射波刀属于机械臂放射治疗装置，可以准确地照射肿瘤病灶，避免周围正常组织损伤。世界范围内，已有超过200台射波刀在运行，我国有30台在使用。射波刀在实施放射治疗的过程中产生X射线，可能对工作人员和公众造成辐射危害。建造安装射波刀的机房需要经过辐射防护设施屏蔽设计。美国国家辐射防护和测量委员会(NCRP)在2005年12月31日发布了第151号报告^[1]，为高能X射线放射治疗设施结构屏蔽设计和评价提供了方法。国际原子能机构(IAEA)在2006年9月发布了第47号安全报告^[2]，为直线加速器放射治疗设施防护设计提供了参考。我国在2007年9月25日和2011年11月30日先后发布了《放射治疗机房的辐射屏蔽规范第1部分：一般原则》(GBZ/T 201.1-2007)^[3]和《放射治疗机房的辐射屏蔽规范第2部分：电子直线加速器放射治疗机房》(GBZ/T 201.2-2011)^[4]。本研究对射波刀机房的辐射防护设计屏蔽计算复核的依据采用NCRP第151号报告和GBZ/T 201.2-2011。

在屏蔽计算复核时，按照生产厂家提供的参数，以影像中心确定辐射源点与各面墙外关注点的距离。在这种情况下，本建设项目的加速器有用线束将不会直接照射机房迷路外墙。竣工以后，在对射波刀进行调试或对患者实施治疗的过程中，发现存在有用线束会不经过影像中心、通过机房迷路内口直接照射迷路外墙的特殊情况，导致迷路外墙外关注点的周围剂量当量率显著增加。本研究介绍了对某射波刀机房进行辐射屏蔽复核计算和放射防护验收检测时，在上述特殊情况下发现的机房迷路外墙关注点位置屏蔽设计厚度不足，实施补救后进一步验证，并对射波刀机房屏蔽设计提出相关建议。

1. 对象：在某放射治疗机房内安装1台美国Accuray公司制造的M6型射波刀。相对于传统的放射治疗加速器的等中心，射波刀称为影像中心或机械中心。射波刀的影像中心距靶头0.8 m，X射线的最高能量为6 MV，影像中心处的X射线最高剂量率为10 Gy/min，影像中心处的最大照射野为11.5 cm×10 cm。此射波刀机房采用钢筋混凝土结构进行设计建造。四周墙体均按照主屏蔽进行设计建造。初始设计和建造情况：东墙和南墙为250 cm，北墙为220 cm，迷路内墙为153~182.5 cm，迷路外墙为61~90.5 cm。顶棚为110 cm。屋顶距离地面的高度为427 cm。地板为100 cm混凝土垫层。无地下建筑。防护门采用7 mm铅板和双层10 mm钢板。机房出入口采用迷路形式。迷路内口宽度为220 cm，高度为427 cm。机房西邻另外一间放射治疗机房的迷路，东邻水泵房，北邻过道，南邻控制室，为单层建筑。初始的机房平面布局示意见图 1。

注：a. 有用线束经过影像中心，不会直接照射机房西北角迷路外墙的情况；b. 有用线束不经过影像中心，直接照射机房西北角迷路外墙最南端的情况；c. 有用线束不经过影像中心，直接照射机房西北角迷路外墙最北端的情况 图 1 初始的射波刀机房平面布局示意图 Figure 1 Schematic diagram of initial layout of CyberKnife room

2. 检测仪器：采用德国Automess公司生产的6150AD型多功能辐射测量仪，对竣工后的射波刀机房进行防护检测。此检测仪器经过中国计量科学研究院检定，并在检定有效期内。

3. 屏蔽计算方法：在接受委托前，建设单位已经完成机房建设，接受委托后，笔者依据GBZ/T 201.2-2011^[4]和NCRP第151号报告^[1]中关于加速器有用线束屏蔽的计算公式，按照射波刀生产厂家提供的照射参数，有用线束经过影像中心，不会直接照射迷路外墙，复核其屏蔽厚度。在此机房防护验收检测时发现实际应用中还存在有用线束不经过影像中心的特殊情况，对该条件下有用线束直接照射迷路外墙的情况，通过再次屏蔽计算，为弥补机房迷路外墙屏蔽防护不足提供改造建议。

