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醫(yī)用直線加速器的輻射危害與防護*

2019-01-16 19:15高關(guān)心夏慧琳李彬和邊嵩鑒蔣京航梁韻婕
中國醫(yī)學裝備 2019年4期
關(guān)鍵詞:加速器放射治療X射線

岱 欽 高關(guān)心 夏慧琳 夏 婷 李彬和 邊嵩鑒 蔣京航 梁韻婕

當前,放射治療在腫瘤治療中的作用和地位日益突顯,已成為繼手術(shù)治療和化學治療后又一種治療腫瘤手段。1951年瑞典神經(jīng)外科專家Lars Leksell第一次提出立體定向放射治療概念,1967年第一臺伽馬刀問世并投入臨床應(yīng)用。進入21世紀,隨著計算機技術(shù)及X射線計算機斷層成像(X-ray computed tomography,CT)影像技術(shù)的發(fā)展,放射治療發(fā)展迅速。立體定向放射治療是通過對病變進行準確定位,使用高能射線給以多個非共面小照射野三維集束照射靶區(qū),殺死癌變組織細胞的治療手段[1]。醫(yī)用直線加速器作為立體定向放射治療設(shè)備的重要組成,是高能射線產(chǎn)生的核心部件,臨床使用中,對醫(yī)用直線加速器的安全性和可靠性要求極為嚴格。放射線的特性導致人在受到照射后無表觀反應(yīng),但組織及器官經(jīng)長時間照射后會因此發(fā)生病變。目前立體定向放射治療設(shè)備種類繁多且發(fā)展日新月異,但對其最基本的要求是安全性和有效性。

1 醫(yī)用直線加速器應(yīng)用中的潛在危害

國家標準《醫(yī)用電氣設(shè)備第1部分:安全通用要求》(GB 9706.1-2007/IEC 60601-1:1988)是杜絕和減少醫(yī)療器械危害的重要準則,是對醫(yī)療器械進行檢測的基礎(chǔ),表明醫(yī)療器械,包括醫(yī)用直線加速器在使用過程中,對人體可能會產(chǎn)生多種危害,其中最主要且最常見的是能量型危害。醫(yī)用直線加速器運轉(zhuǎn)每分鐘可產(chǎn)生數(shù)萬至數(shù)十萬拉德劑量的高能電子束和X射線。因此,醫(yī)用直線加速器是一個強輻射源,可能會對周圍人員,包括醫(yī)護人員、臨床工程師和患者產(chǎn)生危害,導致受輻射人員重病甚至是死亡[2-3]。蘇小巖[4]等研究報道,放射治療肺癌術(shù)后, 因照射野和照射劑量過大導致1例致死性放射性肺炎。

1.1 X射線輻射危害

醫(yī)用直線加速器通過經(jīng)電場加速的電子高速撞擊陽極靶產(chǎn)生X射線,并進一步準直、束流產(chǎn)生治療所需的X射線,分為初級輻射、次級輻射及泄露輻射。①初級輻射又稱為有用輻射,是治療所需的輻射線;②次級輻射指有用輻射與物質(zhì)發(fā)生相互作用而產(chǎn)生的電離輻射;③泄漏輻射是輻射源散發(fā)出的輻射未被設(shè)備自身的防護屏蔽而逃逸出的無用射線[5]。有研究表明,長時間接觸X射線,成熟T淋巴細胞、輔助誘導T細胞及抑制和(或)殺傷T細胞數(shù)目均有不同程度減少,證明X射線主要通過抑制成熟T淋巴細胞數(shù)量影響并調(diào)節(jié)細胞免疫,起到對人體免疫功能抑制的作用[6]。此外,還可產(chǎn)生一些不可逆的改變,如基因突變及染色體變異等。通過細胞培養(yǎng)法研究X射線誘發(fā)的人外周血淋巴細胞T細胞抗原受體(T cell receptor,TCR)基因突變情況,發(fā)現(xiàn)隨著照射劑量的增加,TCR基因突變頻率隨之上升[7]。

