某醫(yī)用陀螺刀射線劑量理論計算預測

陳 達

某醫(yī)用陀螺刀射線劑量理論計算預測

陳 達

福建省輻射環(huán)境監(jiān)督站

陀螺刀全稱為“陀螺旋轉式鈷60立體定向放射外科治療系統(tǒng)”，是目前世界上最先進的精確放療設備之一。該文結合項目實際情況，對醫(yī)用陀螺刀對周圍環(huán)境和人群產(chǎn)生的劑量進行理論預測計算，計算其是否能滿足防護要求，確保將來陀螺刀的安裝和使用安全，為類似核技術應用項目的屏蔽計算提供參考。

陀螺刀 劑量 理論計算

1 項目概述

1.1 項目簡介

某醫(yī)院擬購置陀螺旋轉式60Co放射外科治療系統(tǒng)（以下簡稱陀螺刀）并新建工作用房。內含有154 個60Co放射源（按聚焦式排列），總活度2.59×1014Bq（7000Ci），放射源比活度≥8.51×1012Bq/g，焦點劑量率范圍在1.5Gy/min~2.5 Gy/min之間，屬于Ⅰ類放射源。

1.2 陀螺刀治療室平面

陀螺刀位于醫(yī)院西側停車場下方的陀螺刀治療室，為放療科專用工作場所，是單獨的地下建筑物結構。

治療室層高3.6m(不含頂棚墻體厚度)，面積5.76m× 7.76m。迷路外墻外為控制室、候診大廳、醫(yī)生辦公室，頂棚是停車場，治療室無窗、無地下室。陀螺刀治療室平面布置見圖1。

2 預測范圍及標準

2.1 預測范圍

按照《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》的規(guī)定，將輻射工作場所分為控制區(qū)和監(jiān)督區(qū)。本次輻射工作場所的分區(qū)情況見表1。本次預測范圍重點是監(jiān)督區(qū)與非限制區(qū)。

表1 本項目各輻射工作場所的分區(qū)

2.2 評價標準

公眾照射劑量限值為年平均有效劑量估計值不超過1mSv，根據(jù)GB18871規(guī)定，對本項目公眾照射的劑量約束值取0.1mSv/a。職業(yè)照射劑量限值為連續(xù)5年的年平均有效劑量不超過20mSv。本項目職業(yè)照射劑量約束值取5mSv/a。對于陀螺刀治療室墻外30cm可達界面處，因透射產(chǎn)生的空氣比釋動能率不大于2.5μGy/h。

圖1 陀螺刀治療室平面圖

3 射線對環(huán)境及人員的附加劑量計算

3.1 陀螺刀出束時間

該陀螺刀預計每天治療10人，治療時間根據(jù)源的活度和治療劑量由治療系統(tǒng)自動計算，一般為20min，放射源每天出束時間最大為3.33小時，每周工作5天，全年工作50周，則周最大出束時間約為16.7小時。

3.2 陀螺刀治療室墻外30cm可達界面處劑量當量率估算

根據(jù)設備供貨商提交的治療狀態(tài)下（準直器射野直徑為40mm條件下）機房內水平面劑量分布圖，陀螺刀開源旋轉時，滾筒底面（北面、南面）距等中心焦點2m處的最大劑量率為2400μGy/h；在出束方向局距等中心焦點2m處的最大輻射劑量率為4560μGy/h，陀螺刀旋轉時東、西側墻和頂棚方向距等中心焦點2m處的最大輻射劑量率為4560μGy/h。根據(jù)IAEA47第6.1.2節(jié)，在未屏蔽的情況下，輻射劑量率與距離的平方成反比，可以用式（1）表示；在有屏蔽的情況下，輻射劑量率可以用式（2）表示。

其中，D0——焦點等中心最大劑量率。

將式（1）和式（2）合并，得到下列預測模式：

其中：1——陀螺刀機房內距離等中心焦點2m處最大劑量率實測值，東、西側墻方向與頂棚方向x值為4560μGy/h，南、北側墻方向x值為2400μGy/h；

d1——在預測點方向陀螺刀機房內與陀螺刀焦點等中心的距離，d1=2m；

d2——陀螺刀焦點與預測點距離；

K——預測點方向的混凝土屏蔽層對60Co γ射線的劑量減弱倍數(shù)；對于厚度分別為50cm、70cm和80cm、密度為2.35g/cm3的混凝土層，查表（各向同性點源γ射線減弱K倍所需的水、混凝土、鐵、鉛、鉛玻璃、鎢、鈾厚度）得，K分別為56倍、460倍和1300倍。

