Добавил:
лемир-тимофеев.рф Тимофеев Лемир Васильевич, д.т.н., медицинский физик Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

методы и средства исслед и аттестации бета-источников для медицины

.pdf
Скачиваний:
35
Добавлен:
31.01.2018
Размер:
30.91 Mб
Скачать

Л.В. Тимофеев

K

=P

макс/P мин; К

= P

 

 

 

P

и W = Sn

100%,

1

0

 

0

 

2

 

 

0макс/

 

0

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Sn=

 

−1

 

 

 

 

 

 

2

Po

 

С помощью

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

( −1)

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

калиброванных источников переносят единицу МПД с образцовой установки (или рабочего эталона) на рабочий дозиметризатемопределяютзначения P0= ΣPnoi в, например, мГрс .

Такие основные для ЗТРИИ параметры как макрораспределение ПД и МПД в облучённой ткани, действующий энергитический спектр исследуется в лабораторных условиях на прототипах реальных источников и использованием тканеэквивалентных материалов в качестве поглотителей, а такжегетерогенных конфигурационных фантомов отдельных частей (органов) человека.

Точностные требования

При определении основных характеристик ЗТРИИ нужно стремиться к наиболее высокой точности измерений. Это объясняется,вчастности.Тем,чтооблучениютканичеловекапредшествует серия технических процедурразмещение источника, например, на поверхности опухоли, определение её размеров, применение атласа дозных полей, поправки на индивидуальные характеристики больного и т.д. и т.п. Погрешности накапливаются. В связи с этим, чтобы при облучении точности были порядка 10-15% необходимо достигать малых погрешностей на всех этапах измерения, расчёта и облучения больного.

Таким образом, погрешность дозиметров не должна превышать: 5….7%-для образцовых средств измерения; 10….12%-для рабочих средств измерения.

Т.е.дозиметрическиепараметрыЗТРИИдолжныбытьопределены с погрешностью не более 5……12%.

Конечно, точностные требования зависят и от величины

60

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

дозы. Например, не всегда оправдано с высокой точностью измерять МПД на глубине залегания, например, 5% изодозы и т.д.

При расчёте погрешностей определения того или иного параметра ЗТРИИ необходимо следовать ГОСТ 8.207.-76 “Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов измерений’, ГОСТ 11.004-74 “Прикладная статистика. Правила определения оценок и доверительных границ для параметров нормального распределения” и ГОСТ 8.011-72 “Показатели точности измерений и формы представления результатов измерений.”

Практические рекомендации по использованию

Основных средств определения РПФ ЗТРИИ Для исследования РПФ и аттестации источников необходи-

мо выбрать средства измерения и метод градуировки их с учётом точностных требований лучевой терапии.

При аттестации источников бета-излучения и при исследовании их прототипов могут быть использованы такие общие методы измерений ионизирующих излучений как ионизационный, сцинтилляционный, термолюминесцентный, химический, фотографический, спектрометрический и возможно другие.

Втаблице 2 приведены описания основных параметров и возможностей экспериментальных средств, используемых (и рекомендуемых) для проведения радиационно-физических измерений источников бета-излучения.

Внастоящее время ионизационный метод измерения МПД бета-излучения продолжает оставаться во многих случаях наиболее точным.

Энергию, поглощённую тканеэквивалентным материалом можно измерить, например, полостной ионизационной камерой. Наиболее надёжные значения при измерениях дозы бета-

61

Л.В. Тимофеев

излучения получаются с так называемой экстраполяционной камерой.Среднееквадратическоеотклонениерезультатаизмерений спомощьюподобнойкамерысоставляют1….2%,неисключённая систематическая погрешность 3% и тогда суммарная предельная погрешность измерений будет равна 5% при доверительной вероятности 0,95.

Установки с воздушными ионизационными экстраполяционнымикамерамиобычноиспользуютсякакобразцовыесредства для абсолютных измерений МПД бета-излучения, и могут быть применены в лабораторных условиях для исследования РПФ прототипов. Однако подобные измерения трудоёмки и требуют сравнительно высокой квалификации операторов. Поэтому использовать такую установку в условиях серийного производства источников нецелесообразно.

