——医用直线加速器防护设计
王 政
山东同圆设计集团有限公司第三设计分院 山东 250001
【摘 要】作为社会科技和经济水平的发展的产物，放射治疗的重要性越来越多的凸显出来。但由于它所产生的高能电子辐射（X等射线等）对正常人体也具有强杀伤性，如果防护或使用不当同样会给医护人员和周边人群带来伤害。因此，如何设计一个合理安全的放射治疗室（科）是设计师所必须了解的。
【关键词】放疗；辐射；防护；屏蔽；迷路；医用直线加速器
一、概述：
作为社会科技和经济水平的发展的产物，其重要性越来越多的凸显出来。放射治疗作为治疗恶性肿瘤的一个重要手段，对于许多癌症可以产生较好效果。随着科学技术的发展、核技术的完善，加速器等先进设备正在进入各类医院，以用于肿瘤患者的放射治疗 。
然而，虽然医用直线加速器对肿瘤疾病有良好的治疗效果，但由于它所产生的高能电子辐射（X等射线等）对正常人体也具有强杀伤性，如果防护或使用不当同样会给医护人员和周边人群带来伤害。因此，如何设计一个合理安全的放射治疗室是设计师所必须了解的。
二、工程设计：
（一）工程选址：
考虑到人们的谈核色变的恐惧心理，其一般会独立设置在医院的较偏僻的地段，同时放疗中心又属于医技部分，需要与门诊、病房能够较方便的联系，因此，有时也会设置在门诊和病房之间。总之，要结合医院具体情况，综合考虑，统筹安排。
其次，由于医用直线加速器设备较重（一般都要几吨甚至十几吨重），再加上厚重的防护墙，这就基本决定了其只能设置于建筑的底层，而且还必须综合考虑周边水文、地质等因素，避免在土质松软的地方以及周边可能进行深挖建设的位置设计，在这些位置很有可能会由于机房处地基的不均匀沉降和倾斜造成机架底座、床基底座的不均匀沉降，这就会影响到加速器机架、准直器和治疗床三条轴线相对于等中心的误差，影响照射精度，从而降低治疗效果，甚至会造成严重后果。
（二）科室房间
（1）治疗室：治疗室尺寸一般不宜小于7000mmX7000mm，直线加速器就安装在治疗室内。
（2）控制室：需要设置控制台、对讲机等。面积相对较小，只需满足医生操作即可，开间一般大于3米。控制室与治疗室的设备管线通过地沟连接，并且在侧墙上需要穿过信号管与测试管。关于它们的防护设计将在后面具体说明。
（3）辅助设备室：顾名思义，主要是放置为加速器“服务”的设备仪器，如空调系统、除湿加湿系统，电气设备等。
（三）防护设计：
（1）防护墙防护
由于加速器在安装、工作和维修期间，都会产生X射线、中子射线和臭氧气体。X射线、中子射线具有较强穿透力，危害人体健康，因此在设计时，治疗室必须进行放射防护设计，以保证周围环境不受气污染。治疗室周围墙体及顶棚是加速器机房防护设计的重点。先做一下说明，治疗室内射线主要分为原射线、散射线和漏射线和漏射中子等，从加速器机头经准直器直接辐射出来的射线即为初级X射线；散射线是指原射线与周围物质相互作用而产生的射线。根据墙体所屏蔽射线的不同，可分为主屏蔽墙与次屏蔽墙两种，将沿入射电子方向发射的初级X射线能够直接直接照射到的叫做主屏蔽墙；散射线和漏射线向四周辐射，将他们所照射到的墙体统称为副屏蔽墙。对于射线的防护，主要是通过选用合适的建材和墙壁厚度来减少射线的辐射。主次屏蔽墙的厚度设计除与自身密实程度有关外还与治疗室外墙距加速器等中心的距离以及加速器的型号等因素有关，总体说来，距离越远辐射越小，所需屏蔽墙厚度越薄。经验告诉我们比较合适的屏蔽墙材料有铅板和混凝土。铅板有很好的抗腐蚀性，在射线照射下不宜损坏，但是成本高，不经济；混凝土综合性能要高些，且由于混凝土中氢元素含量多，可以使中子慢化，因此在工程中广泛应用。
（2）防护墙厚度换算：
