расчетные методы дозиметрии бета-излучения

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

Ψ(r) – функция влияния точечного источника бета-излучения r – расстояние от источника

W (r) - величина, пропорциональная энергии бета-излучения, поглощенной

всферическом слое единичной толщины с радиусом r

ν- эффективный коэффициент поглощения бета-излучения с – параметр в формулах Левинджера К – нормировочный коэффициент

Егр – граничная энергия бета-излучения Ē – средняя энергия бета-спектра

RM – максимальный пробег бета-излучения

W (r, Ei) – функция, описывающая распределение поглощенной энергии от точечного источника электронов с энергией Ei

αi – доля моно-линии в спектре

z = x/RM – глубина под облучаемой поверхностью, выраженная в долях пробега

P(z) – мощность дозы на глубине z

P (x, Ei , Ɵ) – мощность дозы на глубине х, создаваемая широким пучком электронов Ei , падающих под углом Ɵ

∆ (Ei , Ɵ) – дозный коэффициент обратного рассеяния φ (x, Ei , Ɵ) – относительное дозное распределение ᴂ (Еi) – коэффициент «растяжения»

φ (x, Ei , Ɵ) ≈ ᴂ (Еi)·f (z, Ɵ)

РИ.П. – мощность дозы от изотропного потока электронов РИ.И. - мощность дозы от изотропного источника электронов dΩ – элемент телесного угла

N (Ɵ) – угловое распределение электронов Ϭ – поверхностная плотность активности

ε (Ei , Ɵ) – коэффициент обратного рассеяния Ɵ1 – угол рассеяния

Р∞И.И – распределение от плоского источника, погруженного в «бесконечную» среду

W^ (r) – энерговыделение, вычисленное по Левинджеру W0 – энерговыделение при r →0

WM (r) – энерговыделение, вычисленное по МЕДФ h – высота зазора в камере

р - давление газа в камере

d - толщина слоя газа в камере n – атмосферное давление

n0 – показания вакууметра при глубоком вакууме S – отношение тормозных способностей двух сред W∞ - величина ионизации в широкой камере

10

Сигнальный экземпляр

WR – ионизация в камере с радиусом R W0/ k – «коэффициент формы»

G – радиационно-химический выход

КПДГ–камера переменного давления газа, её наполняющего ЭСК–1 –экстраполяционная секционированная камера ЗТИБИ – закрытый терапевтический источник бета–излучения

ОДИБИ– образцовый дозиметрический источник бета–излучения РМДБИ– расчётная методика дозиметрии бета – излучения ММЕДФ – модернизированный метод единой дозовой функции ТЭМ – тканеэквивалентный материал

11

12

Сигнальный экземпляр

ПРЕДИСЛОВИЕ

25 декабря 1946 года был пущен первый советский ядерный реактор,

ауже в 1948 г. был налажен регулярный выпуск радиоактивных изотопов. Эта работа была начата в Препарационной лаборатории Института биофизики Минздрава СССР, руководимой В.В. Бочкарёвым, в тесном сотрудничестве с научными и промышленными организациями Госкомитета по использованию атомной энергии СССР и Академии наук СССР.

Будучи единственной в стране организацией такого рода в течение первых 8 лет Институт организовал разработку и серийный выпуск радиоактивных препаратов и источников для нужд медицинских и научных учреждений, народного хозяйства. В дальнейшем к разработке методов получения и выпуску радионуклидных препаратов были подключены и другие научные учреждения, страны.

Кнастоящему времени практическая медицина освоила уникальные методики лучевой терапии, и в частности, методики, основанные на применение закрытых терапевтических радионуклидных источников бета-излучения –

ЗТИБИ – при контактной, внутриполостной и внутритканевой терапии. Более 80 % всех известных радиоизотопов подвержены тому или иному

виду бета – распада. Хотя в настоящее время известно несколько сотен бета

– активных изотопов, однако количество их пригодных по физическим свойствам для использования в лучевой терапии не так уж велико.

В лабораторных исследованиях и на практике нами были применены 16 ра- дионуклидов,испускающиебета-частицы:3H,63Ni,14C,S35,147Pm,99Tс,85Kr,204Tl,32 P,90Sr+90Y,144Ce+144Pr,106Ru+106Rh.Граничныеэнергиибета-излученияэтихради- онуклидов находятся в пределах от 18 кэВ до 3550 кэВ; максимальные пробеги от 0,01 мм до 18 мм в мягкой биологической ткани (см. Таблицу 1).