Для относительных измерений РПФ удобны химические методы дозиметрии. Это связано, во-первых, с тем, что некоторые используемые для измерений химические системы являются практическитканеэквивалентными.Крометогоиногдаможнопомещать источник непосредственно в раствор, что особенно удобно, в случае сложной конфигурации источника.

В химических методах дозиметрии ПД определяют путём измерения индуцированных излучением изменений специальных молекул или образования новых молекул. Примером такой системы является водный раствор бензоата кальция. В результате облучения образуется салициловая кислота, которая при возбуждении ультрафиолетом (при 290 нм) люминесцирует в области длин волн 400 нм. Концентрацию салициловой кислоты определяют с помощью спектрофлуориметра путём сопоставления интенсивностей свечения облучённого раствора и “стандартного”.

С помощью этого дозиметра можно измерять ПД с погрешностью не более 10%-15% в интервале доз 0,5…50 Гр.

62

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Ферросульфатная дозиметрическая система (дозиметр Фрикке) представляется собой (1….5) 10-3м водный раствор сернокислого закисного железа в 0,4 М H2So4. Под действием ионизирующего излучения на этот раствор двухвалентное железо окисляется в трёхвалентное. ПД в лучшем случае может быть определенаспогрешностью2%,еслииспользоватьнаиболееточные образцовые средства. Если не принимать определённых мер, то погрешность измерения ПД ферросульфатным методом может достигнуть 7% и выше. Диапазон измеряемых доз этой дозиметрический системой40…500 Гр, не зависимых от МПД вплоть до 106 Гр с-1.

Могут быть использованы и другие жидкие дозиметрические системы /30/.

Для определения топографии распределений МПД по поверхности источника и по глубине окружающих его тканей иногда удобно применять твердотельные химические дозиметры в виде, например, тонкопленочных пластмассовых систем. В частности, используется свойство ряда полиметров изменять свой спектр поглощения под действием ионизирующих излучений /49/. Например, детектор толщиной 200 мкм типа ЦДП-ч-2 при облучении приобретает красно-фиолетовую окраску за счёт появленияновойполосыпоглощениясмаксимумомнадлиневолны 530мм.Диапазонизмеряемыхдоз(0,1…1,0)кГр.Границаполной погрешности ±12% (Р=0,95).

Термолюминисцентные дозиметры (ТЛД) требуют градуировки с помощью других методов. Они полезны в тех случаях, когда требуются малые размеры детекторов и широкий диапазон доз: 10-3…103…104 Гр с погрешностью 5…10%.

Для исследования глубинного распределения доз от ЗТРИИ можно использовать термолюминисцентные детекторы в виде плёнки (LiF+тефлон) /55,556/. Толщина плёнок 35…70 мкм. Диапазон доз(1…100) Гр. При фантомных измерениях (например,

63

Л.В. Тимофеев

приопределенииМПДотсопутствующихизлучений,тормозного излучения) можно использовать отечественные дозиметры типа ТЕЛДЕ и ИКС, обзор по методам ТЛД см /50/.

Традиционно применение методов фотографической дозиметрии, особенно при измерениях в полях с большими градиентами. Эти детекторы практичны, экономичны, продолжительное время сохраняют информацию в виде визуализированной картины, обладают хорошим пространственным разрешением. С помощью фотопленок удобно определять характер распределения МПД по рабочим поверхностям ЗТРИИ. Удобную продолжительностьэкспозицииможнополучить,выбираярентгеновскуюпленку, обычную фотопленку или фотобумагу для контактной печати. Использование фотографической дозиметрии для относительных измерений дает хорошие результаты. При измерении доз необходимо помнить о сильной зависимости показаний пленочных детекторов от качества излучения. Подробности по фотографическим методам дозиметрии изложены в обзорах (52, 53).

Дляповышенияточностиизмеоенийдозбета-излученияне- обходимоиметьнабороборазцовыхдозиметрическихисточников бета-излучения с различными радионуклидами. В настоящее время подготовлено Техническое задание на разработку и изготовление образцовых дозиметрических источников бета-излучения (ОДИБИ).

Спектрометрические методы анализа излучений позволяютполучить наиболее полную и точную информацию о РФП бета-источников. В этом плане полупроводниковые бетаспектрометры, например, с кремневым детектором типа ДДС (29), магнитные спектрометры.

