Климанов Дозиметрия ионизируюшчикх излучениы 2015

ИКД – дозиметрия полей с малым поперечным сечением (или малых полей). Именно эти три направления ИКД и рассматриваются

вданной главе.

2.Разработка протоколов для измерения поглощенной дозы в РФ

Долгое время абсолютные измерения поглощенной дозы в воде, создаваемые клиническими терапевтическими пучками, базировались на калибровке средств измерения (СИ) на национальных первичных эталонах в единицах экспозиционной дозы и воздушной керме с последующим использованием ряда коэффициентов и поправочных факторов для перехода к значениям поглощенной дозы в воде. Такой переход ввиду неточностей, имеющих место при нахождении этих коэффициентов и поправочных факторов, вносит наибольший вклад в неопределенность при калибровке пучка в единицах поглощенной дозы в воде.

Рис. 19.1. Согласованная система дозиметрии, основанная на эталонах единицы поглощенной дозы. Первичные эталоны, основанные на калориметрии в воде и графите, химической дозиметрии и ионизационных методах, позволяют калибровать ионизационные камеры в единицах поглощенной дозы в воде, ND,w (см. глава

12) [7]

641

Развитие первичных эталонов поглощенной дозы в воде для пучков фотонов и электронов высоких энергий и усовершенствование концепций радиационной дозиметрии сделало возможным уменьшение неопределенностей результатов определения доз в радиотерапевтических пучках (см. глава 12). Дозиметрия киловольтового рентгеновского излучения, а также пучков протонов и тяжелых ионов тоже может базироваться на этих эталонах. Таким образом, на основе эталонов поглощенной дозы в воде может быть создана взаимосогласованная система абсолютной дозиметрии практически для всех радиотерапевтических пучков (рис. 19.1).

В СССР государственный эталон единицы поглощенной дозы фотонного излучения был впервые утвержден в 1972 году на основе воспроизведения размера этой единицы калориметрическим методом в точке графитового фантома в пучке излучения 60Со. Наличие такого эталона позволило группе отечественных специалистов разработать в 1989 г. нормативный документ [5], в котором предлагалось измерения поглощенной дозы в воде при лучевой терапии проводить с привязкой к этому национальному эталону, а не к эталонам экспозиционной дозы или кермы. К настоящему времени документ в значительной мере устарел и требует переработки.

Несколько позднее рабочая группа для подготовки научно обоснованных рекомендаций по переходу на первичные эталоны поглощенной дозы в воде была создана в IAEA. Эта рабочая группа в 2000 г. опубликовала свои рекомендации [6] по переходу в лучевой терапии непосредственно к калибровке (сравнению) СИ с национальными первичными стандартами в единицах поглощенной дозы. Позднее в эти рекомендации были внесены некоторые изменения и дополнения, и в 2004 г. последняя версия данного документа была переведена на русский язык [7]. Планировалось, что данные рекомендации будут приняты за основу при подготовке отечественного стандарта (протокола) по определению поглощенной дозы в воде. Для этого имелись все объективные предпосылки, так как с 1972 по 2001 гг. национальный эталон прошел несколько стадий усовершенствования и сейчас воспроизводит единицу поглощенной дозы в точке водного фантома в пучках γ-излучения 60Со, тормозного и электронного излучения микротрона с помощью единой калориметрической системы. К сожалению, пока это не сделано, тем не менее несмотря на отсутствие официального стату-

642

са, русская версия протокола IAEA [7] часто используется в России для абсолютных измерений поглощенной дозы в воде. Вместе с тем, в РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН в 2011 г. разработано собственное методическое пособие и протоколы [8], которые базируются именно на рекомендациях IAEA [6, 7]. Материал данного раздела в значительной мере основан на этих работах [7, 8].

При использовании рекомендаций IAEA [6] и перевода этого документа на русский язык [7] следует иметь в виду некоторые различия в терминологии, используемые в рекомендациях и принятые в РФ. В частности, в оригинальном тексте часто используется при-

лагательное "reference", например "reference dosimeter", "reference point", "reference depth", "reference field", "reference medium" и др.

