4 курс / Лучевая диагностика / Физичеческие,_технич_и_некоторые_радиобиологические_и_мед_аспекты

установкевлаб.№8Институтабиофизики.Облучениепроводилосьвусловиях “электронного равновесия”.

В эксперименте с бета-излучением были использованы следующие источники.

90Sr+90Y.Источникпредставляетсобойгибкуютонкую,плоскуюпластинус размерами (50x50) м3 из кремнеземных пористых волокон.

Мощность дозы на поверхности источника P0= 4 рад/мин. Иттрий−90. Металлический диск диаметром 35 мм, толщиной -1,5 мм.

P0+ 2,7 рад/мин.

Таллий-204. Промышленный источник типа БИТ-10. Диаметр -22 мм, высота -10мм, P0= 15рад/мин.

Прометий-147. Промышленный источник типа БИП-10. P0+ 15,6 рад/мин. Таким образом диапазон мощностей доз бета-излучения был равен (1,3-15,6) рад/мин, а величин доз –(2-1000) рад.

Облучение детекторов проводилось через цилиндрический коллиматор из латуни длиной 50 мм и диаметром 20 мм. Источник 90Sr+90Y накладывался на детекторы непосредственно. Величина мощности дозы на поверхности детектора определялась с помощью экстраполяционной ионизационной камеры с диаметром собирающего электрода 3,6 мм. Погрешность измерений- (5-10)%.

Для экспериментальной проверки зависимости интенсивности термолюминисценции от величины дозы были отобраны (свыше 100 штук) таблетки близкие по толщине (1,02±0,01 мм) и по массе (22,5±1,3) мг. Диаметр таблеток был равен приблизительно 3,5 мм. Детекторы были упакованы в пакеты из полиэтилена толщиной (4,7±1) мг/см2. Как видно из приведённых на рис №38 графиков эта зависимость для данной упаковки линейна начиная с 0,2 рада до 103 рад (возможно и выше) с погрешностью (±5) %.

Длятого,чтобыувеличитьобъёмиповыситькачестводозиметрическойинформации, которую можно получить с помощью детекторов ТЕЛДЕ, мы экспериментально оценили характер распределения мощности дозы по глубине материала детектора. С этой целью были изготовлены относительно тонкие (0,28-0,70 мм) пластинки из LiF, к которым затем вплотную подводилась экстраполяционная камера. На рис. 4.2 представлены результаты эксперимента.

ТаккакмынеимеливсвоёмраспоряжениипластинLiFтолщинойменьших 0,2 мм, то естественно мы не могли проследить ход кривых на малых глубинах для бета-излучения с высокой энергией, и не имели ни одной экспериментальной точки для 147Pm. В связи с этим были экспериментально получены аналогичные зависимости для фильтров из полиэтилена. Затем был проведён путём введениясоответствующихпоправокпереходотполиэтиленакLiF.Контролем корректности такого перехода служит степень совпадения кривых.

Полученные глубинные распределения позволяют определять усреднённые

130

Сигнальный экземпляр

значения доз по любой толщине детекторов из LiF. В частности, в таблице на рис. 38. приведены значения коэффициента К, на который нужно умножить величину мощности дозы бета-излучения на поверхности детектора толщиной 1,02 мм, чтобы получить среднее её значение по объёму детектора при изотропном облучении таблетки. Ординаты экспериментальных кривых на рис.4.1.пропорциональныусредненнымподетекторувеличинамдоз.Еслиординаты каждой кривой разделить на соответствующее значение коэффициента К, то все кривые с погрешностью не превышающей ±10% совпадут с кривой для кобальта-60. Таким образом, можно сделать вывод что эффективность регистрации бета-излучения таблетками ТЕЛДЕ с точностью (±10)% совпадает с эффективностью детектирования гамма-излучения.

ТакжекакидлятаблетокТЕЛДЕмыэкспериментальноизучилиспомощью экстраполяционной ионизационной камеры глубинное распределение мощностей доз бета-излучения четырёх радионуклидов в материале плёночных детекторов на основе LiF (см. рис. 39). Полученные результаты, в частности, позволяют правильно выбрать оптимальную толщину детектора. Например, применяя детекторы с d= 8 мг/см2 для изучения дозных полей в мягкой биологической ткани от источников и ттрием-90, видно, что среднее значение дозы по толщине детектора отличается от дозы на его поверхности не более, чем на

(1,5-2)%.

