4 курс / Лучевая диагностика / Физичеческие,_технич_и_некоторые_радиобиологические_и_мед_аспекты

ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ, СОКРАЩЕНИЯ, ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ГЛОССАРИЙ

Формальное и упрощенное объяснение основных величин

Полезно договориться о смысле слов, а не то мы скоро перестанем понимать друг друга

Вольтер

Для терминов во многих науках: в физике, химии … и, особенно во всей медицине, греческий язык весьма надобен

М. В. Ломоносов

30

Сигнальный экземпляр

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Термин (лат.Terminus – граница) – слово или словосочетание, точно обозначающее какое-либо понятие в данной науке.

Контактная (брахи-) лучевая терапия (КЛТ) – это метод лечения, при которомрадиоактивнаяматрицавгерметичнойкапсулеиспользуетсянамалых (до нуля) расстояниях от облучаемой ткани или органа. При этом различают поверхностные, внутриполостные и внутритканевые методики облучения, при которых можно создавать дозы облучения локально, например, в объеме опухоли, не переоблучая близлежащие здоровые ткани.

Ионизация (Ionization) – образование ионов при отрыве или присоединении электронов к атомам, а также при разделении молекул.

Ионизирующее излучение (Ionizingradiation) – излучение,взаимодей-

ствие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков. Видимый свет и ультрафиолетовое излучение общепринято не включать в понятие «ионизирующее излучение».

е-, р, α – непосредственно ионизирующие излучения;

γ,n, Х – косвенно ионизирующие излучения (РМГ78 - 2005).

Источник ионизирующего излучения – все, что может вызывать облуче-

ние при испускании ионизирующего излучения (BSS).

Радионуклидный источник (radionuclide source) – радиоактивное веще-

ство в определенном оформлении – на подложке, в капсуле, ампуле, кювете. Закрытый источник (sealed source) – любой источник ионизирующих

излучений, заключенный в оболочку достаточной механической прочности, которая исключает возможность соприкосновения с радиоизиотопом и попаданиярадиоактивногоматериалавокружающуюсредупривсехвероятныхусловиях использования и износа.

Бета-частица (beta particle) – электрон или позитрон, который испускается атомным ядром в процессе ядерного превращения (или в результате распада нейтрона или нестабильной частицы). (ISO 921\81), (МЭК 60050-393).

Изотоп (isotope) – один из ряда нуклидов, имеющий одинаковый атомный номер, но разные массовые числа. (ISO 921\639), (МЭК 60050-393).

Изотопы – разновидности данного химического элемента, различающиеся по массе ядер. Обладая одинаковыми зарядами ядер Z, но различаясь числом нейтронов, изотопы имеют одинаковое строение электронных оболочек, т.е. очень близкие химические свойства, и занимают одно и тоже место в периодической системе химических элементов.

Активность (А) – мера радиоактивности какого-либо количества радионуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный момент времени: А=, где dN – ожидаемое число спонтанных ядерных превращений из данного энергетического состояния, происходящих за промежуток времени dt. Единицейактивностиявляетсябеккерель(Бк).Использовавшаясяранеевнесистемная единица активности кюри (Ки) составляет 3,7х1010Бк.

31

Доза поглощенная (D) – величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу: D=, где dē – средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме, а dm – масса вещества в этом объеме. Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему, деленной на массу этого объема. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на кг (Джхкг-1), и имеет специальное название – грей (Гр). Использовавшаяся ранее внесистемная единица рад равна

0,01 Гр. (РМГ 78-2005).

Средняя поглощенная доза в органе или ткани (ДТ,R) – полная энергия,

переданная веществу объема (органу или ткани), деленная на массу этого вещества (органа или ткани).

Излучение гамма – коротковолновое электромагнитное излучение; является потоком частиц – гамма-квантов (фотонов) с энергией Еγ. Испускание γ-квантов сопровождает радиоактивный распад в тех случаях, когда образующиеся ядра находятся в возбужденных состояниях.

Излучениеионизирующие–потокичастициэлектромагнитныхквантов,вза- имодействиекоторыхсосредойприводиткионизацииееатомовимолекул.Ионизирующим излучением являются рентгеновское и γ-излучение, потоки α-частиц, электронов, позитронов, протонов, нейтронов. Заряженные частицы ионизируют среду непосредственно при столкновениях с ее атомами и молекулами (первичная ионизация). Выбиваемые при этом электроны, если они обладают достаточно большой энергией, также могут ионизировать (вторичная ионизация). В случае быстрых нейтронов ионизация обусловлена ядрами отдачи или другими частицами, возникающими при взаимодействии нейтронов со средой. Ионизация фотонами рентгеновского и γ-излучения может быть непосредственной – первичной (фотоионизация), а также, в большей степени, вторичной – обусловленной электронами, образующимися при взаимодействии фотонов с веществом.