В отечественных документах для прибора, поверенного на первичном эталоне и предназначенного для поверки, используется понятие "рабочий эталон" с добавлением разряда (первого, второго и т.д.). Поэтому "reference dosimeter" переводится обезличенно как "опорный" (или "исходный") дозиметр. То же относится к поняти-

ям "reference point", "reference depth", которые переводятся как

"опорная точка" и "опорная глубина", и т.д., что совпадает с терминами, использованными в РД 50-691 – 89 [5]. При переводе термина "reference dosimetry", когда речь идет о калибровке пучка, использован термин "стандартная дозиметрия". Однако на практике эти рекомендации [7] по терминологии часто не соблюдаются и прилагательное "референсная" применяется, фактически, так же широко, как термины "опорная" или "стандартная".

В рекомендациях IAEA [6] предлагается несколько процедур калибровки, одна из которых называется "cross-calibration". Пользователю рекомендуется дозиметр, полученный из Дозиметрической лаборатории первичных эталонов (ДЛПЭ) или из Дозиметрической лаборатории вторичных эталонов (ДЛВЭ), самостоятельно использовать для передачи размера единицы поглощенной дозы рабочему дозиметру, предназначенному для рутинных измерений в клинической практике. Однако по российскому законодательству пользователь не имеет право осуществлять такую процедуру. Согласно Федеральному закону РФ "Об обеспечении единства измерений " (№ 487-1 от 27.04.1993 г.) СИ в процессе эксплуатации могут подвергаться либо поверке, либо калибровке. В эти понятия в российском законодательстве вкладывается следующий смысл.

643

Поверка СИ есть установление органом государственной метрологической службы (или другим официально уполномоченным органом, организацией) пригодности СИ к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям. Поверка является обязательной процедурой для СИ, подлежащих государственному контролю и надзору. К таковым относятся клинические дозиметры. Организациями, уполномоченными для проведения этих работ, являются Всероссийский НИИ физико-технических и радиотехнических измерений(ВНИИФТРИ Менделеево Московской обл.), как держатель государственного эталона и поверочные лаборатории при Российском научном рентгенологическом центре (РНЗРЦ, г. Москва) и Центральный научно-исследовательский рентгенорадиологический институт (ЦНИРРИ, г. Санкт-Петербург).

Калибровка СИ есть совокупность операций устанавливающих соотношение между значением величины, полученной с помощью данного СИ, и соответствующим значением величины, определенной с помощью эталона, с целью определения действительных метрологических характеристик этого СИ. Калибровке могут подвергаться СИ, не подлежащие государственному метрологическому контролю и надзору. Таким образом, калибровка СИ является добровольной процедурой.

Таким образом, в России клинические дозиметры подлежат поверке. Тем не менее в российском тексте рекомендаций IAEA [7] применен прямой перевод термина "calibration" как "калибровка" для сохранения аудентичности текстов. Поэтому термин «калибровка» используется и в настоящей книге. Однако следует иметь в виду, что это понятие в России лишено правовой нагрузки [7].

3. Абсолютные измерения поглощенной дозы при дистанционной лучевой терапии

Общая методика калибровки дозиметров и радиотерапевтических пучков в единицах поглощенной дозы в воде была описана в главе 12. Будем предполагать, что пользователь имеет ионизацион-

644

ную камеру (ИК) с калибровочным коэффициентом ND,w,Q0 , опре-

деленном в результате калибровки в опорном пучке качества Q0. Рассмотрим в данном разделе отдельные вопросы, связанные с определением поглощенной дозы в пучке пользователя при лучевой терапии.

3.1. Стандартные условия

Стандартные условия, рекомендуемые пользователю для определения поглощенной дозы для пучков γ-излучения 60Со и высокоэнергетического тормозного излучения приводятся в табл.19.1. Геометрия измерения показана на рис. 19.2.

Рис. 19.2. Геометрия стандартных условий измерения поглощенной дозы для пучков γ-излучения 60Co и высокоэнергетического тормозного излучения при лучевой терапии: 1 – пучок фотонов; 2 – ионизационная камера: 3 – водный фантом; 4 – источник

645

Таблица 19.1

Стандартные условия для определения поглощенной дозы в воде ИК при лучевой терапии для γ-излучения 60Со и высокоэнергетического тормозного излучения (адаптировано из [7])

646

Стандартные условия для определения поглощенной дозы для пучков электронов и протонов представлены в табл. 19.2. Входящие в таблицы обозначения TPR20,10, R50 и Rres означают следующее:

• TPR20,10 – отношение ткань-фантом на глубинах 20 и 10 см, которое характеризует качество пучка и представляет отношение

поглощенных доз в водном фантоме на этих глубинах при одинаковом размере поля, равном 10х10 см2;

• R50 – глубина половинного значения поглощенной дозы, для ее определения применяют следующие формулы [7]:

где R50,ion – глубина в воде, на которой значение ионизационного тока равно 50 % от максимального значения.

