Page 47 - 《中国医疗器械杂志》2026年第2期

Chinese Journal of Medical Instrumentation 2026年 第50卷 第2期

研 究 与 论 著

0 引言 主屏蔽墙厚度2.5 m，其余墙体及地面厚度1 m，其
材料由O（52.91%）、Si（33.70%）、Ca（4.40%）等
近年来，癌症已成为我国公共卫生领域的重大 元素组成，密度2.3 g/cm 。所有材料成分均为质量
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威胁，造成了沉重的社会经济负担 [1-2] 。临床数据 百分比。各部件空间布局严格遵循临床治疗参数要
显示，超过半数的患者在癌症治疗过程中需要接受 求，束流中心轴线距地面高度1.2 m。
放射治疗 [3-5] 。作为新兴的放疗技术之一，碳离子
治疗因其独特的能量沉积特性而备受关注。当高能
x-z平面
碳离子束抵达病灶时，其能量能够在瞬间集中释
放，形成布拉格峰。这种剂量分布特性既能实现对 患者
肿瘤病灶的精准打击，又能显著降低正常组织的受 补偿器
束流 普通混凝土
照剂量，在提高患者生存质量及减少并发症等方面
MLC
展现出传统光子放疗不具备的临床优势 [6-7] 。
随着医用碳离子治疗系统逐步进入临床应用阶
[8]
段，其运行过程中产生的感生放射性问题值得关注 。
在治疗过程中，高能带电粒子与物质相互作用产生 空气
的次级辐射，不仅构成放疗工作人员职业照射的主
要来源，也可能对公众健康产生潜在威胁。特别是
在临床操作场景中，工作人员频繁进出治疗室进行
患者摆位和解除摆位等工作时，如何有效减小因感 普通混凝土
生放射性造成的辐射剂量，成为辐射防护的关键问 y-z平面 空气
题。本研究通过理论建模与蒙特卡罗模拟相结合的 补偿器 患者
方法，系统评估碳离子治疗过程中，束流强度及照 束流
MLC 治疗床
射时间的变化对关注点感生放射性强度的影响，并
对停机后产生的核素进行分析，提出了辐射防护建
议，旨在为碳离子治疗系统的辐射安全提供理论支 图1 碳离子治疗室的几何模型示意
撑，在保护碳离子治疗相关工作人员健康的同时， Fig.1 Geometric model of the carbon ion therapy room
为碳离子治疗技术的规范化应用和国家辐射防护标 1.3 模拟条件
准体系的完善提供科学依据。 基于碳离子治疗临床常用的参数，为简化模
型，本研究分别对以下几种情况展开模拟计算。
1 材料和方法
（1）能量为400 MeV/u的碳离子束，束流强
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7
7
1.1 模拟方法 度分别为1×10 、5×10 、1×10 pps，沿水平方向持
本研究采用蒙特卡罗粒子输运软件FLUKA建 续照射模体15 min，模拟停机后MLC、补偿器、患
立碳离子治疗室的几何模型，系统模拟停机后治疗 者模体表面及主屏蔽墙表面的残余剂量率随冷却时
室内关键部位的感生放射性分布特征。 间增加的变化。
1.2 几何模型 （2）能量为400 MeV/u的碳离子束，束流强
8
如图1所示，碳离子治疗室的几何模型包含4个 度为1×10 pps，沿水平方向照射模体，照射时间分
别为5、7.5、10、12.5、15 min，模拟停机后MLC、
关键部件。（1）多叶准直器（multi-leaf collimator,
MLC）。其为直径15 cm、厚度6 cm的圆柱体结构， 补偿器、患者模体表面及主屏蔽墙表面残余剂量率
中心保留直径8 cm的束流通路，材质为金属钨。 随冷却时间增加的变化。
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（2）补偿器。其为20 cm×20 cm×10 cm的长方体， （3）能量为400 MeV/u、束流强度为1×10 pps
内部设置直径为8 cm、深度为7 cm的空腔模拟肿瘤 的碳离子束，在照射时间为15 min的条件下，模拟
形态，材质为高密度聚乙烯。（3）患者等效模体。 停机1 min时MLC、补偿器、患者模体、治疗床、
其为直径30 cm、长度80 cm的圆柱体以表征患者的 屏蔽墙及空气介质中主要放射性核素的种类及活度。
解剖结构，元素组成为H（10.1%）、C（11.1%）、 以上所有模拟计算的粒子事件数均采用1×10 ，
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N（2.6%）、O（76.2%）。（4）混凝土屏蔽结构。 以保证统计的显著性。

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