Физические, технические, некоторые радиобиологические и медицинские аспекты контактной лучевой терапии_Монография_Тимофеев_Л.В

-Клиническиеиспытанияталлиевыхофтальмоаппликаторов.Отчет,МОКБ.

-Приказом №588 от 01.06.81г. по Минздраву СССР работа по созданию офтальмоаппликаторов включена в «Общесоюзный перспективный план внедрения важнейших достижений».

-Программа и методика медицинских испытаний опытного образца бе- та-терапевтического аппарата для офтальмологии (АБЕТ-1). ИБФ МЗ СССР, МОКБ, НИИ ГБ им. Гельмгольца.

1982г. – Совместно с ВНИИНМ изготовлены и исследованы 53 офтальмоаппликатора типов Т и ТТ.

1982-1984г.г. – Проводлось клиническое изучение в Московской ОК больнице и НИИ микрохирургии глаза ОА типа Т2 и Т3.

1982г. – Источники в качестве образцовых аттестованы во ВНИИМ (С.-П.)

- Исполнители темы НИР №80142 награждены одной серебряной и двумя бронзовыми медалями ВДНХ за экспонат «Гибкие радионуклидные аппликаторы».

1983г. – Проведены межведомственные испытания комплекта таллиевых офтальмоаппликаторов (вх. 216/83г. - протокол).

-Получено авторское свидетельство на изобретение «Аппарат для офтальмологии».

-Изготовлены восемь образцов офтальмооблучателей. Два образца переданы на клинические испытания с МКГ больницу.

-Исследованы дозиметрические характеристики опытного образца ОА на гибкой основе (матрицы).

1986г. – Оценен вклад в дозу тормозного излучения (на фантоме головы).

-Исследованы характеристики источников типа ОДИБИ. 1988г. – Изготовлены и исследованы источники типа ОДИБИ.

-Испытания источников проводились в ВНИИ метрологии С.-П., СНИИ приборостроения.

1989-1990г.г. – Изготовлены и исследованы опытные партии источников типа ОДИБИ.

1992 г. - Доклад в ФЭИ (Физико-энергетический институт) г. Обнинск по проблеме создания новых средств для контактной лучевой терапии на основе многолетнего опыта Института биофизики МЗ СССР по данной тематике с целью привлечения специалистов ФЭИ для продолжения работ в заданном направлении.

И Т.Д.

300

Сигнальный экземпляр

1. Радионуклид таллий-204

Химический элемент таллий (Tl) получил свое название по цвету линии в спектроскопе –зеленый, от латинского thallus – зеленый побег. Что касается радионуклида 204 Tl, то он является практически «чистым» бета-излучате- лем ( 98%) с периодом полураспада равным 2,76 года. Граничная энергия бета-спектра – 756 кэВ, средняя энергия бета-частиц – 238 кэВ, максимальный пробег электронов таллия-204 в мягкой биологической ткани равен 310 мг/=3,1мм. Ориентировочно 70% энергии бета-излучения поглощается в слое ткани толщиной 0,5 мм.

Учитывая перечисленные выше физические особенности радионуклида таллий-204 было предложено использовать его для лучевой терапии в виде закрытых терапевтических источников бета-излучения (ЗТИБИ), что позволило бы облучать поверхностные очаги, не затрагивая близлежащие здоровые ткани.

Обычно ЗТИБИ разрабатывались фрагментарно. В отличие от общепринятойпрактикимыреализовалисистемныйпутьсозданиясредствформирования дозных полей на основе т.н. модулей или базовых радиоактивных матриц, которые обеспечивали бы формирование одно- (нить), дву- (тонкая пластина) и трехмерных структур ЗТИБИ.

Первые таллиевые модули представляли собой гибкие матрицы на основе сульфированногополиэтиленатолщинойвсего70мкм.(В.А.Соколов,Л.В.Тимофеев и др.), методика изготовления и аттестации по дозиметрическим параметрам которых была освоена заводом «Медрадиопрепарат». Это обстоятельство позволило нам изготовить первые отечественные, не имеющие аналогов зарубежомидонастоящеговремени, офтальмоаппликаторыконструкцииЕ.Д. Дубового и С.Ф. Кальфа (Одесский ГМИ). Клиницисты С.Г. Свириденко, С.Д. Денисюкапробироваливпервыевмировойпрактике«щадящую»методикубе- та-терапии малыми дозами многих заболеваний переднего отдела глаза.

