методы и средства исслед и аттестации бета-источников для медицины

Л.В. Тимофеев

им. Филатова, МНТК «Микрохирургия глаза», ВНИИ неорганических материалов и некоторыми другими.

Сформировано и развивается новое направление в области бета-лучевой терапии органа зрения глаза и его придатков.

Реализация данного направления, находящегося на стыке различных наук, стала возможной благодаря комплексным исследованиям, проводимым на базе лаборатории №32 Института биофизики.

Основные направления исследований включают разработку научной методологии, использование современных методов дозиметрии, развитие расчетных и экспериментальных методов тканевой дозиметрии для оценки дозных полей применительно к сложным структурам организма человека.

Особое внимание уделялось метрологии измерений на всех этапах, начиная от создания источника до его клинического применения; впервые в системе Минздрава СССР решен вопрос метрологического обеспечения рассматриваемой проблемы, созданы:

•Вторичный эталон единицы мощности поглощенной дозы бета-излучения, включенный в систему Государственных эталонов;

•Рабочие средства аттестации ЗТРИИ.

Совместно со смежными предприятиями и учреждениямиразработаныисозданысовременныесредствадлялучевой терапии опухолевых и неопухолевых заболеваний глаза. Создан и внедрен в практику медицинский учреждений комплект из 17 различных типов офтальмоаппликаторов с радионуклидами стронций-90+иттрий-90.

Внедрение разрабатываемых изделий потребовало постановки радиобиологических экспериментов, существенной частью которых являлось физико-техническое и дозиметрическое обеспечение проводимых исследований.

10

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

В целом, прежде всего, следует отметить актуальность данных работ, новизну полученных результатов, их приоритетность и соответствие научному уровню исследований аналогичных зарубежных работ.

По своему научному содержанию, методическому обеспечению, объему выполненных исследований, внедрению изделий в практику медицинских учреждений, работа заслуживает самой высокой оценки, не смотря на то, что в Институте отсутствует специализированноеподразделение,анаправлениеобеспечивается небольшой группой сотрудников в составе лаборатории №32.

Считаем целесообразным использовать накопленный опыт для решения актуальных задач по прогнозированию возможных последствий действия внешнего фотонного и бета-излучений на орган зрения человека в нестандартных ситуациях, связанных с радиацией.

Старшийнаучныйсотрудник,д.т.н.И.К.Соколова,11.11.1990г.

11

Л.В. Тимофеев

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ	15
ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . .	25
ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ, СОКРАЩЕНИЯ, ЕДИ-
НИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ. ГЛОССАРИЙ . . .	30
Формальное и упрощённое объяснение основных величин .	30
ГЛАВА 1. СТРУКТУРНАЯСХЕМАРАБОТЫПОСОЗДА-
НИЮ ЗТРИИ ДЛЯ КОНТАКТНОЙ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ
(брахи). МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА . . . . . . . . .	36
1.1. О медицинской физике . . . . . . . . . . .	36
1.2. Структурная схема работы . . . . . . . . .	39
ГЛАВА 2. РАДИАЦИОННО-ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕ-
ТРЫ ЗАКРЫТЫХ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ
БЕТА-ИЗЛУЧЕНИЯ	45
ГЛАВА 3. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВОЗМОЖ-
НЫХ ДИАПАЗОНОВ ЗНАЧЕНИЙ РАДИАЦИОННО-
ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЗТИБИ НА ОСНОВЕ СИ-
СТЕМНОГО АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВ ИХ ЭКСПЕРИ-
МЕНТАЛЬНЫХ МЕДИЦИНСКИХ ИСПЫТАНИЙ . . . .	69
ГЛАВА 4. ТОЧНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ, ПОГЛО-
ЩЁННЫХ ДОЗ БЕТА-ИЗЛУЧЕНИЯ ЗАКРЫТЫХ ТЕРА-
ПЕВТИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ . . . . . . . . . . . . . . . .	82
4.1. Установка с ионизационной воздушной экстра-
поляционной камерой . . . . . . . . . . .	90

12

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

СОДЕРЖАНИЕ

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

4.2. Установка с ионизационной камерой переменно-
го давления газа, её наполняющего, КПДГ . . .			108
4.3. Экстраполяционная секционированная камера т-
ипа ЭСК-1 1 . . . . . . . . .	. .	.	116
ГЛАВА 5. РАБОЧИЕ СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ
И АТТЕСТАЦИИ ЗТИБИ . . . . . . . .	. .	. .	122
5.1. Стинтилляционный датчик для измерения дози-
метрических характеристик источников слож-
ной геометрии . . . . . . . .	. .	. .	122
5.2. Установка СКД для плоских источников
5.3. Функции отклика фотоумножителей в полях
ионизирующего излечения . . . . . . . . .			132
5.4. Способ снижения фона радиации в месте рас-
положения фотоумножителя			142
ГЛАВА 6. ТЕРМОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ И ХИМИЧЕС-
КИЕ ДОЗИМЕТРЫ . . . . . . . . . .	. .		152
6.1. Химический дозиметр на основе водного рас-
твора бензоата кальция . . . . . . . . . . .			152
6.2. Цветовые гибкие твердотельные химические до-
зиметры			155
6.3. Термолюминесцентные дозиметры			161
ГЛАВА 7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ФАНТОМНОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ			175
7.1. Дозиметрические исследования с фантомом го-
ловы человека . . . . . . . .	. .	. .	180
7.2. Устройство ‒ детектор для определения погло-
щенных доз ионизирующего излучения в органе-
зрения			185

