CyberKnife机房改造辐射防护评价

周振山，王军良，申 戈，盛洪国，齐伟华

CyberKnife机房改造辐射防护评价

周振山，王军良，申 戈，盛洪国，齐伟华

目的：介绍某院的CyberKnife机房改造情况，对其防护水平进行评价，给出CyberKnife机房屏蔽设计的建议。方法：防护设计以Accuray公司生产的CyberKnife G3机型治疗时的最大散射条件（6MV X线，SSD（源皮距）=800mm、φ60 mm准直器，输出剂量率为400 cGy/min），按照NCRP151报告屏蔽设计要求进行计算。结果：理论计算中工作人员所受外照射剂量值约为10μSv/a，公众约为27.5μSv/a；实测结果中工作人员所受外照射剂量约为19.5μSv/a，公众约为7.2μSv/a。结论：改造后的CyberKnife机房达到了防护设计的要求。

CyberKnife；辐射防护；剂量

0 引言

CyberKnife以其独特的工作原理为大家所关注，目前CyberKnife等新设备陆续被引入我国，众多单位都将面临如何合理改造原有机房的问题。我院CyberKnife机房由传统15MV X线直线加速器机房改造而成，现将具体屏蔽设计介绍如下。

1 材料与方法

1.1 CyberKnife加速器主要技术指标

CyberKnife是在影像引导系统的实时监控下，将小型6MV X线医用直线加速器与具有6个自由度的机械手臂相结合，根据立体定向原理，使用大剂量窄束高能X线准确聚焦于照射靶目标，使之产生局灶性放射毁损或造成一系列放射生物学反应，以达到治疗相关疾病的目的。

6 MV X线在SSD（源皮距）=800 mm、φ40 mm射野情况下，治疗时剂量为400 cGy/min，射野中心轴最大剂量深度Dmax=（15±2）mm，射波刀有5、7.5、10、12.5、15、20、25、30、35、40、50、60mm共12个不同大小的准直器。

1.2 CyberKnife屏蔽设计方案

1.2.1 屏蔽设计现状

墙体为现浇混凝土结构，尺寸见表1。防护门为由120 mm含硼5%的聚乙烯、27 mm铅和6 mm铁组成的复合防护门。治疗室容积为160m3。

表1 CyberKnife机房改造前、后墙体厚度

1.2.2 改造后的CyberKnife机房屏蔽设计

根据CyberKnife治疗出束特点，对机房进行屏蔽加强设计。主要措施：原墙体非主束区砌筑重晶石砖墙，厚度为0.55～1.10m；机房顶非主束区铺设40 cm厚钢板。CyberKnife机房改造设计平面图、剖面图如图1、2所示。

1.3 机房外环境剂量的估算方法

加速器运行时主束、泄漏辐射和散射线对机房周围环境可能产生影响。取距靶80 cm处的辐射线，输出剂量率为400 cGy/min，则相应的距辐射源1m处的剂量率为2.56 Gy/min（即154 Gy/h），准直器最大为φ60mm，泄漏辐射因子为10-3。CyberKnife治疗束可以指向水平、地面、屋顶等方向[1-2]。

按照NCRP151报告推荐的估算方法[3]，在图1和图2中的关注位置分别设置了剂量评估点A～G，机房屏蔽墙外围均以治疗束进行剂量估算。对于入口防护门处剂量率的估算，考虑CyberKnife治疗束的一次散射和治疗束穿过迷道内墙的泄漏辐射。

1.3.1 治疗室入口的辐射剂量

1.3.1.1 主束的一次散射辐射剂量贡献

散射路径为O→N→E，如图1所示。相关的参数为：距靶点1m处输出剂量率为2.56Gy/min（154Gy/h），距靶点80 cm（CyberKnife常用治疗距离）处的最大散射为φ60mm的准直器面积，即0.002 8m2；入射距离r1=（5.0+0.8）m，入射角度θ1=45°；散射距离r2=9.0m，散射角度θS=30°，方位角ω=135°，散射面积 S0=（[5.8/0.8）×0.06/2]2×π×cos135°= 0.105m2，散射系数α=6.4×10-3，X线散射能量 E s=0.3MeV，十分之一衰减厚度TVLPb=7mm。入口处防护门的铅当量为27mmPb，代入屏蔽计算公式（1）中，求得主束的散射线经防护门屏蔽后，门外E处的辐射剂量率。

