Бета-излучение Таллия-204 в контактной терапии_Тимофеев_Л.В

//СИГНАЛЬНЫЙЭКЗЕМПЛЯР//

БЕТА-ИЗЛУЧЕНИЕ ТАЛЛИЯ-204 В КОНТАКТНОЙ ТЕРАПИИ

ГЛАВА 2 ФИЗИЧЕСКИЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

СОЗДАНИЯ ТАЛЛИЕВЫХ АППЛИКАТОРОВ

Название химическому элементу таллий дали по цвету линии в спектроскопе – зеленый от латинского thallus – зеленый побег.

Таллий ‒ (лат. Thallium) химический элемент III группы периодической системы. Серебристо-белый металл с сероватым оттенком. Открыт в 1861 г. У. Крупсон (Великобритания).

Что касается радионуклида 204 Tl, то он является практически «чистым» бета-излучателем (~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 310мг/см2 =3,1мм.Ориентировочно70%энергиибета-излучения поглощается в слое ткани толщиной 0,5 мм.

2.1. Ослабление бета-излучения фильтрами из материалов с Z=(6…92)

К современным ЗТИБИ предъявляются довольно жесткие медико-технические требования. Так, например, офтальмоаппликаторы для бета-терапии злокачественных новообразований в заднем отделе глаза должны быть не толще 1 (одного) мм, и при этом необходимо еще предохранять от переоблучения здоровые ткани (выбор материала и толщины подложки) и обеспечивать оптимальный выход бета-излучения из источника для создания требуемой мощности дозы (толщина выходного окна и активной матрицы).

41

Л.В. Тимофеев

Как правило, ЗТИБИ гетерогенны и конструкционные элементы создаются на основе разнообразных материалов: полимерные пленки, кремнеземные волокна, керамика, металлические пластины.

Материал выбирается исходя из его защитных характеристик, физико-химических, технологических свойств, а также функциональных значений изделия.

Возникает также задача оптимизации геометрии (размеров и форм) источников, напрямую связанная со свойствами материала.

Активную матрицу можно было изготовить также из смеси порошков никеля и цеолита.

Однако, расчетные методики не всегда обеспечивают требуемую точность. Например, как это в случае материалов с Z<50, либо когда предложенные расчетные методики применимы в ограниченном энергетическом диапазоне бета-излучения. Недостаточно и соответствующей справочной информации.

Всвязи с этим возникла необходимость дополнить соответствующие существующие методические приемы экспериментальными данными в виде графиков, позволяющих оперативно оценивать ослабление бета-излучения по МПД экранами из материалов с Z€(6-92) для бета-излучателей с Егр=(200-3500)КэВ.

Была выбрана барьерная геометрия в качестве базовой защиты, а, следовательно, и эксперимента: плоский, широкий, «толстый» источник; и затем «тонкий» плоский детектор.

Фильтры были выполнены из таких однородных или композиционных материалов как полиэтилен, стеклоткань, цеолит, титан, алюминий, железо, технеций, кадмий, вольфрам, свинец, уран, LiF, Mg2B4O7, рентгеновская пленка.

Вэксперименте использовались промышленные источники бета-излучения типа БИП, БИТ, БИР, БИЦ, а также ОДИБИ, ЗТРИИ и некоторые другие источники с радионуклидами 147Pm,

99Tc, 204Tl, 90Sr+90Y, 144Ce+144Pr, 106Ru+106Rh.

Диапазон граничных энергий бета-излучения – (200-3500)

КэВ.

42

//СИГНАЛЬНЫЙЭКЗЕМПЛЯР//

БЕТА-ИЗЛУЧЕНИЕ ТАЛЛИЯ-204 В КОНТАКТНОЙ ТЕРАПИИ

В качестве детектора использовалась воздушная ионизационная плоская камера глубиной 0,8 мм и диаметром собирающего электрода 10 мм. Толщина входного окна камеры составляла

1,7мг/см2.

Погрешность относительных измерений значений МПД <(3-7)% и зависит от Eβ и толщины фильтра.

Результаты проведенных измерений представлены на ри-

сунках 3.1.1…..3.1.4.

