методы и средства исслед и аттестации бета-источников для медицины

Л.В. Тимофеев

ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ, СОКРАЩЕНИЯ, ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ. ГЛОССАРИЙ

Формальное и упрощенное объяснение основных величин

Полезно договориться о смысле слов, а не то мы скоро перестанем понимать друг друга

Вольтер

Для терминов во многих науках: в физике, химии … и, особенно во всей медицине, греческий язык весьма надобен

М. В. Ломоносов

Термины и определения

Термин (лат.Terminus – граница) – слово или словосочетание, точно обозначающее какое-либо понятие в данной науке.

Контактная (брахи-) лучевая терапия (КЛТ) – это ме-

тод лечения, при котором радиоактивная матрица в герметичной капсуле используется на малых (до нуля) расстояниях от облучаемой ткани или органа. При этом различают поверхностные, внутриполостные и внутритканевые методики облучения, при которых можно создавать дозы облучения локально, например, в объеме опухоли, не переоблучая близлежащие здоровые ткани.

Ионизация (Ionization) – образование ионов при отрыве или присоединении электронов к атомам, а также при разделении молекул.

30

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Ионизирующее излучение (Ionizingradiation) – излучение,

взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков. Видимый свет и ультрафиолетовое излучение общепринято не включать в понятие «ионизирующее излучение».

е-, р, α – непосредственно ионизирующие излучения;

γ,n, Х – косвенно ионизирующие излучения (РМГ78 – 2005).

Источник ионизирующего излучения – все, что может вызывать облучение при испускании ионизирующего излучения

(BSS).

Радионуклидный источник (radionuclide source) – радио-

активное вещество в определенном оформлении – на подложке, в капсуле, ампуле, кювете.

Закрытый источник (sealed source) – любой источник ио-

низирующих излучений, заключенный в оболочку достаточной механической прочности, которая исключает возможность соприкосновения с радиоизиотопом и попадания радиоактивного материала в окружающую среду при всех вероятных условиях использования и износа.

Бета-частица (beta particle) – электрон или позитрон, который испускается атомным ядром в процессе ядерного превращения (или в результате распада нейтрона или нестабильной ча-

стицы). (ISO 921\81), (МЭК 60050-393).

Изотоп (isotope) – один из ряда нуклидов, имеющий одинаковый атомный номер, но разные массовые числа. (ISO 921\639), (МЭК 60050-393).

Изотопы – разновидности данного химического элемента, различающиеся по массе ядер. Обладая одинаковыми зарядами ядер Z, но различаясь числом нейтронов, изотопы имеют одинаковое строение электронных оболочек, т.е. очень близкие химические свойства, и занимают одно и тоже место в периодической системе химических элементов.

31

Л.В. Тимофеев

Активность (А) – мера радиоактивности какого-либо количества радионуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный момент времени: А = , где dN – ожидаемое число спонтанных ядерных превращений из данного энергетического состояния, происходящих за промежуток времени dt. Единицей активности является беккерель (Бк). Использовавшаяся ранее внесистемная единица активности кюри (Ки) составляет

3,7х1010Бк.

Доза поглощенная (D) –величинаэнергииионизирующего излучения, переданная веществу: D = , где dē – средняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме, а dm – масса вещества в этом объеме. Энергия может быть усреднена по любому определенному объему, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объему, деленной на массу этого объема. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, делен- ныхнакг(Джхкг-1),иимеетспециальноеназвание–грей(Гр).Ис- пользовавшаяся ранее внесистемная единица рад равна 0,01 Гр. (РМГ 78-2005).

Средняя поглощенная доза в органе или ткани (ДТ,R) –

полная энергия, переданная веществу объема (органу или ткани), деленная на массу этого вещества (органа или ткани).

Излучение гамма – коротковолновое электромагнитное излучение; является потоком частиц – гамма-квантов (фотонов) с энергией Еγ. Испускание γ-квантов сопровождает радиоактивный распад в тех случаях, когда образующиеся ядра находятся в возбужденных состояниях.

Излучение ионизирующие – потоки частиц и электромагнитных квантов, взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов и молекул. Ионизирующим излучением являются рентгеновское и γ-излучение, потоки α-частиц, электронов, позитронов, протонов, нейтронов. Заряженные частицы ио-

32

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

низируют среду непосредственно при столкновениях с ее атомами и молекулами (первичная ионизация). Выбиваемые при этом электроны, если они обладают достаточно большой энергией, также могут ионизировать (вторичная ионизация). В случае быстрых нейтронов ионизация обусловлена ядрами отдачи или другими частицами, возникающими при взаимодействии нейтронов сосредой.Ионизацияфотонамирентгеновскогоиγ-излучениямо- жет быть непосредственной – первичной (фотоионизация), а также, вбольшейстепени,вторичной–обусловленнойэлектронами, образующимися при взаимодействии фотонов с веществом.

Лицензия – разрешение на конкретный вид деятельности, которое выдается регулирующими органами на основе оценки полезности и безопасности данной деятельности, сопровождающееся предписаниями и условиями, которые должны выполняться юридическим лицом, получившим лицензию.

