методы и средства исслед и аттестации бета-источников для медицины

Л.В. Тимофеев

(Z/A)эфф = ∑Zi/М; К2 = (∑Zi+I) /М)1/2; для фотонного излуче-

ния ‒ Z ф/эф.

Инградиенты хрусталика: 68% Н2О, 32% белки. Полученные значения параметров сравнения в пределах (5÷10)% оказались равными для LiF и ткани хрусталика в энергетическом диапазоне по меньшей мере т.о. 100 кэВ до 3,5 V’D/

Таким образом, в присутствии LiF детектора и водного раствора бензоната кальция в устройстве формируется дозное поле, адекватное таковому при облучении глаза человека.

Теперь, если вернуться к примеру терапии с кобальтом-60. Метилоранжевый детектор зафиксирует среднюю по глазу дозу, которая в 2÷3 раза меньше дозы на месте расположения хрусталика. Детектор зафиксирует дозу, отличающуюся от действительной на ±15%.

Для дозиметра на основе бензоната кальция определен радиационно-химический выход салициловой кислоты, образующейся в растворе бензоната кальция под действием различных видов излучений: бета-, гамма-, рентгеновского. Показано, что диапазон значений измеряемых доз не меньше Д€50сГр/с с погрешностью (10…15%) при Р=0,95.

190

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

191

Л.В. Тимофеев

192

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Рис. 7.3 Схема облучения LiF Рис. 7.4. Фантомы глаза человека. источником типа I.I.I.

1 ‒ источник излучения;

2 ‒ детектор LiF ‒ (3,5 х

2,5) мм;

3 ‒ фантом глаза

193

Л.В. Тимофеев

ГЛАВА 8 МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ РАЗРАБОТОК ЗТРИ ДЛЯ КЛТ

8.1 Эталонные дозиметрические источники

Проект авторской заявки на изобретение

Изобретение относится к области метрологии ионизирующих излучений и может быть использовано для сохранения, передачи и определения значений дозиметрических параметров закрытых терапевтических источников бета-излучения (ЗТИБИ). Кроме того, оно может быть применено для решения некоторых задач радиационной безопасности, в частности, для поверки (градуировки) дозиметрических приборов.

В лучевой терапии опухолевых и некоторых неопухолевых заболеваний успешно применяются закрытые радионуклидные источники бета-излучения/I/. Основной радиационной характеристикой, определяющей эффективность лечебного действия подобных источников, является создаваемая источником в биологической ткани мощность поглощённой дозы бета-излучения. При определении основных дозиметрических характеристик ЗТИБИ необходимо стремиться к наиболее высокой точности их измерения, ибо облучению организма сопутствует серия технических процедур, при которых погрешности в отпускаемой пациенту дозе накапливаются, что отрицательно влияет на эффективность лучевой терапии.

Аттестациюрадионуклидныхисточниковудобнопроводить, особеннов производственныхусловиях,относительным методом (методом сличения), с помощью специально колиброванных, в частности – образцовых мер( источников) различных разрядов,

194

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

используемых для передачи размера единиц от эталонов к рабочим мерам и приборам. В Советском Союзе и за рубежом разработаны образцовые источники альфа-, бета-, гамма- и нейтронного излучений, а также образцовые растворы ряда радионуклидов/2,3/.Взависимостиотназначенияобразцовыерастворыиисточники аттестуются по одной или более из нижеперечисленных характеристик: активность радионуклида в источнике, поверхностная активность и поток ионизирующего излучения, энергия фотонного излучения и частиц, мощность экспозиоционной дозы и некоторым другим.

Однако источников излучения, образцовых по мощности поглощённой дозы бета-излучения в материале, эквивалентном мягкой биологической ткани, к настоящему моменту не имеется.

Для измерения дозиметрических характеристик ЗТИБИ используют различные экспериментальные методы прямых измерений – ионизационный, сцинтилляционный, фото-метод и др. /4/. Наиболее высокая точность абсолютных измерений МПД бета-излучения обычно достигается с помощью ионизационной экстраполяционной плоскопараллельной камеры /5/. Однако подобные измерения, как правило, трудоёмки, и осуществляются в основном на уникальных эталонных установках.

