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后装放射治疗的概念

后装放射治疗又被称为射线源后装近距离治疗，是依照临床要求，采用后装技术，使γ射线源在人体自然腔、管道或组织间驻留而达到预定的剂量及其分布的一种放射治疗手段，具有精度高、可靠、防护好等优点,一直是宫颈癌放射治疗的重要组成部分，其技术发展已有近百年历史，逐渐被广泛应用于临床中。

后装放射治疗场所进行屏蔽改造的意义

由于后装治疗时，治疗源需从输源导管引出而在机房内处于几乎裸露的状态，所以其防护与安全问题备受关注，治疗场所防护方案的设计则是其中的关键要素，而场所防护屏蔽的设计又与后装治疗机所用治疗源的特性密切相关。目前在我国用于后装治疗的放射源主要为¹⁹²Ir，国外已开展了 ⁶⁰Co后装治疗技术并已开始引入我国，医院原已满足^192Ir后装治疗的机房不一定满足新型⁶⁰Co放射源后装治疗的屏蔽防护要求，而且由于原治疗机房已具有基本牢固的防辐射建筑结构，在此情况下，医院通常选择对原机房进行改造的措施，一方面可解决医用场所紧张的问题，同时也在某种程度上节约大量的土建资金、避免重新选址的麻烦。因而，本文针对某院原¹⁹²Ir后装治疗机房改造成⁶⁰Co 后装治疗机房的状况，估算场所屏蔽改造前的辐射水平，据此分析确定相应的屏蔽防护方案，并对相关问题进行讨论。

场所选择

1、调查对象为 2014 年某医院拟用于后装放射治疗的370 GBq¹⁹²Ir和74 GBq的⁶⁰Co放射源，以及相应的后装治疗机房。该机房原已按照 370 GBq192Ir 设计成后装治疗机房，因设备更新成60Co 后装治疗机，故需在原机房的基础上进行改造。两种类型后装治疗源的主要辐射特性参数见表1。

表1  ⁶⁰Co和¹⁹²Ir后装治疗放射源的主要辐射特性参数

2、后装治疗机房的平面规划与外围条件。后装治疗机房所在建筑为地上一层结构（无地下场所），场所的平面布局与外围条件见图 1。其中机房东墙外为卫生间，南墙和北墙外为过道，西墙（迷路外墙）外为控制室，室顶为医院排风机房。 图1 后装治疗机房的平面规划与外围条件示意图

改造前原¹⁹²Ir后装治疗机房屏蔽方案为：①东墙、北墙和迷路内墙为 50cm 砼；②南墙和迷路外墙（控制室东墙）为 30cm 砼；③室顶为 50cm 砼；④机房防护门：5mm Pb。

3、放射治疗工作负荷。医院原计划 ¹⁹²Ir 后装治疗时，预期治疗工作量为 30 人次/周，1 500 人次/a，初换治疗源时治疗照射时间为 5 min/人次，出束 150 min/周（2.5 h/周）。改造成 ⁶⁰Co 后装治疗机房后仍保持与原¹⁹²Ir 后装治疗相同的工作量。

改造方法

1、辐射类型及关注点的确定

后装治疗机均为可移动的装置，按照后装设备通常的使用情况，机房墙和室顶的屏蔽需考虑后装放射源4π方向的直接照射，入口门考虑穿过迷路内墙的泄漏辐射直接辐射和迷路散射辐射，利用微分反照率法估算其入口处的散射辐射水平。根据图1，为了避免治疗源的主束直接穿过迷路内口西侧的迷路外墙造成控制室内人员受到较高的剂量，在屏蔽设计中将后装机的治疗源处于治疗状态时的参考点（ O点）的位置设置为：距离地面80cm，距离北墙 100 cm、距东、南和西侧迷路内墙表面分别为230、390 和280cm，机房外围字母（ A、B、C、D 和 M）标注位置为关注点，室顶关注点（ H）在该图中未标识。进行该改造机房的剂量估算时，各评估点距机房屏蔽外表面的距离为30cm。

