CyberKnife機(jī)房改造輻射防護(hù)評價(jià)

周振山，王軍良，申 戈，盛洪國，齊偉華

CyberKnife機(jī)房改造輻射防護(hù)評價(jià)

周振山，王軍良，申 戈，盛洪國，齊偉華

目的：介紹某院的CyberKnife機(jī)房改造情況，對其防護(hù)水平進(jìn)行評價(jià)，給出CyberKnife機(jī)房屏蔽設(shè)計(jì)的建議。方法：防護(hù)設(shè)計(jì)以Accuray公司生產(chǎn)的CyberKnife G3機(jī)型治療時(shí)的最大散射條件（6MV X線，SSD（源皮距）=800mm、φ60 mm準(zhǔn)直器，輸出劑量率為400 cGy/min），按照NCRP151報(bào)告屏蔽設(shè)計(jì)要求進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果：理論計(jì)算中工作人員所受外照射劑量值約為10μSv/a，公眾約為27.5μSv/a；實(shí)測結(jié)果中工作人員所受外照射劑量約為19.5μSv/a，公眾約為7.2μSv/a。結(jié)論：改造后的CyberKnife機(jī)房達(dá)到了防護(hù)設(shè)計(jì)的要求。

CyberKnife；輻射防護(hù)；劑量

0 引言

CyberKnife以其獨(dú)特的工作原理為大家所關(guān)注，目前CyberKnife等新設(shè)備陸續(xù)被引入我國，眾多單位都將面臨如何合理改造原有機(jī)房的問題。我院CyberKnife機(jī)房由傳統(tǒng)15MV X線直線加速器機(jī)房改造而成，現(xiàn)將具體屏蔽設(shè)計(jì)介紹如下。

1 材料與方法

1.1 CyberKnife加速器主要技術(shù)指標(biāo)

CyberKnife是在影像引導(dǎo)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控下，將小型6MV X線醫(yī)用直線加速器與具有6個自由度的機(jī)械手臂相結(jié)合，根據(jù)立體定向原理，使用大劑量窄束高能X線準(zhǔn)確聚焦于照射靶目標(biāo)，使之產(chǎn)生局灶性放射毀損或造成一系列放射生物學(xué)反應(yīng)，以達(dá)到治療相關(guān)疾病的目的。

6 MV X線在SSD（源皮距）=800 mm、φ40 mm射野情況下，治療時(shí)劑量為400 cGy/min，射野中心軸最大劑量深度Dmax=（15±2）mm，射波刀有5、7.5、10、12.5、15、20、25、30、35、40、50、60mm共12個不同大小的準(zhǔn)直器。

1.2 CyberKnife屏蔽設(shè)計(jì)方案

1.2.1 屏蔽設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

墻體為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸見表1。防護(hù)門為由120 mm含硼5%的聚乙烯、27 mm鉛和6 mm鐵組成的復(fù)合防護(hù)門。治療室容積為160m3。

表1 CyberKnife機(jī)房改造前、后墻體厚度

1.2.2 改造后的CyberKnife機(jī)房屏蔽設(shè)計(jì)

根據(jù)CyberKnife治療出束特點(diǎn)，對機(jī)房進(jìn)行屏蔽加強(qiáng)設(shè)計(jì)。主要措施：原墻體非主束區(qū)砌筑重晶石磚墻，厚度為0.55～1.10m；機(jī)房頂非主束區(qū)鋪設(shè)40 cm厚鋼板。CyberKnife機(jī)房改造設(shè)計(jì)平面圖、剖面圖如圖1、2所示。

1.3 機(jī)房外環(huán)境劑量的估算方法

加速器運(yùn)行時(shí)主束、泄漏輻射和散射線對機(jī)房周圍環(huán)境可能產(chǎn)生影響。取距靶80 cm處的輻射線，輸出劑量率為400 cGy/min，則相應(yīng)的距輻射源1m處的劑量率為2.56 Gy/min（即154 Gy/h），準(zhǔn)直器最大為φ60mm，泄漏輻射因子為10-3。CyberKnife治療束可以指向水平、地面、屋頂?shù)确较騕1-2]。

按照NCRP151報(bào)告推薦的估算方法[3]，在圖1和圖2中的關(guān)注位置分別設(shè)置了劑量評估點(diǎn)A～G，機(jī)房屏蔽墻外圍均以治療束進(jìn)行劑量估算。對于入口防護(hù)門處劑量率的估算，考慮CyberKnife治療束的一次散射和治療束穿過迷道內(nèi)墻的泄漏輻射。

1.3.1 治療室入口的輻射劑量

1.3.1.1 主束的一次散射輻射劑量貢獻(xiàn)