Дозное поле протяженных источников бета-излучения можно корректно вычислить путем интегрирования т.н. функции влияния точечного источника

(ФТИ).

Проведенные нами расчеты и измерения позволили предложить новую ап- проксимациюдляФТИбета-излучениявтканеэквивалентнойсреде,болееточ- ную и наиболее физически обоснованную, нежели формула Левинджера:

W(r)=0,25·Woe-10х+0,75Woe-2х+хКе-х; где х=rv; К=<Е>v-0,4Wo; Для расчета 204Tl: Wo=6,0кэВ·мг-1; v=28,0·10-3мг-1; Wo/К=1,41.

В нашем коллективе создан также относительно простой и достаточно точный расчетный аппарат бета-дозиметрии, пригодный для различных гомогенных сред с 7<Z<50, но также и для гетерогенных их комбинаций.

301

2. Модульные гибкие источники бета-излученя и эталонные источники с радионуклидом таллий-204

До начала наших исследований отсутствовали сколько-нибудь достоверные сведенияобиспользованииприконтактной лучевойтерапиибета-излучателей с Е= (300… 1000 кэВ), в т.ч. радионуклида 204 TL.

Глубинное распределение мощности поглощённой дозы в тканеэквивалентном материале рассчитано нами от гипотетического источника в виде плоской пластины конечной толщины и бесконечной протяженности по формулам.[…] Ранее автором определенные [9,147] значения параметров, входящих в эти формулы для таллия-204, равны: Wo=6,0кэВ··; υ=28,0·; Wo/K=141.

Расчеты показывают, что для источника толщиной (5…10)мг· 50%-ая изо- дозанаходитсянаглубине23мг·(~0,23мм),10%-85мг/(~0,85мм).Еслиучесть, что толщина роговицы глаза человека равна ~ 0,5 мм, то примерно 80% Eгр поглощается непосредственно в роговице глаза. Учитывая сложный характер механизма воздействия ионизирующего излучения, например, на различные структуры глаза, эффективность использования бета-излучения с Егр=765кэВ можно было оценить в полном объеме только по результатам медицинского изучения экспериментальных образцов источников с таллием-204.

Именно модульные гибкие источники бета-излучения с таллием-204 позволили оперативно и в полном объеме провести требуемые биологические и клинические эксперименты.

Первые гибкие источники с таллием-204, были изготовлены совместно с В.А.Соколовым на основе сульфированного полиэтилена. Прямоугольные матрицы размером 50х50, 50х100, 100х100, - толщиной 60-70мкм насыщались таллием-204 путем катионного обмена в соответствующем растворе. Исходный металлический таллий содержал активные примеси <(203Hg, 202Tl). После промывки и сушки активные матрицы помещали в защитные полиэтиленовые пакеты толщиной 1…2 мг/см2.

Из полученных таким образом модулей затем изготавливали активные матрицы формой и размерами адекватные задачам конкретного исследования. Отметим, что вплоть до настоящего момента отсутствует зарубежный аналог подобным источникам.

Дозиметрические характеристики предложенных источников исследовались на базовых установках в НИИ Метрологии и ИБФ.

Погрешностиизмеренияпорядка7%.ЗначениякоэффициентаW<10%.Значение МПД не превышали 60сГр/мин.

Как отмечено выше, до начала наших работ в арсенале лучевых тера- певтов-офтальмологов отсутствовали средства облучения в т.ч. офтальмоаппликаторы, с бета-излучателями рассматриваемого диапазона Еβ. Первые отечественные ОА, не имеющие зарубежных аналогов, с радионуклидом тал- лий-204 были изготовлены совместно с заводом «Медрадиопрепарат» и Одесским Госмедицинским институтом им. Н.И. Пирогова.

302

Сигнальный экземпляр

Специфические свойства МГИ позволяют формировать активные матрицы ОА требуемой формы и размеров, например, диски с радиусами кривизны поверхности R=12…14 мм, h=70 мкм, без применения сложного прессового оборудования, с заданными значениями радиационно ̶ физические параметры

– Д0,β=100сГр/мин, W≤5%.

Офтальмоаппликатор изготовлен из тканеэквивалентного материала (плексиглас, полиэтилен) и это обстоятельство позволило корректно рассчитать параметры дозного поля, в т.ч. и по разработанным нами формулам [9,147].

