методы и средства исслед и аттестации бета-источников для медицины

Л.В. Тимофеев

Таблица 3.3.

Методики лучевой терапии злокачественных новообразований в офтальмологии

	№ п/п	Нозологические формы, вид заболевания	Радионуклид
	1	Опухоли эпибульбарной локализации, области
		угла главной щели и века
	2	Меланоз (с признаками малигнизации), невус	90Sr+90Y
	3	Рак и эпителиомаЕсвена
	4	Меланоз
	5	Сосудистые и лимфатозные опухоли
	6	Меланомы сосудистой оболочки (внутриглазные	90Sr+90Y
		опухоли), ретинобластома
	7	Внутриглазные новообразования	106Ru+ 106Rh

80

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

До, сГр/мин	Др, о Гр	Дс,h Гр	Толщина новообразования	Макс Ø опухоли	Ритм облучения	Продолж.сеанса облучения		Тип источника
180
	10-	170−	≤3-4		Ежедневно,		С1-66
~ 200				15		3-5		С13-
	15	200	2,5‒3,5		Через день
								С15
		120
		100
		60
								с 7,
					Протяжённо			с 8,
		170−				1−3		с 12,
20			≤3,5	14	с облу-
		200			чением	сут.		с 11,
								с 9,
								с 10
20−30		170	4−8	13	Протяж.	4−7		P
					обл.	сут.

81

Л.В. Тимофеев

ГЛАВА 4. ТОЧНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ, ПОГЛОЩЕННЫХ ДОЗ БЕТА-ИЗЛУЧЕНИЯ ЗАКРЫТЫХ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ.

Наши измерения можно отнести к так называемым «равноточным», т.е. проделанные одним и тем же методом и с одинаковой степенью тщательности (А.Н. Зайдель, Элементарные оценки ошибок измерений, Наука, Л., 1967.)

Техника измерения некоторых радиационных характеристик медицинских бета-источников [6,С]

Л.В. Тимофеев, В.В. Бочкарёв.

В медицине для контактной лучевой терапии разработано более 20 различных типов закрытых терапевтических радионуклидных источников излучения ‒ ЗТРИИ ‒ различных геометрических размеров и форм в виде стержней, пластин, гранул и изделий сложной формы, с 14 радионуклидами, испускающими разные виды излучения. Десять из них применяются как бета-излучаюшие источники с радионуклидами: 52P, 90Sr + 90Y, 103Ru+105Rh, 147Рm, 204Тl, 53Kr, 144Ce+114Pr. Граничные энергии бетаизлучения этих источников находятся в пределах от 200 кэВ до 3.5МэВ.Помощностидозы,создаваемойвбиологическойткани, терапевтические источники для контактной лучевой терапии различаются на три порядка (~30 мГр/мин ‒ 30 Гр/мин). Значения отпускаемыхдоззакурслечениятакжеразличаютсянанесколько порядков. Активность радионуклида в источнике в зависимости от его типа и назначения может составлять 40-4000 МБк. Для изготовлениябета-источниковприменяютсяразнообразныемате-

82

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

риалы: металлы (алюминии, сталь, сплавы серебра и.др.), полиэтилен, стеклоткань и т. д.

Несмотря на широкое применение бета-источников в медицинской практике и возрастающие перспективы расширения работ в этой области, не было общепринятой точки зрения относительно радиационно-физических параметров, подлежащих определению и аттестации при выпуске таких источников. В литературе также не было четких рекомендаций по аттестации источников, особенно сложной формы, использованию тех или иных дозиметрических методов. Отсутствовала серийная аппаратура для измерений дозных полей, создаваемых источниками бета-излучения.СпецификаЗТРИИтакова,чтоиспользуемоепри этом оборудование по своему характеру является оригинальным.

Всвязи с ростом номенклатуры источников и подготовкой

ких производственному выпуску, возникла необходимость в расширении и углублении исследований и разработке рекомендаций по дозиметрической аттестации радиотерапевтических источников бета-излучения. Эти источники в основном должны доставляться в медицинские учреждения централизованно. Условия производства требуют постоянного и надежного контроля за качеством продукции, а следовательно, использования относительно простых, надежных методов измерения, поддающихся автоматизации. В лабораторных условиях должны выполняться прецизионныеизмерения.АттестациюЗТРИИследуетпроводить в рамках соответствующих поверочных схем измерений тех или иных радиационных параметров, определяемых назначением и устройством конкретных источников. Так, в случае технологического применения источника излучения степень его воздействия на тот или иной объект в основном зависит от создаваемой источником поглощенной дозы, а в случае терапевтического применения, особенно источника бета-излучения, требуется более полная его дозиметрическая характеристика.