4. 检测方法：根据《放射治疗放射防护要求》(GBZ 121-2020)^[5]中的检测方法对机房辐射屏蔽效果进行检测。

1. 机房迷路外墙辐射屏蔽的计算结果：根据建设单位提供的机房辐射防护设计方案，加速器出束时，其有用线束应经过影像中心。此时，由于受到迷路内墙的遮挡，有用线束无法直接照射迷路外墙，见图 1中的路径a。经屏蔽计算，路径a入射经过的射波刀机房北墙的厚度应达到111.2 cm，实际设计达到了220 cm。机房竣工后，在对射波刀进行调试或对患者实施治疗的过程中，发现有用线束存在不经过影像中心并直接到达射波刀机房迷路外墙的情况，见图 1中的路径b和路径c。迷路外墙在路径b和c之间的区域为有用线束直接照射的范围。经计算，射波刀主射束通过迷路内口照射到迷路外墙的面积为31 726.1 cm²。路径b和路径c入射经过的迷路外墙的厚度分别为97.1和101.3 cm。为了保证迷路外墙在路径b和c范围内关注点处的周围剂量当量率控制在参考控制水平10 μSv/h以下，经过进一步计算，路径b和c入射经过的迷路外墙的厚度应当分别达到170.6和166.5 cm，结果见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 不同有用线束方向迷路外墙辐射屏蔽的计算结果 Table 1 Calculation results of radiation shielding of outer wall of the maze with different useful beam directions 有用线束方向 Ḣc (μSv/h) Ḣo (μSv·m2/h) R (m) f B TVL (cm) TVL1 (cm) Xe (cm) X (cm) 路径a 10 384 000 000 12.0 1 0.000 003 75 33 37 183.1 111.2 路径b 10 384 000 000 10.1 1 0.000 002 66 33 37 188.0 170.6 路径c 10 384 000 000 10.4 1 0.000 002 82 33 37 187.2 166.5 注：Ḣc. 关注点的剂量率参考控制水平；Ḣo. 在加速器有用线束中心轴上，距离产生治疗X射线束的靶1m处的常用最高剂量率；R. 辐射源点(靶点)至关注点的距离；f. 对有用线束为1；B. 辐射屏蔽透射因子；TVL. 辐射在屏蔽物质中的平衡什值层的厚度；TVL1. 辐射在屏蔽物质中的第一个什值层的厚度；Xe. 有效屏蔽厚度；X. 屏蔽物质的厚度

表 1 不同有用线束方向迷路外墙辐射屏蔽的计算结果 Table 1 Calculation results of radiation shielding of outer wall of the maze with different useful beam directions

2. 除机房迷路外墙的机房放射防护检测结果：按照屏蔽有用线束的要求，设计东墙、南墙、西墙和北墙。有用线束中心轴水平向上最大角度为22°，不会直接照射顶棚。按照屏蔽泄漏辐射的要求，设计顶棚。按照屏蔽泄漏辐射和散射辐射的要求，设计防护门。根据GBZ 121-2020要求检测，东墙、南墙、西墙和北墙外30 cm处的最高周围剂量当量率分别为0.02、0.03、0.25、0.02 μSv/h。顶棚外30 cm处的最高周围剂量当量率为1.13 μSv/h。防护门外30 cm处的最高周围剂量当量率为1.46 μSv/h。检测结果符合标准要求。

3. 机房迷路外墙放射防护检测结果：经过验收检测，在有用线束经过影像中心的情况下，距迷路外墙30 cm处的最高周围剂量当量率为0.31 μSv/h。在有用线束不经过影像中心的情况下，有用线束直接照射的机房西北角迷路外墙的范围内，距离其30 cm处的周围剂量当量率为23.54~301.67 μSv/h，超过参考控制水平10 μSv/h。路径b对应的迷路外墙30 cm处的周围剂量当量率为21.96~172.45 μSv/h。路径c对应的迷路外墙30 cm处的周围剂量当量率为251.73~ 301.67 μSv/h。路径b与路径c之间对应的迷路外墙30 cm处的周围剂量当量率为164.89~286.54 μSv/h。因此，需要在机房西北角迷路外墙外侧补充建造钢筋混凝土结构的屏蔽。射波刀机房左侧相邻区域为螺旋断层放射治疗系统的培训机房入口迷路。射波刀机房西北角迷路外墙屏蔽补偿部分位于螺旋断层放射治疗系统的培训机房入口迷路的拐角处。此处的人员居留因子T≤1/2，关注点的周围剂量当量率参考控制水平为10 μSv/h。通过屏蔽计算，同时考虑为射波刀机房西侧螺旋断层放射治疗机房的迷路留出合理的设备与人员进出空间，建议该补充屏蔽的横断面建设为梯形。根据路径b与路径c在迷路外墙对应的区域范围，设计梯形的短边为77 cm，长边为210 cm，高度为120 cm。此附加屏蔽体的总体高度为4.27 m，与迷路高度相同。横断面的规格见图 2。采取屏蔽补偿措施后，经再次检测，周围剂量当量率为0.23~2.14 μSv/h，低于参考控制水平，符合标准的要求。周围剂量当量率检测结果最高点位于屏蔽南侧与迷路外墙连接处，距离地面1.54 m。兼顾屏蔽补偿后的效果与迷路拐角处留出空间，如果增加的屏蔽体积太大，将影响设备和人员进出螺旋断层放射治疗系统的培训机房。有用线束直接照射的迷路外墙的特殊情况下，迷路外墙相关关注点屏蔽厚度增加前后的周围剂量当量率检测结果见表 2。