Отметим попутно, что в состав эталонных установок должны входить средства, обеспечивающие хранение единиц МПД, контроль условий хранения и стабильности измерений, а также передачу размера единиц МПД другим средствам измерений.

ПримассовомвыпускеЗТИБИудобныдляизмеренийсцинтилляционные дозиметры. В этом случае требуется переносить единицу МПД с эталона на рабочее средство измерения, каким и является сцинтилляционный дозиметр.

При решении частных задач, например, при аттестации серийных офтальмоаппликаторов (ОА) с 90Sr+90Y значение МПД бета-излучения переносят на OA с помощью компаратора с терапевтического с теми же радионуклидами и близкого по кон-

195

Л.В. Тимофеев

струкции , но плоской геометрии источника /6/, дозиметрические характеристики которого предварительно изучены с помощью ионизационной экстраполяционной камеры.

Погрешность измерения основных дозиметрических параметров ЗТИБИ в подобных случаях бывает не меньше 20% при доверительной вероятности 0,95.

Таким образом, известные способы и средства определения дозиметрических параметров закрытых терапевтических источников бета-излучения за счёт недостаточной точности или большой сложности процедуры измерения снижают качество выпускаемой радиоизотопной продукции (бета-источников) и эффективность контактной терапии, а также не обеспечивают единства измерений соответствующих дозиметрических параметров при при производстве и применении ЗТИБИ, либо ведут к высокой трудоёмкости их аттестации.

Эти недостатки в принципе успешно могут быть устранены при использовании метода сличения рабочих бета-источников с обладающими соответствующими дозиметрическими параметрами ,образцовыми источниками, которых, как указано выше, в настоящее время не имеется.

Целью настоящего изобретения является повышение точности и упрощение процедуры измерений дозиметрических параметров ЗТИБИ путём создания набора образцовых дозиметрических источников бета-излучения (ОДИБИ), предназначенных для передачиотэталонаихраненияразмеров,указанныхпараметров, аттестации рабочих бета-источников методом сличения. Эта цель достигается тем, что ОДИБИ изготавливаются и калибруются как образцовые по нужным дозиметрическим параметрам, а именно – по значению мощности поглощённой дозы, создаваемой у рабочейповерхностиисточника,находящегосявконтактесвеществом эквивалентным по радиационному подобию мягкой биологическойткани,поповерхностномуиглубинномураспределению мощности дозы в тканеэквивалентном материале. При этом, для

196

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

обеспечения аттестации терапевтических бета-источников разного типа и назначения, ОДИБИ выполняются на основе различных радионуклидов, применяемых в ЗТИБИ, обладающих граничными энергиями испускаемого ими бета-излучения в диапазоне от 200 до 3500 кэВ и создающих мощность поглощённых дох в тканеэквивалентной среде от 20 до 300 сГр/мин.

Кроме решения главной задачи (повышения точности измерений) применение ОДИБИ обеспечивает упрощение процедуры и сокращениепродолжительностиопределениядозиметрическихпараметров ЗТИБИ, а также поверки (градуировки) дозиметрической аппаратуры. Набор ОДИБИ, состоящий из источников с радионуклидами, применяемыми в ЗТИБИ, обладающих бета-излучением разной энергии и создающих разные МДП в рамках приведённых выше диапазонов, позволяет проводить аттестацию и поверку дозиметрических параметров любых используемых в медицинской практике закрытых терапевтических источников бета-излучения.

Кратко охарактеризуем устройство и параметры предлагаемых ОДИБИ.

Схематический чертёж опытного образца ОДИБИ приведён на рис.1. Источник представляет собой плоский диск диаметром 36 мм и толщиной 6 мм. Геометрия источника (форма и размеры) выбрана с учётом того, что Государственный первичный эталон единиц МПД бета-излучения (ГЭТ9-82) и отраслевой рабочий эталон (ВЭТ9-2-84) включает в себя плоскопараллельную ионизационную камеру с собирающими электродами диаметром 3,10,15,20 и 30 мм. Толщина источника оптимальна с точки зрения возможности точного выставления его в строго определённом (аналогичном при многократных измерениях) положении на предметном столе перед входным окном эталонной ионизационной камеры и снижения уровня облучения с нерабочей стороны источника.

