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医用直线加速器的安装要求分析

【】2015-07-22 点击次数
龚国丽 李 旦 张咏波:中山大学附属肿瘤医院 广东广州 510060

医用直线加速器的安装要求分析


龚国丽 李 旦 张咏波
REQUIREMENTS FOR INSTALLING MEDICAL LINEAR ACCELERATORS
GONG Guoli, LI Dan, ZHANG Yongbo


  【摘 要】 探索分析直线加速器安装的若干要求,从机房选址、场地设计及施工方面整理安装场地的准备流程:从机房选址、辐射防护及屏蔽、电气设计及注意事项等方面探讨高能量直线加速器的场地要求,总结出一系列适合直线加速器安装场地的准备要求,对日后安装同类设备具有重要的指导意义。
  【关键词】 直线加速器,安装场地,电气设计,注意事项
  doi:10.3969/j.issn.1671-332X.2015.01.050

  医用直线加速器具有剂量率高、剂量计算准确、治疗时间段,且对深部肿瘤的疗效预期理想等优点,因此,医用直线加速器在世界范围应用迅速发展,已成为主流的放疗设备。随着医疗事业的快速发展,“看病难”等社会矛盾依然凸显,病人排队看病等问题仍然存在,我院放疗诊断以及治疗的病人众多,排队候诊情况严重,医院为解决医疗设备资源严重不足而不断加大对医疗设备的投入。因此,我院亦陆续引进了多台医用直线加速器,设备成本昂贵以及其本身的电离辐射特点,因而机房环境的要求较高。本文结合我院今年引进的2台直线加速器的安装经验,从机房选址、场地设计、机房屏蔽以及电源等方面探讨、分析以及理顺直线加速器安装的若干要求。
     1 场地准备
     高能量医用直线加速器的电离辐射以及治疗的精准度要求,对机房的辐射控制以及屏蔽工程要求相当高,在场地准备过程,必须严格按照厂商以及设备的技术参数要求做好机房场地准备工作(见图1)。
     机房选址
     在正常工作的状况下,医用直线加速器在运行及运行停止后的短时刻内,存在辐射危害因素有x和γ射线[1],其中x射线还分为初级辐射、次级辐射、泄露辐射、天空散射与侧散辐射、中字辐射等,虽然这些辐射在正常情况下对从事放射性工作的人员不会产生确定性效应,发生的概率也基本能控制在可接受的水平。但随着国家对环境的职业防护要求不断提高,且本着对医院职工及患者的健康考虑,创造良好的就医环境,机房选址及辐射防护、环境评估显得尤为重要。
       从长远角度考虑,我院在2009年落成投入使用的放疗中心充分预期未来的医疗需求,预留了充分的机房空间,从环评的角度,选址在地下室,减少对周边居民环境影响,但仍然要从环评要求严格控制机房的辐射。因我院机房选址建在地下室,须充分考虑因压力造成的水渗漏以及电气安全等问题,积极为机器设备的安装做好场地准备。