注：a. 有用线束经过影像中心，不会直接照射机房西北角迷路外墙的情况；b. 有用线束不经过影像中心，直接照射机房西北角迷路外墙最南端的情况；c. 有用线束不经过影像中心，直接照射机房西北角迷路外墙最北端的情况 图 2 改造后的射波刀机房平面布局示意图 Figure 2 Schematic diagram of modified layout of CyberKnife room

表 2(Table 2)

表 2 不同关注点有用线束直接照射的迷路外墙屏蔽厚度增加前后的检测结果 (μSv/h) Table 2 The test results before and after the increase of shielding thickness of exterior outer wall of the maze directly irradiated by the primary beam at different points of interest (μSv/h) 关注点 屏蔽厚度增加前 屏蔽厚度增加后 左侧上部 259.63 ~ 291.52 0.23 ~ 0.28        中部 279.45 ~ 301.67 0.25 ~ 0.29        下部 251.73 ~ 295.84 0.23 ~ 0.27 中间上部 164.89 ~ 265.73 0.35 ~ 0.41        中部 171.73 ~ 286.54 0.37 ~ 0.58        下部 165.19 ~ 254.71 0.29 ~ 0.46 右侧上部 23.54 ~ 165.84 0.53 ~ 1.95        中部 28.93 ~ 172.45 0.85 ~ 2.14        下部 21.96 ~ 167.54 0.45 ~ 1.73

表 2 不同关注点有用线束直接照射的迷路外墙屏蔽厚度增加前后的检测结果 (μSv/h) Table 2 The test results before and after the increase of shielding thickness of exterior outer wall of the maze directly irradiated by the primary beam at different points of interest (μSv/h)

NCRP第151号报告^[1]在射波刀机房的屏蔽计算示例中，对于迷路外墙，只考虑了加速器的有用线束通过影像中心，未考虑不通过影像中心的情况。对于有用线束通过影像中心的特殊情况，以此为依据进行射波刀机房的辐射防护设计存在照射情况考虑不全的情况，可能导致迷路外墙相关关注点位置附近的工作人员和公众受到超过参考控制水平的照射。与已有的研究^[6-7]相比较，本研究根据现场检测发现迷路外墙局部周围剂量当量率超过参考控制水平，指出射波刀存在不经过影像中心直接照射迷路外墙的特殊情况，通过计算提出加强局部迷路外墙屏蔽的方案并进行验证检测，结果满足要求。因此，从辐射防护最优化角度出发，对于目前已经建成的此类射波刀机房，建议用人单位通过自主检测或委托技术服务机构，在有用线束不通过影像中心的特殊情况下，对迷路外墙的相关关注点进行检测，及时评估辐射风险并采取纠正措施。对于正处于规划设计阶段的此类机房，设计方应当根据射波刀的实际照射情况，及时对辐射防护设计方案进行补充完善。据悉，近期本项目射波刀的生产厂家已根据本文研究内容修改了其在全球范围内的机房设计推荐方案。

考虑到射波刀临床放射治疗的照射情况多样化现状，建议相关国际出版物和国内已颁布的标准适时补充相关内容，明确提出关于此类机房的辐射屏蔽要求。

利益冲突  无

作者贡献声明  张继勉负责辐射屏蔽设计计算和撰写论文；杜钟庆负责现场检测和数据处理；曾强指导并修改论文