輻射劑量測(cè)量設(shè)備的改進(jìn)

魯旭尉

湖南省腫瘤醫(yī)院·中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院 （湖南長(zhǎng)沙 410006）

腫瘤放射治療是利用放射線治療腫瘤的一種局部治療方法。放射線包括放射性同位素產(chǎn)生的α、β、γ 射線和各類X 線治療機(jī)或加速器產(chǎn)生的X 線、電子線、質(zhì)子束及其他粒子束等。據(jù)相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)，約70%的癌癥患者需采取放射治療，約40%的癌癥可經(jīng)放射治療根治。放射治療在腫瘤治療中的作用和地位日益突出，已成為治療惡性腫瘤的主要手段之一[1]。為保障放射治療的安全性、精準(zhǔn)度和療效，必須對(duì)放射治療設(shè)備進(jìn)行輻射劑量測(cè)量（determination of radiation dose）。輻射劑量測(cè)量是對(duì)輻射場(chǎng)中受照物質(zhì)吸收能量的測(cè)量，其目的為：（1）定量研究受照物質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生的輻射效應(yīng)，即研究受照物質(zhì)的吸收能量與所產(chǎn)生的物理、化學(xué)變化間的關(guān)系，這種關(guān)系通常用離子產(chǎn)額和能量產(chǎn)額表示；（2）監(jiān)測(cè)輻射區(qū)內(nèi)環(huán)境和人體的劑量，以確保在輻射區(qū)內(nèi)工作人員受到的劑量不超過(guò)容許劑量標(biāo)準(zhǔn)；（3）質(zhì)量控制和質(zhì)量保證，即輻射劑量測(cè)量是準(zhǔn)確安全執(zhí)行放射治療質(zhì)量控制、質(zhì)量保證的重要環(huán)節(jié)。輻射劑量測(cè)量的設(shè)備包括Mapcheck、Arccheck、放射治療晨檢儀、三維水箱等。輻射劑量測(cè)量的基本過(guò)程為：（1）輻射粒子射入探測(cè)器的靈敏體積（探頭）；（2）入射粒子通過(guò)電離、激發(fā)等效應(yīng)而在探測(cè)器中沉積能量；（3）探測(cè)器通過(guò)各種機(jī)制將沉積能量轉(zhuǎn)換成某種形式的輸出信號(hào)[2]。目前使用的輻射劑量測(cè)量設(shè)備包括測(cè)量端部分、控制模塊部分、操作端部分，各部分依次使用電纜線連接。

1 改進(jìn)原因及目的

放射線能夠通過(guò)損傷細(xì)胞的DNA 分子，使體細(xì)胞和生殖細(xì)胞發(fā)生變異或死亡，從而引起功能障礙、不孕、腫瘤、遺傳異常等疾病，使人體受到一定的危害[3]。為保護(hù)放射治療相關(guān)工作人員的身體健康，我國(guó)制定了一系列的法律法規(guī)，并依據(jù)法規(guī)制定了《放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范》（GBZ/T 201）等文件。文件中規(guī)定，放射治療機(jī)房由輻射室、迷道、操作室組成，放射治療的輻射室與工作人員所在的操作室中間必須間隔一面或多面輻射屏蔽墻[4]。根據(jù)輻射防護(hù)的要求，屏蔽墻的厚度非常大，如能量為15 MV 的X 線醫(yī)用加速器機(jī)房的主屏蔽墻厚度超過(guò)了259 cm[5]。

在行輻射劑量測(cè)量時(shí)，設(shè)備的測(cè)量端部分和控制模塊部分位于輻射室，而操作端部分位于操作室，以Mapcheck 為例說(shuō)明（見圖1）。Mapcheck 的測(cè)量端部分為二維電離室探頭矩陣或二維半導(dǎo)體探頭矩陣，探頭矩陣上面有2 cm 水等效厚度建成材料，下面有2.3 cm 水等效厚度反散材料，其最大有效測(cè)量面積約為22 cm×22 cm。Mapcheck 的控制模塊部分為測(cè)量端部分提供電源，并能根據(jù)操作端部分的指令獲取每次測(cè)量中每個(gè)探頭的實(shí)測(cè)劑量值，并將測(cè)量值傳輸?shù)讲僮鞫瞬糠?。Mapcheck 的操作端部分硬件為一臺(tái)筆記本電腦，軟件為Mapcheck 配套的劑量分析軟件，軟件安裝在筆記本電腦上。操作端部分發(fā)出指令使控制模塊部分和測(cè)量端部分進(jìn)行測(cè)量，并顯示所測(cè)量的絕對(duì)或相對(duì)劑量分布。Mapcheck 是驗(yàn)證適形調(diào)強(qiáng)放射治療（intensity modulated radiotherapy，IMRT）劑量學(xué)的重要輻射劑量測(cè)量設(shè)備之一。與其他輻射劑量測(cè)量設(shè)備一樣，測(cè)量時(shí)，Mapcheck 的測(cè)量端部分和控制模塊部分位于輻射室，而操作端部分位于操作室，控制模塊部分和操作端部分的數(shù)據(jù)交換通過(guò)電纜線實(shí)現(xiàn)。

