医用直线加速器的辐射危害与防护*

岱 钦 高关心 夏慧琳 夏 婷 李彬和 边嵩鉴 蒋京航 梁韵婕

当前，放射治疗在肿瘤治疗中的作用和地位日益突显，已成为继手术治疗和化学治疗后又一种治疗肿瘤手段。1951年瑞典神经外科专家Lars Leksell第一次提出立体定向放射治疗概念，1967年第一台伽马刀问世并投入临床应用。进入21世纪，随着计算机技术及X射线计算机断层成像(X-ray computed tomography,CT)影像技术的发展，放射治疗发展迅速。立体定向放射治疗是通过对病变进行准确定位，使用高能射线给以多个非共面小照射野三维集束照射靶区，杀死癌变组织细胞的治疗手段[1]。医用直线加速器作为立体定向放射治疗设备的重要组成，是高能射线产生的核心部件，临床使用中，对医用直线加速器的安全性和可靠性要求极为严格。放射线的特性导致人在受到照射后无表观反应，但组织及器官经长时间照射后会因此发生病变。目前立体定向放射治疗设备种类繁多且发展日新月异，但对其最基本的要求是安全性和有效性。

1 医用直线加速器应用中的潜在危害

国家标准《医用电气设备第1部分：安全通用要求》(GB 9706.1-2007/IEC 60601-1:1988)是杜绝和减少医疗器械危害的重要准则，是对医疗器械进行检测的基础，表明医疗器械，包括医用直线加速器在使用过程中，对人体可能会产生多种危害，其中最主要且最常见的是能量型危害。医用直线加速器运转每分钟可产生数万至数十万拉德剂量的高能电子束和X射线。因此，医用直线加速器是一个强辐射源，可能会对周围人员，包括医护人员、临床工程师和患者产生危害，导致受辐射人员重病甚至是死亡[2-3]。苏小岩[4]等研究报道，放射治疗肺癌术后, 因照射野和照射剂量过大导致1例致死性放射性肺炎。

1.1 X射线辐射危害

医用直线加速器通过经电场加速的电子高速撞击阳极靶产生X射线，并进一步准直、束流产生治疗所需的X射线，分为初级辐射、次级辐射及泄露辐射。①初级辐射又称为有用辐射，是治疗所需的辐射线；②次级辐射指有用辐射与物质发生相互作用而产生的电离辐射；③泄漏辐射是辐射源散发出的辐射未被设备自身的防护屏蔽而逃逸出的无用射线[5]。有研究表明，长时间接触X射线，成熟T淋巴细胞、辅助诱导T细胞及抑制和(或)杀伤T细胞数目均有不同程度减少，证明X射线主要通过抑制成熟T淋巴细胞数量影响并调节细胞免疫，起到对人体免疫功能抑制的作用[6]。此外，还可产生一些不可逆的改变，如基因突变及染色体变异等。通过细胞培养法研究X射线诱发的人外周血淋巴细胞T细胞抗原受体(T cell receptor，TCR)基因突变情况，发现随着照射剂量的增加，TCR基因突变频率随之上升[7]。

1.2 中子辐射危害

当医用直线加速器的射线能量＞10 MeV时，高能光子会与治疗头X射线靶、治疗准直器及X射线均整器等多种具有高原子序数的材料(如铅、钨等)发生光核反应产生中子辐射[8]。治疗室内产生的光中子一部分来源于高能量X射线与医用直线加速器机头相关部件的光核反应(如γ、n光核反应)，一部分来自于治疗室墙体结构的散射。有研究表明，肿瘤细胞被X射线杀死的同时，人体正常细胞也因受到中子辐射的照射而导致细胞诱变和畸变。当中子积累并达到一定能量时，可能引发第二肿瘤[9-10]。通过子宫癌相关流行病学调查发现，在治疗过程中，接触大量的中子射线，会诱发子宫临近部位白血病和第二实体肿瘤的产生[11]。