散射路徑為O→N→E，如圖1所示。相關(guān)的參數(shù)為：距靶點(diǎn)1m處輸出劑量率為2.56Gy/min（154Gy/h），距靶點(diǎn)80 cm（CyberKnife常用治療距離）處的最大散射為φ60mm的準(zhǔn)直器面積，即0.002 8m2；入射距離r1=（5.0+0.8）m，入射角度θ1=45°；散射距離r2=9.0m，散射角度θS=30°，方位角ω=135°，散射面積 S0=（[5.8/0.8）×0.06/2]2×π×cos135°= 0.105m2，散射系數(shù)α=6.4×10-3，X線散射能量 E s=0.3MeV，十分之一衰減厚度TVLPb=7mm。入口處防護(hù)門的鉛當(dāng)量為27mmPb，代入屏蔽計(jì)算公式（1）中，求得主束的散射線經(jīng)防護(hù)門屏蔽后，門外E處的輻射劑量率。

圖1 CyberKnife機(jī)房改造設(shè)計(jì)平面圖（單位：mm）

式中，Hs為迷路門口來自墻G的主射束散射的每周等效劑量，單位為μSv/周；W為工作量，單位為Gy/每周；UG為墻G的使用因子；α0為第一散射表面A0的反射系數(shù)；A0為第一散射表面的射束區(qū)域，單位為m2；dh為從靶點(diǎn)到第一反射表面的距離，單位為m；dr為從第一反射面的射束中心經(jīng)過內(nèi)側(cè)迷路的邊界到迷路中線上b點(diǎn)的距離，單位為m；dz為沿著中心線從b點(diǎn)到迷路門口的距離，單位為m。

圖2 CyberKnife機(jī)房改造設(shè)計(jì)剖面圖（單位：mm）

1.3.1.2 主束穿過迷路內(nèi)墻的輻射劑量貢獻(xiàn)

主束穿過迷路內(nèi)墻至治療室入口 時(shí)，靶點(diǎn)至入口處的距離為8.5m，迷路內(nèi)墻等效混凝土厚度為215 cm。TVL砼=33 cm（TVL1取37 cm）；TVLPb（均值）=58mm。代入公式（2）以估算出入口屏蔽前的劑量率。

式中，HLS為在迷路門口由于單程散射前端泄漏的每周等效劑量，單位為μSv/周；Lf為距離靶點(diǎn)1m處的前端漏射率；WL為漏射的工作量，單位為Gy/周；UG為使用因子；α1為來自墻G的漏射線散射的反射系數(shù)；A1為從迷路門口可以看到的墻G的區(qū)域，單位為m2；dsec為靶點(diǎn)到迷路中線在墻G上的直線距離，單位為m；dZZ為迷路中線的長度，單位為m。

1.3.1.3 治療室防護(hù)門外的輻射劑量

治療室入口防護(hù)門外E點(diǎn)（如圖1所示）的輻射劑量貢獻(xiàn)來自迷道口散射輻射和主束貫穿內(nèi)迷道墻后的劑量。

1.3.2 治療室外圍和上部的輻射劑量

治療室四周墻外和室頂均以主束輻射進(jìn)行屏蔽設(shè)計(jì)。關(guān)注點(diǎn)有用束與漏射線的瞬時(shí)劑量率以及累積劑量當(dāng)量，可由下式計(jì)算得到

公式（3）～（6）中，IDRpri、IDRL為有用束和泄漏輻射的瞬時(shí)劑量率，單位為μSv/h；D˙0為有用束距靶1m處的劑量率（1.54×108μGy/h）；B、BL分別為有用束和泄漏輻射透射因子；RW(pri)、RW(L)分別為關(guān)注點(diǎn)有用束和泄漏輻射的累積劑量，單位為μSv；Wpri、WL分別為有用束和泄漏輻射周工作負(fù)荷，分別為320、4 800 Gy/周；Upri為CyberKnife向關(guān)注點(diǎn)的方向照射的使用因子（0.05）；dA為CyberKnife典型治療靶點(diǎn)的位點(diǎn)到關(guān)注點(diǎn)的距離，單位為m。漏射線周工作負(fù)荷為WL=CI·Wpri=15×320=4 800 Gy/周，其中，CI為CyberKnife調(diào)強(qiáng)因子，取15；Wpri為有用束輻射周工作負(fù)荷，單位為Gy/周。

1.4 工作人員受照劑量估計(jì)

假設(shè)每周治療患者60人，年出束時(shí)間約2 000 h。其中治療束朝向下方的使用時(shí)間＞75%；治療束朝向各面墻壁及上部的使用時(shí)間均低于5%。

1.5 公眾受照劑量最大值估計(jì)

在CyberKnife機(jī)房防護(hù)門外、上部（一層）門診大廳、北側(cè)相鄰氣瓶間等區(qū)域停留的人員可能受到一定劑量的外照射。同樣，假設(shè)年總出束時(shí)間為2 000 h，可估算出不同地點(diǎn)公眾可能的受照劑量。