13

ЛСОДЕРЖАНИЕ.В. Тимофеев

ГЛАВА 8. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ
РАЗРАБОТОК И ПРИМЕНЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ . . . . .	194
8.1 Эталонные дозиметрические источники . . . . .	194

8.2.Сличение результатов измерений поглощённых доз бета-излучения

8.3.Поверочная схема для средств измерения ПД

и МПД ЗТИБИ			277
ГЛАВА 9. ИНФОРМАЦИЯ О ДОЗНЫХ ПОЛЯХ ЗТИБИ . .			232
ГЛАВА 10. РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДЫ ДОЗИМЕТРИИ БЕТА-
ИЗЛУЧЕНИЯ . . . . . . . . . .	. .		273
ГЛАВА 11. ЗАКЛЮЧЕНИЕ . . . . .	. . .	. . . .	299
БИБЛИОГРАФИЯ . . . . . . . .	. . .	.	302
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Коллеги по работе			320
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Научные и деловые контакты			328
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Отчёты, договоры, деловые письма . .			332
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Как я стал медицинским физиком			338

14

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

ПРЕДИСЛОВИЕ

25 декабря 1946 года был пущен первый советский ядерный реактор, а уже в 1948 г. налажен регулярный выпуск радиоактивных изотопов. Эта работа была начата в Препарационной лаборатории Института биофизики Минздрава СССР 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 [114].

Практическаямедицинакнастоящемувремениосвоилауникальные методики лучевой терапии, и в частности, методики, основанные на применение закрытых терапевтических радионуклидных источников бета-излуче- ния – ЗТИБИ – при контактной, внутриполостной и внутритканевой терапии.

Более 80 % всех известныхрадиоизотоповподвержены тому или иному виду бета – распада. Хотя в

15

Л.В. Тимофеев

настоящее время известно несколько сотен бета – активных изотопов,однакоколичествоихпригодныхпофизическимсвойствам для использования в лучевой терапии не так уж велико.

В лабораторных исследованиях на практике нами были применены 16 радионуклидов, испускающие бета-частицы:

3H, 63Ni,14C, S35,147Pm,99Tl,85Kr, 204Tl,32P,90Sr+90Y,144Ce+144Pr,106Ru+106Rh.

Граничные энергии бета-излучения этих радионуклидов 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 1967‒1970 гг. ИБФ 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 изменениях, 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.

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

Кэтому моменту уже назрела необходимость реализации

вконкретных конструкциях различных источников и аппаратов большого научного задела, в частности по дозиметрии, методам фиксации радионуклидов на различных матрицах и тд.

16

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

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 ВикторовичБочкарёвивашпокорныйслугаТимофеевЛемирВасильевич. Оба в разное время закончили физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова.

17

Л.В. Тимофеев

Таблица 1.

Радиационные параметры бета-излучающих радионуклидов, примененных в исследованиях автора

	№	РАДИОНУКЛИД	СИМВОЛ	Егр, кэВ
	п/п
	1	Тритий-3	31H	18
	2	Никель-63	6328Ni	67
	3	Углерод-14	146C	156
	4	Сера-35	1635S	167
	5	Прометий-147	14761Pm	225
	6	Кальций-45	2045Ca	252
	7	Кадмий-113	11348Cd	--
	8	Технеций-99	4399Tc	295
	9	Криптон-85	3685Kr	670
	10	Таллий-204	8132Tl	765
	11	Фосфор-32	1545P	1710
	12	Стронций-90 + Иттрий-90	3890Sr+3990Y	540 2240
	13	Иттрий-90	9039Y	2240
	14	Церий-144 + Празеодим-144	14458Ce + 14459Pr	--
				2980
	15	Рутений-106 + Родий-106	10644Ru + 10645Rh	--
				3550

18

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

	<Е>, кэВ	Rмакс, мм, Н20	<R>, мм, Н20	Т1/2
	5,7	7,2·10-3	--	12,35 гр
	17	7·10-2	7·10-3	96 л
	49	0,3	~0,05	5730 л
	49	0,34	~0,05	87,44	сут
	62	0,55	7·10-3	2,62	гр
	77	0,64	~7·10-3	163 сут
	93	‒	‒	9,3·1015л
	101	‒	0,15	2,13·105л
	251	2,8	0,64	10,72 г
	244	3,1	0,64	3,779 г
	700	8,2	3	14,29	сут
	196 ‒ 935	2 ‒ 11,2	‒ ~4	29,12 г ‒ 64 ч
	935	11,2	~4	64 ч
	90 ‒ 1222	‒	‒	284,3	сут
		15	~4,5	17,28 мин
	10	‒	‒	368,2	сут
	1508	18,2	8	29,9 с

19