醫(yī)用直線加速器的輻射危害與防護(hù)*

岱 欽 高關(guān)心 夏慧琳 夏 婷 李彬和 邊嵩鑒 蔣京航 梁韻婕

當(dāng)前，放射治療在腫瘤治療中的作用和地位日益突顯，已成為繼手術(shù)治療和化學(xué)治療后又一種治療腫瘤手段。1951年瑞典神經(jīng)外科專家Lars Leksell第一次提出立體定向放射治療概念，1967年第一臺(tái)伽馬刀問世并投入臨床應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及X射線計(jì)算機(jī)斷層成像(X-ray computed tomography,CT)影像技術(shù)的發(fā)展，放射治療發(fā)展迅速。立體定向放射治療是通過對(duì)病變進(jìn)行準(zhǔn)確定位，使用高能射線給以多個(gè)非共面小照射野三維集束照射靶區(qū)，殺死癌變組織細(xì)胞的治療手段[1]。醫(yī)用直線加速器作為立體定向放射治療設(shè)備的重要組成，是高能射線產(chǎn)生的核心部件，臨床使用中，對(duì)醫(yī)用直線加速器的安全性和可靠性要求極為嚴(yán)格。放射線的特性導(dǎo)致人在受到照射后無表觀反應(yīng)，但組織及器官經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間照射后會(huì)因此發(fā)生病變。目前立體定向放射治療設(shè)備種類繁多且發(fā)展日新月異，但對(duì)其最基本的要求是安全性和有效性。

1 醫(yī)用直線加速器應(yīng)用中的潛在危害

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《醫(yī)用電氣設(shè)備第1部分：安全通用要求》(GB 9706.1-2007/IEC 60601-1:1988)是杜絕和減少醫(yī)療器械危害的重要準(zhǔn)則，是對(duì)醫(yī)療器械進(jìn)行檢測(cè)的基礎(chǔ)，表明醫(yī)療器械，包括醫(yī)用直線加速器在使用過程中，對(duì)人體可能會(huì)產(chǎn)生多種危害，其中最主要且最常見的是能量型危害。醫(yī)用直線加速器運(yùn)轉(zhuǎn)每分鐘可產(chǎn)生數(shù)萬至數(shù)十萬拉德劑量的高能電子束和X射線。因此，醫(yī)用直線加速器是一個(gè)強(qiáng)輻射源，可能會(huì)對(duì)周圍人員，包括醫(yī)護(hù)人員、臨床工程師和患者產(chǎn)生危害，導(dǎo)致受輻射人員重病甚至是死亡[2-3]。蘇小巖[4]等研究報(bào)道，放射治療肺癌術(shù)后, 因照射野和照射劑量過大導(dǎo)致1例致死性放射性肺炎。

1.1 X射線輻射危害

醫(yī)用直線加速器通過經(jīng)電場(chǎng)加速的電子高速撞擊陽(yáng)極靶產(chǎn)生X射線，并進(jìn)一步準(zhǔn)直、束流產(chǎn)生治療所需的X射線，分為初級(jí)輻射、次級(jí)輻射及泄露輻射。①初級(jí)輻射又稱為有用輻射，是治療所需的輻射線；②次級(jí)輻射指有用輻射與物質(zhì)發(fā)生相互作用而產(chǎn)生的電離輻射；③泄漏輻射是輻射源散發(fā)出的輻射未被設(shè)備自身的防護(hù)屏蔽而逃逸出的無用射線[5]。有研究表明，長(zhǎng)時(shí)間接觸X射線，成熟T淋巴細(xì)胞、輔助誘導(dǎo)T細(xì)胞及抑制和(或)殺傷T細(xì)胞數(shù)目均有不同程度減少，證明X射線主要通過抑制成熟T淋巴細(xì)胞數(shù)量影響并調(diào)節(jié)細(xì)胞免疫，起到對(duì)人體免疫功能抑制的作用[6]。此外，還可產(chǎn)生一些不可逆的改變，如基因突變及染色體變異等。通過細(xì)胞培養(yǎng)法研究X射線誘發(fā)的人外周血淋巴細(xì)胞T細(xì)胞抗原受體(T cell receptor，TCR)基因突變情況，發(fā)現(xiàn)隨著照射劑量的增加，TCR基因突變頻率隨之上升[7]。