Радиобиологические испытания и биологические исследования первых в мировой практике ОА с таллием-204 проведены в ГМИ и в областной клинической больнице, Одесса.

Предложенная и реализованная методика аттестации ОА по РФП по пара- метрампозволилаклиницистамапробировать«щадящую»методикубета-тера- пиималымиПДиМПД<D.>=5…20сГр./мин;Д0,р=15…20сГр;До,с=60…200 сГр,анамустановитьоптимальныезначенияноминаловРФПдляпромышленных образцов ОА.

Следует особо подчеркнуть, что курс лечения, назначался лишь в тех случаях, когда медикаментозное лечение оказывалось неэффективным на протяжении длительного времени. Осложнения в процессе лечения и в отдельные сроки до 3 лет и более не отмечалось.

Проведенный комплекс дозиметрических, технологических, радиобиологи- ческих,медицинскихисследованийпозволилрекомендоватьОАсталлием-204 в медицинскую практику и заложил основы для разработки промышленных образцов ОА.

Наиболее полно проявилась эффективность способа облучения с помощью МГИБИ при терапии заболеваний кожи. Гибкие аппликаторы с таллием-204, не имеющие аналогов за рубежом, имели прямоугольную форму 30х30 мм2, 50х50 мм2, 100х100мм2. Толщиной от 70 до 100 мкм, и выполнены из полиэтилена с ионообменной смолой ЭДЭ-ЮП.

Экспериментальные образцы ГА-1 имели значение <Д0,β> €(500;1000сГр/ч)

и W≤5%.

Определен вклад сопутствующего фотонного излучения в бета-дозы. Дозиметрические исследования ГАТ явились основой физического раздела «Методических рекомендаций по бета-терапии», изданных МЗ СССР. Клинические исследования, проведенные в МНИРРИ МЗ СССР, ЦКВИ МЗ СССР и ВГМИ позволили рекомендовать применение ГАТ для терапии, в частности, нейродермитов,экзем,гематом.(ПриказМинистраЗдравоохранения).Серийныйвыпуск данного типа ГА освоен заводом «Медрадиопрепарат».

С целью повышения радиационной стойкости активной матрицы источников типа МГИ-Tl рассмотрены возможности изготовления их на основе неорганических гибких радиационно-стойких тканей. В частности, специалистами, специалистами ИФХ АН СССР при участии автора рассмотрено несколько способов сорбционного нанесения таллия-204 на матрицы в виде стеклоткани

303

с модифицированной поверхностью, на ткани из кремнеземнопористых волокон, на матрицы из стеклянных волокон, имеющих поверхностный слой из пористого кремнезема.

Дозиметрические исследования гибких модульных источников, изготовленных двумя первыми способами, показали, что модификация поверхности стекловолокна нерастворимыми неорганическими соединениями такими, как ферроцианид калия и железа, в пределах от 1 до 10% по массе, позволяет получать источники с МПД до нескольких тысяч Сгр/час, что отвечает МТТ на рассматриваемый тип источников. Как видно из таблицы, экспериментальные источники отличаются довольно высокой степенью равномерности дозного поля у его поверхности, W=1…6%. Что касается механической прочности и гибкости МГИ таллий, то образцы выдерживают не менее 800 сгибов/разгибов на 180 градусов. Новизна предложенного способа получения источников подтверждена авторским свидетельством СССР на изобретение.

Некоторые радиационные характеристики гибких модульных источников с таллием-204 на основе КПВ

№	Размеры	Д	о	с Гр/ч	W%		σ, мкКи/см2
	источников, мм2
1		435			4	1,1	94
2	50х50	1000			6	1,15	170
3		996			4	1,1	170
4		972			4	1,1	170
5	25х25	1050			2,5	1,05	170
6		1075			2	1,05	170
7	10х30	927			1,2	1,02	170
8		900			3	1,5	170
9		470			4	1,06	96
10	50х50	390			3	1,05	96
11		384			4	1,1	96
12		382			3	1,05	96
13		276			4	1,1	86
14	50х50	255			3	1,05	86
15		260			5	1,1	86
16		263			4	1,1	86

• С целью повышения прочности фиксации радионуклида и увеличения механической прочности материала основы совместно с ИФХ АН СССР рассмотрена возможность частичного выщелачивания поверхности с образованием активного слоя заданной толщиной D, которая обеспечивает изготовление источников с D в несколько десятков Гр/ч, даже в случае использования радионуклидов со стабильными носителями, как это имеет место с таллием-204.