ДетекторыТЕЛДЕввидетаблетокидетекторыввидетонкихплёнокизLiF были использованы при дозиметрических исследованиях разрабатываемых новых типов источников бета- и гаммаизлучений для лучевой терапии.

Рис.38. Некоторые дозиметрические характеристики детекторов «ТЕЛДЕ» по отношению к бета-излучению.

131

Основой для детекторов в виде плёнок является фторопласт 4 марки А. Плёнки изготавливаются прессованием смеси порошка LiF с фторопластом.

Распределение мощности дозы бета-излучения в материале детектора ТЕЛДЕ.

Распределение мощности дозы бета-излучения в пленке LiF

Рис. 39.

132

Сигнальный экземпляр

Некоторые аспекты применения детекторов «ТЕЛДЕ» в радиобиологии и радиационной медицине [……]

Детекторы, используемые в биомедицинской дозиметрии, должны удовлетворять как общим требованиям, так и к ряду специфических требований, из которых главные: радиационное подобие вещества «тела» детектора биологическойтканидляразличныхвидовизлучения,широкийдиапазондозимощностей доз, возможность регистрации «in vivo», миниатюрность датчиков.

Длябиомедицинскойдозиметриивесьмаперспективентермолюминесцентный метод,использующийLiF,которыйвнастоящеевремя,нарядусионизационными ферросульфатным методами, признан одним из наиболее точных методов.

В данном исследовании показаны возможности метода «ТЕЛДЕ» для решения некоторых конкретных задач дозиметрии, а именно:

-измерения поглощённой дозы в хрусталике глаза крысы при воздействии длинноволнового рентгеновского излучения и бета-излучения 90Sr+90Y;

-излучения распределения поглощённой дозы рентгеновского излучения в трупе крысы при тотальном облучении через решетчатые экраны;

-измерения поглощённой дозы в некоторых отделах фантома головы человека при внутритканевой терапии с помощью источников 60Со;

-измерения дозы тормозного излучения в хрусталике фантома глаза человека при терапии заднего отдела глаза бета-излучением 90Sr+90Y.

Детектор «ТЕЛДЕ» удовлетворял требованиям в отношении размеров и формы, это видно из таблицы, в которой представлены размеры хрусталика, спинного мозга человека, габариты детектора и размеры отверстий экранов.

Размеры хрусталика, спинного мозга человека, габариты использованных детекторов, размеры отверстий экранов

Размеры хрусталика глаза и глаза крысы определили экспериментально для крыс разного возраста . Эти данные позволили составить реальную схему глаза крысы, которая представлена на рис. №1.

133

Так как наши исследования проводились с различными видами излучения: рентгеновское, гамма-, бетатребовалось оценить в какой мере вещество детектора ТЕЛДЕ отвечает требованию радиационного подобия биологической ткани. Для данных видов излучения таковыми являются эффективный атомный номер и электронная плотность .В таблице представлены эти характеристики для LiF, некоторых тканей и веществ фантома.

Характеристика LiF, хрусталика глаза, мягкой ткани, вещества фантома

Из таблицы 2 следует, что различия в значении Zэфф(ф) для LiF и хрусталика глаза человека и крысы составляет 2,5 % и 1% соответственно, для мышечной ткани и вещества фантома - 9,7% и 9,5% соответственно. Для гамма

– излучения 60Со можно уже учитывать также эффект образования пар и критериемподобиястановитсяиZэфф(пар).Сравнениезначения Zэфф(пар) дляLiF, вещества фантома, хрусталика глаза человека и мышечной ткани показывает, что различие составляет 4%, 7%, 8,5% соответственно. Значение электронной плотности LiF на 20 % меньше, чем в веществе фантома ткани.

Таким образом, вещество детектора удовлетворяло требованию радиационного подобия по Z эфф и отличалось в пределах 20 % в отношении электронной плотности.

Переходим к изложению материала экспериментов.