1.2 中子輻射危害

當(dāng)醫(yī)用直線加速器的射線能量＞10 MeV時(shí)，高能光子會(huì)與治療頭X射線靶、治療準(zhǔn)直器及X射線均整器等多種具有高原子序數(shù)的材料(如鉛、鎢等)發(fā)生光核反應(yīng)產(chǎn)生中子輻射[8]。治療室內(nèi)產(chǎn)生的光中子一部分來源于高能量X射線與醫(yī)用直線加速器機(jī)頭相關(guān)部件的光核反應(yīng)(如γ、n光核反應(yīng))，一部分來自于治療室墻體結(jié)構(gòu)的散射。有研究表明，腫瘤細(xì)胞被X射線殺死的同時(shí)，人體正常細(xì)胞也因受到中子輻射的照射而導(dǎo)致細(xì)胞誘變和畸變。當(dāng)中子積累并達(dá)到一定能量時(shí)，可能引發(fā)第二腫瘤[9-10]。通過子宮癌相關(guān)流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在治療過程中，接觸大量的中子射線，會(huì)誘發(fā)子宮臨近部位白血病和第二實(shí)體腫瘤的產(chǎn)生[11]。

1.3 感生放射性危害

放射治療過程中，每次治療不僅會(huì)產(chǎn)生像X射線輻射、中子輻射之類的瞬發(fā)輻射，也會(huì)產(chǎn)生緩發(fā)輻射，緩發(fā)輻射又稱為感生放射性。感生放射性的產(chǎn)生是由于＞10 MeV的醫(yī)用直線加速器，通過光核反應(yīng)產(chǎn)生泄漏或污染的中子發(fā)生活化所導(dǎo)致，放射治療射束停止后，仍有輻射存在的現(xiàn)象[12]。其主要特點(diǎn)有：①輻射劑量隨著醫(yī)用直線加速器的開機(jī)時(shí)間而累積；②在醫(yī)用直線加速器關(guān)機(jī)時(shí)依然存在；③隨時(shí)間放射性慢慢減少。感生放射性對(duì)人體造成的不良影響具有潛伏期長(zhǎng)、效應(yīng)出現(xiàn)較晚的特點(diǎn)[13]。感生放射性相對(duì)于瞬時(shí)輻射更具有隱蔽性，研究人員利用個(gè)人劑量計(jì)測(cè)量臨床使用者手部和軀干的劑量，感生放射性劑量在年劑量中占到30%以上[14]。對(duì)人體產(chǎn)生危害的主要部位包括骨骼、肺、甲狀腺及性腺、乳腺、皮膚以及眼晶體等，并誘發(fā)相對(duì)應(yīng)的白血病、甲狀腺癌、生育能力受損、乳腺癌及皮膚癌等惡性疾病。

2 醫(yī)用直線加速器質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

醫(yī)用直線加速器使用過程中，若缺乏相應(yīng)的安全管理標(biāo)準(zhǔn)，很可能發(fā)生安全事故并對(duì)治療人員造成傷害。因此，為保證醫(yī)護(hù)人員、臨床工程師和患者安全，相關(guān)部門編寫了醫(yī)用直線加速器安全標(biāo)準(zhǔn)，保障醫(yī)用直線加速器的安全運(yùn)行。圍繞醫(yī)用直線加速器輻射安全相關(guān)內(nèi)容，闡述醫(yī)用直線加速器的輻射安全及相關(guān)技術(shù)，包括泄露輻射的標(biāo)準(zhǔn)、劑量的精度以及光射野的一致性等內(nèi)容。

