4 курс / Лучевая диагностика / Физичеческие,_технич_и_некоторые_радиобиологические_и_мед_аспекты

Модульные гибкие источники сложной конфигурации

Основной отличительной особенностью усовершенствованной технологии является предварительное изготовление из исходной необработанной стеклоткани заготовок практически любой требуемой конфигурации.

Для придания требуемой формы заготовку слегка можно оплавить по периметру и тогда край выполнит роль фиксирующей рамки без уменьшения гибкости основы.

Сорбционное нанесение радионуклида осуществляется в аппарате, описанной в [32]. По усовершенствованной технологии ИФХ изготовил 84 модульных гибких источника (МГИ) квадратной формы, 12 круглых и 12 сложной конфигурации.

Оценим дозиметрические параметры этих МГИ со стронцием-90. Все источники готавились на основе стеклоткани Т-13, степень выщелачивания ее для номинала МПД в (800-1200) сГр/ч равнялась 24% и 10% для номиналов

(160 -240) сГр/ч и (24 - 36) сГр/ч.

Неполноевыщелачиваниевзначительнойстепенисохраняетмеханическую прочность ткани.

Повысить механическую прочность источников на основе кремнезёмных пористых волокон оказалось возможным (также)путём модифицирования поверхности стеклоткани труднорастворимьми соединениями, например,как предложили сотрудники ИФХАН СССР, гидроокисью железа. Применение подобного материала для источников медицинского назначения защищено авторским свидетельством СССР[12], подробности технологии и дозиметрические исследований экспериментальных образцов приведеныв работе [28].

Исследованы четыре образца источников со стронцием-90+иттрием-90. При толщине источника в 29,6 мг/ см2 количество железа ,нанесённого на стеклоткань, равнялась 5,62 мг/с. Показано, что соорбционная ёмкость данного материала позволяет изготавливать источники медицинского назначения с требуемьми при лучевой терапии параметрамиДо,W. К табл.N 2.5.1 можно сделать вывод, что использование метода пропитки для нанесения сорбирующего вещества по крайней мере не ухудшает степень неравномерности распре-

деления МПД по поверхности источников.

Экспериментальные образцы гибких аппликаторов на основе модифицированной стеклоткани успешно апробированы в клинике ВГМИ.

Во многих случаях необходима информация о возможностях стеклоткани в отношении расслабления бета-излучения по МПД. Это нужно знать при оценке самопоглощения излучения в подложке источника,при конструировании многослойных модульных изделий и т.д. Требуемые данные можно получить по результатам измерений» например, с полиэтиленовьми фильтрами путём введения соответствующих поправок. Однако, стеклоткань имеет определённуюпористость,иеёотдельныесортаотличаютсячисломпереплитенийнитей

200

Сигнальный экземпляр

на единицу площади, в связи с этим характер ослабления мпд бета-излучения стронция-90+иттрия-90 фильтрами из КВП оценён экспериментально.

Вкачестве источника излучения использовался квадратный модуль (58 х 58)мм2 с толщиной редиоационной основы25,2 мг/см2, помещённой в пакет из А- (4,5 мг/см 2) и полиэтилена - (9,4 мг/см2 ).

Увеличить срок годности аппликатора можно, применяя в качестве основы для источника более радиационно стойкие материалы.

Целью настояй работы было создание гибкого аппликатора для лучевой терапии с радиоизотопами 90Sr+90Y на основе радиационно стойких материалов. Кроме того, при конструировании источника предполагалось найти пути снижениярадиационнойопасности,какдляобслуживающегоперсонала,такидля пациентов.

Вкачестве гибкой основы для апnликаторов в этой работе была испопользована ткань из неорганического гибкого материала - в частности из кремнеземнопористых волокон. Это предложение основано на работах, проведенных

вИФХАН›е по сорбции радиоэлементов на ткани из кремнеземнепористых волокон с целью получения источников ионизирующего излучения. По этим работам получено авторское свидетельство на изобретение.

Впроцессе разработки аппликатора со стронцием-90 был осуществлен ряд усовершенствований способа получения, улучшены свойства и конструкция аппликатора, на основе чего подана заявка па предполагаемое изобретение [ 6 ] и получено положительное решение [ 6 ].