图1 CyberKnife机房改造设计平面图（单位：mm）

式中，Hs为迷路门口来自墙G的主射束散射的每周等效剂量，单位为μSv/周；W为工作量，单位为Gy/每周；UG为墙G的使用因子；α0为第一散射表面A0的反射系数；A0为第一散射表面的射束区域，单位为m2；dh为从靶点到第一反射表面的距离，单位为m；dr为从第一反射面的射束中心经过内侧迷路的边界到迷路中线上b点的距离，单位为m；dz为沿着中心线从b点到迷路门口的距离，单位为m。

图2 CyberKnife机房改造设计剖面图（单位：mm）

1.3.1.2 主束穿过迷路内墙的辐射剂量贡献

主束穿过迷路内墙至治疗室入口 时，靶点至入口处的距离为8.5m，迷路内墙等效混凝土厚度为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剂量率。

式中，HLS为在迷路门口由于单程散射前端泄漏的每周等效剂量，单位为μSv/周；Lf为距离靶点1m处的前端漏射率；WL为漏射的工作量，单位为Gy/周；UG为使用因子；α1为来自墙G的漏射线散射的反射系数；A1为从迷路门口可以看到的墙G的区域，单位为m2；dsec为靶点到迷路中线在墙G上的直线距离，单位为m；dZZ为迷路中线的长度，单位为m。

1.3.1.3 治疗室防护门外的辐射剂量

治疗室入口防护门外E点（如图1所示）的辐射剂量贡献来自迷道口散射辐射和主束贯穿内迷道墙后的剂量。

1.3.2 治疗室外围和上部的辐射剂量

治疗室四周墙外和室顶均以主束辐射进行屏蔽设计。关注点有用束与漏射线的瞬时剂量率以及累积剂量当量，可由下式计算得到

公式（3）～（6）中，IDRpri、IDRL为有用束和泄漏辐射的瞬时剂量率，单位为μSv/h；D˙0为有用束距靶1m处的剂量率（1.54×108μGy/h）；B、BL分别为有用束和泄漏辐射透射因子；RW(pri)、RW(L)分别为关注点有用束和泄漏辐射的累积剂量，单位为μSv；Wpri、WL分别为有用束和泄漏辐射周工作负荷，分别为320、4 800 Gy/周；Upri为CyberKnife向关注点的方向照射的使用因子（0.05）；dA为CyberKnife典型治疗靶点的位点到关注点的距离，单位为m。漏射线周工作负荷为WL=CI·Wpri=15×320=4 800 Gy/周，其中，CI为CyberKnife调强因子，取15；Wpri为有用束辐射周工作负荷，单位为Gy/周。

1.4 工作人员受照剂量估计

假设每周治疗患者60人，年出束时间约2 000 h。其中治疗束朝向下方的使用时间＞75%；治疗束朝向各面墙壁及上部的使用时间均低于5%。

1.5 公众受照剂量最大值估计

在CyberKnife机房防护门外、上部（一层）门诊大厅、北侧相邻气瓶间等区域停留的人员可能受到一定剂量的外照射。同样，假设年总出束时间为2 000 h，可估算出不同地点公众可能的受照剂量。

1.6 实测

军事医学科学院疾病预防控制研究所采用Raduagem2000+SG-2R辐射剂量仪（计量证书号：JD-D07-10120205），不确定度为5%。CyberKnife 6 MV X线医用直线加速器，φ60mm照射野，剂量率为400 cGy/min。采用主束方向测量。

2 结果

2.1 主要评估点

如图1、2所示，点位A、B、C、D和F的主要剂量估算参数和剂量估算结果见表2。

表2 CyberKnife治疗室外围计算与实测辐射剂量

2.2 工作人员外照射剂量估算结果

CyberKnife运行所致工作人员外照射剂量估算结果见表3。

表3 CyberKnife运行所致工作人员外照射剂量估算

2.3 公众外照射剂量估算结果

CyberKnife运行所致公众外照射剂量的最大值估算见表4。

表4 CyberKnife运行所致公众外照射剂量的最大值估算

2.4 实测结果

机房设施防护检测结果见表5，根据实测结果估算工作人员所受外照射剂量约为：19.5μSv/a、公众约为7.2μSv/a。

3 讨论

（1）在放射治疗应用中，CyberKnife采用非等中心或等中心方式从不同方向照射肿瘤部位，主射束能照射到治疗室机房的大部分墙面上[4]，因此CyberKnife机房的设计不同于传统加速器机房，没有主辅屏蔽之分。传统机房主防护部分一般都满足屏蔽要求，因此在辅防护方面要特别注意。本次机房改造的难点在于顶棚原辅屏蔽部分，因该部分既不能采用水泥灌注法，又不能垒砌重晶石砖。本次改造采用100工字钢固定，再铺设400mm厚钢板的方法。从实测结果分析，整个顶棚在辐射涉及部分经米字线测量，漏射线在0.11～0.25μGy/h，既满足了施工工艺的要求，又达到了防护的目的。

