методы и средства исслед и аттестации бета-источников для медицины

Л.В. Тимофеев

Для реализации разработки конфигурационного фантома головы человека согласно данному ТЗ в будущем предполагается постановка темы (или раздела темы) под условным названием: “Разработка конфигурационного фантома головы человека.”

Начало темы ‒ январь 1985 г. Окончание ‒ декабрь 1986 г.

7.1.Дозиметрические исследования

сфантомом головы человека

Впроцессе лучевой терапии с помощью бета-аппликаторов, например,приоблучениизлокачественныхновообразованийглаза, возникает необходимость в оценке доз на окружающие здоровые ткани от сопутствующих излучений – гамма- и рентгеновского.

Такая оценка проведена нами экспериментально для ОА с 106Ru+106Rh. В качестве имитатора ОА использовался источник

типа ОДИБИ, выполненный в виде диска диаметром 25 мм, с До,β=131сГр/мин.

Схема эксперимента приведена на рис. 9.10.

Источникрасполагалсявплотнуюкпереднемуотделуодного из глаз фантома головы человека. Пленочные детекторы на основе LiF в виде дисков диаметром 5 мм и толщиной 10,5 мг/см2 собирались в стопку по 5 шт. Первая стопка детекторов располагалась на поверхности заднего отдела облучаемого глаза, в месте расположения глазного нерва; вторая – на поверхности переднего отдела на облучаемого глаза. Стопки детекторов также располагались в центреполушарийголовногомозга,подчерепнойкоробкойнаглубине10мм;назаднейстенкефантомамозжечка,соответственнона левой и правой половине; а также в области расположения щитовидной железы. Экспозиция облучения равнялась 46,5 часам.

Результаты эксперимента представлены в таблице 7.1.

180

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Таблица 7.1.

Результаты эксперимента с ОА 106Ru+106Rh

# стопки	Д		·x, сГр	Д		·x·10-2, сГр/ч	Д		/ Д	·10-2,%
		i,γ			i,γ			i,γ	о,β
1			51			110			1,39
2			95			204			2,59
3		1,74				3,7			0,047
4		1,04				2,2			0,028
5		1,02				2,19			0,028
6			2,4			3,13			0,065

Каквидноизтаблицы,например,мощностьдозынаповерхности заднего отдела облученного глаза от гамма- и рентгеновских излучений составляет 110 сГр/ч, что, в свою очередь, равняется 1,4·10-2% от дозы, создаваемой бета-излучением 106Ru+106Rh.

Глубинные распределения доз в тканеэквивалентном материале, создаваемые бета-излучением офтальмоаппликаторов, изучались с помощью плёночных дозиметров. В эксперименте использовались детекторы, основанные на окрашивании пластиков под действием излучения. Плёнки изменяют свою оптическую плотность и цвет (с жёлтого на красный) и позволяют регистрировать ионизирующее излучение в интервале доз 1,5*102Гр / 103 Гр. Информация хранится в течение трёх лет, считывание её путём использования спектрофотометра или микроденситометра может производиться многократно. Толщина плёночных дозиметровсоставляла10/180мкм.Погрешностьоднократногоизмерения дозы не превышает 15%, а погрешность относительных измерений может быть уменьшена до 5% путём предварительного отбора плёнок. Пространственное разрешение одного поля при использовании этих дозиметров определятся толщиной плёнки и диаметром луча считывающего оптического прибора. В нашем случае при использовании микроденситометра фирмы Jouce диаметр луча составлял 0,16 мм. Плёночные дозиметры по своему

181

Л.В. Тимофеев

Рис. 7.1. Антропоморфный гетерогенный конфигурационный фантом головы человека.

составу близки к оргстеклу, поэтому их размещение в этом материале (который с неплохим приближением моделирует мягкую биологическую ткань) не нарушает гомогенность такой дозиметрической системы, т.е. не приводит к искажению прохождения в ней бета-частиц. В дальнейшем, переход от дозных полей в оргстекле к полям в мягкой биологической ткани осуществляется с учётом радиационного подобия этих материалов.

182

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Измерения с плёночными дозиметрами проводились следующим образом. Фантом глаза был выполнен в виде шара из оргстекла, диаметром 28 мм, с цилиндрическим углублением диаметром3мм.Вэтоуглублениепомещалсянаборплоскихдетситоров (того же диаметра) в виде стойки, прослоенный, в случае необходимости, тонкими кружками из оргстекла. Офтальмоаппликатор накладывался непосредственно на фантом. С целью сокращения времени облучения на больших глубинных применялись более толстые (до 180 мкм) нежели вблизи аппликатора (10-30 мкм), а, следовательно, более чувствительные плёнки. Экспозиции плёнок на больших глубинах составляли 3 + 5 суток.

Изодозные кривые от офтальмоаппликаторов по центру его активнойчастиимеютприблизительносферическуюформу.Учитывая относительно малый диаметр детекторов и характер дозного поля, можно было считать, что плёнки располагались примерно по изодозным поверхностям.