Лицензия – разрешение на конкретный вид деятельности, которое выдается регулирующими органами на основе оценки полезности и безопасности данной деятельности, сопровождающееся предписаниями и условиями, которые должны выполняться юридическим лицом, получившим лицензию.

Месторабочее–местопостоянногоиливременногопребыванияперсонала для выполнения производственных функций в условиях воздействия ионизирующего излучения в течение более половины рабочего времени или двух часов непрерывно.

Мощность дозы – доза излучения за единицу времени (сек, мин, час). Нуклид – (nuclide) – вид атома, характеризиуемый массовым числом и

атомным номером.

Облучение медицинское – облучение пациентов в результате медицинского обследования или лечения.

Протон – стабильная частица, имеющая положительный элементарный электирческий заряд +е и массу покоя ~1,008.

32

Сигнальный экземпляр

Фотон – photon – квант электромагнитного излучения, рассматриваемый как элементарная частица.

Период латентный – период времени, отделяющий воздействие ионизирующей радиации на организм от проявления эффекта в виде диагностируемого заболевания. Латентные периоды стохастических эффектов сравнимы с продолжительностью жизни человека. Как правило, детерминированные эффекты имеют значительно более короткие латентные периоды. Единица измерения латентного периода – год.

Радиоактивность – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием частиц.

Средство индивидуальной защиты (СИЗ) – средство защиты персонала от внешнего облучения, поступления радиоактивных веществ внутрь организма и радиоактивного загрязнения кожных покровов.

Условные обозначения и сокращения

Ро,β – мощность дозы бета-излучения на рабочей поверхности источника АБЕТ-1 – аппарат с бета-излучающими радионуклидами для лучевой тера-

пии ЭК2 – установка с экстраполяционной ионизационной воздушной камерой

СКД1 – сцинтилляционный дозиметр с качающимся датчиком ОА – офтальмоаппликатор

D – поглощенная доза

DT,R – поглощенная дозав органе или ткани Т излучения R ЗТИБИ – закрытый терапевтический источник бета-излучения ОДИБИ – образцовый дозиметрический источник бета-излучения

33

Открытие электрона

Открытие электрона представляет собой завершение длившегося несколько десятилетий исследования газового разряда, то есть процесса прохождения электрического тока через газ. В частности, приблизительно к середине прошлого века было выяснено, что если к электродам, впаянным в стеклянную трубку с газом, приложить достаточно высокое напряжение, то через газ проходит электрический ток, а сам газ при этом светится. Английские физики У.Крукс, А.Шустер, затем Дж.Дж. Томсон полагали, что из катода выходят не лучи, а какие-то отрицательно заряженные частицы и что именно под их воздействием возникает свечение стекла. Совсем как у Иоанна: «Вначале было слово». В 1894 г. Джонстон Стоней ввел слово «электрон». Решающие опыты были выполнены в 1987 году английским физиком Джозефом Джоном Томсоном. Опыты это состояли в наблюдении движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Поэтому теперь принято считать, что год открытия электрона – 1897, а автор этого важнейшего открытия Джозеф Джон Томсон. За теоретические и экспериментальные исследования прохождения электричества через газы, приведшие к открытию электрона, Дж.Дж.Томсон

в1906 г. получил Нобелевскую премию по физике. Заряд электрона оказался равным1,6·10-19 Кл.Отсюдадлямассыэлектронаполучаетсязначение9,1·10-31 кг. Это самые маленькие значения заряда и массы в природе. Одна из состав- ныхчастейатома–отрицательнозаряженныйэлектрон–былаобнаруженаеще

в19 веке. В 1987 г. удалось, хотя и грубо, измерить заряд электрона; позднее измерена было его масса и еще позже были обнаружены другие его свойства – вращательный и магнитный моменты. Эти единичные отрицательные заряды получили название электронов. Никогда и нигде не удавалось наблюдать зарядов,меньшихзарядаэлектронаилиравныхнецеломучислузарядовэлектрона.

В1937 году И.Е. Тамм вместе с И.М. Франком создали теорию явления, которое тремя годами ранее найдено и исследовано П.А. Черенковым и С.И. Вавиловым. Было обнаружено слабое свечение жидкостей под действием радиоактивного излучения. Тамм и Франк указали, что источником свечения являютсябыстрозаряженныечастицы,пролетающиечерезпрозрачноевещество со скоростью, превосходящей скорость света в этом веществе. Очень красивая эта теория, как и само явление, сначала не привлекла к себе большого внимания, потому что свечение было очень слабым и казалось, что его невозможно использовать. Однако прошло полтора десятка лет после открытия, и появи- лисьприборы–черенковскиесчетчики,позволяющиерегистрироватьбыстрые заряженные частицы по излучаемому ими свечению.

