某醫用直線加速器機房改造結構設計方案探討

宗玉霞

摘要：本文以某醫用直線加速器機房改建項目為例，針對某醫用直線加速器機房頂部預測輻射劑量率超標情況進行改造設計，根據輻射防護最優化原則和《放射治療機房的輻射屏蔽規范第2部分：電子直線加速器放射治療機房》（GBZT201.2-2011）的相關要求，提出2種改造方案，從結構設計、建筑布局等方面進行對比研究，提出最優改造方案，經理論預測改造后機房頂部的輻射劑量率低于相關限值，同時，本次提出的改造設計方案，可為同類項目提供技術參考。

關鍵詞：直線加速器，改造，結構設計

中圖分類號：（TU398）文章標志碼：（A）?? 文章編號：1672-5360（2013）02-0000-00（編輯填寫）

1引言

醫用直線加速器產生的X射線或電子束照射身體的腫瘤組織細胞，使細胞分裂和代謝遭到破壞，殺死或者抑制細胞的繁殖生長，從而達到治療的目的。醫用直線加速器結構簡單，不使用放射源，便于管理，所以成為目前醫院放射治療的主要手段。但同時運行產生的X射線或電子束對周圍環境及人員會產生不必要的照射，因此需對機房進行屏蔽防護，用加厚混凝土澆筑防護是目前很有效的防護手段，但由于醫院設備選型改變、未考慮機頭360 度旋轉等種種原因，有時會導致在結構設計時未留有屏蔽厚度余量， 在機房建成后屏蔽體外輻射劑量率不滿足限值要求。

本文針對醫用直線加速器機房頂部輻射劑量率超標案例進行結構改造設計方案對比研究，推薦最優方案，對保障醫用直線加速器機房周圍輻射環境安全及人員健康，具有重要意義，同時可為日后其它案例提供技術參考。

2基本原則

機房改造設計應遵循GBZ-201.1-2007^[1]中規定的最優化原則，在不影響原有建筑物的安全性、適用性的前提下補充增加防護厚度，屏蔽機頭產生的主射線和散漏射線，使其距機房頂外表面 30cm處的輻射劑量率滿足2.5μSv/h的限值要求。

3改造設計

3.1機房現狀

根據原設計資料，某醫用直線加速器設有“L”迷路。屏蔽墻體均為一次性澆筑的鋼筋混凝土墻體，機房東側主屏蔽墻體厚度為2400mm，次屏蔽墻體厚度為1550mm，西側密道內外屏蔽墻體分別為1800mm、1200mm;南側屏蔽墻厚度為1550mm，北側迷道內外屏蔽墻體厚度均為1550mm，頂部防護為600mm，底部為土層不需要設置單獨防護，防護門具備8mm鉛當量防護效果。機房平面布置圖見圖1。

經防護計算，醫用直線加速器機房四周屏蔽體外30cm處的輻射劑量率均滿足限值，而頂部設計階段未考慮機頭360度旋轉，則頂部主射線掃過的區域屏蔽體外30cm處的輻射劑量率不能滿足限值，需按照主屏蔽墻進行結構設計改造。

3.2結構改造設計方案

根據以上分析，機房頂部未考慮主射線方向屏蔽，因此需對頂部進行防護改造，經結構設計提出2種改造設計方案，如下：

方案一：在原有機房結構墻體上部新增加600mm寬、1850mm高的鋼筋混凝土墻體，新增墻體與原機房墻體采用化學螺栓可靠連接，然后待新增墻體達到強度后在距機房樓板上部135mm處增設45#a工字鋼梁，鋼梁采用化學螺栓和新增墻體可靠連接，鋼梁上下翼緣焊接鋼板，鋼梁之間用C25混凝土填筑，鋼梁上部按照主屏蔽防護厚度和次屏蔽防護厚度的不同鋪筑100mm厚的鉛板及250mm（主屏蔽）、550mm（次屏蔽）厚度的鉛磚，頂部設置200mm×600mm的鋼筋混凝土梁及200mm厚的鋼筋混凝土板，方案一新增墻、梁結構平面布置見圖2，方案一結構剖面布置見圖3。

方案二：在機房頂板下部增加45#a工字鋼梁，鋼梁采用化學螺栓和原有機房墻體可靠連接，鋼梁上下翼緣焊接鋼板，鋼梁上部按照主屏蔽和次屏蔽的不同要求鋪筑100mm厚的鉛板及250mm（主屏蔽）、750mm（次屏蔽）厚度的鉛磚;具體布置詳見圖4方案二結構剖面布置圖。

