醫(yī)用直線加速器機(jī)房升級(jí)改造中的主要問題及解決方案

陳敬彬 李騰炯 莊瑞龍

對(duì)比高能醫(yī)用直線加速器，低能直線加速器機(jī)房中存在許多不足，潮州市人民醫(yī)院結(jié)合實(shí)際情況，針對(duì)低能直線加速器機(jī)房進(jìn)行合理有效改造，使其滿足高能直線加速器的防護(hù)要求和使用要求，有效節(jié)約成本，希望能對(duì)基層醫(yī)院的直線加速器機(jī)房改造有借鑒作用。

1 醫(yī)用直線加速器機(jī)房升級(jí)改造中的問題

機(jī)房改造過(guò)程中主要有下述4個(gè)問題：①主、副屏蔽墻的加厚防護(hù)導(dǎo)致不能滿足設(shè)備要求最小凈空；②先天性迷路短導(dǎo)致不能有效衰減高能X射線或中子；③防護(hù)門梁寬度較小導(dǎo)致原有通風(fēng)管不能延長(zhǎng)；④原有輔助管道不能滿足新裝設(shè)備使用要求。

2 醫(yī)用直線加速器機(jī)房升級(jí)改造解決方案

2.1 主屏蔽墻及副屏蔽墻防護(hù)

(1)明確管理目標(biāo)值。根據(jù)“電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)”(GB18871-2002)[1]要求，放射工作人員的年有效劑量管理目標(biāo)值為5 mSv；公眾年有效劑量管理目標(biāo)值為0.25 mSv。根據(jù)“放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范 第1部分：一般原則”[2](GBZ/T201.1-2007)要求，工作場(chǎng)所周圍劑量當(dāng)量率控制值為2.5 μSv/h(人員全居留場(chǎng)所)或10 μSv/h(人員部分和偶然居留場(chǎng)所)。

(2)主、副防護(hù)屏蔽墻的厚度計(jì)算。主防護(hù)屏蔽墻厚度的計(jì)算為公式1；副防護(hù)屏蔽墻厚度的計(jì)算為公式2：

式中S(p)為主防護(hù)屏蔽墻厚度(cm)；S(s)為副防護(hù)屏蔽墻厚度(cm)；TVT為普通混凝土(ρ=2.35 g/cm3)的TVT值(15 MV取41 cm)；W為工作負(fù)荷，R×wk-1(at 1 m)，取W=1×105R×wk-1；U為利用因子(無(wú)量綱，可取U=1，1/4，1/16，取U=1)；T為居留因子(無(wú)量綱，可取T=1，1/4，1/16，取T=1)；n為安全系數(shù)(無(wú)量綱，通常取n=2)；dsec，dpri為源到考察點(diǎn)的距離(取3.65 m)；dsca為源到人體皮膚的距離(取3.45 m)；P為周限制照射量[R×wk-1，目前一般采用0.1 mSv×wk-1(0.01 R×wk-1，250 μR/h)]。由公式(1)計(jì)算得出主防護(hù)屏蔽墻厚度為2039 cm，由公式(2)計(jì)算得出副防護(hù)屏蔽墻厚度為1075 cm。根據(jù)所在區(qū)域人員停留時(shí)間差別適當(dāng)增減厚度，改造后防護(hù)屏蔽平面圖如圖1所示。

圖1 改造后防護(hù)屏蔽墻平面示圖

(3)注意問題。對(duì)主屏蔽墻和副屏蔽墻進(jìn)行加厚設(shè)計(jì)時(shí)，需按照最大裝機(jī)參數(shù)(最大能量檔和最大劑量率)計(jì)算，主防護(hù)屏蔽墻寬度應(yīng)能完全遮擋主線束，保證密度達(dá)到防護(hù)要求值，混凝土密度≥2.35 g/cm3，重混凝土密度≥3.3 g/cm3。嚴(yán)格把控施工質(zhì)量，要求施工單位在進(jìn)行直線加速器機(jī)房屏蔽墻體及天面板混凝土搗制時(shí)應(yīng)振搗密實(shí)，連續(xù)搗制，中間不能停斷，以防止屏蔽墻及天面板中間出現(xiàn)空隙，必要時(shí)采取降溫措施，防止屏蔽墻及天面板之間因溫差效應(yīng)出現(xiàn)開裂而未能達(dá)到防護(hù)要求。

2.2 迷路及防護(hù)門

(1)存在問題。迷路短是低能直線加速器機(jī)房改造為高能直線加速器機(jī)房的先天性問題，高能直線加速器X射線或中子在到達(dá)防護(hù)門前不能得到有效衰減，導(dǎo)致防護(hù)門外X射線或中子超量。