1.3 感生放射性危害

放射治疗过程中，每次治疗不仅会产生像X射线辐射、中子辐射之类的瞬发辐射，也会产生缓发辐射，缓发辐射又称为感生放射性。感生放射性的产生是由于＞10 MeV的医用直线加速器，通过光核反应产生泄漏或污染的中子发生活化所导致，放射治疗射束停止后，仍有辐射存在的现象[12]。其主要特点有：①辐射剂量随着医用直线加速器的开机时间而累积；②在医用直线加速器关机时依然存在；③随时间放射性慢慢减少。感生放射性对人体造成的不良影响具有潜伏期长、效应出现较晚的特点[13]。感生放射性相对于瞬时辐射更具有隐蔽性，研究人员利用个人剂量计测量临床使用者手部和躯干的剂量，感生放射性剂量在年剂量中占到30%以上[14]。对人体产生危害的主要部位包括骨骼、肺、甲状腺及性腺、乳腺、皮肤以及眼晶体等，并诱发相对应的白血病、甲状腺癌、生育能力受损、乳腺癌及皮肤癌等恶性疾病。

2 医用直线加速器质量控制标准

医用直线加速器使用过程中，若缺乏相应的安全管理标准，很可能发生安全事故并对治疗人员造成伤害。因此，为保证医护人员、临床工程师和患者安全，相关部门编写了医用直线加速器安全标准，保障医用直线加速器的安全运行。围绕医用直线加速器辐射安全相关内容，阐述医用直线加速器的辐射安全及相关技术，包括泄露辐射的标准、剂量的精度以及光射野的一致性等内容。

2.1 泄露辐射标准

国家标准《医用电子加速器性能和试验方法》(GB 15213-2016)规定了泄露辐射的相关安全和技术要求：①X射线辐射。在正常治疗距离，固定线束装置截面内，透过限束装置的漏射线吸收剂量与有用线束中心轴的最大吸收剂量之比，应满足X射线治疗时10 cm×10 cm的照射野内≤2%；②中子辐射。X射线标称能量＞10 MeV的医用直线加速器在正常治疗距离，垂直于有用线束中心轴并以轴为中心，半径为2 m的圆平面上，最大有用线束外的中子泄露辐射不得超过有用线束中心轴吸收剂量的0.05%(最大)和0.02%(平均)，电子轨道1 m处的中子泄露辐射不得超过正常治疗距离上有用线束中心轴吸收剂量的0.05%；③感生放射性辐射。X射线标称能量＞10 MeV的医用直线加速器，距离设备表面5 cm和1 m处有感生放射性所造成的吸收剂量率分别≤0.2 mGy·h-1和0.02 mGy·h-1[15]。国家标准中，对医用直线加速器使用过程中可能产生的辐射线的量及范围都给出了明确的规定，对医用直线加速器的安全使用起到合理规范的作用。

2.2 剂量精度标准

国际卫生组织对泄露射线的最大允许值进行了规定，要求范围是-2%～2%之间，所以100 MU标准定标条件下，校准吸收剂量实际测量值必须在98～102 cGy范围内，最好控制在1%以内[16]。有研究表明，医用直线加速器造成的靶外器官所受辐射剂量水平受加速器的剂量精度、能量、照射方向和能量大小影响，所以也可通过严格把控剂量精度控制泄露射线[17]。剂量精度和肿瘤治疗的有效性和安全性息息相关，Shalek[18]研究证明，临床上±5%的剂量偏差会导致肿瘤控制率的明显变化。因此，临床放射治疗计划实施前，需进行不断的验证，确保剂量精确，达到杀死肿瘤细胞，保护周围健康组织的目标。

2.3 光射野一致性标准

除剂量精度影响泄露辐射外，光射野一致性对医用直线加速器的泄露辐射也有较大影响。光射野一致性为光野边缘与辐射野边缘之间沿两主轴方向的最大距离，对医用直线加速器的安全保证非常重要。若不能及时精准的校对光野、射野的一致性，就会产生多余的泄露射线。国外有关统计表明，有50%的光射野一致性误差＞5 mm，国内医院也做过相似的统计，结果与上述数据基本吻合[19]。因此，国家标准及美国医学物理学家协会(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)对医用直线加速器的光射野一致性误差要求均＜±2 mmp[20-21]。