Отличительной особенностью аппликаторов, изготовленньне основе ткани из кремнеземньпористых волокон, является:

1. высокая радиационная стойкость основы, практически не изменяищей своих

механических свойств втечение 5-18лет, и в случае необходимости позволянщая повыnать поверхностную мощность дозы до нескольких тысяч сГр/ч; 2. прочная фиксация радиоизотопов, что делает источник более безопасньм

вобращении;

3. высокая степень равномерности распределения радиоизотопа по поверхности.

Таким образом, аппликатор на основе ткани из кремнеземнопористых волокон обладает рядом преимуществ перед известньми аппликаторами на основе органических nленок, в частности, он имеет значительно позволяет измерять значения мощности дозы бета-излучения с погрешностью ± 5% в широком энергетическом диапазоне. Отклонение мощности дозы изготовленных аппликаторов от номинала не превышало ± 20%.

Измерение степени неравномерности распределения мощности дозы по поверхности аппликаторов проводилось на упомянутой выше установке СКД-1, которая позволяет просканировать практически всю поверхность источника. В зависимости от размера аппликатора измерения проводились в 3-81 участ-

201

ке. Степень неравномерности распределения мощности дозы по поверхности определяется коэффициентом вариации W.

Практически у всех исследованных аппликаторов коэффициент вариации не превышал 10%.

Для иллюстрации сказанного на рис. 2 приведено относительное распределение мощности дозы по поверхности аппликатора размером(100х100)мм. За единицу принято среднее арифметическое по 81 точке. Вычисленный коэффициент вариации равен W=6% . Соотношение максимальной к минимальной мощности дозы равно 1,33.

Таким образом, дозиметрические характеристики как экспериментальных образцов, как и серийно изготовленных аппликаторов соответствуют техническим условиям.

Большое значение для безопасности эксплуатации источников имеет прочность фиксации радионуклида с материалом основы, особенно при использовании такого радиотоксичного и долгоживущего нуклида как стронций-90.

Испытания радиационной основы показали» что стронций-90 довольно прочно фиксирован на поверхности материала. Так за сутки водой десорбируется 0,4% радионуклида, десорбция стронция-90 может быть значительно снижена, если радиационную основу подвергнуть термообработке и дополнительно…

Фольга толщиной 215-550 мг/см 2 которая вложена с внешней стороны для уменьшения воздействия излучения на обслуживающий персонал и, наконец,

(5)­наружный герметичный пакет из полиэтиленовой пленки толщиной 5,5 мг/ см2 .

В нерабочем состоянии аппликаторы хранятся в запасных негерметичных пакетах из полиэтиленовой пленки, которые вкладываются в контейнеры, обеспечивающие защиту от бета- и тормозного излучения. Кроме того к каждому аппликатору прилагаются запасные полиэтиленовые пакеты. В случае длительной эксплуатации аппликатора целостность наружного полиэтиленового чехла может нарушиться. В этом случае аппликатор помещается в новый чехол, который затем заваривается.

Изучение дозиметрических характеристик аппликаторов

В процессе использования гибкие аппликаторы разрабатываемого типа в большинстве случаев находятся в непосредственном контакте с мягкой биологической тканью. В связи с этим вполне естественно выглядит такая схема аттестации источника: определяется мощность дозы на поверхности источника, находящегося в контакте с мягкой биологической тканью, измеряется степень равномерности распределения мощности дозы по поверхности источника, характер ее распределения по глубине ткани. Аналогичные измерения необходимо провести и для «тыльной» стороны аппликатора.

202

Сигнальный экземпляр

Значение мощности дозы на поверхности аппликаторов измерялось с помощьюсконструированной ипостроеннойвИнститутебиофизикиМинздрава

СССР экстраполяционной ионизационной плоско-параллельной камеры ЭК-2 [ 9 ].

Измеренные значения мощностей доз на поверхности опытных образцов аппликаторов укладывались в диапазоне от 50 до 4000 сГр/ч.

Однако, как уже отмечалось выше, сорбционная емкость ткани из КПВ такова, что позволяет изготовлять аппликаторы со значительно большими значениями мощностей доз. Таким образом, по данному параметру разработанные аппликаторы не только дельностью удовлетворяют потребности медицины, но и могут найти применение в различных отраслях народного хозяйства, например, при изготовлении некоторых типов установок для облучения.