2、屏蔽厚度及关注点的剂量率估算

关注点达到剂量率控制水平Hc时，设计的屏蔽所需要的屏蔽透射因子B按式（1） 计算，再按式（2）获得屏蔽厚度X_e（mm）：

（1）式：Hc-剂量率控制水平（μSv/h）；R-辐射源至关注点的距离（m）；f-对后装治疗源的有用线束为1，对后装治疗机的泄漏辐射为泄漏辐射比率；Ho-活度为A的放射源在距其1m处的剂量率（μSv/h）。

（2）式：TVL₁-辐射在屏蔽物质中的第一个什值层厚度（mm）；TVL-辐射在屏蔽物质中的平衡什值层厚度（mm）。计算中⁶⁰Co 和¹⁹²Ir后装治疗放射源对铅、铁和砼的TVL₁和TVL 查见表1。

式（1）中的Ho 按照式（3）计算

（3）式：A-放射源的活度（MBq）；K_γ-放射源的空气比释动能率常数（或称 K_γ常数），在屏蔽计算中以周围剂量当量作为空气比释动能的近似，此时K_γ的单位记为μSv/ （h MBq），见表1。

后装机房入口M处的散射辐射剂量H采用式（4）计算

（4）式：S_W-迷路内口墙的散射面积，其为辐射源和机房入口共同可视见的墙区面积（m²）；α_w-散射体的散射因子；R1-辐射源（图1中的O点）至散射体中心点的距离（m）；R₂-散射体中心点至关注点的距离（m）。

分析与评价数据

1、拟改造后装治疗机房外围的剂量率控制目标值。根据医院的放射防护管理要求，¹⁹²Ir后装治疗机更新成⁶⁰Co 后装治疗机，机房改造前后外围场所关注点的周围剂量当量率控制目标均为 5μSv/h。

2、依据的技术文件。后装治疗机房的屏蔽改造主要依据GBZ/T201.1-2007、GBZ/T201.3-2014和GBZ121-2002等国家职业卫生标准以及NCRP No.151和IAEA No.47 等国际相关的技术规范和标准进行分析和评价。

结果

1、后装治疗机房外围的直接辐射水平

机房使用370 GBq的¹⁹²Ir后装治疗源时，机房外各关注点的周围剂量当量率均不高于2.5μSv/h，更新为74 GBq 的 ⁶⁰Co后装治疗机时，在原有屏蔽方案的基础上对机房外围的剂量进行核算。从表1 可知， ⁶⁰Co 放射源的 K_γ值为3.08×10^-4 Sv/（h·GBq），由式（3）计算出 ₆₀Co 放射源的H =2.18×1^-2 Sv/h。⁶⁰Co后装治疗源产生的直接辐射所致机房外围的剂量率核算结果见表2。

表2 ⁶⁰Co后装治疗源直接辐射所致机房外围的剂量率核算结果

2、后装治疗机房入口的辐射水平

后装治疗机房入口的辐射剂量包括穿过迷路内墙的泄漏辐射直接辐射剂量和迷路散射辐射剂量。利用微分反照率法，采用公式（4）估算机房入口处的散射辐射剂量。图1中，散射路径：源位置（O）→位置 N→位置 M；散射参数：入射角θ₀＝45°；散射角 θ_S＝0°；方位角 φ＝0°；入射能量 E₀＝1.25MeV; 散射能量 E_S＝0.24 MeV；散射面积 S_W 为 2.56×3=4.35 m²；散射因子α_W＝3.21×10^-2；入射距离（ ON） R1＝6.4m；散射距离 R₂＝5.7 m，估算出位置 M 的散射辐射剂量率为 2.7μSv/h。散射辐射对铅的 TVL=5.5mm，5mm Pb的防护门对散射辐射的屏蔽透射因子 B 为 0.12，屏蔽后防护门外散射辐射剂量率为 0.34 μSv/h。同时，由表2可知，直接辐射通过迷路内墙斜射到入口处的泄漏辐射剂量率为3.3μSv/h，经5mm Pb防护门屏蔽（ TVL1.25MeV，Pb=40 mm）后，防护门对泄漏辐射的屏蔽透射因子B为 0.75，剂量率为 2.5 μSv/h。因此，原有的5mm Pb 防护门屏蔽后，机房入口处门外的散射辐射与泄漏辐射的总剂量率为2.8μSv/h。