Калориметрия является методом абсолютных измерений поглощенной дозы. Многие методы градируют абсолютно на основе калориметрических измерений. Однако, следует отметить относительно низкую чувствительность этого метода: 10 гр =

64

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

1,3 х 10-3 кал г-1. Предложен новый подход к созданию пленочногокалориметра,проводитсяегометрологическоеисследование (54). Обзор применений калометрических методов дозиметрии, в том числе и для электронов, имеется в докладе МКРЕ (ICPU1969, 1970, 1972, 19977 гг.).

Калориметры использованы в образцовой установке для градуировки химических дозиметров в полях электронного излучения (30). Погрешность передачи размера единицы ПД от калориметра к дозиметру составляет (2,5 … 3,5) %. Установка позволяет градуировать и поверять дозиметры в диапозоне ПД 102 … 106 гр при мощности поглощения дозы 10 … 2 х 104 гр/с.

Калориметры использованы в образцово установке для градуировки дозиметров в полях электронного излучения с энергией 0,2 … 3,5 МэВ. Погрешность определения поглощенной пакетом пленочных дозиметров не превышает 3% при Р = 0,95 при плотностях потока энергии 10-3 ‒ 10 Вт/см2/30. Другая образцовая калориметрическая установка предназначена для электронов с энергиями 3 … 10 МэВ. Погрешность передачи размера единицы ПД от калориметра к дозиметру составляет (2,5 … 3,5)%, диапазон доз 102 … 106гр при мощности дозы 10 … 1х104гр/с/30.

При разработке, исследовании, аттестации могут быть использованы расчетные методы дозиметрии бета-излучения.

Иногда дозное поле источников бета-излучения можно сравнительно просто и корректно вычислить путем интегрирования так называемой функции влияния точечного источника, т.е. функции, описывающей распределение поглощенной энергии в однородной среде вокруг изотропного источника бета-излучения малых размеров.

Дляграничныхэнергийбета-спектра18кэВ˂Егр˂3,5МэВ можно использовать методику, изложенную в (52). С помощью предложенных аппроксимаций рассчитывается дозное поле в гомогенной тканеэквивалентной среде с погрешностью, не превышающей 10%.

65

Л.В. Тимофеев

При расчете дозных полей бета-излечения в гетерогенных средах с эффективными атомными номерами 7 ˂ Z ˂ 50 может быть использована методика (58), обеспечивающая точность расчетов 10 … 15% для всего практически значимого диапазона расстояний от источников бета-излучения с энергией от 20 нэВ до

3,5 МэВ.

Метрологическое обеспечение измерений дозимет-рических характеристик ЗТРИИ

Точные измерения ПД бета-излучения обеспечиваются в

СССР Государственным первичным эталоном единицы ПД и МПД, созданным в НПО ВНИИ метрологии им. Д.И. Менделеева ГЭТ-8-82, являющимся эталоном СЭВ (32). Для воспроизведения единицы МПД используется ионизационная экстраполяционная воздушная камера. ГЭ воспроизврдитединицы МПД в диапазоне энергий бета-частиц 20 кэВ-3 МэВ при МПД 10-5 ‒ 1 Вт/кг. Неисключенная систематическая погрешность 3%, среднее квадратическое отклонение результата измерений не более 1,5%. Суммарная предельная погрешность измерений равна 4,8% при доверительной вероятности 0,95.

В рабочем эталоне единиц ПД и МПД бета-излучения ВЭТ9-2-84, построенном в ИБФ Минздрава СССР используется воздушная экстраполяционная ионизационная камера. Эта установка предназначена. Для измерений МПД бета-излучения в материале эквивалентном мягкой биологической ткани от плоских закрытых источников. Диапазон МПД ‒ 1,10-5 … 1 гр/с.Неисключенный остаток систематической погрешности 3%, среднее квадратическое отклонение результатов измерений не более 1,5%. Суммарная предельная погрешность измерений ‒ 5%.

Передача размера единицы ПД и МПД бета-излучения от рабочего эталона рабочим средствам измерений производится по ведоственной поверочной схеме, распространяющейся на средства

66

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

измерений, подлежащие поверке внутри ведомства, Минздрава

СССР. ВПС согласована с государственной ПС для средств измере- нияМПДбета-излучения.ПСрегламентируетсоподчинениеобраз- цовыхирабочихмериприборов,устанавливаетпогрешностьизмерений при передаче размера единиц отдного разряда к другому.