	Что	каса-
етсясравнитель-
ных	характери-
стик ослабления
бета-излучения
по МПД в рас-
сматриваемой
геометрии изме-
рения, то можно
заметить		следу-
ющее. Если тол-
щину	фильтров
выражать в мас-
совых единицах
(мг/см2), то во
всем	энергети-
ческом диапазо-
не заметна боль-
шая	эффектив-
ность в ослабле-
нии	тяжелыми
элементами до
~(1,5-3) раз, не-
жели	элемента-		Рис. 2.1.1. Характер ослабления дозы бета-
ми с Z<22. При			излучения «толстого» источника по глубине
Егр=7566КэВ			поглотителя из различных материалов.

43

Л.В. Тимофеев

(204Tl) кривые сгруппировались в два пучка (Z<48) и (Z<22), хотя в верхнем пучке можно наблюдать еще и тонкую «структуру» – небольшое увеличение эффективности ослабления с ростом Z.

Рис.2.1.2.Характерослаблениядозыбета-излучения«толстого» источника по глубине поглотителя из различных материалов

Рис. 2.1.3. Характер ослабления дозы бета-излучения «толстого» источника по глубине поглотителя из различных материалов

44

//СИГНАЛЬНЫЙЭКЗЕМПЛЯР//

БЕТА-ИЗЛУЧЕНИЕ ТАЛЛИЯ-204 В КОНТАКТНОЙ ТЕРАПИИ

Рис.2.1.4. Характер ослабления дозы бета-излучения «толстого» источника по глубине поглотителя из различных материалов

45

Л.В. Тимофеев

Рис. 2.1.5.

Рис. 2.1.6.

46

//СИГНАЛЬНЫЙЭКЗЕМПЛЯР//

БЕТА-ИЗЛУЧЕНИЕ ТАЛЛИЯ-204 В КОНТАКТНОЙ ТЕРАПИИ

Во многих случаях удобно характеризовать ослабление бета-излучения последовательными значениями толщин фильтров dn, для которых МПД уменьшается в 2П раз (п = 1,2,3...). Таким образом образуется семейство эмпирических кривых вида dn = fz (Eгp), связывающих значение dn и Егр для каждого Z. Естественно, форма кривых в определенной степени зависит от условий эксперимента.

Кроме того, кривые типа dn=/z(Eгp) могут быть рекомендованы в ряде практических случаев и для идентификации того или иного радионуклида в ЗТРИИ.

Пример использования полученныхданных:вкачествеконструкционного материала для ОА с 106Ru+106Rh может быть рекомендовано серебро, близкий по Z элемент к кадмию. Если допустить, что МПД с тыльной стороны источника не должна превышать (1-2)% от ее значения на рабочей поверхности, то толщина основания активной матрицы должна быть не меньше d6=мм с учетом поправок на геометрию источника.

При необходимости экспериментальные результаты позволяют проследить связь между Егр и Z практически для любых значений n.

Примеры практического использования представленного графического метода оценки степени ослабления бета-излучения поМПД:офтальмоаппликаторсрадионуклидомталлий-204пред- полагалось изготовлять с активной матрицей из сплава таллия со свинцом, герметизированной в корпусах из титана или нержавеющей стали. Толщина основания корпуса 0,65 мм, выходного окна – (0,05...0,10) мм. (...). Основа из титана и железа поглощает бета-излучение полностью, а окна ослабляют в 3 и 8 раз соответственно,чтоибылоучтенопривыборематериалаиоценкетребуемой активности радионуклида для обеспечения нужной МПД.

Если же использовать туже подложку (0,65 мм Fe) для рутенеевых аппликаторов, то К = 10. Тогда при дозе, например, 200

47

Л.В. Тимофеев

Гр на опухоль, здоровые ткани получат 20 Гр – и это уже вопрос к радиобиологам и медикам.

Герметизирующая крышка стронциевого аппликатора выбрана равной 0,15 мм Fe и следовательно К=2 и т.д.

2.2. Радиационно-физические параметры закрытых терапевтических источников бета-излучения

Напротяжениинесколькихдесятилетийпрактическаямедицинаапробироваламногиетерапевтическиеметодикисиспользованиемдискретныхзакрытыхисточниковсразличнымирадионуклидами. Взакрытом терапевтическомрадионуклидом источнике ионизирующего излучения активная матрица обычно заключена

воболочку, выполненную либо в виде защитного покрытия, либо

ввиде ампулы, предотвращающей контакт пациента и персонала непосредственно с радиоактивным материалом радионуклидное загрязнениеокружающейсредывышедопустимогоуровня,предусмотренных для данных условий использования источника.

Из общего класса закрытых источников целесообразно выделить медицинские, а затем терапевтические радионуклидные источники излучении или согласно аббревиатуре – ЗТРИИ. Такое разделение источников по назначению эффективно при классификации, исследовании, аттестации и применении.