3.3結構改造設計方案對比研究

3.3.1可行性分析

考慮原有結構的影響和施工的便利性、建筑布局可行性及輻射防護最優化原則和《放射治療機房的輻射屏蔽規范第2部分：電子直線加速器放射治療機房》（GBZT201.2-2011）的相關要求，分析兩種方案的可行性如下：

從原有結構的影響和施工的便利性考慮，方案一：一方面新增加的墻體和梁截面較大，因此需驗算增加荷載后原有結構基礎能否滿足結構安全性、適用性、耐久性的要求。另一方面鋼梁、鉛板及防護磚是在200mm×600mm的鋼筋混凝土梁下部設置，則施工時鋼筋綁扎、支模和澆筑的難度相對較大。方案二：一方面增加的鉛板和防護磚等屏蔽材料的容重較大，則同樣需驗算增加荷載后原有的結構基礎能否滿足結構安全性、適用性、耐久性的要求。另一方面由于此方案是在原有結構樓板下部增加屏蔽材料，故施工難度不大。

從建筑布局可行性考慮，方案一：由于是在樓板頂部增加鉛板、防護磚及混凝土梁，且厚度不小，故會影響機房所在位置的上一層房間的凈高，從而影響該房間的使用功能，若此無使用功能亦無限制則方案一可行。方案二：由于在機房頂板底增加鉛板、防護磚及鋼梁后屏蔽厚度較大，故會影響機房的凈高，若此機房設計時凈高有余量，增加后不影響機房使用功能則方案二可行。

從輻射防護最優化原則和《放射治療機房的輻射屏蔽規范第2部分：電子直線加速器放射治療機房》（GBZT201.2-2011）的相關要求考慮，將不同材料屏蔽等效換算未混凝土屏蔽，方案一和方案二均滿足主屏蔽墻和次屏蔽墻不小于的防護厚度要求，經理論計算亦能滿足屏蔽體外30cm處的輻射劑量率均滿足限值。 方案一工程量相對較大則投資偏大，因此方案二在取得同樣輻射防護效果的前提下投資小，更符合輻射防護最優化原則。

3.3.2實例推薦方案

綜上所述，經結構計算方案一、方案二均可以滿足結構安全性、適用性、耐久性的要求，且本實例機房頂部是醫院住院部大廳，因此此區域對使用功能有要求，且考慮輻射防護最優化原則最終選定按照方案二實施。

4結論

本文以某醫用直線加速器機房改建項目為例，針對直線加速器機房頂部預測輻射劑量率超標情況進行了分析，并提出了2種結構改造設計方案，并從結構設計、建筑布局、輻射防護等方面進行了對比研究，得到了該實例最優推薦方案，且通過對2種方案的可行性分析，得到了有工程應用價值的結果，可供日后其他改造實例參考。

參考文獻

1. 白雪 主編. GBZ/T 201.1-2007 放射治療機房的輻射屏蔽規范第1部分：一般原則[J].
2. 北京市疾病預防控制中心.GBZT201.2-2011，《放射治療機房的輻射屏蔽規范第2部分：電子直線加速器放射治療機房》[S].北京：中國標準出版社，2011.
3. 田源， 宋一昕， 馮澤臣，等. 高能醫用電子直線加速器的機房屏蔽設計方案國內外比較[J]. 中華放射醫學與防護雜志， 2020， 40（12）：903-910.
4. 謝發祥， 甘濤， 黃曉偉，等. 醫用直線加速器機房總承包管理與施工關鍵技術[J]. 廣東土木與建筑， 2020（9）.
5. 伍夢祥， 張亞萍. 一種醫用直線加速器機房樓板及機房：， 2020.
6. 駱均華. 地下室結構設計方案經濟性對比分析[J]. 住宅與房地產， 2020， No.574（15）：51+90.
7. 王赟、鄔家龍、張涵宇、王潔、楊海燕. 甘肅省醫用電子直線加速器質量控制及防護檢測與評價[J]. 疾病預防控制通報， 2020， v.35（05）：82-84.
8. 段夢琪. 醫用電子直線加速器放射治療的質量控制分析[J]. 養生保健指南 2020年25期， 1頁， 2020.
9. 舒贛平， 嚴鑫. 某高校體育館鋼結構屋蓋設計方案比選與優化[J]. 建筑結構， 2020， v.50;No.525（09）：42-48.
10. 陳敬彬， 李騰炯， 莊瑞龍. 醫用直線加速器機房升級改造中的主要問題及解決方案[J]. 中國醫學裝備， 2019（1）：148-150.