Например, источники, изготовленные на основе стеклоткани с диаметром

304

Сигнальный экземпляр

волокон 3-11 мкм и отношением D/Ø=0,025-0,11 имели следующие характеристики σ=3МБк/см2, Д0=… сГр/ч, W=… ; устойчивость к изгибу-90 циклов, прочностьфиксации–0,4%(количествоталлия-204в%отисходногоперешед- шего в раствор за сутки при контакте радиационной основы с водой).

Предложенный модульный источник по техническим характеристикам (высокие значения До, достаточная прочность фиксации радионуклида в основе, высокая механическая прочность) обеспечивают наилучшие эксплуатационные характеристики по сравнению с известными источниками.

Новизна рассмотренного способа получения источников защищена Авторским свидетельством СССР на изобретение. […]

Глубинное распределение МПД от МГИ-таллия 204, полученное экспериментально, приведено на рис. 116.

Рис. 116. Глубинное распределение МПД бета-излучения

вбиологической ткани и свинце от модульного гибкого источника

сталлием-204 на основе КВП

Измерения проведены с помощью установки ЭК-2 с ионизационной экстраполяционнойкамерой.Глубинакамерынепревышала0,7мм,толщинавходного окна – 1,12 мг/см2. Значения S=1,6 (полиэтилен/вода).

Для уменьшения значения МПД с тыльной стороны источника, при сохраненииегогибкости,атакжедляфиксацииформыаппликатораприегоконтакте с облучаемой поверхностью тела человека сложной конфигурации (нос, подбородок, и тп.). предложено использовать тонкие Pb фильтры. Экран должен быть достаточно толстым, чтобы поглотить значительную часть бета-излуче- ния,присохранениидостаточнойгибкостимодульногоисточника.Спомощью ЭК-2 оценены защитные свойства плоских свинцовых фильтров в геометрии: полиэтиленсвинецполиэтилен. Так, что 0,1-0,2 мм свинца надежно защища-

305

ют от бета-излучения таллия-204, обеспечивая кратность ослабления по дозе не менее , и дают возможность фиксировать произвольную форму источника.

1- Активная матрица из кремнеземной ткани; 2- Свинцовая фольга; 3- Защитный алюминиевый пакет; 4- Герметизирующий шов; 5- Внешний защитный

полиэтиленовый пакет

Рис. 117. Аппликатор типа АГТ-1

Для бета-терапии трофических язв по предложению Воронежский ГМИ совместно с ИФХ разработаны, изготовлены и исследованы экспериментальные образцы гибких аппликаторов круглой формы на основе модулей диаметром 50-100 мм. Результаты экспериментальной оценки дозиметрических параметров источников иллюстрируют таблицы и рисунки. Отметим высокую для данного типа источников однородность дозного поля вблизи рабочей поверхности (9197%) и отвечающие медицинским требованиям значения МПД-300-400сГр/ч.

Рис.118. Относительное распределение мощности дозы по рабочей поверхности трёх аппликаторов с радионуклидом таллий-204.

За единицу принято среднее арифметическое значение по 52 точкам. Новые гибкие аппликаторы исследованы в ВГМИ (Воронеж). На основании

проведенных физико-дозиметрических исследований завершено освоение технологии изготовления их на заводе «Медрадиопрепарат».

306

Сигнальный экземпляр

Гибкие модульные источники на основе полимерных материалов или тканей из КПВ позволяют моделировать активные матрицы, а, следовательно, в определенной мере адекватные им дозные поля, произвольной, часто довольно сложной, геометрии. Проиллюстрируем это положение следующим примером.

Втечение ряда лет в ВГМИ успешно развиваются методики лучевой терапии некоторых неопухолевых заболеваний. В развитии методик бета-терапии, предложено рассмотреть возможности лечения заболеваний и околоушной слюнной железы, расположенной в лотерейной стороне лица, спереди и несколько ниже ушной раковины. По поверхности желез распространяется вверх почти до скуловой дуги, вниз – до угла нижней челюсти. По глубине железа примыкает непосредственно к подкожной клетчатке и коже, наибольшая толщина задней половины – 15 мм.

Внастоящеевремя при лечении, например,острого гнойного и хроническогопаратитажелезыприменяетсяглубокаярентгенотерапия,котораяв80%случаев обеспечивает положительный эффект. Однако при этом в зону облучения попадают и подлежащие здоровые ткани.