Передача размера единицы ПД и МПД от ГПЭ к рабочему производится методом замещения с использованием источников бета-излучения с радионуклидами 204Tl и 90Sr+90Y. Эти источники аттестуются в НПО «ВНИИ метрологии им. Д.И. Менделеева».

Сличение рабочего эталона с государственным первичным эталоном производится раз в 3 года. Погрешность передачи размера единицы МПД составляет 1,5 … 2%.

В качестве образцовых средств измерения служат дозиметрывисточники,разработанныедляэтихцелейвИБФ.Срединих установка СКД-1 с сциптилляционным детектором и химические дозимеры (см. табл. 2). Размеры единиц ПД и МПД переносятся на эти приборы с установки ВЭТ9-2-84 с помощью калиброванных дозиметрических источников бета-излучения. Значение МПД на установке ВЭТ9-2-84 измеряюся согласно Техническому описанию и Инструкции по эксплуатации этой установки.

Рекомендации по дозиметрии источников бета-

излучения в условиях производства

Вусловияхсерийногопроизводстваисточниковдляихдозиметрической аттестации требуется прибор , который, по возможности был бы надёжен в работе, прост в обращении и с помощью которого можно было бы получать хотя и с меньшей точностью некоторую минимальную необходимую информацию, например, значение МПД бета-излучения в выбранной точке и характер распределения МПД по поверхности источников.

Для этих целей удобно использовать сцинтилляционные дозиметры, в которых фотоэлектронный умножитель работает в

67

Л.В. Тимофеев

токовом режиме /20,21,23,26/. На эти приборы типа СКД-I и СКД IM единица МПД переносится с установки ВЭТ9-2-84 с помощью калиброванных источников. Некоторые технические характеристики установок типа СКД приведены в таблице 2.

Проведение измерений и обработка их результатов измеряют значение тока Io,k, соответствующее МПД Po,k от контрольного калиброванного источника. Определяют значение тока Ioi в i-ом участке на поверхности источника. Количество проверяемых участков зависит от типа, размеров и формы источника.

Среднее значение МПД =n-1 =1 Где Poi-МПД в i-ом участке, мГР/c. n-число проверяемых участков.

Степень неравномерности характеризуется коэффициентом вариации (w) в процентах, который рассчитывают по формуле:

w = 0-1·Sn·1)00%;

Sn = (n − −1 · =1( − 0)2

Погрешность определения МПД бета-излучения в рассматриевых случаях равна

= 1,1 21 + 2

граница погрешности результата измерений;

θ1неисключеннаясистематическаяпогрешностькалибровки контрольного источника на установке ВЭТ (или ГЭТ);

θ2неисключенная систематическая погрешность установки СКД-1

68

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

ГЛАВА 3 КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВОЗМОЖНЫХ ДИАПАЗОНОВ ЗНАЧЕНИЙ

РАДИАЦИОННО-ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЗТИБИ НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВ ИХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕДИЦИНСКИХ ИСПЫТАНИЙ

Одним из актуальных и неотложных вопросов лучевой терапии является определение величины общей и разовой дозы, достаточных для необходимого воздействия на опухоль (очаг поражения) и толерантных для нормальных тканей.

Проф. А.В. Козлова

Необходимо отметить, что установление конкретных физико-технических условий облучения крайне необходимо не только для решения собственных задач лучевой терапии, но так же и при решении технических задач, таких как разработка специализированной измерительной аппаратуры и методик её применения, создание современных новых типов ЗТИБИ с заданными свойствами , и ряда других важных задач.

Критическийанализнаучнойлитературыпозволиликонстатировать, что в настоящее время крайне необходимо обобщение данных, касающихся, в частности. Рекомендаций конкретных определённых значений основных радиационно – физических параметров ЗТИБИ, используемых в самых различных областях медицины: офтальмология, оториноларингология, дерматология, гинекологии, урологии и др.

Количественно оценить радиационно-физические параметры можно, в принципе, провести различными способами. Но, можно отметить, что априори не может быть полностью использован ,например, опыт многих зарубежных клиницистов. Напри-

69