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质子辐射防护:不仅是墙更厚更高

更新时间:2018-03-06 点击数:279

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DOTmed总裁Philip F. Jacobus与Diagnostic and Treatment Center of International Institute of Biological Systems (DTC IIBS)创始人、首席执行官Arkadi Stolpner博士是生意上的伙伴,近期,他们针对质子放疗的辐射防护进行了一番问答。

Philip F. Jacobus(下文简称PF):当你决定涉足放疗领域时,你对放射防护的了解有多少?

Arkadi Stolpner(下文简称AS):我购买的第一台放疗设备是Elekta的伽马刀设备。实际上我当时对治疗室辐射防护这个问题考虑的并不多,因为当时我更担心关于钴使用的一些规定。我们国家政府(俄罗斯)对钴和其他放射性材料的使用要求非常严格,制定了许多规定。安装第一台伽马刀时我们必须严格按照规定进行。

而这也是我第一次接触放射治疗室的辐射防护问题。我是一个善于自学的人,通过拜访这个领域的医生和相关专家我了解到治疗室必须拥有20-25cm厚的水泥墙。我进一步了解到一般来说,放射线能量越高,墙就要越厚。



PJ:不同放射治疗方法所需要的防护墙厚度有什么不同?

AS:每个国家的放射防护标准都不同。俄罗斯与欧洲其他国家的不同,与北美洲的也不同;但是在俄罗斯,伽马刀所需要的放射防护水平是最低的。

比如,在部分地区我们的CyberKnife治疗室的防护墙厚度是2m,而我们的Variance TrueBeam治疗室则需要2.5m厚的水泥墙。对于质子治疗中心来说,有时墙需要15英尺厚(4.57米)。但在其他国家,质子中心墙厚度可以仅为6.5英尺(1.98),但可以肯定的是质子中心墙的厚度一定大于其他放疗中心。但是当然,质子中心治疗室、辅助设施和基础设施的建设都是由一队专业工程师和物理师完成的。关于辐射防护,需要遵守许多规定。放射治疗的放射线能量越高,空气中的放射辐射或离子就越多,因此需要考虑特殊的通风需求。

电缆的路径也很重要,应该将电缆暴露在最低的放射线下。在有些情况下需要去污层。内墙的部分相对容易拆除并作为辐射性废物处理,因此在选择去污层材料时要谨慎,应该选用最不易被放射线影响的材料。对于质子和高能粒子加速器来说,我们借助于特殊的数学模型算法(Monte Carlo法)得出在设备运行当中剂量分布数据图。有了剂量分布图,我们就能够计算出所需要的防护的几何形状以及最有效的防护材料。

PJ:墙体厚度是质子中心和直线加速器或伽马刀治疗中心之间唯一的差别嘛?

AS:当然不是。对于直线加速器来说,只有安装加速器的治疗室需要放射屏蔽。但是对于质子中心,回旋加速器和治疗室都要屏蔽。当束流从加速器中射出沿束流线传递时,需要2次转向:第一次质子束流到达质子机架后方,第二次束流进入质子机架。

在这些转向区域会产生大量的中子散射,因此这些区域的墙体必须非常厚,大约15英尺(4.57米)。为了能够有效减少并进一步屏蔽中子,可以使用塑料或聚氯乙烯。由于是非带电粒子,中子的穿透能力特别强,这样的额外防护能够起到很好的屏蔽作用。

在束流线两侧和治疗室周围,沿着建筑墙体需要一圈水泥墙。对于直线加速器放射治疗中心,这道墙需要15英尺(4.57米)高,而质子中心的这道墙需要大约60英尺(18.29米)。因此建造质子治疗中心在回旋加速器、束流线、束流转向处和治疗室之间的水泥墙所需的水泥比直线加速器中心或伽马刀中心多得多。

众所周知,水泥的浇灌和成型是一个过程,水泥墙更高更厚就意味着需要更多的时间浇灌并使其冷却成型,因此也会贵很多。大量的水泥冷却时会散发大量热量,因此墙体可能会出现热裂纹,会严重降低墙体的防辐射功能。为了防止这种情况发生,必须使用高级别水泥,并专门冷却成型,同时在灌注后能够彻底搅拌。

PJ:水泥墙的厚度和水泥质量是建设传统直线加速器治疗中心和质子中心的唯一差别嘛?

AS:当然不是,差别远不止这一项。在灌注水泥之前,水泥墙框架里需要放置数米长的管道。这些管道用于放置电缆、水和其他质子治疗系统需要的设施,这些结构的设计比直线加速器中心复杂得多。并且为了保障水泥墙的防护作用,这些管道必须像蛇一样蜿蜒盘曲。多次转弯会增加散射,这对辐射防护来说是好事,因此不能让放射线直线传递。质子治疗中心的墙体的建设时间更长,不仅仅是因为墙体更厚更高,主要原因是墙里的基础建设非常复杂。

PJ:有没有其他需要考虑的因素?

AS:准备工作。俄罗斯有一句老话“不做准备的人注定失败(he who fails to prepare is preparing to fail)。”在准备水泥灌注区域和水泥灌注之前我们要做很多准备工作,考虑很多事,在正式建造墙体之前我们要做许多次的假设。

PJ:那地板和天花板呢?

AS:根据俄罗斯的规定,在直线加速器或质子治疗系统上方和下方我们不能安排员工区域。由于设备本身的重量,因此设备通常被置于地下。理论上,我们的地板和天花板都厚6.5英尺(1.98米)。我们安装每一台设备时都考虑到有一天可能会将设备移走,因此我们的大多数设备都安装在升降口下方。有时候会在治疗室的技术区安装固定起重机,以方便日后的保养和维修。

PJ:你认为用特殊水泥砖一块一块的建防护墙怎么样?

AS:在建筑工程中使用这种方法当然非常节省时间,但我不确定真的有人在建质子中心的时候使用这种方法。不可否认的是这项技术经过测试并证实不仅可以用于高能光子治疗中心的建设,还能用于质子中心的建设。但这种技术非常昂贵,并不是谁都用的起。但是从另一个角度来讲在建筑过程中节省时间非常重要。我可以想象当这种模块或砖块开始应用以后管道施工会更简单。

PJ:建筑时间需要多久?

AS:2间伽马刀治疗室花了1个月,我们已经安装了多台直线加速器,一般安装之前的准备时间为2-3个月。质子中心的建设需要1年或更长的时间,质子中心大约40%的空间都用于安放设备。

PJ:你对质子中心的建设还有什么意见?

AS:建设这家质子中心是我职业生涯里最艰难的项目之一。我每天都到工地来查看,已经9个月了,预计未来24个月还要继续。我对质子治疗非常有信心,我觉得质子治疗非常有前景,我很高兴能够参与到这个项目中,我相信我们的努力在未来会挽救很多生命。


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