Принципиальный вопросвыбор конструктивных материалов ОДИБИ. При этом мы принимали во внимание , что техно-

197

Л.В. Тимофеев

логия должна быть перспективной не только для изготовления ОДИБИ, но по возможности и для терапевтических источников, что позволяет с меньшими потерями в точности проводить аттестацию ЗТИБИ.

Для изготовления матриц опытных образцов ОДИБИ с радионуклидами 204Tl, 90Sr + 90Y и 106Ru + 106Rh мы использовали радиационностойкие модифицированные ткани на основе кремнеземных пористых волокон /7/. Активная матрица в виде диска диаметром 25 мм и толщиной (0,2+0,5) мм закладывается в полость, образуемую углублениями в крышке и подложке. Радионуклидпрочнофиксированвматрице.Дополнительнаягерметизация резьбового соединения осущетсвляется эпоксидной композицией.

В целях удобства работы с дистанционными инструментами на боковой поверхности крышки ампулы сделаны два среза (4). Углубления (5) в подложке облегчают сборку источника.

Источник можно применять либо в том виде как он изобра- жённаРИС.1,либопоместивеговспециальныйконтейнер-пенал (см.рис.2) в котором к тому же можно ОДИБИ транспортировать и хранить.

Ампула ОДИБИ типа ТЛ1, СИ1, СИ2, и PP1 изготавливается изAl сплава марки Д-16. Эффективные атомные номера сплава Al и ткани из КПВ, из которой изготавливаются матрицы ОДИБИ и многих терапевтических источников, близки и это позволяет корректно сличать аттестуемые и образцовые источники. В тоже время механические свойства сплава позволяют качественно изготовлять тонкие выходные ока источника, толщиной 0,15 мм (38мг/cм2) при его диаметре 25 мм.

Наоснованиисистемногоанализарезультатовмедицинских лабораторных испытаний на животных, а также клинического исследованияЗТИБИразличноготипа,удалосьпоказать,чтовнастоящий момент наиболее значимым по значениям мощности поглощённой дозы в бета-терапии является диапазон 20+200 сГр/мин.

198

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

В качестве базовых мы приняли два номинала МПД: 20 сГр/мин на рабочей поверхности источника для неопухолевых и 200 сГр/миндля опухолевых заболеваний.

Одним из основных параметров ЗТИБИ является степень равномерности распределения МПД по рабочей поверхности источника, которую можно характеризовать коэффициентом вариации W, определяемым следующим образом: W=(Sn/PO)*100%, где Snсреднее квадратическое отклонение результата измерения мощности дозы в n различных участках на рабочей поверхности источника;Poсреднееарифметическое значениемощностидозы по n участкам поверхности источника. Этот параметр контроли- руетсяспомощьюспециальныхустройств-приборов,требующих обеспечения поверки работоспособности и воспроизводимости их показаний. Использование в эталонных установках источников с низкими значениями W позволит повысить точность воспроизведения единиц МПД, снизит погрешность при сличениях установок с разными размерами детекторов.

В качестве такого источника предлагается ОДИБИ с технецием-99. Активная матрица источникадиск из металлического технеция-99. Равновесное значение МПД достигается при толщине матрицы в 40 мкм и равно ‒ 20 сГр/мин.

Так как матрица в рассматриваемом случае состоит практически только из радиоактивных ядер(атомов), то можно ожидать особо высокой степени равномерности распределения МПД по рабочей поверхности источника. Опыты с 10 источниками показали, что среднее значение коэффициента вариации равно 0,65%. Измерения проводились в 25 точках цилиндрическим детектором с диаметром 2,5 мм.

Среднее значение МПД равно 20,24 сГр/мин и полностью соответствует медицинским требованиям по этому параметру.

Реальное использование опытных образцов ОДИБИ уже позволило повысить точность сличения рабочих эталонов с государственным до 1,5%; снизить погрешность рабочих средств

199