8. Дозиметрия.

Дозиметрия - определение количества и качества ионизирующего излучения.

Дозиметрия - это определение количества и качества ионизирующих излучений.

С помощью дозиметрии решаются две основные принципиально разные задачи:

1. выявление источника и вида излучения;

2. определение степени действия ионизирующего излучения на организм.

В медицинской радиологии дозиметрия используется для определения количества излучения и степени его воздействия на организм; расчета необходимой защиты от излучений больных, медицинского персонала, населения и окружающей среды при диагностическом и лечебном применении источников проникающих излучений.

А) Методы регистрации ионизирующих излучений.

Методы регистрации ионизирующих излучений и нейтронов представлены в таблице 4.

Методы регистрации ионизирующих излучений и нейтронов

Таблица 4

Группа методов	Методы	Аппаратура
1. Физические.	А) ионизационный; Б) сцинтилляционный; В) использование полупроводников; Г) газоразрядный; Д) поляризационный; Е) трековый; Ж) люминесцентный; З) калориметрический.	- ионизационные камеры; - счетчик Гейгера- Мюллера; - сцинтилляционный счетчик; - полупроводниковый детектор; - искровые счетные камеры; - черенковские счетчики; - камера Вильсона; - пузырьковая камера; - диффузионная камера; - люминесцентная камера; - калориметр;
2. Химические.	А) фотохимический; Б) активных радикалов.	- фотопленочный дозиметр; - ферросульфатный дозиметр;
3. Биологические.	А) выживаемость живых объектов; Б) изменения химизма биологических тканей; В) изменения морфологии биологических тканей (хромосомные абберации).
Регистрация нейтронов:
1. Физические.	А) ионизационный; Б) сцинтилляционный; В) активационный; Г) диэлектрический.	ионизационные камеры деления; фосфорные счетчики; - радиаторные счетчики; резонансные индикаторные счетчики; - трековые диэлектрические детекторы.

Б) Методы определения дозы и радиоактивности.

Методы определения дозы и радиоактивности представлены в таблице 5.

Методы определения дозы и радиоактивности

Таблица 5

Метод определения дозы	Метод определения радиоактивности
1. Ионизационный.	1. Ионизационный.
2. Люминесцентный.	2. Сцинтилляционный.
3. Калориметрический.	3. Метод толстых эмульсий.
4. Химический.
5. Фотохимический.
6. Биологический.
7. Математический (расчетный).

В) Классификация измерительных приборов.

Классификация измерительных приборов представлена в таблице 6.

Типы измерительных приборов

Таблица 6

Дозиметры	Радиометры
1. Лабораторные.	І. Лабораторные.
2. Клинические.	1. Обычные.
3. Индивидуальные.	2. Колодезные.
4. Поисковые.	3. Спектрометры излучений человека (СИЧ).
5. Дозиметры контроля защиты (ДКЗ).	4. Спектрометры излучений всего тела человека (СИТЧ).
	ІІ. Клинические.
	1. Радиографы одно- и многоканальные.
	2. Сканеры.
	3. Сцинтилляционные гамма-камеры.
	4. Однофотонные эмиссионные томографы ОФЭКТ.
	5. Позитронные эмиссионные томографы (ПЭТ).

Г) Классификация радиодиагностической аппаратуры.

Классификация радиодиагностической аппаратуры представлена в таблице 7.

Радиодиагностическая аппаратура

Таблица 7

Радиометры		γ-хронографы	γ-топографы
In vivo	In vitro
1. β - счетчики.	1. β - радиометры.	1. Одно- и многодетекторные	1. Сканеры.
2. γ - счетчики.	2. Спектрографы всего тела.	2. Хроно- и γ-топографы.	2. Гамма-камеры (планарные).
		3. Гамма-камеры (планарные).	3. Эмиссионные томографы: а) ОФЭКТ; б) ПЭТ.

Д) Характеристика методов регистрации ионизирующих излучений.

Ионизационные методы.