1.6 實(shí)測

軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院疾病預(yù)防控制研究所采用Raduagem2000+SG-2R輻射劑量儀（計(jì)量證書號：JD-D07-10120205），不確定度為5%。CyberKnife 6 MV X線醫(yī)用直線加速器，φ60mm照射野，劑量率為400 cGy/min。采用主束方向測量。

2 結(jié)果

2.1 主要評估點(diǎn)

如圖1、2所示，點(diǎn)位A、B、C、D和F的主要劑量估算參數(shù)和劑量估算結(jié)果見表2。

表2 CyberKnife治療室外圍計(jì)算與實(shí)測輻射劑量

2.2 工作人員外照射劑量估算結(jié)果

CyberKnife運(yùn)行所致工作人員外照射劑量估算結(jié)果見表3。

表3 CyberKnife運(yùn)行所致工作人員外照射劑量估算

2.3 公眾外照射劑量估算結(jié)果

CyberKnife運(yùn)行所致公眾外照射劑量的最大值估算見表4。

表4 CyberKnife運(yùn)行所致公眾外照射劑量的最大值估算

2.4 實(shí)測結(jié)果

機(jī)房設(shè)施防護(hù)檢測結(jié)果見表5，根據(jù)實(shí)測結(jié)果估算工作人員所受外照射劑量約為：19.5μSv/a、公眾約為7.2μSv/a。

3 討論

（1）在放射治療應(yīng)用中，CyberKnife采用非等中心或等中心方式從不同方向照射腫瘤部位，主射束能照射到治療室機(jī)房的大部分墻面上[4]，因此CyberKnife機(jī)房的設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)加速器機(jī)房，沒有主輔屏蔽之分。傳統(tǒng)機(jī)房主防護(hù)部分一般都滿足屏蔽要求，因此在輔防護(hù)方面要特別注意。本次機(jī)房改造的難點(diǎn)在于頂棚原輔屏蔽部分，因該部分既不能采用水泥灌注法，又不能壘砌重晶石磚。本次改造采用100工字鋼固定，再鋪設(shè)400mm厚鋼板的方法。從實(shí)測結(jié)果分析，整個頂棚在輻射涉及部分經(jīng)米字線測量，漏射線在0.11～0.25μGy/h，既滿足了施工工藝的要求，又達(dá)到了防護(hù)的目的。

表5 機(jī)房設(shè)施防護(hù)檢測結(jié)果

（2）迷道入口防護(hù)門使用屏蔽厚度為120mm含硼5%的聚乙烯、27mm鉛和6mm鐵的復(fù)合防護(hù)門，沒有使用廠商推薦的厚度≥6.5mm的鉛門?？紤]到CyberKnife使用的防護(hù)門不同于傳統(tǒng)加速器防護(hù)門，是因CyberKnife治療技術(shù)屬于適形調(diào)強(qiáng)技術(shù)，與普通放射治療技術(shù)相比，在照射方式以及治療時(shí)間方面有其自身特點(diǎn)。CyberKnife對腫瘤靶組織采用幾百個小的圓形照射野，從不同方向照射腫瘤部位，出束時(shí)間是常規(guī)放療的幾十倍，增加了泄漏輻射的幾率。趙鋒等報(bào)道[5]CyberKnife機(jī)房在迷道10.3 m、4 mm鉛，防護(hù)門外0.5m處漏射線劑量為0.054μSv/a。我們保留了原有的高能加速器防護(hù)門，從理論及實(shí)測結(jié)果得知，理論推算與實(shí)測結(jié)果分別為0.29、0.15μSv/a，完全達(dá)到了防護(hù)要求，節(jié)約了近百萬資金。

（3）從各關(guān)注點(diǎn)劑量分析，漏射線劑量率均≤0.25μSv/h，實(shí)踐表明，CyberKnife運(yùn)行時(shí)機(jī)房外的輻射附加劑量率滿足GBZ/T 201.1—2007《放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范第一部分：一般原則》推薦的劑量率目標(biāo)值2.5μSv/h的要求[6]，保守估算CyberKnife運(yùn)行所致工作人員所受的外照射有效劑量不超過0.02mSv/a，低于設(shè)定的2mSv/a的劑量約束目標(biāo)值。CyberKnife運(yùn)行所致公眾所受的輻射照射劑量最大值為10μSv/a，低于設(shè)定的100μSv/a的劑量約束目標(biāo)管理值。

4 結(jié)語

由于CyberKnife工作原理的獨(dú)特性，與常規(guī)治療相比，對患者給予相同的預(yù)置劑量，設(shè)備出束時(shí)間要延長很多。進(jìn)行CyberKnife機(jī)房屏蔽設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮原射線的累積劑量，又要適當(dāng)增加泄漏輻射工作負(fù)荷。