83

Л.В. Тимофеев

Применительно к бета-источникам для контактной лучевой терапии для их характеристики можно использовать свыше 30 различных радиационно-физических параметров. Учитывая специфику таких источников, мы применяли в качестве основных при их аттестации следующие характеристики и параметры: значение мощности поглощенной дозы ‒ МПД ‒ у поверхности источника, находящегося в контакте с тканеэквивалентным веществом; степень ее неравномерности распределения по рабочей поверхности источника (в частности отношение максимального значения мощности дозы на поверхности источника к минимальному и к среднему значением МПД на той же поверхности); распределение поглощенной дозы (ПД) и МПД в тканеэквивалентной среде; действующий энергетический спектр бета-частиц; активность радионуклида в источнике. Кроме того, при аттестации применительно к конкретным типам источников имеют значение некоторые дополнительные характеристики; параметры внешнего бета-излучения источника, МПД сопутствующего фотонного излучения и др

С нашей точки зрения, в условиях производства следует контролировать перечисленные выше основные характеристики, кроме распределения МПД и энергетического спектра. Эти два параметра определяют в лабораторных условиях на прототипах реальных источников с использованием тканеэквивалентных материалов в качестве поглотителей, а также гетерогенных конфигурационных фантомов отдельных частей (органов) человека.

При определении основных характеристик 3ТРИИ необходимо стремиться к наиболее высокой точности измерений. Это объясняется, в частности, тем, что облучению ткани человека предшествует серия технических процедур, при которых погрешности в отпускаемой дозе накапливаются. Суммарная погрешностьопределениязначенийПДиМПДспомощьюгосударственного эталона ГЭТ-9-82 (ВНИИМ им.Д. И. Менделеева) в настоя-

84

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

щее время составляет около 5% при доверительной вероятности 0,95. Такая точность достигается применением ионизационной воздушной экстраполяционной тканеэквивалентной камеры. Ионизационная экстраполяционная камера, сконструированная нами применительно к терапевтическим источникам, обеспечивает абсолютные измерения МПД бета-излучения, как показали и сличения с государственным эталоном, с погрешностью 5‒7% при той же доверительной вероятности.

Для исследования и аттестации источников используют и другие методы дозиметрии ‒ сцинтилляционный, термолюминесцентный, химический и пр., которые позволяют проводить относительные измерения разнообразных типов источников с по- грешностями5-15%.Дозныеполяизучаютнаконфигурационных гетерогенных фантомах отдельных частей (органов) человека.

Для калибровки источников по МПД относительным методом и определения некоторых других характеристик источники, например, степени неравно-мерности распределения МПД по рабочей поверхности источников, применяется специальная установка с сцинтилляционными качающимися детекторами ‒ СКД. Это же устройство служит компаратором при передаче единиц МПД от образцовых мер к аттестуемым источникам. При этом погрешность определения МПД при аттестации источников составляет 7‒12 %. В качестве образцовых мер используются плоские источники бета-излучения, изготовленные по той же техно-логии, что и поверяемые. В настоящее время для этой цели создается специальный набор образцовых дозиметрических источников бета-излучения (ОДИБИ) с разными радионуклидами.

Основным радиационным параметром ОДИБИ является МПД бета-излучения на поверхности источника, находящегося в контакте с тканеэквивалентным веществом. Одновременно ОДИ- БИхарактеризуютсяопределеннымдляконкретногобета-спектра

85

Л.В. Тимофеев

слоем половинного ослабления МД в тканеэквивалентном материале.

Указанныевышеаппаратура,устройства,источникисоставляют основу метрологической поверочной схемы для средств аттестации терапевтических источников бета-излучения. Рабочим эталономединицПДМПДбета-излучениявэтойсхемеСЛУЖИТ установка ЭК-2 (ВЭТ‒9‒84).

Установка с воздушной экстраполяционной ионизационной камеройЭК-2предназначенадляизмеренийМПДбета-излучения в материале, эквивалентном мягкой биологической ткани, от плоских закрытых источников бета-из-лучения. Измерительные электроды изготовлены на покрытых графитом цилиндрических блоках из плексигласа диаметром 50 и высотой 20 мм. Площади ихравны0,122;0.783и7,92см2.Потенциальныйэлектродвыполнен из алюминированной териленовой пленки толщиной около 1 мг/см2. Конструкция камеры позволяет проводить измерения ионизационного тока при расстояниях между электродами 0,1‒0.5 мм и больше, при необходимости до 15 мм. Ионный ток камеры измеряется электроизмерительным устройством, собранным по схеме Таунсенда. Установка позволяет измерять МПД от источников площадью 0,25-144 см2 как непосредственно у поверхностиисточников,такинарасстояниидо300ммотнее.Диапазон измеряемых ионизационных токов составляет 10-14-10-3А. Токи утечки камеры не превышают 10-13 А. Среднее квадратическое отклонение результата определения отношения значения тока в камере к ее глубине не превышает 0,2‒2% неисключённый остаток систематической погрешности не более 3%.