Анатомия органов тканей человека, форма, размеры и месторасположения опухолей или других очагов поражения определяют антропометрические требования к конструкциям источников. ЗТРИИ могут быть в виде игл, стрежней, пластин, шариков, спиралей, проволоки. Конструкционно они выполняются в виде «жесткихизделий»,неизменяющихформувпроцессеэксплуатации, и в виде составных, «полужестких». Имеются и гибкие источники, которые могут принимать различную форму в процессе эксплуатации.

48

//СИГНАЛЬНЫЙЭКЗЕМПЛЯР//

БЕТА-ИЗЛУЧЕНИЕ ТАЛЛИЯ-204 В КОНТАКТНОЙ ТЕРАПИИ

Анализнаучныхпубликаций,каталоговфирмипредприятийпроизводителей ЗТИБИ различных стран на свою продукцию показывает, что в настоящее время мировая номенклатура выпускаемых ЗТРИИ включает дискретные источники с ~14 радионуклидами. Десять радионуклидов применяются как источники бета-излучения, шесть – в качестве источников гамма-излучения

иодин – нейтронного. Таким образом, применяемые для ЗТРИИ радиоактивные элементы составляют ~13% от общего числа их в таблицеМенделеева,изначительноменьше–1%,отчисларадио- активных изотопов всех элементов.

Что касается энергетических характеристик излучений, то, например, диапазон энергий бета-излучения промышленных источников равен (200 кэВ…3,5 МэВ); для гамма-излучения

(0,4÷1,3)МэВ.

Активность радионуклидов в источника в зависимости от еготипаизначениясоставляет~(40÷4000)Мбк(~1÷100мКи).По величине создаваемой мощности дозы терапевтические источники различаются почти на три порядка (~ 30 Гр/мин…30 Гр/мин).

Значениядознакурслечениямогуттакжеотличатьсянатри порядка, например, при терапии злокачественных новообразований заднего отдела глаза 200 Гр за 6 суток и 20 Гр при некоторых неопухолевых заболеваниях переднего отдела.

Крометого,известноиспользованиевэкспериментеполучевойтерапииисточниковстакимирадионуклидами,какмарганец54, жлезо-55, криптон-85, палладий-103, йод-125, цезий-131, тулий-170, а также некоторых других радионуклидов, в том числе

итрансурановых элементов. Среди этих радиоизотопов есть излучатели фотонного характеристического излучения малой энергии (железо, палладий, йод).

Для лечения кожных и глазных заболеваний в течение многих лет использовались аппликаторы с 226Ra. Однако конструкция этих источников оказалась непрочной, кроме

49

Л.В. Тимофеев

того, гамма-излучение увеличивало опасность обращения с ними. Впоследствии появлись источники с такими бетаизлучающими изотопами, как 90Sr+90Y, 106Ru+106Rh. Хотя в настоящее время известно несколько сотен бета-активных изотопов, количество же радионуклидов, физические свойства которых пригодны для использования в медицине, не так уж велико.

В настоящее время в медицине для контактной лучевой терапии с учетом наших разработок применяются свыше 20 различных типов источников. Источники одного типа могут быть одинаковыми по форме, но разными по размерам. Таких разновидностей – 70. Одинаковые по геометрии источники могут отличаться по величине активности содержащегося в них радионуклида. С учетом этого, число разновидностей ЗТРИИ достигает 170. Например, специализированная фирма Венгрии предлагает клиникам 11 различных типов гинекологических источников с кобольтом-60 и другие типы изделий. В Германии производятся, например, источники в виде стержней с радионуклидами иттрий-90 и золото-198, а также офтальмоаппликаторы с различными радионуклидами. Фирмы Великобритании изготавливают около 80 терапевтических источников различных типоразмеров.

Так как при выборе метода аттестации ЗТРИИ по дозиметрическим параметрам приходится учитывать и свойства конструкционныхматериаловэтихиисточников,тоследуетобратить внимание и на большое разнообразие материалов, из которых изготавливают радиоактивные матрицы источников, защитные капсулы и пакеты. Среди них и специальным образом обработанный полиэтилен, ионообменные смолы, модифицированные хлопчатобумажные ткани, стеклоткани, керамика, эмали, глазури, целиоты, стекла, а также металлы: алюминий, сталь, титан, золото, платина, иридий, родий.

50