Измерение поглощённой дозы в хрусталике глаза крысы проводили на трупе крысы .Детектор LiF помещали на место хрусталика и закрывали роговицей, т.е. точно воспроизводили схему эксперимента на установках РУБ-140 и БМ-1/5/6. Кривая поглощения рентгеновского излучения (V=17кэВ, I=20 мА,R=30см,бездополнительныхфильтров.)втканиснятаспомощьюдиафрагмовой камеры дозиметра Флипса, а бета-излучения экстраполяционной камерой. На рис. 1 представлена схема глаза крысы, кривая поглощения, пользуясь которойопределялидозынаэкваторехрусталикавростковойзоне,ответственной за лучевую патологию глаза.

В экспериментах по тотальному облучению крыс через решетчатые экра-

134

Сигнальный экземпляр

ны применяли экраны с различным соотношением площадей открытых и закрытых участков (Sоткр/Sзакр=0,80; 0,67; 0,33). При излучении распределения поглощённой дозы воспроизводили схему биологического эксперимента , при этом детекторы размещали под экраном, внутри трупа и под трупом.

Кривая распределения дозы по глубине трупа представлена на рис. 2, из которого следует, что доза на поверхности спины составляет 89%. Внутри трупа 70%, на поверхности живота 41% под отверстиями и 8,1 %; 9,9% и 8% подперемычками(экранSоткр/Sзакр=0,67).Аналогичныезависимостиполучены для других экранов. Отношение Dотв/Dпер на спине, внутри трупа и на животе равно 11; 7 и 5. Такое уменьшение значения Dотв/Dпер подтверждает тот факт, что характер ослабления дозы под отверстиями и перемычками с ростом глубины ткани различен и, вследствие этого, однородность пучка излучения внутри тела выше, чем на поверхности; этот факт отмечается и другими авторами.

Измерение поглощённой дозы в некоторых отделах головы человека проводили на фантоме головы, изготовленном из смеси парафина с белой сажей. При этом воспроизводили схему лечения опухоли языка с помощью 9 источников 60Со ( активность 1-го источника – 5 мкюри). В таблице 3 при - ведены значения дозовых нагрузок на различные участки отделов фантома головы в случае воздействия на область локализации опухоли в дозе 6*10 3 рад.

Значение дозы в отделах фантома головы при воздействии на область локализации опухоли в дозе 6*103 рад

При терапии заднего отдела глаза человека бета-излучением от офтальмологического источника, заключённого в металлический корпус ( NI + цеолит, толщина 150 мг/см2), необходимо было оценить величину дозы тормозного излучения в хрусталике /9/. Для этих целей детектор помещали в фантом глаза на место расположения хрусталика, Оказалось , что значения дозы тормозного излучения составляет < 0,2 % от величины терапевтической дозы на поверхности глаза. Например, при Д = 2* 104 рад, значение дозы на хрусталик < 3 рад.

135

Выводы

1.Показано, что детекторы ТЕЛДЕ удовлетворяют требованиям, предъявленным к дозиметрам, применяемым в радиобиологии и радиационной медицине.

2.Показаны примеры использования детекторов ТЕЛДЕ в биохимической дозиметриидлярешениярядазадач:измеренияпоглощённойдозывхрусталике глаза крысы и человека. Измерения дозы под решетчатыми экранами, а так же для фантомной дозиметрии.

3.Полученая дозиметрическая информация использована при изучении закономерностей лучевого поражения крыс при воздействии через решетчатые экраны, изучения изменений в хрусталике глаза крысы при общем бета-облу- чении, в частности при установлении критической пороговой дозы на экваторе хрусталика; в клинике – для оценки дозовой нагрузки на некоторые отделы головы человека при гамма-терапии языка, определения величины дозы тормозного излучения в хрусталике глаза человека при бета-терапии глаза.

Тестирование по поглощенной дозе тонкослойных термолюминесцентных детекторов

Разработана Методика тестирования по поглощенной дозе бета-излучения контактным способом тонкослойных (h=0,1мм или 10мг/см2) термолюминесцентных детекторов.

Методика не являясь альтернативной, расширяет возможности и повышает точность существующих способов. Число термолюминесцентных детекторов, применяемых в различных отраслях народного хозяйства страны, увеличивается с каждым годом. Одновременно возрастают требования к надежности результатов их тестирования (поверки). Расширяется парк дозиметрических приборов.

