质子治疗机房的屏蔽设计方案国内外比较

目的 探讨国内外不同辐射防护标准对质子治疗机房屏蔽设计的影响。方法 以一个多室质子中心机房为例,分别根据美国国家辐射防护与测量委员会（NCRP）151号报告、新加坡辐射防护法案、英国ACoP指南以及国家标准GBZ/T 201.5-2015规定的辐射防护限值,得到相应的屏蔽方案。比较各个机房间隔墙和机房与控制室间隔墙厚度,在保持各个机房设计尺寸不变的前提下,从机房有效使用面积、建设成本等方面讨论上述4种屏蔽方案的差异性。结果 由NCRP 151号报告计算得到的各机房墙体（A~F）厚度最薄,由国家标准计算得到的墙体厚度最厚,其中两个旋转治疗室间隔墙厚度增加了1倍以上,总的治疗室使用面积减少17.69%,总建筑材料成本增加44万元。结论 通过比较不同屏蔽标准对质子治疗机房设计的影响,发现与其他国际法规或标准相比,我国现行的质子机房辐射屏蔽标准远高于其他国家,这会显著增加机房的屏蔽墙厚度,对国内的质子治疗技术的发展及将来升级到超高剂量率治疗模式都有一定影响。建议参考质子治疗技术相对成熟的国家标准和经验,适当放宽瞬时剂量率限值条件,增加更能反映现实治疗工况的时间平均剂量率（time averaged dose rate,TADR）限值条件,以更好地实现机房屏蔽设计的最优化原则。     

剂量率参考控制水平对加速器屏蔽设计的影响

目的 探讨剂量率参考控制水平对加速器屏蔽设计的影响.方法 根据GBZ 126-2011、GBZ/T 201.1-2007、GBZ/T 201.2-2011中关于加速器机房辐射屏蔽的要求,分别采用剂量率参考控制水平计算方法和周剂量控制水平计算方法对加速器机房的主屏蔽进行计算,并对计算的屏蔽厚度进行比较.结果 在周最大工作负荷相同的情况下,当计算的剂量率参考控制值大于剂量参考控制水平2.5 μSv/h时,计算结果会出现差异,屏蔽厚度差值最大达64 cm.15 MV能量的屏蔽厚度差值大于6 MV.同时,考虑了剂量率参考控制水平的情况下,加速器剂量率不同,所计算的机房的屏蔽厚度也不同.结论 在屏蔽计算时,首先要估算参考点的剂量率,满足剂量率参考控制水平的条件下再进行计算.     

中外近距离治疗机房辐射屏蔽设计标准应用比对

目的 中外近距离治疗机房辐射屏蔽设计考虑因素不尽相同,本研究以常见的高剂量率¹⁹²Ir源为例,分别应用国内外标准进行后装机房的屏蔽核算,比较计算结果分析差异产生的原因,为修订和完善现行国家标准提供参考。方法 对于典型的后装机房进行工作量估算,放射源初始活度10 Ci （1 Ci=3.7×10¹⁰ Bq）,分别按照英国医学物理与工程研究所IPEM75号报告、美国辐射防护委员会NCRP151报告和GBZ/T 201.3-2014国家标准设计后装机房屏蔽方案,详细比较不同参考标准的屏蔽限值、居留因子及其他因子的差异。结果 典型后装机房的年照射时长约为330 h,按照NCRP151报告、IPEM法规和GBZ/T 201.3-2014国家标准计算得到的控制室、屏蔽墙外、候诊区、相邻控制室和无人居留室顶等关注点位所需的混凝土厚度分别为70、65、61、70、50 cm,41、43、30、40、39 cm和84、79、46、88、39 cm。按照GBZ/T 201.3-2014国家标准计算得到的相应关注点所需的混凝土屏蔽厚度普遍偏厚,与NCRP151报告结果差别较小,IPEM75号报告计算得到的屏蔽厚度最薄;三者计算出的防护门的等效铅屏蔽厚度分别为1.170、0.854和1.040 cm,厚度相近。结论 我国现行后装机房屏蔽标准所推荐的计算方法和评价指标计算得到的屏蔽厚度与NCRP151报告的相似但偏保守,特别是现行国家推荐标中要求的瞬时剂量当量率评价指标以及过于保守的居留因子取值会显著增加主屏蔽区所需的屏蔽厚度。     

