刀機(jī)房原設(shè)計(jì)周墻和頂棚的屏蔽厚度均為600砼，該機(jī)房建成并投入使用后，可以滿足放射人員和公眾的年受照劑量低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)個(gè)人劑量限值的十分之一。因此，該機(jī)房原屏蔽體的設(shè)計(jì)厚度是適宜可行的。5 討論 陀螺刀機(jī)房未設(shè)計(jì)迷路，機(jī)房防護(hù)門(mén)（設(shè)在機(jī)房的南墻西側(cè)）需28Pb當(dāng)量的屏蔽層方可滿足防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。按照防護(hù)門(mén)的幾何尺寸計(jì)算，該防護(hù)門(mén)僅鉛板就需1320Kg。如果機(jī)房增設(shè)迷路，則既可提高屏蔽防護(hù)的安全性，又可降低防護(hù)門(mén)的造價(jià)，還可為今后防護(hù)門(mén)的檢修提供便利。為此，