1.2 中子輻射危害

當醫(yī)用直線加速器的射線能量>10 MeV時,高能光子會與治療頭X射線靶、治療準直器及X射線均整器等多種具有高原子序數(shù)的材料(如鉛、鎢等)發(fā)生光核反應(yīng)產(chǎn)生中子輻射[8]。治療室內(nèi)產(chǎn)生的光中子一部分來源于高能量X射線與醫(yī)用直線加速器機頭相關(guān)部件的光核反應(yīng)(如γ、n光核反應(yīng)),一部分來自于治療室墻體結(jié)構(gòu)的散射。有研究表明,腫瘤細胞被X射線殺死的同時,人體正常細胞也因受到中子輻射的照射而導致細胞誘變和畸變。當中子積累并達到一定能量時,可能引發(fā)第二腫瘤[9-10]。通過子宮癌相關(guān)流行病學調(diào)查發(fā)現(xiàn),在治療過程中,接觸大量的中子射線,會誘發(fā)子宮臨近部位白血病和第二實體腫瘤的產(chǎn)生[11]。

1.3 感生放射性危害

放射治療過程中,每次治療不僅會產(chǎn)生像X射線輻射、中子輻射之類的瞬發(fā)輻射,也會產(chǎn)生緩發(fā)輻射,緩發(fā)輻射又稱為感生放射性。感生放射性的產(chǎn)生是由于>10 MeV的醫(yī)用直線加速器,通過光核反應(yīng)產(chǎn)生泄漏或污染的中子發(fā)生活化所導致,放射治療射束停止后,仍有輻射存在的現(xiàn)象[12]。其主要特點有:①輻射劑量隨著醫(yī)用直線加速器的開機時間而累積;②在醫(yī)用直線加速器關(guān)機時依然存在;③隨時間放射性慢慢減少。感生放射性對人體造成的不良影響具有潛伏期長、效應(yīng)出現(xiàn)較晚的特點[13]。感生放射性相對于瞬時輻射更具有隱蔽性,研究人員利用個人劑量計測量臨床使用者手部和軀干的劑量,感生放射性劑量在年劑量中占到30%以上[14]。對人體產(chǎn)生危害的主要部位包括骨骼、肺、甲狀腺及性腺、乳腺、皮膚以及眼晶體等,并誘發(fā)相對應(yīng)的白血病、甲狀腺癌、生育能力受損、乳腺癌及皮膚癌等惡性疾病。

2 醫(yī)用直線加速器質(zhì)量控制標準

醫(yī)用直線加速器使用過程中,若缺乏相應(yīng)的安全管理標準,很可能發(fā)生安全事故并對治療人員造成傷害。因此,為保證醫(yī)護人員、臨床工程師和患者安全,相關(guān)部門編寫了醫(yī)用直線加速器安全標準,保障醫(yī)用直線加速器的安全運行。圍繞醫(yī)用直線加速器輻射安全相關(guān)內(nèi)容,闡述醫(yī)用直線加速器的輻射安全及相關(guān)技術(shù),包括泄露輻射的標準、劑量的精度以及光射野的一致性等內(nèi)容。