Установка с сцинтилляционными детекторами СКД предназначена для относительных измерений МПД бета-излучения в материале, эквивалентном биологической ткани. Дозиметр имеет две сменные головки для измерений с плоскими источниками и источниками, имеющими форму сферических сегментов. Детек-

86

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

торы из сцинтиллирующей пластмассы на основе полистирола представляют собой шайбы диаметром 2,6 и толщиной 1,2 мм и диаметром 10 и толщиной 1 мм. Они имеют оптический контакт с фотоумножителем ФЭУ-127, работающим в токовом режиме. Держатель с детектором можно наклонять на угол до 50° от вертикали; максимальный радиус качания равен 40 мм. Диапазон значений фотонов 10-5‒ ‒10-9 А. Установка позволяет измерять МПД в диапазоне 1,4 * 10‒4‒1.0 * 10_1 Гр/с при граничных энергиях бета-излучения 0,1Σ3,5 МэВ.

Выводы.

1.Выбраны основные и дополнительные радиационнофизические характеристики, исследуемые и контролируемые при создании и аттестации терапевтических бетаисточников.

2.Определены основы метрологической поверочной схемы для средств аттестации указанных источников.

3.Созданы дозиметрические приборы и устройства для абсолютных и относительных измерений МПД, создаваемых бета-источниками.

4.Установлены требования к созданию образцовых дозиметрических источников бета-излучения.

87

Л.В. Тимофеев

Таблица 4.1.

Методы, используемые в ибф мз ссср, для определения физико-дозиметрических характеристик зтиби

№		Метод	Установка	Характеристики	Примечание
п/п
1	2		3	4	5
					Эксперимен-
			Экстраполяцион-	θ=(3÷5)%; P=0,95;	тальная.
				(3*10-2÷100) мГр/c;	Сличения с
			ная камера ЭК-2,	(3*10-3÷10 рад/с);	ВНИИ метро-
			мощность дозы	20кэВ÷5МэВ;øэл.=	логии −
			β-изл
		Иониза-		3 мм;10 мм;30мм.	1968 г., 1978,
					1981, 1983 гг.
1	ционный
		(полост-
			Камера пере-
		ной)		Зазор≥0,01 мг/см2;	Эксперимен-
			менного давления
			газа – КПДГ;	Eβ≤250кэВ.	тальная.
			поток энергии.
			Секционированная		Эксперимен-
			камера ЭСК-1.		тальная.
		Сцин-		1Ф ø=2x1 мм;
			Сцинтилляцион-	10x10мм; 30x10мм;	Эксперимен-
	тилляци-		ные датчики СКД-	ФЭУ 35 и 127; токо-	тальная
2.		онный	1Ф	вый режим.	Отн.измерения
		и метод		(1…10 сГр/мин)
		совпаде-
			Серийные детекто-
		ний	ры и аппаратура.
		Термо-	Тонкие плёнки	h=30мкм.
3			(тефлон +LiF)
		люми-
		нес-
		центный	ТЕЛДЕ	ø=1,5 x 1,5 мм;

88

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Окончание таблицы 4.1.

1	2	3	4	5
	Фото-	Рентгеновские
4.	графиче-
		плёнки.
	ский.
			До 10000 рад→
			290 мм÷400мм;
			G≈0,5; (6÷10)%;
	Химиче-	Дозиметр Фрикке.	Pm, Tl,Y, 55Fe,	HM
5.		Водный раствор	Co, C1, (10-15)%;
	ский.	бензоата кальция.	40рад÷1крад→5крад	CS
			(0,4Гр-50 Гр) по тех-
			нологии источников;
			0,5 Гр/мин, 2Гр/мин.
6.	Замеще-	Контрольные
		колированные
	ния.
		источники
			h=(10-180 мкм);
	Оптиче-		D=101÷102Гр; 10%-
7.		Плёнки ЦДП-Ч	абс.;5%-отн.; плоск.
	ский		Разрешение-0,2 мм;
			Тхран.-3 года.
		Функция точечно-	Новая эмпириче-
8.	Расчёт-	го источника (мяг-	ская формула 18
		кие ткани). Метод
	ный	расчёта в гетеро-	кэВ<Егр.<3,5 МэВ;
		генных средах	(10÷20)%.
	Про-
	порцио-
9.	нальный			Для 12,5 I
	счётчик-
	спект-
	рометр
	Маг-		Действующие энер-
10.	нитный
			гетические спектры
	спектро-
	метр		электронов

89