图1 
  辐射防护设计以及屏蔽
     机房设计时应该充分考虑辐射防护设计部分,并由医院的基建部门委托有辐射防护评估资质的公司提供专业意见,确保机房辐射防护满足国家职业防护的相关法律法规。土建施工时,严格按照辐射防护设计,做好机房防护土建施工,不能随意改动防护墙尺寸。同时,并做好机房屏蔽施工,进一步防止辐射对环境的二次伤害。
       以Varian Trilogy医用直线加速器为例,该直线加速器具有2个全场(40×40)600 MU/Min光子能量,六个光子能量,特殊的6MV放射手术射术@1 000 MU/Min。直线加速器射束开启时,要求治疗室屏蔽以保护工作人员及病人。由单独的现场浇筑混凝土,铅/钢板组合提供屏蔽防护。根据机房是否存在迷宫及其长度,以及设备的能量,治疗室入口门的屏蔽量和类型有不同要求。为减少室外辐射暴露,空气处理管道应穿过迷道宫门上方进出机房,放置位置尽可能高,以减少占据空间的辐射暴露,应预留一定的空间以便往后的屏蔽更新。
       根据对比厂家机器的特点参数,精确计算辐射防护屏蔽墙体的厚度,为混凝土浇筑施工提供参考。主屏蔽墙是屏蔽沿入射电子方向发射的初级X射线的墙壁,是屏蔽防护的重点,也成为主要墙面,把屏蔽与电子束入射方向夹角为90°的初级X射线束的屏蔽墙叫副屏蔽墙,也成为次要墙面[2]。
       结合机房典型屏蔽参数(表1~表3),机房辐射屏蔽计算假设如下:主射束利用系数被定义为25%,占用被定义为100%或者10%,每周剂量限制定义为2 merm(20 μSν/周)。
       如果每天使用系统10小时,每周5天,每小时治疗6例患者,每次250rads,则IMRT治疗为0%时,标准程序的工作负荷定义为75 000 rads/w。主要墙面为W=75 000 rads/w; 次要墙面为W=75 000 rads/w。
       IMRT治疗为50%时,调制系数F=3时,标准程序的工作负荷为75 000 rads/w。主要墙面为W=75 000 rads/w; 次要墙面为W=15 000 rads/w。
       使用无平坦滤波器(FFF)模式(剂量率>1 000 MU/min)且IMRT治疗为20%,调制系数F=3时,SRS程序的工作负荷定义为200 000 rads/w。假设系统使用时间为每天10小时,每周5天,每小时治疗2例患者,每次治疗2 000 rads,典型预期每天平均6次分次治疗。主要墙面为W=200 000 rads/w; 次要墙面为W=280 000 rads/w。
       一般而言,高能量加速器通常要求带铅和硼酸聚乙烯芯以及机动操作的钢门,硼酸聚乙烯芯用以吸收快中字慢化后的热中字。

表 1标准程序的典型屏蔽

 

一组屏障 4MV 6MV 8MV 10MV 15MV 18MV 20MV
100%占用 66(1 676) 75(1 905) 84(2 134) 86(2 184) 91(2 311) 93(2 362) 96(2 438)
10%占用 53(1 346) 62(1575) 70(1 829) 72(1 829) 75(1 905) 78(1 981) 80(2 032)
二级屏障
100%占用 30(762) 33(838) 39(991) 40(1 016) 43(1 092) 43(1 092) 44(1 118)
10%占用 21(533) 22(559) 27(686) 28(711) 30(762) 31(787) 32(813)
 注:147磅/立方英尺英尺(2 355)千克/立方米混凝土的英寸

表2 标准程序的典型屏蔽50%IMRT,系数F=3

 

二级屏障 4MV 6MV 8MV 10MV 15MV 18MV 20MV
100%占用 34(864) 37(940) 42(1 067) 43(1 092) 47(1 94) 47(1 194) 48(1 219)
10%占用 24(610) 26(660) 31(787) 32(813) 34(864) 35(889) 36(914)
 注:147磅/立方英尺英尺(2 355)千克/立方米混凝土的英寸

表3 SRS的典型屏蔽20%IMRT,系数F=3

 

一级屏障 6MV 10MV
100%占用 81(2 057) 92(2 337)
10%占用 68(1 727) 77(1 956)
二级屏障  
100%占用 40(1 016) 46(1 168)
10%占用 29(737) 35(889)
 注:147磅/立方英尺(2 355千克/立方米)混凝土的英寸(毫米)数。
  场地设计及土建施工
     厂家派场地工程师到现场进行实地勘察,并根据设备的技术要求以及周边环境提出场地设计,由使用科室充分考虑就医环境提出具体的装修风格方案,一同交给专业单位对机房的土建、水电气敲定方案。由医院基建部门负责招投标确定施工单位,并监督施工单位严格按照施工文件及国家相关规范进行施工。
1.4 环境评估
     在设计与施工图纸完成后,医院基建部门可启动环评工作步骤,委托有环境评价资质的专业公司就本项目评价范围的环境质量现状,并依照相关标准与规范作出评价,并预测设备运行后对周边环境造成不良影响的范围和程度,结合现有工程的环境问题,提出辐射防护防治措施与对策,系统描述项目的可行性,并编制《医用直线加速器应用环境影响报告表》。医院及时完善《放射性核素安全操作规程》、《辐射防护和安全保卫制度》、《使用操作规程》、《突发事件应急预案等规章制度》,同时,基建部门应该及时向主管单位的环保机构、市、省环保部门申报批复文件,同时,医院还应向上级主管环保机构提交辐射安全许可证等申请材料,且须委托有资质单位开展辐射工作人员个人剂量监测工作,并撰写环境保护验收报告。最后,在原有的《辐射安全许可证》基础上申报增项,申请变更批复备案。
1.5 冷却系统及防火设计
     高能量冷却系统使用冷却剂、压缩空气以及环境要求等参考表4中的理想规格。