表5 机房设施防护检测结果

（2）迷道入口防护门使用屏蔽厚度为120mm含硼5%的聚乙烯、27mm铅和6mm铁的复合防护门，没有使用厂商推荐的厚度≥6.5mm的铅门。考虑到CyberKnife使用的防护门不同于传统加速器防护门，是因CyberKnife治疗技术属于适形调强技术，与普通放射治疗技术相比，在照射方式以及治疗时间方面有其自身特点。CyberKnife对肿瘤靶组织采用几百个小的圆形照射野，从不同方向照射肿瘤部位，出束时间是常规放疗的几十倍，增加了泄漏辐射的几率。赵锋等报道[5]CyberKnife机房在迷道10.3 m、4 mm铅，防护门外0.5m处漏射线剂量为0.054μSv/a。我们保留了原有的高能加速器防护门，从理论及实测结果得知，理论推算与实测结果分别为0.29、0.15μSv/a，完全达到了防护要求，节约了近百万资金。

（3）从各关注点剂量分析，漏射线剂量率均≤0.25μSv/h，实践表明，CyberKnife运行时机房外的辐射附加剂量率满足GBZ/T 201.1—2007《放射治疗机房的辐射屏蔽规范第一部分：一般原则》推荐的剂量率目标值2.5μSv/h的要求[6]，保守估算CyberKnife运行所致工作人员所受的外照射有效剂量不超过0.02mSv/a，低于设定的2mSv/a的剂量约束目标值。CyberKnife运行所致公众所受的辐射照射剂量最大值为10μSv/a，低于设定的100μSv/a的剂量约束目标管理值。

4 结语

由于CyberKnife工作原理的独特性，与常规治疗相比，对患者给予相同的预置剂量，设备出束时间要延长很多。进行CyberKnife机房屏蔽设计时，既要考虑原射线的累积剂量，又要适当增加泄漏辐射工作负荷。

使用原有加速器机房改造为CyberKnife机房的设计方案，节约了机房的建设成本，缩短了建造周期，保障了放射工作人员和公众的安全，实现了机房设计的最优化屏蔽设计，达到了GBZ/T 201.1—2007《放射治疗机房的辐射屏蔽规范》中剂量率控制水平的要求。

[1]中华人民共和国卫生部.GBZ 126—2011 电子加速器放射治疗放射防护要求[S].2011

[2]GBZ 126—2011-Z 放射治疗机房的辐射屏蔽规范第1部分：一般原则[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]杨树欣.最新的放射治疗设备—赛博刀（CyberKnife）介绍[J].中国医院建筑与装备，2007（3）：25-27.

[5]赵锋.某医院射波刀治疗中心辐射环境影响分析[C]//华北五省市区环境科学学会第十六届学术年会优秀论文集.秦皇岛：河北省环境科学学会，2009.

[6]GBZ/T 201.1—2007 放射治疗机房的辐射屏蔽规范[S].

（收稿：2013-07-11 修回：2013-12-25）

Scionic——一款可缓解疼痛的外部治疗设备

据报道，美国航空航天局（NASA）与GRoK Technologies公司签署了一份研发新型生物科技装备的合同，其中一款装备可以从外部直接帮助治疗身体疼痛。这款治疗身体疼痛的设备被称为“Scionic”，它是一种用于缓解肌肉骨骼疼痛和炎症的外部治疗设备。使用这种设备在皮肤上来回擦拭，将可以提升机体缓解疼痛的机能，且在此过程中并不涉及药物的使用。

“Scionic”的作用机理主要是在人体皮肤上施加微弱的电信号，从而对感到痛楚的区域进行治疗。此时，皮肤上的神经接收器将会把这些电信号通过中央神经系统传递给大脑。作为反应，人体的大脑会释放一种具有调节作用和治疗作用的神经肽物质，其中包括一些已知效果最强的止痛物质，如内啡肽等。这与经皮神经电刺激治疗仪的原理不同，因为从本质上来说，这种方法是激发机体自身的修复能力，而经皮神经电刺激治疗仪则是使用电信号来暂时阻止疼痛信号向人体大脑的传递。

（张晓蜂 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，副主任技师，主要从事放射治疗方面的研究工作，E-mail：zhouzs2004@163.com。

100071北京，解放军307医院放疗科（周振山，王军良，申 戈，盛洪国，齐伟华）

王军良，E-mail：wjl1000@tom.com