共用机房后装机屏蔽罩的设计

我院BJ-6B型医用电子直线加速器与HY-HDR18型高剂量率近距离后装治疗机共用一个机房，因加速器与后装机分时使用，加速器的能量(6MeV)远高于后装机(铱-192)的能量(7平均能量为380KeV)，所以按标准加速器机房屏蔽要求设计。加速器与后装机共用和非共用机房的最主要区别是：接受加速器放疗的患者(含头部、体部X刀治疗患者)和放疗技术人员与后装放射源(平时不治疗病人时^192Ir在后装机的储源罐中)接触的时间大大增加。笔者设计、制成后装机屏蔽罩，增加了10mm铅防护，加大了防护的安全系数。现将制作过程介绍如下：     

超高剂量率放疗在恶性肿瘤中的应用

放疗作为一种局部治疗手段,在肿瘤治疗中扮演重要的角色。在过去数十年间,放疗技术取得了进步,适形性、均质性不断增强,放疗效率提高,结果令人鼓舞。尽管如此,正常组织最大耐受剂量成为制约肿瘤区域放疗剂量进一步提升的瓶颈。如果能够减轻正常组织不良反应,则可给予肿瘤病灶较高的放疗剂量,从而取得更好的疗效。近年来,超高剂量率放疗（FLASH-RT）诱导的FLASH效应,使得保持相同的抗肿瘤效果的同时,对正常组织能够降低放疗诱发的不良反应。因此,成为国内外放疗界热门研究领域。目前,部分学者倾向于采用急性氧消耗学说解释FLASH效应,但FLASH-RT的正常组织保护作用仍有待阐明。此外,FLASH-RT的临床研究已初步展开,结果令人期待。本文基于现有的证据,对FLASH-RT在恶性肿瘤治疗中的研究进行了阐述,以期为该项新技术的临床转化应用提供参考。     

螺旋断层放射治疗加速器机房的屏蔽设计

螺旋断层放疗系统(TOMO)是一种整合了影像引导系统的调强放疗(IMRT)设备,它将能量为6 MV的直线加速器放在CT的滑环机架上,使用扇形X射线束实时照射[1].TOMO系统具有下列结构特点:源轴距(SAD)为85 cm,最大射野为40 cm×5 cm,不同于常规加速器的最大射野40 cm×40 cm.等中心剂量率最高可达9 Gy/min,而常规加速器的等中心剂量率一般不超过6 Gv/min.此外,TOMO系统还包括一块13 cm厚的主射线束屏蔽板,安装在与射线源相对的旋转机架位置处.基于这些特点,其机房的屏蔽设计与常规加速器的屏蔽设计存在很大差别.本研究探讨该设备的机房墙体屏蔽计算方法,以期为国内同行提供参考.     

高能医用电子直线加速器的机房屏蔽设计方案国内外比较

目的 分别根据中、外放射治疗机房辐射屏蔽标准,对低能医用电子直线加速器机房设计方案进行对比,为修订和完善现行国家标准提供参考。方法 按照美国国家辐射防护与测量委员会（NCRP）151号报告、英国电离辐射法规（IRR）17号和国家标准GBZ/T 201,对于一个每日平均治疗125例患者（90%为调强放疗技术）的6 MV X射线医用电子直线加速器机房,分别设计机房屏蔽方案,对比关注点（主束次屏蔽区A、B点、主束主屏蔽区C、D点、侧墙次屏蔽点E、室顶主屏蔽点F和室顶次屏蔽点G）所需的混凝土屏蔽厚度、治疗室内使用面积、室内层高和室顶承重。结果 按照NCRP 151号报告和IRR 17号法规,计算得到的A、B、C、D、E、F和G点所需的混凝土屏蔽厚度分别为79、105、136、166、104、137、76 cm和94、126、183、189、119、175、92 cm。而按照我国标准GBZ/T 201计算得到的相应关注点所需的混凝土屏蔽厚度是最厚的,特别是主束主屏蔽厚度的增加明显,分别为117、133、207、227、121、175、94 cm。与此同时,与NCRP 151号报告计算得到的屏蔽方案相比,治疗室内使用面积、室内层高显著降低,分别减小11.24%和7.13%,室顶承重增加更为明显（25.20%）。结论 与NCRP 151号报告和IRR 17号法规相比,按照我国现行屏蔽标准所推荐的计算方法和评价指标计算得到的屏蔽厚度是最大的,特别是现行国家标准中要求的瞬时剂量当量率评价指标会显著增加主屏蔽区所需的屏蔽厚度。     