Сцельюпроверкитонкостиизмеренияэкспериментбылвыполнен также в несколько иной геометрии. Плёнка располагалась между двумя полушариями другого фантома глаза из оргстекла перпендикулярно рабочей поверхности аппликатора. Измерение оптической плотности проэкспонированных плёнок проводилось в диапазоне длин волн около 530 мм, который был выбран с целью максимального выделения « полезного сигнала « над фоном. На рис […..] приведена запись оптической плотности плёнок, расположенных перпендикулярно поверхности двух источников – офтальмраппликатора и такого же, но плоского по форме. На рисунке виден « эффект фокусировки «доз от аппликатора сферической формы. Отметим, что оба варианта расположения детекторов дали согласие результатов в пределах погрешности эксперимента.

183

Л.В. Тимофеев

Рис. 7.2. а) Измерение оптической плотности пленки ЦДПЧ, расположенном в плексигласовом фантоме глазного яблока, перепендикулярно поверхности офтамалогического аппликатора со 90Sr;

б) Запись на ленте микродесинтромента оптической плотности этой пленки (кривая I), произведенная для центральнойчастидозногополя‒ поосиактивнойзоны аппликатора (типа С6). Кривая 2 ‒ аналогичная запись

для плоского калибровочного источника со 90Sr.

Кромецветныхплёночныхдозиметровдозныеполяофтальмоаппликаторов изучались также и с помощью термолюминесцентных детекторов на основе LIFE//. Эти дозиметры представляют собой плёнку толщиной 35 мкм (4,2 мг/см-2) и позволяют

184

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

измерять дозы в диапазоне 1 / 102 Гр с погрешностью не превышающей 15%. Плёночные дозиметры с LIF использовались в основном для оценки доз вблизи от поверхности офтальмоаппликаторов. И применялись согласно первому варианту расположения диаметров – в виде стопки кружков в углублении фантома глаза. Результаты измерений с помощью двух типов плёночных дозиметров – цветовых и термолюминесцентных, хорошо совпали между собой.

Термолюминесцентные детекторы вследствие их высокой чувствительности использовались также для оценки доз тормозного излучения офтальмоаппликаторов, возникающего при прохождении бета-частиц через корпус источник и ткан глаза. В этом случае применялись термолюминесцентные детекторы «ТЕЛДЕ» в виде таблеток диаметром 3 мм и толщиной 1,5 / 2 мм. Так, например, было проведено измерение дозы тормозного излучения на хрусталик от ОА, расположенного с задней стороны глаза. При этом оказалось, что для различных типов ОА средняя по объёму хрусталика доза в (1,5 / 4)х104 раз меньше дозы бета-излучения на поверхности источника.

7.2. Фантом-дозиметр для определения поглощенных доз ионизирующего излучения в органе зрения.

При работе с радионуклидными источниками ионизирующего излучения­ возникает необходимость дифференцированного определения значений ПД в разных отделах глаза.

Известны экспериментальные исследования (Грамматикати B.C.) по определению поглощенных доз бета-излучения радионуклидов 90Sr + 90Y с помощью термолюминесцентных детекторов: детектор ТЕЛДЕ (LiF) помещали на место удаленного хрусталика глаза трупа крысы и вос­производили схему облучения животных.

185

Л.В. Тимофеев

Недостатками этого способа являются его узкие функциональные возможности, т.к.доза определяется только в хрусталике, и он следовательно не дает информации о дозовых нагрузках на другие отделы глаза; неадекватность условий моделирования дозного распределения в глазу человека, и, следовательно, невозможность перенесения получаемых результатов на глаз человека без соответствующей­ экстраполяции.

Для определения дозовой нагрузки рентгеновского излучения непосредственно на глаз пациента при терапии рака кожи лица Новикова­ Л.В.осуществила имитацию глаза человека. При этом емкость геометрически подобная глазу из резиноной оболочки наполнялась раствором метилоранжа. Измерения проводили на костно-парафиновом фантоме головы человека, а вышеуказанный детектор помещали в глазницу­ фантома.

Соблюдали равенство объемов детекторов и глаза человека­ , а также подобие их геометрических форм. Такое устройство поз­ волило повысить адекватность моделирования дозного распределения в глазу, однако ‒ оно обладает недостаточными функциональными возможностями­ , т. к. позволяет определить только усредненнуюдозупообъемуглазавгомогеннойсреде,низкачувствительность по дозе, а сам раствор химически_агрессивен.

Необходимость получения дифференцированной дозиметрической информации возникает, например;»при моделировании аварийного облучения­ , а также в клинической практике при планировании курса терапии­ злокачественных опухолей.

В клинической практике при терапии злокачественных опу- холейглазастолщинойпорядка5-7ммприменяютсяаппликаторы с гамма-излучающими радионуклидом кобальт-б0. При такой методикелучевойтерапииоблучениюподвергаютсянетолькопораженные опухолью участки глаза, но и здоровые ткани-хрусталик и стекловидное тело.

186

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

За куре лечения по этой методике (6 суток непрерывного облучения) поверхностные слои глаза получают дозу порядка 200 Гр (2 х 104 рад), а слой на глубине от 5 до 13 мм получают при этом дозы 40-20 Гр (4 х 103 ‒ 2 х 103 рад).