在輻射劑量測(cè)量設(shè)備測(cè)量時(shí)，電纜線需通過(guò)加速器機(jī)房的輻射室、迷道、操作室等，長(zhǎng)度一般超過(guò)20 m。測(cè)量設(shè)備的這種連接方式存在以下不足：（1）需在屏蔽墻墻體中預(yù)留孔洞以供電纜線穿過(guò)，孔洞會(huì)影響屏蔽墻的輻射防護(hù)效果，使工作人員受到不必要的輻射損傷，這有悖于輻射防護(hù)三原則中的輻射防護(hù)最優(yōu)化原則；（2）連接、架設(shè)、拆卸、回收電纜線時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力；（3）連接、架設(shè)、拆卸、回收電纜線的過(guò)程中，電纜線有可能被銳物劃傷、被防護(hù)門夾傷等，將影響測(cè)量工作；（4）測(cè)量使用時(shí)，電纜線的一部分被置于非清潔區(qū)（輻射室、迷道、操作室）的地面上，地面存在大量的病菌、病毒等感染源，置于地面上的電纜線會(huì)因此被污染，負(fù)責(zé)連接、架設(shè)、拆卸、回收電纜線的工作人員也會(huì)有受感染的風(fēng)險(xiǎn)，此外，按照操作規(guī)程，被病菌、病毒污染的電纜線回收后無(wú)需進(jìn)行消毒，放回儀器室的電纜線有污染室內(nèi)其他物體的可能，這些情況均不利于避免醫(yī)源性感染。

圖1 Mapcheck 連接示意圖

因此，為避免因傳統(tǒng)輻射劑量測(cè)量設(shè)備的不足帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，需設(shè)計(jì)一種無(wú)需使用電纜線連接操作室和輻射室中設(shè)備的輻射劑量測(cè)量設(shè)備。

2 改進(jìn)方法

在現(xiàn)有的輻射劑量測(cè)量設(shè)備中，控制模塊部分和操作端部分之間的電纜線僅作數(shù)據(jù)交換用，因此，若利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)交換，則可彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的不足。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)包括WiFi 和5G 網(wǎng)絡(luò)等。WiFi 又被稱作“行動(dòng)熱點(diǎn)”，是創(chuàng)建于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)，亦是目前使用范圍最廣的一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。5G網(wǎng)絡(luò)即第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，具有數(shù)據(jù)傳輸速率快、延遲極小、節(jié)省能源、成本低、系統(tǒng)容量大和連接設(shè)備規(guī)模大等優(yōu)點(diǎn)，其將滲透到未來(lái)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，包括醫(yī)療設(shè)備的測(cè)量控制領(lǐng)域。幾乎所有智能手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦等都支持無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。

技術(shù)方案結(jié)構(gòu)框圖見圖2，與以往的技術(shù)方案相同，控制模塊部分和操作端部分均包括通信模塊，圖2中，單獨(dú)列出了控制模塊部分和操作端部分的通信模塊，控制模塊部分與操作端部分經(jīng)通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。以往，通信模塊只能使用電纜線進(jìn)行有線連接，若操作端部分筆記本電腦的通信模塊支持無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，且控制模塊部分的通信模塊增加支持無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的功能，則兩者之間即可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。改進(jìn)后的方案為：測(cè)量端部分與控制模塊部分為測(cè)量部分，在測(cè)量過(guò)程中均位于輻射室內(nèi)；操作端部分位于操作室內(nèi)；控制模塊部分與操作端部分之間不僅可采用電纜線進(jìn)行有線連接，也可采用WiFi 或5G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接，故可進(jìn)行近場(chǎng)或遠(yuǎn)程通信，從而彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的不足。

圖2 技術(shù)方案結(jié)構(gòu)框圖

同樣以Mapcheck 為例說(shuō)明，Mapcheck 的新技術(shù)方案示意圖見圖3。新技術(shù)方案中，Mapcheck 的測(cè)量端部分和控制模塊部分之間仍然使用電纜線連接，且在測(cè)量過(guò)程中均位于輻射室內(nèi)，并使用輻射室內(nèi)的電源；操作端部分位于操作室；操作端部分和控制模塊部分之間可采用WiFi 或5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線連接，可避免使用電纜線通過(guò)輻射室、迷道、操作室、輻射屏蔽墻等；作為備用，控制模塊部分和操作端部分之間仍可使用電纜線連接。

圖3 Mapcheck 的新技術(shù)方案示意圖

3 總結(jié)

與原有的輻射劑量測(cè)量設(shè)備比較，新技術(shù)方案中控制模塊部分和操作端部分可通過(guò)WiFi 或5G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，測(cè)量中控制模塊部分和操作端部分之間不使用電纜線連接有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）連接方便，省時(shí)省力；（2）無(wú)需在輻射屏蔽墻預(yù)留孔洞，可避免工作人員受到不必要的輻射損傷；（3）避免在測(cè)量過(guò)程中因損壞電纜線而影響測(cè)量工作；（4）有利于避免工作人員受到醫(yī)源性感染。此外，與使用WiFi 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線通信比較，5G 通信技術(shù)具有信號(hào)穩(wěn)定、延遲小的優(yōu)勢(shì)，故可確保測(cè)量時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)操作；同時(shí)，5G技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作測(cè)量端部分，便于上級(jí)部門指導(dǎo)下級(jí)單位的測(cè)量工作。