回旋加速器工作场所辐射水平的调查与分析

目的 调查回旋加速器工作场所辐射剂量水平及其分布状况, 以期更好地指导现场人员的防护并为放射性药物生产场所的屏蔽设计提供技术依据。 方法 以某医院安装的1台HM-20S型回旋加速器及其放射性药物生产场所为研究对象, 使用LiF(Mg, Cu, P)热释光剂量计、CR39中子剂量计、NH-1B中子剂量当量率仪和451B剂量巡测仪测量加速器室内中子和γ射线辐射剂量率, 并对室外关注点的辐射水平进行验证。 结果 在质子能量20 MeV、束流100 μA条件下, 回旋加速器自屏蔽体南侧表面中子最高剂量率为北侧表面的63倍、γ射线最高剂量率为北侧的6. 0倍; 机房南墙内表面中子和γ射线剂量率分别为北墙内表面的11倍和5. 3倍; 机房东墙内表面中子和γ射线剂量率平均值分别为21 μSv/h和45 μSv/h, 西墙内表面中子和γ射线剂量率平均值分别为34 μSv/h和69 μSv/h。 结论 回旋加速器室内辐射水平及其分布状况与束流方向和靶位置等因素密切相关, 其实测值可用于指导场所的屏蔽设计和人员防护。     

一台15MeV医用电子直线加速器机房通风系统的技术改造

某医院一台15 MeV西门子Primus-M型医用电子直线加速器已设置在地下一层.为了弥补原设计中通风系统的缺陷,同时保证其辐射屏蔽防护系统的有效性,对已建成机房的通风管道实施了技术改造.其主要目的,是使机房通风效果满足<工作场所有害因素职业接触限值>GBZ 2-2002的要求[1],同时还要满足放射工作人员(5 mSv/年)和公众(0.3 mSv/年)的辐射剂量控制目标值的要求.     

一台15 MeV医用电子直线加速器机房通风系统的技术改造

某医院一台15 MeV西门子Primus-M型医用电子直线加速器已设置在地下一层.为了弥补原设计中通风系统的缺陷,同时保证其辐射屏蔽防护系统的有效性,对已建成机房的通风管道实施了技术改造.其主要目的,是使机房通风效果满足<工作场所有害因素职业接触限值>GBZ 2-2002的要求[1],同时还要满足放射工作人员(5 mSv/年)和公众(0.3 mSv/年)的辐射剂量控制目标值的要求.     

蒙特卡罗方法在质子重离子加速器治疗场所屏蔽计算中的应用

目的 利用蒙特卡罗方法建立质子重离子加速器治疗场所的屏蔽计算模型,为治疗场所的屏蔽设计提供可靠的计算方法。方法 采用基于蒙特卡罗方法的FLUKA程序建立质子重离子治疗场所的屏蔽计算模型,模拟质子重离子加速器治疗场所辐射场的分布,通过对质子重离子加速器治疗场所的检测,验证计算模型。结果 FLUKA程序模拟计算结果与现场检测结果具有较好的符合性。结论 FLUKA程序建立的质子重离子加速器治疗场所屏蔽计算模型能够模拟质子重离子产生的辐射场。基于FLUKA程序建立的屏蔽计算模型,质子重离子治疗场所屏蔽设计应根据加速器最高可达的束流强度及能量进行计算。在质子和重离子加速器运行时的治疗室辐射场中,中子对剂量当量的贡献是主要的,因此,屏蔽设计中应重点考虑中子的屏蔽。     

螺旋断层加速器自屏蔽结构对机房屏蔽防护厚度的影响

目的 探讨新型放射治疗设备螺旋断层加速器机房的屏蔽计算方法以及该型加速器自屏蔽结构对机房屏蔽防护厚度的影响,为螺旋断层加速器机房的屏蔽防护设计提供依据.方法 根据国家相关标准要求,结合机房几何结构,分别计算无自屏蔽存在情况下屏蔽主射线、散射线和漏射线所需的屏蔽厚度;根据螺旋断层加速器自屏蔽特点以及其辐射场特性,计算自屏蔽存在情况下机房辐射防护屏蔽厚度.结果 有自屏蔽结构的螺旋断层加速器机房防护屏蔽体的厚度与没有自屏蔽结构相比,其计算结果差异有统计学意义(t=3.576,P＜0.05);主射束区包括南墙、北墙、顶棚和地板,自屏蔽结构可以分别减少约95.59%、63.63%、80.73%和51.30%的屏蔽厚度.结论 螺旋断层加速器自屏蔽结构可显著减少其机房主射束区所需的辐射防护屏蔽厚度.对有自屏蔽结构的加速器机房的屏蔽厚度,应该根据其辐射场数据进行计算,也可将无自屏蔽情况下主射束区的计算结果减去自屏蔽等效屏蔽材料厚度来估算.