Какое же устройство ионизационной камеры? В обычном состоянии атом электронейтральный. Но когда вблизи него проходит заряженная частица, обладающая определенной энергией, она может нарушить это электрическое равновесие, оторвав один или несколько электронов с внешней оболочки атома. В результате на месте такой "катастрофы" образуется 2 иона: позитивный остаток атома и электрон. Если теперь в среду, содержащую множество таких ионов ввести 2 противоположно заряженных электрода, то (+) ионы начнут двигаться к (-) электроду, а (-) к (+), то есть возникает электрический ток. Его можно определить разными методами. Именно на этом основан первый простой прибор - ионизационная камера (ИК). Ионизируют их электроны, вырванные из стенки, поэтому они называются стеночными ИК. Но эта камера не может отличить одну частицу от другой, измерять их энергию, подсчитывать их количество и фиксировать направление полета. Учитывая недостатки ИК немецкий физик Гейгер предложил несколько иную конструкцию прибора для выявления заряженных частиц (позднее усовершенствованную физиком Мюллером, поэтому называется счетчиком Гейгера-Мюллера). Он представляет собой стеклянную или металлическую трубку, заполненную инертным газом (аргоном). Катодом в стеклянной является металлическое напыление на стенке трубки, а в металлической - сам корпус. Анод представлен тоненькой вольфрамовой нитью, натянутой по оси. Между нитью и корпусом образуется сильное электрическое поле (500-800 В). Проходя через трубку заряженная частица ионизирует газ, лавинообразно нарастает поток ионов, возникает ток, регистрирующийся измерительным прибором. При регистрации ЭМИИ квант выбивает из стенки корпуса электрон, который в дальнейшем уже будет действовать как заряженная частица. Чувствительность такого прибора очень большая (можно зарегистрировать даже один электрон), а если присоединить специальный счетчик, то подсчитать и количество частиц. Газоразрядные счетчики в тысячи раз более чувствительные, чем ИК и их используют для измерения радиоактивности. А для измерения дозы и мощности дозы - ИК.. Последние по форме бывают плоские, цилиндрические, сферические. Из-за малой ионизирующей способности γ- и R-излучений объем камер увеличивают до 1-5 л для повышения их чувствительности, а стенки изготавливают из материала в 10-100 раз более плотного, чем газ.

Для измерения α-излучения торец корпуса счетчика закрывают тончайшей пластинкой слюды, пропускающей эти частицы (такие счетчики называются "торцевыми").

Индивидуальные дозиметры КНД-2, ВП-24 в виде авторучки предварительно заряжаются от специального зарядного устройства. В поле γ- и R-излучений пары образующихся ионов собираются на электродах и разряжают дозиметры, компенсируя часть заряда. Затем, помещая дозиметры (КНД-2) в измерительное устройство, по остаточному заряду со шкалы прибора снимают показатели дозы облучения. Дозиметры ВП-24 являются прямо показывающими, т.к. на торце у них нанесена измерительная шкала, проградуированная с помощью стандартных источников излучения и ИК.

Сцинтилляционные (люминесцентные) методы.

Основаны на способности ИИ вызывать сцинтилляцию (люминесценцию) некоторых веществ. Чем же отличаются эти два явления?

Под действием ИИ электроны атомов получают избыточную энергию и переходят на вышележащие орбиты. Возвращаясь на свою стационарную они испускают эту избыточную энергию в виде кванта видимого света. Специальными устройствами "вспышки" (сцинтилляции) регистрируются. Их интенсивность зависит от дозы облучения и усиливается фотоэлектронным умножителем (ФЭУ). Это явление называется сцинтилляцией. К сцинтилляторам относятся фосфор, нафталин, антрацен, стильбен, сульфид цинка и кристаллический йодид натрия. Последний используется в регистрирующей и диагностической аппаратуре в виде кристаллического йодида натрия, активированного таллием (для усиления яркости свечения). Из сцинтилляционных пластмасс и световодов изготавливают "игольчатые" детекторы для измерения дозы в полостях тела в процессе лучевой терапии.

Атомы некоторых веществ под действием ИИ способны накапливать полученную энергию и отдавать ее в виде световых вспышек только после дополнительного воздействия либо инфракрасным светом, либо высокой температурой (150-300 ^оС). Это явление называется люминесценцией. Дозиметры, содержащие люминофоры, которые необходимо освещать инфракрасным светом, называются радиофотолюминесцентными. Они состоят из активированного серебром фосфатного стекла с добавлением бария, калия, лития, магния и бора. Диапазон измерения от 50 мР до 10 000 Р.

Дозиметры, содержащие люминофоры, которые необходимо нагревать, называются радиотермолюминесцентными. Они представляют собой небольшие пластинки, таблетки, цилиндры, состоящие из фторида лития или кальция. Ими определяют поглощенную дозу облучения, которая была депонирована в детекторе. Диапазон измерения 50 - 1000 Р.