Тестирование - определение чувствительности по поглощенной дозе (или функции отклика детектора на облучение) вновь разрабатываемых ТЛД или оценка сохранения характеристик очередных изготовляемых партий серийно выпускаемых и прошедших испытания детекторов, а также партий детекторов в процессе их эксплуатации.

Тестирование проводится на предприятиях, разрабатывающих тонкослойные детекторы перед представлением их на испытание с целью утверждения типа или на предприятиях, использующих тестирование для предварительного контроля перед представлением на поверку.

Представленная Методика основана на применении разработанных в нашем Институте совместно ИФХАНР градуировочных (образцовых) источников бета-излучения с радионуклидом Технеций -99 (Егр = 296,4кэВ).

Отличительные параметры источников следующие.

Высокая степень равномерности распределения МПД по рабочей поверх-

136

Сигнальный экземпляр

ности источников (=95%); сходимость результатов измерения МПД для произвольной выборки из 10 штук - 1%; возможность изготовления источников с большой развернутой поверхностью (в нашем распоряжении источник с S = (250x150)мм2);возможностьупрощенияметодикиаттестациипоМПД-путем определения массы активной матрицы; технеций в источнике - невыщелачиваемое вещество (5000 часов в 3% растворе NaCl без перехода металла в раствор и без потери блеска); технеций твердый и прочный материал, начинает окисляться только при t° с >300°.

Источники аттестованы на Государственном эталоне в ВНИИМ (Санкт-Пе- тербург) и рабочем эталоне в ИБФ. Отработка методики проводилась на детекторах типа ТТЛД-580 (в полиамидной смоле).

Унификация методов тестирования ТЛД, единство измерений, надежность результатов будет способствовать повышению качества термолюминесцентных детекторов, а через них - качества индивидуального дозиметрического контроля.

Экспериментальная оценка характера глубинных распределений мощностей поглощённых доз бета ̶ излучения в арилоксе.

В эксперименте были использованы источники типа ОДИБИ с радионукли-

дами 99Tc, 204Tl, 90Sr+ 90Y и 106Ru+106Rh. Они представляют собой диск диаметром 36 мм и толщиной 6 мм. Диаметр активной зоны 24 мм. Граничная энергия бета ̶ излучения радионуклидов в источниках ̶ 0,296 МэВ, 0,765 МэВ, 2,24 МэВ и 3,5 МэВ соответственно.

Толщина выходного окна у источников была: для 99Tc ̶ 0 мм; для 204Tl и 90Sr ̶ 0,14 ммAI, а для 106Ru ̶ 0,28 ммAI.

Фильтры из арилокса представляли собой пластины размером (30х30) мм и толщиной 41,3 мг/см2 и 72,6 мг/см2 .

Глубинное распределение мощности дозы бета ̶ излучения в арилоксе -из учалось с помощью ионизационной экстраполяционной плоскопараллельной камеры, входящей в установку ВЭТ ̶ 9 ̶ 2 ̶ 84, аттестованную по мощности поглощённой дозы. Диаметр собирающего электрода при этом был равен 10 мм; глубина камеры ̶ 0,6 мм, толщина выходного окна ̶ 1,7 мг/см2.

Схема измерения была такова: куски арилокса непосредственно накладывались на рабочую поверхность источника и образующая стопка приводилась в контакт входным окном ионизационной камеры.

137

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ФАНТОМНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

1.Дозиметрические исследования

сфантомом головы человека

138

Сигнальный экземпляр

В процессе лучевой терапии с помощью бета-аппликаторов, например, при облучении злокачественных новообразований глаза, возникает необходимость в оценке доз на окружающие здоровые ткани от сопутствующих излучений – гамма- и рентгеновского.

Такая оценка проведена нами экспериментально для ОА с 106Ru+106Rh. В качестве имитатора ОА использовался источник типа ОДИБИ, выполненный в виде диска диаметром 25 мм, с До,β=131сГр/мин.

Рис. 40. Схема эксперимента. 1-6 – детекторы, 7 – источник облучения Ru-106 + Rh-106.

Рис. 41. Глубинное распределение в ткани МПД бета-излучения от ОА с Ru-106 + Ro-106.

139