(2)解決方法。解決此問題的傳統(tǒng)辦法是按照防護(hù)門中子當(dāng)量劑量來(lái)計(jì)算，其計(jì)算為公式3：

式中H為門內(nèi)側(cè)中子當(dāng)量劑量(mSv)；Dn為離靶1 m處直射中子當(dāng)量劑量Dn=ηnηxD0(mGy)；d1為靶到迷道拐角散射面中心的距離(m)；d2為迷道拐角散射面中心到門內(nèi)側(cè)的距離(m)。由公式(3)計(jì)算出防護(hù)門組成材料及厚度：可采用16 mm鉛俘獲γ射線、泄露和散射輻射，152 mm含硼(5%)聚乙烯(BPE)防護(hù)中子[3-4]。但這將導(dǎo)致屏蔽門過(guò)于笨重且造價(jià)高昂，并非最理想的解決辦法。結(jié)合醫(yī)院老機(jī)房的特點(diǎn)，可在原有防護(hù)門外適當(dāng)延長(zhǎng)迷路，彌補(bǔ)低能機(jī)房的先天不足，同時(shí)再增設(shè)第二道防護(hù)門，形成雙門防護(hù)系統(tǒng)，第一道門(原有防護(hù)門位置)主要用于中子防護(hù)，第二道門(新建防護(hù)門位置)主要用于X射線防護(hù)。①第一道門主要材料采用含硼(5%)聚乙烯(BPE)，適當(dāng)增加鉛片，以彌補(bǔ)第二道防護(hù)門對(duì)X射線的防護(hù)不足；②第二道門主要用于防護(hù)X射線，可以將原有低能防護(hù)門重新利用，節(jié)省開支；③結(jié)合第二道門X射線防護(hù)效果，在保證第二道門外和延長(zhǎng)部分迷路四周處于安全劑量后，重新計(jì)算第一道門增加鉛片厚度。

(3)注意問題。①嚴(yán)格按照原有低能防護(hù)門尺寸逆向設(shè)計(jì)第二道門洞大小，保證第二道門的防護(hù)要求；②第二道門所在防護(hù)墻厚度應(yīng)是第一道門門軌寬度的10倍，保證第一道門門軌在穿墻時(shí)不漏射線；③兩道門均必須同時(shí)串聯(lián)接入直線加速器，保證門機(jī)連鎖安全性。

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)及臭氧防護(hù)

(1)明確換氣要求。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值第1部分：化學(xué)有害因素”(GBZ 2.1-2007)[5]要求，工作場(chǎng)所空氣中臭氧最高量為0.3 mg/m3，換氣次數(shù)為4次/h。

(2)存在問題。進(jìn)風(fēng)口設(shè)在防護(hù)門頂處，因原有進(jìn)氣管采用斜45°嵌于防護(hù)墻內(nèi)，迷路寬度所限，故不能直接延伸。

(3)解決方法。采用反向延伸進(jìn)氣管，形成“V”形結(jié)構(gòu)穿墻，但因氣流拐彎影響風(fēng)速，進(jìn)而影響換氣量。為解決該問題，在直線加速器機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)計(jì)雙動(dòng)力空氣對(duì)流系統(tǒng)，用鼓風(fēng)機(jī)在進(jìn)風(fēng)口送風(fēng)，用抽風(fēng)機(jī)在出風(fēng)口抽風(fēng)，加快機(jī)房?jī)?nèi)臭氧的排出，即可達(dá)到換氣要求(如圖2所示)。

圖2 進(jìn)氣管道和出氣管道穿墻平面示圖

(4)注意問題。管道將風(fēng)引至迷道入口及出風(fēng)口對(duì)角處(開口于吊頂面)，出風(fēng)口通過(guò)管道將出風(fēng)口引至距離地面0.6 m處，實(shí)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口對(duì)角布置及上送下排的臭氧排放方式?？紤]到進(jìn)氣管道和出氣管道可能引起泄漏劑量，必須在管道兩側(cè)各加裝一塊500 mm×800 mm×100 mm鋼板，以補(bǔ)償進(jìn)氣孔穿墻防護(hù)缺失[6]。

2.4 輔助管道

從治療機(jī)房配置的控制室、設(shè)備間(放置加速器電框、冷水機(jī)組及風(fēng)機(jī)等)進(jìn)入治療室的一切管道交通，以輻射防護(hù)角度考慮均應(yīng)做特殊處理。

(1)電纜溝。從輔助機(jī)房穿越迷路外墻進(jìn)入機(jī)房，呈“U”形結(jié)構(gòu)，電纜溝溝壁由鋼板制成，在墻外地溝鋪蓋鋼板，板厚為20 mm，以補(bǔ)償通道穿墻引起防護(hù)缺失(如圖3所示)。

圖3 電纜溝穿墻截面示圖

(2)空調(diào)及吸濕機(jī)排水管道。預(yù)埋Φ100鋼管，由治療室穿越南墻副屏蔽墻至機(jī)房外，空調(diào)、吸濕機(jī)排水口距離室內(nèi)地面200 mm，斜向45°。

(3)物理測(cè)試通道。預(yù)埋Φ50鋼管，由控制室穿越屏蔽墻至距離室內(nèi)地面200 mm，斜向45°，在測(cè)試孔兩端覆蓋鋼板，覆蓋面積大于測(cè)試孔面積，以補(bǔ)償通道穿墻引起防護(hù)缺失(如圖4所示)。

圖4 物理測(cè)試通道和空調(diào)吸濕機(jī)排水管道截面示圖

3 結(jié)語(yǔ)

在機(jī)房改建過(guò)程中要嚴(yán)格遵守放射防護(hù)三原則，即實(shí)踐正當(dāng)性、防護(hù)最優(yōu)化和最小劑量限值，按照新設(shè)備要求對(duì)原有機(jī)房進(jìn)行合理改造，結(jié)合醫(yī)院實(shí)際情況和防護(hù)要求，提出改造方案，經(jīng)設(shè)計(jì)部門認(rèn)可，由施工單位嚴(yán)格把控施工質(zhì)量下完成，最終取得驗(yàn)收許可。在達(dá)到防護(hù)和使用要求的基礎(chǔ)上盡量?jī)?yōu)化方案，克服基層醫(yī)院資金問題，以最小的經(jīng)濟(jì)成本達(dá)到最好的防護(hù)效果和最合理的使用要求，在基層醫(yī)院的加速器機(jī)房改造中有一定的借鑒作用[7]。