Месторабочее–местопостоянногоиливременногопребы- вания персонала для выполнения производственных функций в условиях воздействия ионизирующего излучения в течение более половины рабочего времени или двух часов непрерывно.

Мощность дозы – доза излучения за единицу времени (сек, мин, час).

Облучение медицинское – облучение пациентов в результате медицинского обследования или лечения.

Период латентный – период времени, отделяющий воздействие ионизирующей радиации на организм от проявления эффекта в виде диагностируемого заболевания. Латентные периоды стохастических эффектов сравнимы с продолжительностью жизни человека. Как правило, детерминированные эффекты имеют значительно более короткие латентные периоды. Единица измерения латентного периода – год.

Радиоактивность – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием частиц.

33

Л.В. Тимофеев

Средство индивидуальной защиты (СИЗ) – средство за-

щиты персонала от внешнего облучения, поступления радиоактивных веществ внутрь организма и радиоактивного загрязнения кожных покровов.

Условные обозначения и сокращения

Ро,β – мощность дозы бета-излучения на рабочей поверхности источника

АБЕТ-1 – аппарат с бета-излучающими радионуклидами для лучевой терапии

ЭК2 – установка с экстраполяционной ионизационной воздушной камерой

СКД1 – сцинтилляционный дозиметр с качающимся датчи-

ком

ОА – офтальмоаппликатор D – поглощенная доза

DT,R – поглощенная дозав органе или ткани Т излучения R ЗТИБИ – закрытый терапевтический источник бета-

излучения ОДИБИ – образцовый дозиметрический источник бета-

излучения

Открытие электрона

Открытие электрона представляет собой завершение длившегося несколько десятилетий исследования газового разряда, то естьпроцессапрохожденияэлектрическоготокачерезгаз.Вчастности,приблизительноксерединепрошлоговекабыловыяснено, что если к электродам, впаянным в стеклянную трубку с газом, приложить достаточно высокое напряжение, то через газ проходит электрический ток, а сам газ при этом светится. Английские физики У.Крукс, А.Шустер, затем Дж.Дж. Томсон полагали, что из катода выходят не лучи, а какие-то отрицательно заряженные

34

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

частицы и что именно под их воздействием возникает свечение стекла. Совсем как у Иоанна: «Вначале было слово». В 1894 г. ДжонстонСтонейввелслово«электрон».Решающиеопытыбыли выполнены в 1987 году английским физиком Джозефом Джоном Томсоном. Опыты это состояли в наблюдении движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Поэтому теперь принято считать, что год открытия электрона – 1897, а автор этого важнейшего открытия Джозеф Джон Томсон. За теоретические

иэкспериментальные исследования прохождения электричества через газы, приведшие к открытию электрона, Дж.Дж.Томсон в 1906г.получилНобелевскуюпремиюпофизике.Зарядэлектрона оказался равным 1,6·10-19 Кл. Отсюда для массы электрона получается значение 9,1·10-31 кг. Это самые маленькие значения заряда

имассы в природе. Одна из составных частей атома – отрицательно заряженный электрон – была обнаружена еще в 19 веке.

В1987г.удалось,хотяигрубо,измеритьзарядэлектрона;позднее измерена было его масса и еще позже были обнаружены другие его свойства – вращательный и магнитный моменты. Эти единичные отрицательные заряды получили название электронов. Никогда и нигде не удавалось наблюдать зарядов, меньших заряда электрона или равных нецелому числу зарядов электрона.

В1937 году И.Е. Тамм вместе с И.М. Франком создали теорию явления, которое тремя годами ранее найдено и исследовано П.А. Черенковым и С.И. Вавиловым. Было обнаружено слабое свечение жидкостей под действием радиоактивного излучения. Тамм и Франк указали, что источником свечения являются быстро заряженные частицы, пролетающие через прозрачное вещество со скоростью, превосходящей скорость света в этом веществе. Очень красивая эта теория, как и само явление, сначала не привлекла к себе большого внимания, потому что свечение было очень слабым и казалось, что его невозможно использовать. Однако прошло полтора десятка лет после открытия, и появились приборы – черенковские счетчики, позволяющие регистрировать

быстрые заряженные частицы по излучаемому ими свечению.

35

Л.В. Тимофеев

ГЛАВА 1 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РАБОТЫ ПО СОЗДАНИЮ ЗТРИИ

ДЛЯ КОНТАКТНОЙ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ (брахи). МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА

1.1. О медицинской физике

«Вопрос кадров для нас важнейший. Во-первых, потому, что сегодня есть ряд специальностей, в которых мы испытываем острейший дефицит… Вторая специальность – медицинский физик… Нужны люди, которые должны разбираться в том, что такое…брахитерапия». – Руководитель ФМБА В.В. Уйба. «Пять лет ФМБА России: прорыв в медицину будущего»// Кто есть кто в медицине, №1, 2010.

В рекомендациях МАГАТЭ/ВОЗ раздел «Медицинская физика в радиотерапии» обозначен первым номером.