Измерение значений мощностей доз на поверхности аппликаторов Ро позволило определить связь мощу значением Ро и требуемым количеством радиоизотопа в исходном растворе. Эти данные, полученные по измерениям с 40 аппликаторами, представлены в таблице.

Связь между Ро и величиной активности радиоизотопов 9 0 Sr+9 0Yв растворе.

Для относительных измерений дозных полей от источников бета-излуче- ния в Институте биофизики Минздрава СССР сконструирована и построена установка СКД-1[ 9,23 ] с набором сцинтилляционных тканеэквивалентных пластмассовых детекторов. Установка предназначена для аттестаций источников бета-излучения по величине мощности дозы Р0 (с использованием калиброванных источников) и по степени равномерности распределения Р0 по поверхности источников.

При помощи этой установки можно практически просканировать всю поверхность источника. Размеры детектора, Размеры применяемого в этих измерениях, были таковы: диаметр- 2 мм, толщина- I мм. Измерения проводятся в

25-100 точках.

203

Некоторые параметры источников с радиоизотопами 90Sr+90Y

204

Сигнальный экземпляр

неравномерности распределения МПД по поверхности источников.

4)Экспериментальные образцы гибких аппликаторов на основе модифицированной стеклоткани успешно апробированы в клинике ВГМИ.

5)Вомногихслучаяхнеобходимаинформацияовозможностяхстеклоткани

вотношении ослабления бета-излучения по МПД. Это нужно знать при оценке самопоглощения излучения в подложке источника, при конструировании многослойных модульных изделий и т.д. Требуемые данные можно получить по результатам измерений, например, с полиэтиленовыми фильтрами путем введения соответствующих поправок. Однако, стеклоткань имеет определеннуюпористость,иееотдельныесортаотличаются числомпереплетенийнитей на единицу площади, в связи с этим характер ослабления

МПД бета - излучения 90Sr+90Y фильтрами из КВП оценен экспериментально.

Вкачестве источникаизлучения использовалсяквадратныймодуль(50х50) мм 2 с толщиной радиационной основы 25,2мг/см2 , помещенный в пакет из алюминия- 4,5мг/см 2 и полиэтилена- 9,4мг/см 2 •

205

Заключение

1) Разработаны модульные гибкие источники 90Sr+90Y следующими параметрами: (форма и размеры)- прямоугольники (25х25)мм 2 , (10хЗО)мм 2 , (50х50)мм2, (50х100)мм2, (100х100)мм2 ; круг- Ø=50мм; толщина (0,5... 1 )мм.

Могут быть изготовлены МГИС и других произвольных форм. Номинальные значения Ро=100, 300, 500, 1000 сГр/ч. Возможноезначение МПГ до 104сГр/ч; W<10%; Домакс/до=1,05. Материал активной матрицы - сульфированный полиэтилен или ткань из кремнеземных пористых волокон. Назначенный срок службы МГИС порядка 1О лет. МГИС могут изготовляться с защитным свинцовым экраном. Технология изготовления МГИС освоена заводом «Медрадиопреперат».

2)Для поверки дозиметрической аппаратуры на спецобъектах аттестованыпо дозиметрическим параметрам, изготовлен совместно с ИФХ АН СССР

около 400 аппликаторов на гибкой основе с 90Sr+90Y различного номинала (20...1200)сГр/ч. Гибкость источников и достаточные для этих целей размеры (50х50)мм 2 , позволили корректно калибровать по МПД счетчики цилиндрической формы, входящие в комплекты дозиметрической аппаратуры.

3) Повысить механическую прочность источников на основе кремнеземных пористых волокон оказалось возможным также путем модифицирования поверхности стеклоткани труднорастворимыми соединениями, например, гидроокисью железа. Применеине подобного материала для источников медицинского назначения защищено авторским свидетельством, подробности технологии и дозиметрических исследований экспериментальных образцов приведены в работе.