34

Сигнальный экземпляр

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РАБОТЫ ПО СОЗДАНИЮ ЗТРИИ ДЛЯ КОНТАКТНОЙ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ (БРАХИ).

МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА.

1. О медицинской физике

«Вопрос кадров для нас важнейший. Во-первых, потому, что сегодня есть ряд специальностей, в которых мы испытываем острейший дефицит… Вторая специальность – медицинский физик… Нужны люди, которые должны разбираться в том, что такое…брахитерапия».

Руководитель ФМБА В.В. Уйба. «Пять лет ФМБА России: прорыв в медицину будущего»// Кто есть кто в медицине, №1, 2010.

В рекомендациях МАГАТЭ/ВОЗ раздел «Медицинская физика в радиотерапии» обозначен первым номером.

Всемирная организация здравоохранения еще в 1969 г. опубликовала доклад Объединенного комитета экспертов МАГАТЭ/ВОЗ в серии технических докладов №390 «Радиационная физика в медицине». Мы позволили себе привести некоторые выдержки из этой публикации, не потерявшей, с нашей точки зрения, актуальность и в наше время и для нашей практической деятельности.

Аименно:

--«Доктор Dorolle подчеркнул растущую …потребность в помощи со стороны естественных наук при разработке и использовании различных диагностических и терапевтических методов. Он указал на важную роль физики, особенно в плане применения ионизирующей радиации….в радиотерапии».

--«В минимальный круг его обязанностей (медицинского физика., прим. авт.) входит: а) ответственность за все аспекты радиационной дозиметрии при радиотерапии внешним пучком и брахитерапии; б) ответственность за все физические аспекты радиационной защиты».

--«Кроме того, важной обязанностью физика является внедрение в практику радиотерапии новых научных или технических достижений».

--«Медицинская физика как бы связывает медицину и физические дисциплины».

--«Физик придает медицинским проблемам аналитический, количественный подход, что имеет большое положительное значение».

--«При планировании курсов радиотерапии весьма полезным могут ока-

35

заться данные, опубликованные в литературе, особенно таблицы глубинных доз, карты изодоз и атласы распределения доз радиации».

-- «МАГАТЭ и ВОЗ должны продолжать совместно освещать различные аспекты применения физических дисциплин и техники в медицинской практике и научных исследованиях».

И все же…«медицинская физика – это не лучшее название данного предмета, - писал Дж.Р. Миллард, первый генеральный директор международной организации «Медицинских физиков», -- Мне представляется, что термин «био-медицинская физика» является, вероятно, самым близким и кратким названием». J.R. Mallard, 1967г. – первый ген.директор международной организации «Медицинских физиков». [Medical physics – What is it? – By Prof. J.R. Mallard//Reprinted from theAberdeem Univercity Review. Vol.XLII,I.#137, pp.1229, Spring, 1967.]

Поразительно близко к названию Центра, в котором автор данной книги работает уже много лет: МБФЦ (Медицинский био-физический центр).

“Россия, к сожалению, “знаменитыми” медицинскими физиками похвастаться не может”, пишет В.А. Костылёв ( Медицинская физика, краткая история. Серны “Высокие медицинские технологии” №6, М. 1999 г.) Толи дело США “ Имеется большое число американских учёных с мировым именем ( GL Brownell, R. Loevinger at all)”

Если Международная Организация Медицинской Физики была создана в 1963 году, то официально Ассоциация медицинских физиков России как периодически самостоятельная организация сформировалась в 1993 г. В буклете этой Ассоциации [19] за 1999 г сказано, что “пока мы надрываясь, соревновались в США и Европой в области ядерной физики, они выдержав это соревнование,оченьсильно(почтинаполвека)обошлинасвобластимедицинскойфизики, ядерно-физических технологий и аппаратуры для медицины”. Разрешите не во всём согласиться с автором буклета и на конкретных примерах, изложенных в предлагаемой монографии, продемонстрировать успехи отечественных ученых, пусть в частности, в контактной лучевой терапии (КЛТ).

Соглашаясьсавторомбуклета,спризывомработатьнамедицину не разрозненными группами, мы постараемся показать каким образом и кого удавалось соорганизовать и нацелить на решение конкретных задач, стоящих перед КЛТ.

Показать, говоря языком автора буклета, как и кого удалось “переориентировать физиков-оружейников на медицинских физиков”, а также привлечь химиков, биологов, радиобиологов, биохимиков, чиновников.

Очень хочется привеcти следующие слова из буклета: “Молодёжь ринется в эту область науки и практики с гораздо большим энтузиазмом, чем во многие другие.”

36

Сигнальный экземпляр

Выдержки из кники J.R.Mallard “Medical physics – what is it?”