Всемирная организация здравоохранения еще в 1969 г. опубликовала доклад Объединенного комитета экспертов МАГАТЭ/ ВОЗ в серии технических докладов №390 «Радиационная физика в медицине». Мы позволили себе привести некоторые выдержки из этой публикации, не потерявшей, с нашей точки зрения, актуальностьивнашевремяидлянашейпрактическойдеятельности.

Аименно:

–«Доктор Dorolle подчеркнул растущую …потребность в помощи со стороны естественных наук при разработке и использовании различных диагностических и терапевтических методов. Он указал на важную роль физики, особенно в плане применения ионизирующей радиации… в радиотерапии».

36

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

–«В минимальный круг его обязанностей (медицинского физика., прим.авт.) входит: а) ответственность за все аспекты радиационной дозиметрии при радиотерапии внешним пучком и брахитерапии; б) ответственность за все физические аспекты радиационной защиты».

–«Кроме того, важной обязанностью физика является внедрениевпрактикурадиотерапииновыхнаучныхилитехнических достижений».

–«Медицинская физика как бы связывает медицину и физические дисциплины».

–«Физик придает медицинским проблемам аналитический, количественный подход, что имеет большое положительное значение».

–«При планировании курсов радиотерапии весьма полезным могут оказаться данные, опубликованные в литературе, особенно таблицы глубинных доз, карты изодоз и атласы распределения доз радиации».

–«МАГАТЭиВОЗдолжныпродолжатьсовместноосвещать различные аспекты применения физических дисциплин и техники в медицинской практике и научных исследованиях».

И все же…«медицинская физика – это не лучшее название данного предмета, - писал Дж.Р. Миллард, первый генеральный директор международной организации «Медицинских физиков», – Мне представляется, что термин «био-медицинская физика» является, вероятно, самым близким и кратким названием». J.R. Mallard, 1967г. – первый ген.директор международной организации «Медицинских физиков». [Medical physics – What is it? – By Prof. J.R. Mallard//Reprinted from the Aberdeem Univercity Review. Vol.XLII,I.#137, pp.12-29, Spring, 1967.]

Поразительно близко к названию Центра, в котором автор даннойкнигиработаетужемноголет:МБФЦ(Медицинскийбиофизический центр).

37

Л.В. Тимофеев

«Россия, к сожалению, “знаменитыми” медицинскими физиками похвастаться не может”, пишет В.А. Костылёв ( Медицинская физика, краткая история. Серны “Высокие медицинские технологии” №6, М. 1999 г.) Толи дело США “ Имеется большое число американских учёных с мировым именем (GL Brownell, R. Loevinger at all)».

Официально Ассоциация медицинских физиков России как периодически самостоятельная организация сформировалась в 1993 г. В буклете этой Ассоциации [19] за 1999 г сказано, что “покамынадрываясь,соревновалисьвСШАиЕвропойвобласти ядерной физики, они выдержав это соревнование, очень сильно (почти на полвека) обошли нас в области медицинской физики, ядерно-физических технологий и аппаратуры для медицины”. Разрешите не во всём согласиться с автором буклета и на конкретных примерах, изложенных в предлагаемой брошюре и, если это удастся, в нескольких последующих монографиях, продемонстрировать успехи, пусть в частности, в контактной лучевой терапии.

Соглашаясь с автором буклета, с призывом работать на медицину не разрозненными группами, мы постараемся показать каким образом и кого удавалось сорганизовать и нацелить на ранних конкретных задач, стоящих перед КЛТ.

Показать, говоря языком автора буклета, как и кого удалось “переориентировать физиков-оружейников на медицинских физиков”,атакжепривлечьхимиков,биологов,радиобиологов,биохимиков, чиновников.

Очень хочется привеcти следующие слова из буклета: “Молодёжь ринется в эту область науки и практики с гораздо большим энтузиазмом, чем во многие другие.”

38

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

1.2. Структурная схема работы

Человек, который отвечает за постановку задач и анализ результатов, оказывается сам втянутым в процесс выявления взаимовлияния как активный участник, обладающий специфическими свойствами. Он становится ответственным за постановку экспериментов, “носителем целостного восприятия, сохранения целостности при расчленении проблемы, при распределении работ, носителем системы ценностей, критериев принятия решений.”[Волкова В.Н. Основы теории систем и системного анализа. – СПб, 1999г.]

Схема, изображающая пути решения главных задач работы по созданию ЗТРИИ для КЛТ, взаимосвязь и последовательность получения наиболее важных промежуточных результатов приве-

дена ниже.

БЛОК−СХЕМА СИСТЕМЫ−ПРОЦЕССА СОЗДАНИЯ ЗТРИИ− решение основных научных и практических задач

Оценка актуальности,

Разработка медицинских,

потребности,

медико−технических

спроса (заявки,

требований: МТ, МТТ.

предложения)

ФИЗИКО−ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

СОЗДАНИЯ ЗТРИИ

Обоснованный выбор вида

Разработка конструкции

Изготовление, испытание

излучения, радионуклидов

ЗТРИИ

макетных образцов изделий

Исследование радиационно−физических

Фантомное

параметров ЗТРИИ

моделирование

39