2.1 泄露輻射標準

國家標準《醫(yī)用電子加速器性能和試驗方法》(GB 15213-2016)規(guī)定了泄露輻射的相關(guān)安全和技術(shù)要求:①X射線輻射。在正常治療距離,固定線束裝置截面內(nèi),透過限束裝置的漏射線吸收劑量與有用線束中心軸的最大吸收劑量之比,應(yīng)滿足X射線治療時10 cm×10 cm的照射野內(nèi)≤2%;②中子輻射。X射線標稱能量>10 MeV的醫(yī)用直線加速器在正常治療距離,垂直于有用線束中心軸并以軸為中心,半徑為2 m的圓平面上,最大有用線束外的中子泄露輻射不得超過有用線束中心軸吸收劑量的0.05%(最大)和0.02%(平均),電子軌道1 m處的中子泄露輻射不得超過正常治療距離上有用線束中心軸吸收劑量的0.05%;③感生放射性輻射。X射線標稱能量>10 MeV的醫(yī)用直線加速器,距離設(shè)備表面5 cm和1 m處有感生放射性所造成的吸收劑量率分別≤0.2 mGy·h-1和0.02 mGy·h-1[15]。國家標準中,對醫(yī)用直線加速器使用過程中可能產(chǎn)生的輻射線的量及范圍都給出了明確的規(guī)定,對醫(yī)用直線加速器的安全使用起到合理規(guī)范的作用。

2.2 劑量精度標準

國際衛(wèi)生組織對泄露射線的最大允許值進行了規(guī)定,要求范圍是-2%~2%之間,所以100 MU標準定標條件下,校準吸收劑量實際測量值必須在98~102 cGy范圍內(nèi),最好控制在1%以內(nèi)[16]。有研究表明,醫(yī)用直線加速器造成的靶外器官所受輻射劑量水平受加速器的劑量精度、能量、照射方向和能量大小影響,所以也可通過嚴格把控劑量精度控制泄露射線[17]。劑量精度和腫瘤治療的有效性和安全性息息相關(guān),Shalek[18]研究證明,臨床上±5%的劑量偏差會導致腫瘤控制率的明顯變化。因此,臨床放射治療計劃實施前,需進行不斷的驗證,確保劑量精確,達到殺死腫瘤細胞,保護周圍健康組織的目標。

2.3 光射野一致性標準

除劑量精度影響泄露輻射外,光射野一致性對醫(yī)用直線加速器的泄露輻射也有較大影響。光射野一致性為光野邊緣與輻射野邊緣之間沿兩主軸方向的最大距離,對醫(yī)用直線加速器的安全保證非常重要。若不能及時精準的校對光野、射野的一致性,就會產(chǎn)生多余的泄露射線。國外有關(guān)統(tǒng)計表明,有50%的光射野一致性誤差>5 mm,國內(nèi)醫(yī)院也做過相似的統(tǒng)計,結(jié)果與上述數(shù)據(jù)基本吻合[19]。因此,國家標準及美國醫(yī)學物理學家協(xié)會(American Association of Physicists in Medicine,AAPM)對醫(yī)用直線加速器的光射野一致性誤差要求均<±2 mmp[20-21]。

醫(yī)用直線加速器使用過程中要做大量的統(tǒng)計調(diào)查,要與相關(guān)的安全標準進行比對并及時校準,通過校準可最大限度降低風險發(fā)生率,避免醫(yī)用直線加速器安全隱患。

3 醫(yī)用直線加速器應(yīng)用中的安全防護

放射物理治療領(lǐng)域中,放射治療質(zhì)量控制標準化受到了極大的重視,醫(yī)用直線加速器產(chǎn)生的多種輻射危害,會對參與整個放射治療行為的醫(yī)生、臨床工程人員及患者造成額外的傷害,除需要進行人員防護,也需要通過對設(shè)備進行相關(guān)的安全管理,達到安全防護的目的。