Abstract：

Objective To study the calculation of the room shielding thickness of tomotherapy accelerator,a new type of radiotherapy facility,especially the impact of the beam block on the shielding design.Methods According to the relevant standards,combined with the room geometry,the shielding thickness was calculated without the presence of the beam block,considering the primary beam,the scattered beam and leakage.Meanwhile,the shielding thickness was also calculated as comparison with the presence of the beam block,based on the characteristics of tomotherapy facility and its radiation field.Results There was statistical difference between the shielding thicknesses calculated with the presence of the beam block and those without the beam block,to the primary beam direction including the south wall,north wall,the roof and the floor,the shielding thickness were decreased by 95.59%,63.63% ,80.73%and 51.30% ,respectively.Conclusions For the tomotherapy accelerator,the beam block could be of great help to minify the shielding thickness of the room.The radiation field of the tomotherapy facility could be used for the calculation to improve accuracy,and the shielding thickness can also be estimated by subtracting the initial shielding thickness without beam block of the beam block equivalent thickness in the primary beam direction alternatively.     

Comparison of novel shielded nasopharynx applicator designs for intracavitary brachytherapy

PurposeNasopharyngeal brachytherapy is limited in part by the radiotolerance of nearby organs like the soft palate. This study explores several novel shielding designs for an intracavitary applicator to significantly reduce soft palate dose while adhering to the constraints of standard treatment procedure.MethodsThe Monte Carlo code TOPAS is used to characterize each prototype under typical high-dose-rate treatment conditions. Mucosal surface dose maps are collected to evaluate the shields on their dose reduction to the central and soft palate planning points and uniformity in their shielding profile. Practicality with respect to patient comfort and pretreatment imaging is discussed. History-by-history standard deviations are calculated for each simulation.ResultsA design with elliptical tubing containing bundles of tantalum wires provides the most significant attenuation with 39% and 27% dose reduction to the center and soft palate locations, respectively. Another design utilizing miniature lead spheres loaded into a constructed cavity shows 27% and 24% dose reduction to the same locations while providing more uniform shielding and several practical benefits. Both shields are designed to be completely removable for applicator insertion and pretreatment imaging. The mean and maximum standard error of relative dose measurements was 0.36 and 1.14 percentage points, respectively.ConclusionEach shielding design presented in this study provides a novel approach to safely and effectively shield healthy tissue during intracavitary nasopharyngeal brachytherapy. Analysis performed using Monte Carlo suggests that the design using metal spheres most practically shields the soft palate and should be advanced to the next stages of clinical optimization.     

Comparison of four methods used in determination of secondary shielding requirements for a teletherapy facility: a case study of Cs room in Tanzania

The performance of four methods often used to calculate the secondary barrier requirements is evaluated for a typical ¹³⁷Cs-therapy room as a case study. The first two methods are provided by the NCRP49 and IAEA and both consider the influence of the primary, leakage and scattered radiation at a point as corrected for the workload, use and occupancy factors. A different shielding model encompasses the third method, which determines the doses as corrected for build-up effects assuming the narrow beam geometry. The fourth method is based on the calculation of the dose rates from the source activity with a relevant gamma constant. In all four methods, an appropriate transmission factor for the protective barrier in question is applied. The results show that for controlled area, the similarity in the calculated thicknesses using all four methods was nearly within 50%. For uncontrolled areas, a significant difference of magnitude up to a factor of 2.4 was found, which is mainly attributed to the non-consideration of occupancy factors in the latter two methods. Nevertheless, the non-agreement is useful to validate the specific assumptions taken for the employed shielding method. Despite being slightly high, it is concluded that the current shielding methods based on NCRP fundamentals are satisfactorily optimal in planning new therapy facilities. However for existing facilities, such as those undesigned according to the standard requirements, the combination of the four different methods with the dose rate measurements tend to offer a better cost effective shielding option. Retrospectively, additional 41-cm thick concrete is recommended for the unshielded southern barrier of the ¹³⁷Cs room. Interestingly, the recommended thickness agrees to within ±5% with that estimated by using the recently recommended method by IAEA.     

A modified synchronous shielding technique in rotation therapy

Synchronous shielding in rotation radiotherapy involves the movement of an absorber across the X-ray beam profile during a rotation treatment. This procedure can shape the cross-section of a cylindrical treatment volume to avoid nearby radiosensitive structures but often produces unacceptable dose variations within the treatment volume. These effects may be reduced by modifying the dose rate profile of the beam using wedge-shaped filters attached to the absorbers. A mechanism is then required to orientate the absorbers and filters during the rotation. A prototype device was constructed and assessed experimentally using a 6 MV X-ray beam.