使用原有加速器機(jī)房改造為CyberKnife機(jī)房的設(shè)計(jì)方案，節(jié)約了機(jī)房的建設(shè)成本，縮短了建造周期，保障了放射工作人員和公眾的安全，實(shí)現(xiàn)了機(jī)房設(shè)計(jì)的最優(yōu)化屏蔽設(shè)計(jì)，達(dá)到了GBZ/T 201.1—2007《放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范》中劑量率控制水平的要求。

[1]中華人民共和國衛(wèi)生部.GBZ 126—2011 電子加速器放射治療放射防護(hù)要求[S].2011

[2]GBZ 126—2011-Z 放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范第1部分：一般原則[S].

[3]NCRP.NCRPReportNo.151：Structuralshielding design and evaluation formegavoltage X-ray and Gamma-ray radiotherapy facilities [R].Maryland：American National Council on Radiation Protection and Measurements，2005.

[4]楊樹欣.最新的放射治療設(shè)備—賽博刀（CyberKnife）介紹[J].中國醫(yī)院建筑與裝備，2007（3）：25-27.

[5]趙鋒.某醫(yī)院射波刀治療中心輻射環(huán)境影響分析[C]//華北五省市區(qū)環(huán)境科學(xué)學(xué)會第十六屆學(xué)術(shù)年會優(yōu)秀論文集.秦皇島：河北省環(huán)境科學(xué)學(xué)會，2009.

[6]GBZ/T 201.1—2007 放射治療機(jī)房的輻射屏蔽規(guī)范[S].

（收稿：2013-07-11 修回：2013-12-25）

Scionic——一款可緩解疼痛的外部治療設(shè)備

據(jù)報(bào)道，美國航空航天局（NASA）與GRoK Technologies公司簽署了一份研發(fā)新型生物科技裝備的合同，其中一款裝備可以從外部直接幫助治療身體疼痛。這款治療身體疼痛的設(shè)備被稱為“Scionic”，它是一種用于緩解肌肉骨骼疼痛和炎癥的外部治療設(shè)備。使用這種設(shè)備在皮膚上來回擦拭，將可以提升機(jī)體緩解疼痛的機(jī)能，且在此過程中并不涉及藥物的使用。

“Scionic”的作用機(jī)理主要是在人體皮膚上施加微弱的電信號，從而對感到痛楚的區(qū)域進(jìn)行治療。此時(shí)，皮膚上的神經(jīng)接收器將會把這些電信號通過中央神經(jīng)系統(tǒng)傳遞給大腦。作為反應(yīng)，人體的大腦會釋放一種具有調(diào)節(jié)作用和治療作用的神經(jīng)肽物質(zhì)，其中包括一些已知效果最強(qiáng)的止痛物質(zhì)，如內(nèi)啡肽等。這與經(jīng)皮神經(jīng)電刺激治療儀的原理不同，因?yàn)閺谋举|(zhì)上來說，這種方法是激發(fā)機(jī)體自身的修復(fù)能力，而經(jīng)皮神經(jīng)電刺激治療儀則是使用電信號來暫時(shí)阻止疼痛信號向人體大腦的傳遞。

（張曉蜂 供稿）

Evaluation of radiation protective effect of 6 MV CyberKnife room reconstructed from medical linear accelerator room

ZHOU Zhen-shan,WANG Jun-liang,SHEN Ge,SHENG Hong-guo,QIWei-hua
(Departmentof Radiation Therapy,the 307th Hospital of the PLA,Beijing 100071,China)

Objective To introduce the reconstruction of CyberKnife room in some hospital,evaluate its protective effect and to put forward the shielding design for CyberKnife room.Methods CyberKnife from Accuracy company and 6 MV X-ray medical linear accelerator were involved in the research,with the radiation field of 800mm,φ60mm and output dose rate of 400 cGy/min.The calculation was performed on the basis of the shielding design in NCRP151 report.Results The radiation dose was estimated as 10μSv/a for the staff and 27.5μSv/a for the patient,and calculated as 19.5μSv/a for the staff and 7.2μSv/a for the patient.Conclusion The reconstructed CyberKnife room meets the requirements of protective design.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（7）：88-91]

CyberKnife;radiation protection;dose

R318；R197.38

A

1003-8868（2014）07-0088-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.07.088

周振山（1962—），男，副主任，副主任技師，主要從事放射治療方面的研究工作，E-mail：zhouzs2004@163.com。

100071北京，解放軍307醫(yī)院放療科（周振山，王軍良，申 戈，盛洪國，齊偉華）

王軍良，E-mail：wjl1000@tom.com