По известному выражению Ф.Энгельса «потребность двигает науку больше, чем десятки университетов». В 1967…70г.г. Институ биофизики МЗ СССР

собрал запросы и рекомендации ведущих медицинских учреждений страны в отношении разработки и промышленного выпуска конкретных типов радионуклидных источников.

Глазные клиники нуждались в наборах жёстких и гибких аппликаторов, в малогабаритных дистанционных облучателях для онкологии, требовались специальные источники для отоларингологии при лечении патологических изменений, например, евстахиевой трубы, носоглотки, переднего отдела уха. Необходимо было расширять ассортимент источников для дерматологии и лечения поверхностных заболеваний и тд.

В 1975 г. Главное Управления лечебнопрофилактической помощи МЗ

СССР при нашем участии дополнительно опросило заинтересованные организации с целью выяснения перспектив дальнейшего развития лучевой терапии с использованием ЗТРИИ.

13

Во всех случаях обращалось внимание на комплектование источников с приспособлениями для работы, транспортировки и хранения изделий.

К этому моменту уже назрела необходимость реализации в конкретных конструкциях различных источников и аппаратов большого научного задела, в частности по дозиметрии, методам фиксации радионуклидов на различных матрицах и тд.

Мы стремились с самого начала ( март 1959г.) сделать работу по созданию ЗТИБИ замкнутой, т.е. содержащей по возможности все элементы её составляющие, такие как: тотальный подход, идеи, понятия, технология, исследования, клинические испытания, нормативные документы, серийный выпуск, авторское сопровождение применения, реклама, и ….» головокружение от успеха».

Модель такого сложного процесса могла разрабатываться только коллективами различных специальностей: физики, медицинские физики, медики, радиационные химики, технологи, чиновники.

«Постановщиками» - руководителями комплексной работы на протяжении многих лет фактически были профессор Валерий Викторович Бочкарёв и ваш покорный слуга Тимофеев Лемир Васильевич. Оба в разное время закончили физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова.

14

Таблица 1. Радиационные параметры бета-излучающих радионуклидов, примененных в исследованиях автора

	№ п/п	РАДИОНУКЛИД	СИМВОЛ	Егр, кэВ		<Е>, кэВ		Rмакс, мм, Н20	<R>, мм, Н20		Т1/2
	1	Тритий-3			18		5,7	7,2·10-3		--	12,35 гр
	2	Никель-63			67		17	7·10-2		7·10-3	96 л
	3	Углерод-14			156		49	0,3		~0,05	5730 л
	4	Сера-35			167		49	0,34		~0,05	87,44 сут
	5	Прометий-147			225		62	0,55		7·10-3	2,62 гр
	6	Кальций-45			252		77	0,64		~7·10-3	163 сут
	7	Кадмий-113			--		93	--		--	9,3·1015л
	8	Технеций-99			295		101	--		0,15	2,13·105л
	9	Криптон-85			670		251	2,8		0,64	10,72 г
15
	10	Таллий-204			765		244	3,1		0,64	3,779 г
	11	Фосфор-32			1710		700	8,2		3	14,29 сут
	12	Стронций-90 +		540	2240	196	935	2	--	~4	29,12 г	64 ч
		Иттрий-90ч						11,2
	13	Иттрий-90			2240		935	11,2		~4	64 ч
	14	Церий-144 +	+		--	90	1222	--		--	284,3 сут		Сигнальный
		Празеодим-144			2980			15		~4,5	17,28 мин
	15	Рутений-106 +	+		--		10	--		--	368,2 сут
		Родий-106			3550		1508	18,2		8	29,9 с		экземпляр
	16	Калий – 42	42K	3520; 1900			1600	18		≈8	12,4 ч

 МосковскийГосударственныйУниверситет(МГУ)именивеликогорусского ученого Михаила Васильевича Ломоносова был создан по указу императрицы Елизаветы Петровны 12 января 1755 года. А первого сентября 1953 года открылись двери новых зданий на Воробьевых горах (в те годы - Ленинских). Автору предлагаемой книги посчастливилось быть среди первых студентов физического факультета МГУ, вошедших в новый корпус. (см. приложение В)

Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Интересно отметить, что сначала (1755 г.) в Университете было лишь три факультета: философский, юридический и медицинский, на котором читался курс физики. И только в 1804 году был образован факультет физических и математических наук. Уже в наше время на физфаке создана кафедра медицинской физики. Не правда ли, проблема как бы сама собой закольцевалась: медицина, физика. Возродился в МГУ и медицинский факультет.