Калориметрический метод.

Основан на превращении поглощенной энергии ИИ в тепловую. По степени повышения t ^оС облученного объекта или по количеству тепла, пошедшего на испарение жидкости (азота), определяют дозу облучения.

Фотохимический метод.

Основан на свойстве ИИ проникать через непрозрачные среды (кассета) и засвечивать фотоматериалы (фотопластинки). Распад Ag Br пропорционален дозе облучения, что определяется при проявлении пленки и сравнении с эталонами на денситометре. Этот принцип используется в дозиметрах для регистрации небольших доз облучения персонала: ИФК-2,3; ИФК-2. Позитивные стороны этого метода: возможность массового использования для индивидуального контроля и регистрации общей и раздельной доз β-, γ- и нейтронного излучения, документальность регистрации полученной дозы. Негативные стороны: низкая чувствительность и точность, громоздкость обработки пленок, зависимость от условий обработки, невозможность повторного использования.

Химические методы.

Основаны на изменении скорости химической реакции, цвета раствора, выпадении осадка и др. под действием ИИ. Химические детекторы используются для измерения больших доз γ-излучения. Существуют жидкие химические детекторы (ферросульфатный, нитратный, цериевый), а также на основе хлорзамещенных углеводородов (хлороформ, четыреххлористый углерод). Эти детекторы не очень чувствительные (несколько рад), нестабильны при хранении, чувствительны к свету, температуре и примесям.

Камера Вильсона.

В 1911 г. английский физик Ч. Вильсон предложил гениально простой способ наблюдения за заряженной частицей. Камера, заполненная перенасыщенным водяным паром вместо дна имеет подвижный поршень. При его движении вниз резко падает давление. Если в нее влетает заряженная частица, то на своем пути она образует ионы, которые становятся центрами конденсации пара (имеется в виду, что в камере нет пыли). Путь такой частицы мгновенно покрывается большим количеством капель влаги и становится видимым как тонкая полоска тумана. Особенно это хорошо заметно, если камеру осветить сбоку, а ее внутреннюю поверхность и поршень покрыть черным цветом.

Рис. 1. Камера Вильсона.

Вопросы к первому занятию

1. Какое место занимает медицинская радиология среди других наук?

2. Что такое радиоактивность? Какие виды ионизующего излучения существуют?

3. Что представляет собой α - излучение? Каковы его свойства?

4. Что представляет собой β - излучение? Каковы его свойства?

5. Что представляет собой γ - излучение? Каковы его свойства?

6. Что может быть источником ионизирующего излучения?

7. Что такое радиоактивный распад? Какие бывают виды радиоактивного распада?

8. Какие требования предъявляются к радиологическим отделениям? Правила работы в них.

9. Какие существуют методы защиты от ионизирующего излучения?

10. Какие существуют способы защиты от ионизирующего излучения?

11. Что такое доза ионизирующего излучения?

12. Какие задачи решает дозиметрия?

13. Какие существуют методы регистрации ионизирующего излучения?

14. Какие существуют методы определения дозы?

15. Какие существуют методы определения радиоактивности?

16. На чем основан ионизационный метод регистрации ионизирующих излучений?

17. На чем основан сцинтилляционный метод регистрации ионизирующих излучений?

18. В чем отличия между радиотермолюминесцентными и радиофотолюминесцентными дозиметрами?

Литература:

1. Авсеенко В.Ф. Дозиметрические и радиометрические приборы и измерения. Киев, "Урожай", 1990.

2. Касаткин Ю.Н., Смирнов В.Ф., Микерова Т.М. Физико-технические основы ядерной медицины (радиоактивность) // Учебное пособие / Москва, 1990.- 32 с.

3. Линденбратен Л.Д., Королюк И.П. Медицинская радиология (основы лучевой диагностики и терапии). Москва, "Медицина", 2000.

4. Норми радіаційної безпеки України - 97. Київ, 1997.

5. Основні санітарні правила України - 2000. Київ, 2000.

6. Пилипенко М.І. Радіаційні вимірювання: принципи, поняття, одиниці // Український радіологічний журнал, 2000.- №1.- С. 81-88.

7. Руководство по ядерной медицине. Под ред. Т.П. Сиваченко. Киев, "Вища школа", 1991.- С.10-45, 83-124.