2.1 泄露輻射標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《醫(yī)用電子加速器性能和試驗(yàn)方法》(GB 15213-2016)規(guī)定了泄露輻射的相關(guān)安全和技術(shù)要求：①X射線輻射。在正常治療距離，固定線束裝置截面內(nèi)，透過限束裝置的漏射線吸收劑量與有用線束中心軸的最大吸收劑量之比，應(yīng)滿足X射線治療時(shí)10 cm×10 cm的照射野內(nèi)≤2%；②中子輻射。X射線標(biāo)稱能量＞10 MeV的醫(yī)用直線加速器在正常治療距離，垂直于有用線束中心軸并以軸為中心，半徑為2 m的圓平面上，最大有用線束外的中子泄露輻射不得超過有用線束中心軸吸收劑量的0.05%(最大)和0.02%(平均)，電子軌道1 m處的中子泄露輻射不得超過正常治療距離上有用線束中心軸吸收劑量的0.05%；③感生放射性輻射。X射線標(biāo)稱能量＞10 MeV的醫(yī)用直線加速器，距離設(shè)備表面5 cm和1 m處有感生放射性所造成的吸收劑量率分別≤0.2 mGy·h-1和0.02 mGy·h-1[15]。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)醫(yī)用直線加速器使用過程中可能產(chǎn)生的輻射線的量及范圍都給出了明確的規(guī)定，對(duì)醫(yī)用直線加速器的安全使用起到合理規(guī)范的作用。

2.2 劑量精度標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際衛(wèi)生組織對(duì)泄露射線的最大允許值進(jìn)行了規(guī)定，要求范圍是-2%～2%之間，所以100 MU標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo)條件下，校準(zhǔn)吸收劑量實(shí)際測(cè)量值必須在98～102 cGy范圍內(nèi)，最好控制在1%以內(nèi)[16]。有研究表明，醫(yī)用直線加速器造成的靶外器官所受輻射劑量水平受加速器的劑量精度、能量、照射方向和能量大小影響，所以也可通過嚴(yán)格把控劑量精度控制泄露射線[17]。劑量精度和腫瘤治療的有效性和安全性息息相關(guān)，Shalek[18]研究證明，臨床上±5%的劑量偏差會(huì)導(dǎo)致腫瘤控制率的明顯變化。因此，臨床放射治療計(jì)劃實(shí)施前，需進(jìn)行不斷的驗(yàn)證，確保劑量精確，達(dá)到殺死腫瘤細(xì)胞，保護(hù)周圍健康組織的目標(biāo)。

2.3 光射野一致性標(biāo)準(zhǔn)

除劑量精度影響泄露輻射外，光射野一致性對(duì)醫(yī)用直線加速器的泄露輻射也有較大影響。光射野一致性為光野邊緣與輻射野邊緣之間沿兩主軸方向的最大距離，對(duì)醫(yī)用直線加速器的安全保證非常重要。若不能及時(shí)精準(zhǔn)的校對(duì)光野、射野的一致性，就會(huì)產(chǎn)生多余的泄露射線。國(guó)外有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，有50%的光射野一致性誤差＞5 mm，國(guó)內(nèi)醫(yī)院也做過相似的統(tǒng)計(jì)，結(jié)果與上述數(shù)據(jù)基本吻合[19]。因此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及美國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(huì)(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)對(duì)醫(yī)用直線加速器的光射野一致性誤差要求均＜±2 mmp[20-21]。

醫(yī)用直線加速器使用過程中要做大量的統(tǒng)計(jì)調(diào)查，要與相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)并及時(shí)校準(zhǔn)，通過校準(zhǔn)可最大限度降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生率，避免醫(yī)用直線加速器安全隱患。

3 醫(yī)用直線加速器應(yīng)用中的安全防護(hù)

放射物理治療領(lǐng)域中，放射治療質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)化受到了極大的重視，醫(yī)用直線加速器產(chǎn)生的多種輻射危害，會(huì)對(duì)參與整個(gè)放射治療行為的醫(yī)生、臨床工程人員及患者造成額外的傷害，除需要進(jìn)行人員防護(hù)，也需要通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的安全管理，達(dá)到安全防護(hù)的目的。

3.1 人員安全防護(hù)