医用直线加速器使用过程中要做大量的统计调查，要与相关的安全标准进行比对并及时校准，通过校准可最大限度降低风险发生率，避免医用直线加速器安全隐患。

3 医用直线加速器应用中的安全防护

放射物理治疗领域中，放射治疗质量控制标准化受到了极大的重视，医用直线加速器产生的多种辐射危害，会对参与整个放射治疗行为的医生、临床工程人员及患者造成额外的伤害，除需要进行人员防护，也需要通过对设备进行相关的安全管理，达到安全防护的目的。

3.1 人员安全防护

人员的安全防护可分为患者的安全防护和放射治疗相关工作人员的安全防护，包括医生和临床工程人员。患者的防护要求医用直线加速器实际与计划照射情况必须一致，在制定放射治疗计划过程中，放射治疗类型、给予治疗的条件和方式、治疗野及放射治疗剂量要进行反复核对，减少人为因素导致的意外事件[22]。操作人员需严格遵守各项操作规程，密切注视控制台仪表及患者状况，发现异常及时处理。对医生、临床工程人员的安全防护，要求在整个放射治疗过程中严格遵守相应的安全流程，要定期检查设备的各个部件是否安全有效，保证医用直线加速器的各项指标在国家规定的范围内[23]。此外，临床工程师在检修工作时，需充分做好相关防护，遵守放射安全制度，定期检查设备的安全连锁装置[24]。同时，医生和临床工程师应配备个人剂量报警仪等个人防护用品，定期对个人剂量监测和健康查体，组织放射性法规学习培训，制定详尽的放射事故或放射突发事件应急预案[25]。

3.2 加速器安全防护

医用直线加速器的安全运行需要特殊的条件，需对机房及相关屏蔽设施进行精密的设计，按照设备的技术要求做好机房的准备工作，包括机房的防护墙及迷路设计。机房的防护墙选择一次性浇筑成型，迷路设计需根据设备性能选择最适合的迷路，常用的迷路设计包括L型迷路和Z型迷路[26]。日常使用过程中要定期检查机器固定件的牢靠性、铅挡块的粘合性以及有机玻璃支架或床面的老化程度等[27]。要严格按照设备的检查频度要求，及时校正医用直线加速器的机械、几何及电气参数，确保机器设备的正常运转。

3.3 建立放射治疗质量控制制度

随着放射治疗市场的扩大，放射治疗技术的发展，各类放射治疗机构及设备不断发展，与此同时相对应的放射治疗质量控制工作却未能进行或进行的不完全，缺少规范化、系统化和可持续的质量管理模式，因此需要建立放射治疗质量控制制度。借鉴欧美发达国家的经验制定自己的质量控制制度，制定放射治疗的规范化流程，要求工作人员明确自身的责任与权利，从放射治疗计划设计到各个环节制定相关质量控制制度，并由专业人员定期对质量控制相关数据分析，实现全流程规范化管理。重视放射治疗的质量控制，需根据实际情况调整放射治疗中心的安全防护措施，消除有可能引起或影响放射治疗效果的因素，达到最优的质量要求，有效治疗患者，确保放射治疗事业长期平稳发展[28]。

医用直线加速器的安全防护是一项危险度高涉及面广的工作。作为放射治疗相关工作人员，应严格遵守各项安全防护制度，不断增强安全知识，提高业务操作水平，做好日常医用直线加速器质量控制和个人安全防护，更好地为患者服务。

4 展望

随着我国医疗水平的提高，医用直线加速器的广泛使用使患者的生存质量及生存时间得到了有效提升，但也带来了潜在的安全隐患。通过对辐射相关的危害进行综述和分析，针对性的讨论安全防护措施，需不断完善相关安全制度，早日建成远程互联网安全管理监测系统，对医用直线加速器的各项性能进行实时监测，最终达到规范放射治疗流程，把关放射治疗质量，以期实现精准治疗的目的。