“Медицинская физика как организованная профессия появилась недавно. У многих людей понятие «медицинской физики» неизменно ассоциируется с «радиологией».

Вторая мировая война вызвала в последующие годы развитие четырех направлений в медицинской физике. Во-первых, программа развития атомной

37

энергии сделала производство радиоактивных материалов сравнительно дешевым и доступным для диагностических центров и терапии. Во-вторых, она вызвала к жизни задачу радиационной защиты, которая внезапно приобрела большое значение для всего населения земного шара.

В смысле организованного коллектива ученых медицинская физика в Великобритании не имеет себе равных. Что касается международного масштаба, что Международная организация медицинской физики была создана в 1963 году, и я имел честь быть в первые ее годы генеральным секретарем. Организация получила в настоящее время официальное признание как одна из организаций, входящих в Международную организацию теоретической и прикладной биофизики.

Применение физики в целях радиотерапии.

Рассмотрим сначала ту область медицинской физики, которую некоторые называют областью обычного применения физики: применение в целях радиотерапии. Долгом медицинского физика является точно указать радиотерапевту, какого рода радиацию излучает его терапевтическая машина и в каком количестве, и помочь ему использовать ее наилучшим образом на пользу больного.

Медики имеют дело с телом человека, которое эволюционировало в течение миллионов лет. Мы же, со своей стороны, имеем дело с хитроумными приборами, основанными на идеях и представлениях, насчитывающих всего лишь пятьдесятлет,итехнологией,которуюнужноосуществитьнапрактикеинасчитывающей всго лишь каких-нибудь десять лет жизни или около того.

В настоящее время (1967 г.) в области медицинской физики встает вопрос об организации людей в определенные группы, причем каждая должна заниматься чем-то одним – либо клиническим применением, либо фундаментальными исследованиями.

Мне представляется также, что кроме того может также существовать ка- кая-либо работа, которую можно было бы осуществить только один раз за всю жизнь и которая могла бы помочь медицине и медицинским физикам, и в частности Абердину.

Но что же такое медицинская физика и кто такие медицинские физики? Во-первых, и, по-моему, в основном, мы физики, или, если использовать более подходящий термин, естествоиспытатели. Мы должны быть в первую очередь физикам, а затем уж применять нашу физику к медицине. Говоря словами одного из наших первых работников: «Мы хотим быть полезными». Итак, медицинская физика – это не специальный вид физики, а только направление для достижения определенной цели. Это важно, так как является тем главным вкладом, который мы должны сделать. Мы должны не только использовать методы физики, но мы должны также привнести понятия, идеи и образ мышления

физика в медицинские вопросы.

Определенная медицинская проблема, вероятно, может рассматриваться с различых точек зрения людьми, имеющими медицинское или биологическое

38

Сигнальный экземпляр

образование. Даже при выражении этой точки зрения в умах обеих сторон может появиться новый подход к проблеме.

Таким образом, медицинская физика – это прикладая наука, которая в своем развитии зависит от прогресса идей и технологии, давшей ей жизнь, причем ее прогресс направляется в итоге в основном уждам медицины. Однако, медицинская физика, наподобие ревущего ребенка, и обремененная своей службой медицине, также может иногда внести свой вклад в прогресс своего выдающегося родителя – науки, а именно физики. Классическим примером этого служит детектирование, определение и изменение ионизирующей радиации. Задача обеспечения того, чтобы наши технологические ресурсы были всегда наготове для ежедневного практического использования нашими коллегами – медиками.

Мы, как я надеюсь, помогаем медицине стать более количественной или цифровой.

И в конце концов, мне хотелось бы сказать, что в отношении этой розы я не могу не согласиться с Джульеттой, которая говорила: «Роза, названная другим именем, бедет все также сладко пахнуть».

Медицинская физика – это не лучшее название данного предмета. Один из университетских факультетов Великобритании называется «Применение физики в медицине» («Физика в применении к медицине»). Все они занимаются очень схожей работой. Мне представляется, что термин «био-медицинская физика» является, вероятно, самым близким и кратким названием.

Напечатано в Великобритании, университет в Абердине”.

2. Структурная схема работы

Человек,которыйотвечаетзапостановкузадачианализрезультатов,оказывается сам втянутым в процесс выявления взаимовлияния как активный участник, обладающий специфическими свойствами. Он становится ответственным за постановку экспериментов, “носителем целостного восприятия, сохранения целостности при расчленении проблемы, при распределении работ, носителем системы ценностей, критериев принятия решений”.[Волкова В.Н. Основы теории систем и системного анализа. – СПб, 1999г.

Схема, изображающая пути решения главных задач работы по созданию ЗТРИИ для КЛТ, взаимосвязь и последовательность получения наиболее важных промежуточных результатов приведена ниже.

39