人員的安全防護(hù)可分為患者的安全防護(hù)和放射治療相關(guān)工作人員的安全防護(hù)，包括醫(yī)生和臨床工程人員。患者的防護(hù)要求醫(yī)用直線加速器實(shí)際與計(jì)劃照射情況必須一致，在制定放射治療計(jì)劃過程中，放射治療類型、給予治療的條件和方式、治療野及放射治療劑量要進(jìn)行反復(fù)核對(duì)，減少人為因素導(dǎo)致的意外事件[22]。操作人員需嚴(yán)格遵守各項(xiàng)操作規(guī)程，密切注視控制臺(tái)儀表及患者狀況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。對(duì)醫(yī)生、臨床工程人員的安全防護(hù)，要求在整個(gè)放射治療過程中嚴(yán)格遵守相應(yīng)的安全流程，要定期檢查設(shè)備的各個(gè)部件是否安全有效，保證醫(yī)用直線加速器的各項(xiàng)指標(biāo)在國(guó)家規(guī)定的范圍內(nèi)[23]。此外，臨床工程師在檢修工作時(shí)，需充分做好相關(guān)防護(hù)，遵守放射安全制度，定期檢查設(shè)備的安全連鎖裝置[24]。同時(shí)，醫(yī)生和臨床工程師應(yīng)配備個(gè)人劑量報(bào)警儀等個(gè)人防護(hù)用品，定期對(duì)個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)和健康查體，組織放射性法規(guī)學(xué)習(xí)培訓(xùn)，制定詳盡的放射事故或放射突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案[25]。

3.2 加速器安全防護(hù)

醫(yī)用直線加速器的安全運(yùn)行需要特殊的條件，需對(duì)機(jī)房及相關(guān)屏蔽設(shè)施進(jìn)行精密的設(shè)計(jì)，按照設(shè)備的技術(shù)要求做好機(jī)房的準(zhǔn)備工作，包括機(jī)房的防護(hù)墻及迷路設(shè)計(jì)。機(jī)房的防護(hù)墻選擇一次性澆筑成型，迷路設(shè)計(jì)需根據(jù)設(shè)備性能選擇最適合的迷路，常用的迷路設(shè)計(jì)包括L型迷路和Z型迷路[26]。日常使用過程中要定期檢查機(jī)器固定件的牢靠性、鉛擋塊的粘合性以及有機(jī)玻璃支架或床面的老化程度等[27]。要嚴(yán)格按照設(shè)備的檢查頻度要求，及時(shí)校正醫(yī)用直線加速器的機(jī)械、幾何及電氣參數(shù)，確保機(jī)器設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3 建立放射治療質(zhì)量控制制度

隨著放射治療市場(chǎng)的擴(kuò)大，放射治療技術(shù)的發(fā)展，各類放射治療機(jī)構(gòu)及設(shè)備不斷發(fā)展，與此同時(shí)相對(duì)應(yīng)的放射治療質(zhì)量控制工作卻未能進(jìn)行或進(jìn)行的不完全，缺少規(guī)范化、系統(tǒng)化和可持續(xù)的質(zhì)量管理模式，因此需要建立放射治療質(zhì)量控制制度。借鑒歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)制定自己的質(zhì)量控制制度，制定放射治療的規(guī)范化流程，要求工作人員明確自身的責(zé)任與權(quán)利，從放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)到各個(gè)環(huán)節(jié)制定相關(guān)質(zhì)量控制制度，并由專業(yè)人員定期對(duì)質(zhì)量控制相關(guān)數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)全流程規(guī)范化管理。重視放射治療的質(zhì)量控制，需根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整放射治療中心的安全防護(hù)措施，消除有可能引起或影響放射治療效果的因素，達(dá)到最優(yōu)的質(zhì)量要求，有效治療患者，確保放射治療事業(yè)長(zhǎng)期平穩(wěn)發(fā)展[28]。

醫(yī)用直線加速器的安全防護(hù)是一項(xiàng)危險(xiǎn)度高涉及面廣的工作。作為放射治療相關(guān)工作人員，應(yīng)嚴(yán)格遵守各項(xiàng)安全防護(hù)制度，不斷增強(qiáng)安全知識(shí)，提高業(yè)務(wù)操作水平，做好日常醫(yī)用直線加速器質(zhì)量控制和個(gè)人安全防護(hù)，更好地為患者服務(wù)。

4 展望

隨著我國(guó)醫(yī)療水平的提高，醫(yī)用直線加速器的廣泛使用使患者的生存質(zhì)量及生存時(shí)間得到了有效提升，但也帶來了潛在的安全隱患。通過對(duì)輻射相關(guān)的危害進(jìn)行綜述和分析，針對(duì)性的討論安全防護(hù)措施，需不斷完善相關(guān)安全制度，早日建成遠(yuǎn)程互聯(lián)網(wǎng)安全管理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)醫(yī)用直線加速器的各項(xiàng)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，最終達(dá)到規(guī)范放射治療流程，把關(guān)放射治療質(zhì)量，以期實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治療的目的。