3、后装治疗机房的屏蔽防护改造方案

在现有屏蔽条件下机房外围剂量率的估算结果表明，机房北墙、东墙、室顶和防护门入口处的辐射剂量率均不满足剂量率控制目标值 2.5μSv/h 的要求，需要采取增设屏蔽的措施。根据 2.1 和 2.2 的剂量核算结果，初步确定如下机房的屏蔽防护改造方案： ①将机房北墙砼屏蔽厚度增加30cm，即由50cm 增加到80cm；②将机房东墙砼屏蔽厚度增加20cm，即由50cm 增加到70cm；③将室顶砼屏蔽厚度增加15cm，即由 50cm增加到 65cm；④将机房南墙增加30cm 砼屏蔽，即由原30cm 增至60cm；⑤将迷路内墙增加1个 HVL 砼屏蔽，即由原50 cm砼增加到57cm 砼（可在迷路内墙北段局部增厚）或将机房入口防护门更新为 6mm Pb的防护门。对机房北墙、东墙和南墙增厚时，应根据目前机房使用空间的具体情况，尽可能在相应防护墙的外侧加厚，以减少对机房室内有效使用面积的影响。

¹⁹²Ir治疗源的额定装载活度均约为 370 GBq，⁶⁰Co放射源的额定活度为74GBq，两种放射源的物理特性存在一定差异，所以对机房屏蔽的核算和改造成为必然的放射防护工作。本项目中原有¹⁹²Ir 后装治疗机在运行期间，机房外围的剂量率均不高于2.5μSv/h，基于已有的剂量率检测数据和机房的具体物理条件，结合⁶⁰Co放射源的辐射特性参数估算出改造前机房外围的剂量率，对照屏蔽设计的剂量率目标值确定相应方向防护墙应满足的屏蔽厚度，实为放射治疗机房通常的屏蔽改造思路。

在机房的改造中，根据新型⁶⁰Co后装机的工作特点，选择治疗源处于治疗状态时在机房内驻留概率最大的位置作为屏蔽估算的参考点，该点与原¹⁹²Ir治疗源的参考使用位置几乎重合。在此条件下，从表2中的估算结果表明，机房东墙、南墙、北墙和室顶的砼屏蔽均不满足⁶⁰Co后装机的防护要求，分别高于剂量率控制目标值的 4、16、11和4倍，结合表1中有关⁶⁰Co针对不同屏蔽材料的TVL和HVL，即可很方便地估算出应增加的屏蔽厚度，第2.3节中初步确定的屏蔽防护改造方案是相对保守的，但便于为医院所接受。

实际上在后装治疗机房的改造中，不仅仅是对屏蔽厚度的设计，其他诸多因素如机房大小、迷路的结构与尺寸，迷路内口口径等各个防护因素的考虑是不能回避的，而且应当注意在改造中避免减少迷路的长度和机房的使用面积。按照国家标准和有关国际技术标准，后装机房入口防护门以内包括迷路和放射源治疗区域属于辐射控制区，其中机房的使用面积，在国家标准中明确规定应不小于20m²，本项目中的机房在改造中，增厚的砼屏蔽在相应防护墙的外侧设置则可基本维持原使用面积的条件要求。迷路过短，容易造成机房入口处剂量率水平过高而增加防护门的负担，由于人员进出机房的频率较高，防护门的使用频率也相对增高，而防护门重量的增加必然给临床治疗中现场工作人员对防护门的开启操作带来不便，并进一步影防护门的使用寿命。另外，机房入口辐射成份中，泄漏辐射也有一定比例，而几个 mm 的铅防护门对穿过迷路墙的⁶⁰Co后装放射源泄漏辐射的屏蔽效果甚微，采取迷路内墙局部增厚的屏蔽措施是值得提倡的。经过该院的研究分析表明，结合⁶⁰Co后装治疗源的辐射特性参数，在原有¹⁹²Ir后装治疗机房的基础上进行局部屏蔽改造是合理可行的。

来源：职业与健康

作者：赫龙英、马永忠

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