假如由于基地用地受限，设计不出能够达标的墙体厚度或是原有用房改造等现实问题，还需要用到防护材料的替换，我们需要用比混凝土更加密实的材料来替代混凝土，从而起到在满足屏蔽功能的基础上减小墙体厚度的目的。前面提到过屏蔽墙所需厚度是与墙体密实程度有关的。在此简单说来，防护墙厚度换算的一个原则就是两种材料的质量相等（密度X体积=质量）。比如在只减小墙体厚度的前提条件下，厚度为1000mm的普通混凝土墙（密度：2.3g/cm3），若是换成重晶石混凝土墙体（密度：3.2 g/cm3），则需要墙厚=1000X2.3/3.2（mm）=720mm；又如在改造工程中需要在墙体中嵌入钢板（密度：7.8 g/cm3），则每增加100mm厚的钢板就可以减少普通混凝土墙体厚度为：100X7.8/2.3=339.1（mm）。附表1是通过大量工程总结出几种常用材料的密度，以便于换算：
笔者认为，作为建筑师，对于防护墙厚度精确计算确实不必深究，但一定要有所了解，避免因设计的防护不足而导致后期翻工，费时费力，而且也会耽误工期，造成资源浪费。
（3）.迷路防护设计：
此外，为了防止少量的漏射线穿出，还需设置“迷路”——进入治疗室的唯一通道。迷路一般要设计为“U”形或“S”形，这种方式能有效消耗散射线和漏射线的辐射能量，从而减少防护门的厚度。在迷路设计中应注意以下几个方面：一般需要2000mm宽即可，太宽不利于防护，过窄不利于设备进出（另有设备进出口的除外），长度不宜过长，太长也会造成不必要的浪费，保证在迷路出口处看不到室内有用线束照射到墙面即可，墙体厚度以减少迷路外墙处的辐射强度为原则。为使尽量少的射线进入迷路，在迷路与治疗室的入口处宜加设过梁，以减小洞口面积。此外迷路外墙中最好掺加一定的硼、锂化合物，因为硼、锂元素可以俘获吸收中子。
迷路出口处要设置专门的防护门，由于射线经过多次散射到达迷路外口靠近防护门处已经很少了，所以防护门的另一作用是对中子的屏蔽（10Me以上加速器工作时可产生部分中子）。屏蔽门一般采用铅板，外包钢板，屏蔽门大小应将墙体门洞覆盖，重合尺寸一般要大于100mm，以确保万无一失。
（4）.其他防护设计
送、排风口位置宜设置在治疗室的四角，且成对角线分布，排风口宜设置在房间低处。送风口宜设在高处，这样是最利于机房内空气对流的。如果治疗室采用的上前面所述的分割为内外两室的做法，这样送排风系统还要加倍。
送、排风管道穿墙时同样需要采用“U” 或“S”形，以防止射线泄漏。一般都是采用成品不锈钢模具先根据送排风管大小制模，绑扎固定于钢筋骨架上，待混凝土浇筑时一次成型。这就要求前期的设计必须一步到位，做到定位准确，大小设计合理，同时对施工也有着更高的要求。
此外，许多医院的直线加速器都会预留设备吊装口，或是预留门洞，以便于设备运输安装，后期再将预留洞封堵。这里需要说明的是，预留洞处一般会设计成凹、凸或者折型的，后用专门的砼块封堵，这样对防止射线从空隙穿出具有良好的效果，由于这些细小部分往往被忽视，在此特别提到，在设计中一定要重视起来。
四、结束语
在科技快速发展的今天，尤其是医疗领域，直线加速器作为其代表作之一，必将成为当今各类医院所普及的医疗设备，在人类与肿瘤的斗争史中写下重重的一笔。作为一名建筑师，只有懂得其工艺流程，了解其防护原理，才能设计出合理的建筑，使其更好的发挥作用。
参考文献：
[1].<<γ射线屏蔽参数手册>>．原子能出版社
[2].医用电子加速器卫生防护标准（GBZ126-2002）.中华人民共和国行业标准
[3].医用直线加速器. 杨绍洲 .人民军医出版社.
[4].放射卫生防护知识介绍.北京市疾病预防控制中心放射卫生防护所
论文作者:王政
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第4期
论文发表时间:2016/9/1
标签：射线论文; 加速器论文; 防护论文; 厚度论文; 墙体论文; 屏蔽论文; 混凝土论文; 《低碳地产》2016年第4期论文;