表4 理想规格

 

冷却剂流量 65F@4 GPM(18℃@ 15 LPM)
冷却剂的乙二醇含量 不超过50%
压缩空气 1CFM下 50 psi(1.7 m3/ gr下 3.6 kg/cm2)
室内温度 50%相对湿度,无冷凝
室内温度 70F(21℃)
最大冷却剂热负荷 25 KW(85.379 Btu/hr)
负荷(Chinac运行状态) 13.3KW(45.422 Btu/hr)

  此外,机房施工过程还须综合考虑防火要求,不建议在治疗室内使用洒水设备。此类设备的排水或意外泄露到治疗床凹陷处或机座内将导致大量维修工作及长时间关闭,建议使用热量探测器或光电感烟探测器,应符合所有区域监管法规要求。

(下转第134页)(上接第131页)
2 电气设计及注意事项
     强电
       配电设备安装应该符合国家标准,具体如下:电源电压380N,频率(50±1)Hz,每天最大电压波动范围为360~440 V,三相电压间每相的最大波动不得超过额定值的3%。
     弱电
       网络电缆必须至少为5El类,最小带宽100 Mbps,全双工(100 BaseT).从墙板到位于远程放置通信柜中的网络开关或路由器,电缆长度必须是<100米的一段。使用独特的标识符将RJ-45连接器标记为DATA连接,该标识符在接线板、开关或者路由器中界定端接点。
     注意事项[3]
     ①JCJ16-2008《民用建筑电气设计规范》规定直线加速器为一类负荷,需要双电源对主机部分供电。按要求机房须配置一套100 KV·A的稳压电源和一个失电压释放器,其中失电压释放器就是在紧急开关动作后,能使除控制变压器电路意外的内部电源都断开。
     ②设备电源线路应为独立电路,进线电缆须为多股铜芯线,接入断路器。配电柜要具备防开盖锁定功能,确保电气安全作业的需要。
     ③控制室电源与加速器主机电源必须共电源,在控制区域提供一个主开关,控制位于治疗室内的室内监视器以及所有配套的IT硬件,计算机必须有永久电源供电。各室内均有带地线的220 V的电源插座,以备维修时使用。
     ④在加速器立柱、治疗床及加速器调制柜上都要配有紧急开关(常闭式、手动复位型)。在治疗室内应有足够开光,使人在治疗室内,不需穿过主射束就能令加速器停机。
     ⑤设备要求绝缘良好的专用接地线,采用线径不小于50 mm2的多股铜芯线,并将接地线引到调制柜底下,接地电阻小于1Ω,理想值小于0.5Ω。
     ⑥防护墙上不允许有穿墙直通的管路,防止辐射源通过管道泄漏出去。电缆沟要做到通过温控机组和调制器的底座下,所有穿墙电缆沟必须垂直射线方向。
     ⑦室内照明灯、调光灯、激光定位灯、闭路电视系统及室内监视器都能用一个单独的室内主关闭控制。
     ⑧治疗室入口处,应设置出束警示灯,其开闭应受设备的操作台控制。治疗室应设置门、机连锁控制装置。在防护门安装时还需考虑断电或连锁控制装置故障时,提供葫芦手动推动防护门的应急方案。
     3 总结语
     直线加速器为我院常用的大型医用设备之一,使用效率非常高,而随着肿瘤患者的日益增多,现有的加速器仍然远远不能满足病患的需求。而目前使用的部分直线加速器也因使用年限久远,需考虑更新换代。通过总结现有的机房准备经验,分析与探讨机房准备的各环节以及注意事项,为日后安装同类设备提供积极的指导意义。

参考文献
[1] 张秀文.医用直线加速器基本原理与职业防护[J].中国医学装备,2012(4):18-22.
[2] 李 军.医用直线加速器室辐射屏蔽防护设计[J].干旱环境监测,2009(2).
[3] 侯加全.医院大型医疗设备机房电气设计中注意事项[J].电气应用,2009(6).
[4] JGJ 16-2008民用建筑电气设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

 
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