16

Сигнальный экземпляр

Введение

Атом, как известно, принёс медицине огромную пользу. С помощью его энергии спасено множество человеческих жизней. Ещё в 1901 г. Парижский врач Данло, заимствовавший у Пьера Кюри небольшое количество радия, попробоваллечитьимзаболеваниекожи.В1903г.АлександрБеллвпервыепоместил радий в защитную капсулу, тем самым изготовив, как мы теперь его называем, закрытый терапевтический радионуклидный источник ионизирующего излучения – ЗТРИИ. Перед создателями средств для лучевой терапии всегда стояла задача – направить ионизирующее излучение, в основном, на поражённый участок тела или органа в требуемом количестве таким образом, что бы не облучить здоровые подле лежащие ткани и не допустить соприкосновение тканей с радиоактивным веществом или источником.

Это удается достигнуть благодаря, в частности, контактным (близкофокусным) методикам облучения. Контактные способы облучения ,например, злокачественных новообразований исторически относятся к наиболее ранним вариантам лучевой терапии. Как отметил академик А.С.Павлов: «Наличие отдельных радиобиологических и физико-дозиметрических особенностей, присущих лишь этим вариантам лучевой терапии, обусловливает высокую терапевтическую эффективность и делает их методом лечения при некоторых локализациях злокачественных опухолей и некоторых неопухолевых заболеваний».

17

К настоящему времени практическая медицина апробировала методики с использованием -ЗТРИИ с различными радионуклидами. Так мировая и отечественная номенклатура разработанных ЗТИБИ включает источники с семью бетаизлучателями: 32P,90 Sr+90Y,99 Tc, 106 Ru+106 Rh,147 Pm, 204 Tl, 198Au.

Граничная энергия бетаизлучения этих источников изменяется от 224 кэВ до 3,5 МэВ.Активность радионуклидов в источнике в зависимости от его типа и назначения может составлять величины (40….4000) МБк (~1 ….100 мКи). По величине создаваемых мощностей доз источники различаются на три по-

рядка :( ~0,2…..200) сГр/мин.

Источники изготавливаются в виде игл, стерженьков, шариков, сферических чашек. Антропометрические требования к изделиям определяются анатомическими свойствами органов и тканей человека, возможными формами, размерами и расположением опухолей ( или других очагов поражения).

Большинство источников выполнены в виде «жёстких» конструкций, не изменяющих свою форму в процессе эксплуатации, а некоторые – в виде составных, полужёстких изделий, а также гибких изделий, которые могут принимать различную форму.

При изготовлении активных матриц и защитных капсул ЗТИБИ используются различные материалы: алюминий, никель, цинк, железо, сталь, серебро, иридий, полиэтилен, кремнеземные пористые волокна и др.

Рис. 1 Радионуклидные источники для лучевой терапии

18

Сигнальный экземпляр

На рис.1 под номером 18, в частности, приведен гибкий бета-аппликатор. В Советском союзе разработан новый класс ЗТИБИ – гибкие бетааппликаторы на основе органических (сульфированный полиэтилен и др.) и неорганических ( стеклоткань) ионообменных материалов, в которое сорбционным путём вводятся радионуклиды 147Pm, 204 Tl, 32 P, 90 Sr+90 Y, 106 Ru+106 Rh. Активная матрица помещается в пакет из алюминиевой фольги с защитной свинцовой фольгой с тыльной стороны источника, и полиэтиленовый гигиенический пакет. Общая толщина аппликатора около одного мм. Аппликаторы выполняются разноо- бразнойформыиразмеров–квадрат,прямоугольник,кругитд.(100х100)мм2, ( 25х50)мм2, диаметр= 50 мм и др. Гибкие аппликаторы с высокой эффективностью применены для лучевой терапии поверхностных заболеваний кожи и слизистых оболочек ( тромбофлебит, трофические язвы и тд.) .

19