由上式及上述參數(shù)可計算出陀螺刀治療室各方向屏蔽墻外可達界面處0.3m處劑量當量率，預測結果見表2。

表2 治療室墻外30cm可達界面處估算值

3.3 陀螺刀治療室屏蔽墻(頂棚)外環(huán)境敏感目標有效劑量估算

治療室屏蔽墻(頂棚)外環(huán)境目標預測點年有效劑量H的預測值按下列公式計算：

其中：50——每年運行50周，wk/a；

1000——μGy與mGy的換算系數(shù)；

t——陀螺刀周出束時間，t=16.7h；

x——陀螺刀機房內距離等中心焦點2m處最大劑量率實測值，東、西側墻方向與頂棚方向x值為4560μGy/h≈ 4560μSv/h，南、北側墻方向x值為2400μGy/h≈2400μSv/h；

d1——在預測點方向陀螺刀機房內與陀螺刀等中心焦點的距離，d1=2m；

d2——陀螺刀焦點與預測點距離，m；

K——同上。

由預測點年有效劑量預測公式及上述參數(shù)可計算出陀螺刀治療室各方向屏蔽墻外環(huán)境目標的年有效劑量，預測結果見表3。

3.4 迷路口劑量估算

根據(jù)IAEA47中第6.2.3節(jié)，在最壞的情況下（治療單元正好對著迷路口對面的墻），迷路口的劑量率主要由病人散射輻射所引起，其它方式的散射引起的劑量率相對較小，可以忽略不計。病人散射產(chǎn)生的輻射劑量率可以通過IAEA47的公式預測：

其中：0——焦點處劑量率，取2.5Gy/min（2.5×60× 106μGy/h）；

——60Co在垂直照射病人1m處的劑量散射分數(shù)，取值0.00091；

射線入射到病人的最大野面積，取20×20cm2；

α——0.5MeV射線反射系數(shù)，15度反射取值為0.021；

1——散射到迷路的墻面積，取3.2m×3.6m；

2——迷路的橫截面積，取2m×3.6m；

sca——源到病人的距離，取1m；

1——焦點到墻A1的平均距離，取7.8m；

2——墻到迷路口的距離，取6.8m；

——衰減倍數(shù)，0.5MeV射線在15mm的鉛的衰減倍數(shù)為9。

經(jīng)計算，迷路口的輻射劑量率為0.197μGy/h。全年工作50周，周最大出束時間約為16.7小時，根據(jù)項目的具體情況，公眾人員在迷路口的居留因子T取1/16，可計算出其年有效劑量Hs=0.010mSv/a。放射性職業(yè)工作人員在迷路口的居留因子T取1/4，Hs=0.041mSv/a。

表3 陀螺刀機房周圍環(huán)境目標劑量估算

4 結論和建議

由上述預測結果可知，陀螺刀治療室墻外30cm可達界面處的空氣比釋動能率不大于2.5μGy/h，符合《Χ、γ射線頭部立體定向外科治療放射衛(wèi)生防護標準》中的規(guī)定。陀螺刀對周圍環(huán)境目標公眾的年有效劑量最大值為0.066mSv，為相應劑量約束值(0.1mSv/a)的66.0%；對操作陀螺刀的放射性職業(yè)工作人員而言，年有效劑量為0.004mSv，遠小于職業(yè)人員的劑量約束值(5mSv/a)。因此，根據(jù)理論預測結果，該陀螺刀機房的設計方案可滿足防護要求。

[1] 國際原子能機構47號報告(IAEA47).

[2] 蔡梅, 趙瑞霞. 環(huán)境影響評價技術方法[M]. 北京: 中國環(huán)境科學出版社, 2013.

[3] 陸書玉. 環(huán)境質量評價[M]. 北京: 高等教育出版社, 2005.

[4] 盧希庭.原子核物理（修訂版）[M]. 北京: 原子能出版社, 2000

[5] 吳治華,齊奔基.原子核物理實驗方法[M]. 北京: 原子能出版社, 1988.