При терапии злокачественных опухолей глаза с толщиней порядка 2,5‒3 мм применяются аппликаторы с бета-излучением радионуклидами­ - стронций-90 и иттрий-90. При такой методике в лучевой терапии­ эпибульбарных опухолей, локализованных в переднем отделе глаза, облучению подвергаются не только пораженные опухолью участки глаза, но частично и передняя камера глаза. За курс лечения по этой методике дозовая нагрузка на область центра передней камеры может достигать 20 Гр

(2 х 103 рад).

Ранее с целью оценки величины дозы на хрусталик от тормозного излучения при бета-терапии некоторых заболеваний глаза с помощью аппликаторов с радионуклидами стронций-90 и иттрий-90 мы уже ислользовали детекторы ТЕЛДЕ. Измерение проводили на фантоме головы человека, выполненного на основе черепа, лицевых костей головы и смеси парафина с белой сажей. При этом глаз моделировали по форме и размерам соответствующим глазу человека с помощью сферы из той же смеси в области хрусталика которого помещали детектор. Однако и при таком способе оценивается доза, получаемая только хрусталиком в гомогенной сфере. При лучевой терапии необходимо иметь информацию о дозовых нагрузках на разныеотделыорганазренияпациента,авозможностиизвестных способов а этом плане ограничены.

Целью данной работы являлось расширение функциональных возможностей­ устройства путем обеспечения получения дозиметрической информации­ дифференцированной к разным отделам гетерогенной среды глаза человека (хрусталик, передний отдел, стекловидное тело), т.е. информации о поглощенный

187

Л.В. Тимофеев

ими дозах гамма-бета- и рентгеновского излучения, для физикотехнического обеспечения лучевой терапии. Креме­ того, мы считали важным повысить адекватность дозных полей, создаваемых­ при облучении в детекторе и реальном глазе человека, повы­сить чувствительность устройства, части...

Поставленная цель была достигнута тем, что в устройстве для оп­ределения ПД ИИ в органах зрения, содержащее фантом головы человека с емкостью, геометрически и радиационно подобной глазу, в которой размещен тканеэквивалентный детектор, детектор выполнен составным из трех частей, геометрически и радиационно подобных соответственно переднему отделу глаза, хрусталику и стекловидному телу. При этом для указанных отделов глаза (частей фантома) применяются разные детекторы­ . В качестве методов регистрации доз мы выбрали химический и термолюминисцентный методы. Эти методы обладают необходимой чувствительностью, могут обеспечить измерения в нужном диапазоне доз, требуемую величину­ погрешности и позволяют оперативно и с приемлемой точностью проводить измерения.

Впредложенномтехническимрешенииустройствадетекторасамипроявляютновыесвойства,т.к.дополнительно­ участвуют

вформировании дозного распределения, соответствующего дозному распределению, возникающему при облучении глаза человека, т.е. при облучении устройства по его объему устанавливается дозное распределение, соответствующее распределению дозы

вглазучеловека.

Таким образом, предложено устройство для определения поглощён­ных доз иоинизирующего излучения в глазу человека, содержащее фантом головы человека с ёмкостью, геометрически подобной глазу в которой размещён тканеэквивалентный радиационное подобный детектор излучения.

Устройство отличается от известных тем, что с целью повышения точности и одновременного получения расширенной

188

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

и дифференцированной по разным отделам глаза человека (хрусталик, передняя камера, стекловидное­ тело) дозиметрической информации, необходимой при лучевой терапии, устройство выполнено в виде гетерогенного фантома-дозиметра, состоящего из трёх частей - двухшаровых сегментов и диска чечевицеобразной формы, расположенного между ними, имитирующих соответственно передний отдел глаза, стекловидное тело и хрусталик, причём один расположен, например, на месте хрусталика, другой заполняет объём передней­ камеры, третий - стекловидное тело. В качестве детектора ионизурующего излучения в целях повышения активности дозных полей И.И., созда­ваемых при облучении в детекторе и глазу человека, а также чувстви­тельности устройства, применяется водный раствор бензоната калия, а на месте хрусталика ‒ термолюминисцентный дозиметр, например, типа ТЕЛДЕ. Количественное содержание инградиентов раствора бензоната кальция­ известно / Са (С7 Н5О2)2 * 3H2O концентрацией 6

х 104 м.

Для обеспечения быстрого (экспрессного) анализа раздельного определения доз излучения, полученных различными детекторами, фантомное­ устройство выполняется разъёмным.

По сравнению с известными, предложенное устройство позволяет повысить не только информативность измерения дозы по разным отделам глаза и тем самым создать большой эффект применительно к задачам лучевой терапии, но и улучшает условия работы персонала, т.к.вместо химически-агрессивного кислотного раствора метилоранжа применяется нейтральный раствор бензоната кальция.

Относительно положительного эффекта от применения LiF. Этот детектор на три порядка чувствительнее метилоранжевой системы, кроме того, верхний предел доз у LiF в 40 раз выше. Радиационное подобие детектора ткани хрусталика оценивалось следующим образом: для электронов сопоставлялись значения

189