3.1 人員安全防護

人員的安全防護可分為患者的安全防護和放射治療相關(guān)工作人員的安全防護,包括醫(yī)生和臨床工程人員。患者的防護要求醫(yī)用直線加速器實際與計劃照射情況必須一致,在制定放射治療計劃過程中,放射治療類型、給予治療的條件和方式、治療野及放射治療劑量要進行反復核對,減少人為因素導致的意外事件[22]。操作人員需嚴格遵守各項操作規(guī)程,密切注視控制臺儀表及患者狀況,發(fā)現(xiàn)異常及時處理。對醫(yī)生、臨床工程人員的安全防護,要求在整個放射治療過程中嚴格遵守相應(yīng)的安全流程,要定期檢查設(shè)備的各個部件是否安全有效,保證醫(yī)用直線加速器的各項指標在國家規(guī)定的范圍內(nèi)[23]。此外,臨床工程師在檢修工作時,需充分做好相關(guān)防護,遵守放射安全制度,定期檢查設(shè)備的安全連鎖裝置[24]。同時,醫(yī)生和臨床工程師應(yīng)配備個人劑量報警儀等個人防護用品,定期對個人劑量監(jiān)測和健康查體,組織放射性法規(guī)學習培訓,制定詳盡的放射事故或放射突發(fā)事件應(yīng)急預案[25]。

3.2 加速器安全防護

醫(yī)用直線加速器的安全運行需要特殊的條件,需對機房及相關(guān)屏蔽設(shè)施進行精密的設(shè)計,按照設(shè)備的技術(shù)要求做好機房的準備工作,包括機房的防護墻及迷路設(shè)計。機房的防護墻選擇一次性澆筑成型,迷路設(shè)計需根據(jù)設(shè)備性能選擇最適合的迷路,常用的迷路設(shè)計包括L型迷路和Z型迷路[26]。日常使用過程中要定期檢查機器固定件的牢靠性、鉛擋塊的粘合性以及有機玻璃支架或床面的老化程度等[27]。要嚴格按照設(shè)備的檢查頻度要求,及時校正醫(yī)用直線加速器的機械、幾何及電氣參數(shù),確保機器設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

3.3 建立放射治療質(zhì)量控制制度

隨著放射治療市場的擴大,放射治療技術(shù)的發(fā)展,各類放射治療機構(gòu)及設(shè)備不斷發(fā)展,與此同時相對應(yīng)的放射治療質(zhì)量控制工作卻未能進行或進行的不完全,缺少規(guī)范化、系統(tǒng)化和可持續(xù)的質(zhì)量管理模式,因此需要建立放射治療質(zhì)量控制制度。借鑒歐美發(fā)達國家的經(jīng)驗制定自己的質(zhì)量控制制度,制定放射治療的規(guī)范化流程,要求工作人員明確自身的責任與權(quán)利,從放射治療計劃設(shè)計到各個環(huán)節(jié)制定相關(guān)質(zhì)量控制制度,并由專業(yè)人員定期對質(zhì)量控制相關(guān)數(shù)據(jù)分析,實現(xiàn)全流程規(guī)范化管理。重視放射治療的質(zhì)量控制,需根據(jù)實際情況調(diào)整放射治療中心的安全防護措施,消除有可能引起或影響放射治療效果的因素,達到最優(yōu)的質(zhì)量要求,有效治療患者,確保放射治療事業(yè)長期平穩(wěn)發(fā)展[28]。

醫(yī)用直線加速器的安全防護是一項危險度高涉及面廣的工作。作為放射治療相關(guān)工作人員,應(yīng)嚴格遵守各項安全防護制度,不斷增強安全知識,提高業(yè)務(wù)操作水平,做好日常醫(yī)用直線加速器質(zhì)量控制和個人安全防護,更好地為患者服務(wù)。

4 展望

隨著我國醫(yī)療水平的提高,醫(yī)用直線加速器的廣泛使用使患者的生存質(zhì)量及生存時間得到了有效提升,但也帶來了潛在的安全隱患。通過對輻射相關(guān)的危害進行綜述和分析,針對性的討論安全防護措施,需不斷完善相關(guān)安全制度,早日建成遠程互聯(lián)網(wǎng)安全管理監(jiān)測系統(tǒng),對醫(yī)用直線加速器的各項性能進行實時監(jiān)測,最終達到規(guī)范放射治療流程,把關(guān)放射治療質(zhì)量,以期實現(xiàn)精準治療的目的。

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