Иследованы 4 образца источников 90Sr+90Y При толщине источника в 29,6 мг/см2 количество железа, нанесенного на стеклоткань, равнялось 5,62мг/с. Показано, что сорбционная емкость данного материала позволяет

206

Сигнальный экземпляр

Рис. 61. Относительное распределение мощности в стеклоткани

207

Во многих практически важных случаях полезно иметь информацию о возможностях ткани стеклоткани в (отношении ослабления бета-излучения. Это важнознатьприоценкесамопоглощенияизлучениявподложкеисточника,при конструировании многослойных модульных изделий и т.д. В принципе подобные данные можно получить по результатам измерений, как это было сделано выше, в полиэтиленовых фильтрах путем соответствующих пересчетов. Однако фильтры из стеклоткани имеют определенную пористость, и кроме того отдельные сорта тканей отличаются числом переплетений нитей на единицу площади. Это и побудило нас оценить экспериментально характер ослабления МПД бета-излучения 90Sr+90Yфильтрами из КВП

В качестве источника использовался квадратный модуль - 90Sr с такими жехарактеристиками -толщинарадиационнойосновы-25,2мг/см-,пакетыиз Al-4,5мг/см2, иизполиэтилена -9,4мг/см2,площадь-(50х50)мм2.Приизме- ренияхфильтрынакладывалисьнепосредственнонаисточникиобразующаяся стопка приводилась в контакт с входным окном камеры ЭК-2.

Радиационные характеристики МГИБИС на основе модифицированной стеклоткани. S=(50х50)мм2 •

208

Сигнальный экземпляр

Письмо коллеги по работе Ковтуна Н.Н.

Здравствуйте, Лемир Васильевич!

Во время нашей встречи в июле я говорил Вам, что мне необходимо провести сравнение лучевых нагрузок при β-терапии и рентгенотерапии для доказательства того, что β-терапия во много раз безопаснее для организма больных при одинаковых, казалось бы, числовых значениях поглощённых доз.

Яизложу ход своих рассуждений, а Вы внесёте коррективы, если нужно.

УВас есть книжка Кишковского и Дударева о лучевой терапии неопухолевых заболеваний.Тамнастр.46приведёнпримердозногораспределенияприрентгенотерапии по поводу костного панариция 3 пальца правой кисти. При суммарной экспозиционной дозе 220 Р в зависимости от качества рентгеновского излучения поглощённые дозы в облучаемой фаланге пальца могут колебаться в пределах 194/717 рад, а интегральныеот 3306 до 4928 г.рад.

Рассмотрим аналогичную ситуацию с применением стронциево-иттриевых аппликаторов. Предположим, мы облучаем эту же фалангу пальца с подкожным панарицием. В среднем по нашим данным суммарные поглощённые дозы при подкожном панариции были 277 рад, т.е., казалось бы, даже большие, чем при рентгенотерапии. Однако посмотрим, какой же объём тканей облучается аппликатором. Дистальную фалангу 3 пальца можно изобразить так:

Если её почти “завернуть” в аппликатор 5х5 см, то площадь облучаемой поверхности будет 3 смх5 см=15 см2. 99% энергии β-излучения 90Sr+90Yпоглощается, как Вы писали в своё время (1968) в “Методическом письме по β-те- рапии”, если эти данные не устарели, в слое 5,5 мм (0,55 см).Таким образом, фактическийобъемоблучаемыхфалангипальцасоставит15см² 0,55см=8,25 см3 ,а масса облучаемых тканей - 8,25 см3 г/см3 =8,25 г .Если данные того же «Метод . письма» не изменились ,средняя мощность дозы от аппликатора 90Sr

+ 90y по слою толщиной 0,6 см составляет 17% от P0 ,т.е. в нашем случае, 41,55 рад от 227 рад. Таким образом, средняя интегральная доза при β- облучении фаланги пальца составит 41, 55 8,25 = 343 г. рад ,т.е. в 10-15 раз меньше ,чем при рентгенотерапии.

Теперь рассмотрим вариант лечения трофической язвы ,предположим ,в средней голени. Если ее лечить рентгенотерапией , то по Кишковскому и Дударе голени с картой изодос приведена на стр.40 .Схематически также можно представить облучаемый объем тканей голени так:

Интегральные дозы во всем объеме облучаемых тканей голени при поле излучения68и810сммогутпоразнымподсчетамдостигатьвеличинпорядка 80 - 120 и более тысяч г. рад.

Если же эту трофическую язву лечить аппликатором с 90Sr + 90y размерами 10 см, то схематически объем облучаемых тканей будет выглядеть так:

Облучаемый объем и масса тканей голени будут равны: 100 см ² х 0,55 см = 55 см 3 х 1 г /см 3 = 55 г

Суммарные поглощенные дозы при лечении трофических язв аппликатора-

209