Возникает задача – найти способ облучения, позволяющий уменьшить дозовые нагрузки на окружающие здоровые ткани.

Физико-дозиметрические характеристики ГИТЛ для лечения трофических язв

	Диаметр акт.	Акт.радионук.			Число измер.
№					точек
	зоны аппл.,	Таллия-204 в	<До>,	W %			До мин
					на
	мм	аппл. мКи (МБк)	сГр/ч		аппликаторе
1.			357	3		1,2
2.	50	2,7(100)	300	6	52	1,3
3.			398	8		1,4
4.			295	9		1,5
5.	100	10,8 (400)	347	7	52	1,3
6.			325	4		1,4

Всвязисэтим,совместносВГМИиИФХАНСССРразработанаппликатор на основе ткани из кремнеземныхпористых волокон, в который путемионного обмена вводится радионуклид таллий-204.

Источник представляет собой тонкую гибкую пластину толщиной 1 мм. Активная матрица помещена в два защитных пакета – один из алюминиевой фольги толщиной 0,02 мм, другой, наружный – из полиэтилена -0,08 мм толщиной.

307

Приизготовленииэтогоисточника(ИФХ)использованосовместноеизобретение, цель которого состояла в улучшении технических характеристик аппликаторов за счет повышения прочности фиксации радионуклида и увеличения сорбционной емкости материала основы, что особенно возможно при высоких значениях МПД бета-излучения. Это оказалось возможным путем экспериментального подбора отношения толщины d сорбирующего слоя из пористого кремнеземаидиаметраДстекловолокна.Оптимальноезначениеd/Доказалось равным (1/90+1/40).

Например, источник с радионуклидом таллий-204 изготовлен на основе стеклоткани с d=3 мкм и d/Д=1/40. При этом устойчивость к изгибу – 92 цикла, удельная активность изотопа 3 МБк/см2, прочность фиксации – 0,38% (кол-во р/н в воде после контакта с ней в течение суток).

ВИФХизготовлено шестьэкспериментальныхобразцовисточниковспециально для терапии околоушной железы. Для защиты медицинского персонала и пациентов от сопутствующего тормозного излучения, а также бета-излуче- ния, аппликатор с тыльной стороны покрыт тонким (0,3 мм, 300 мг/см2) свинцовым экраном. В связи с этим один и тот же аппликатор не мог использоваться для облучения левой и правой железы, поэтому изготовлены два вида источников – левосторонний и правосторонний (см. рис. 11.5.)

Рис.119. Относительное распределение мощности дозы по рабочей поверхности аппликаторов с радионуклидом таллий-204.

За единицу принято среднее арифметическое значение по 30 точкам

Нами исследованы радиационно-физические параметры экспериментальных источников. С целью повышения точности аттестации источников по МПДодинизнихпаспортизованнаобразцовыхустановкахВНИИметрологии (СПб). Результаты измерений представлены в таблице 11.6.

308

Сигнальный экземпляр

Гибкие аппликаторы для наружного контактного облучения околоушной слюнной железы с радионуклидом таллий-204

№	До сГр/ч	W %		Домин		Число точек
						измерениий
1	429	6,2	1,3			33
2	439	6,1	1,3			32
3	401	5,3	1,2			31
4	430	8,8	1,4			30
5	417	7,5	1,3			34
6	453	4,8	1,2			29

Эксперименты показали, что данным способом можно получать активные матрицы требуемой формы и дозиметрических параметров, которые отвечают соответствующим МТТ.

Таким образом, впервые предложены, реализованы и исследованы модульные гибкие источники с радионуклидом таллий-204 (Егр=765кэВ).

Определены оптимальные геометрии источников и номинальные значения их РФП. Впервые в стране совместно с ЗМРП, Одесским ГМИ и ГМИ Воронеж на основе МГИТЛ разработаны модели ОА и дерматологических аппликаторов, не имеющих зарубежных аналогов, рекомендованные приказом Министерства для применения в мед.практике.

Завод «Медрадиопрепарат» освоил разработанные автором методики аттестации по РФП гибких аппликаторов с таллием-204. Результаты дозиметрических исследований позволили подготовить физический раздел методических рекомендаций по применению в клинике источников с таллием-204. В соавторстве получено А.С. на изобретение нового способа приготовления ГАТЛ, экспонат удостоен серебряной медали ВДНХ-88.

309