Входящая в табл. 19.1 величина Rres представляет остаточный пробег протона на измеряемой глубине z, определяемый из соотношения

где Rp – практический пробег протона, равный глубине, на которой поглощенная доза за пиком Брэгга–Грея или SOBR (область повышенной дозы, образующаяся при суммировании пиков Брэгга– Грея) уменьшается до 10 % от ее значения в максимуме.

Если дозиметрия пучков фотонов и электронов при лучевой терапии традиционно основывалась на ИК, то клиническая дозиметрия протонов базируется на различных типах дозиметров, таких как калориметры, ИК, цилиндры Фарадея, трековые детекторы, активационные методы и диоды. Первые рекомендации по применению ИК для калибровки пучков в единицах поглощенной дозы в воде ИК предлагали проводить калибровку ИК в воздухе в пучке 60Со по экспозиционной дозе или воздушной керме [9 – 11]. Однако позднее в работе [12] и более детально в работе [7] были сформулированы рекомендации по абсолютному определению поглощенной дозы в протонных пучках с использованием ИК, откалиброванных в единицах поглощенной дозы в воде в пучке 60Со.

647

Таблица 19.2

Стандартные условия для определения поглощенной дозы в воде ИК при лучевой терапии для пучков электронов и протонов (адаптировано из [7])

Для абсолютных измерений Dw в пучках протонов рекомендуются как цилиндрические, так и плоскопараллельные ИК. Однако суммарная неопределенность определения Dw для плоскопараллельных ИК несколько больше, чем для цилиндрических ИК из-за большей неопределенности в расчете поправочных факторов.

648

3.2.Фантомы

Вкачестве среды для измерения поглощенной дозы во всех практических рекомендациях как для фотонных, так и для электронных и протонных пучков. Поперечные размеры фантома должны быть, по крайней мере, на 5 см больше поперечных размеров самого большого поля, используемого при глубинных измерениях. Также должен быть запас не меньше, чем 5 см за максимальной глубиной измерения. Исключение представляет рентгеновское излучение средних энергий, для которого запас должен быть не меньше, чем 10 см.

Твердые фантомы, такие как полистерен, ПММА, водоэквивалентные пластики могут использоваться для дозиметрии низко-

энергетических электронных пучков ( E ≤10 МэВ) и обычно требуются для низкоэнергетического рентгеновского излучения. Однако точка определения дозы должна быть масштабирована к воде на определенной глубине в однородном водном фантоме. Идеальный случай, когда материал имеет такие свойства поглощения и рассеяния как вода. Элементный состав, плотность и средний атомный номер (по фотоэффекту) некоторых известных фантомных материалов представлены в табл. 19.3.

Таблица 19.3

Элементный состав (доля к весу), номинальная плотность и средний атомный номер известных фантомных материалов, используемых в качестве заменителей воды [7]

649

Несмотря на возрастающую популярность, пластиковые фантомы категорически не рекомендуются при калибровках (за исключением низкоэнергетического рентгеновского излучения), так как при их использовании часто возникают большие расхождения в определении поглощенной дозы из-за разности в плотности между различными партиями и приближенных методах пересчета глубин при переходе от пластика к воде. Плотность пластика должна измеряться для каждой используемой партии пластика.

Пластиковые фантомы разрешается использовать для повседневных измерений по программе гарантии качества, при условии, что было установлено соотношение между показаниями дозиметра в пластике и воде для пучка пользователя во время калибровки, и для некоторых относительных измерений.

Для горизонтальных пучков окно фантома должно быть сделано из пластмассы толщиной 0,2 – 0,5 см. Водоэквивалентная толщина (в г/см2) окна так же, как и водоэквивалентная глубина в пластике

рассчитывается как произведениеtпл ρпл, где tпл и ρпл – толщина (в

см) и плотность пластика (в г/см2) соответственно.

При использовании пластиковых фантомов глубины в пластиковом фантоме zpl, выраженные в г/см2, получаются умножением глубины (см) на плотность пластика ρpl в г/см3. Измерения, проведенные в пластиковом фантоме на глубине zpl пересчитываются к глубине в воде с помощью формулы:

где cpl – коэффициент пересчета глубин, значения которого приводятся для ряда пластиков в табл. 19.4.

При определении поглощенной дозы в воде на глубине zref, используя фантом из пластика, ИК в пластике должна размещаться на пересчитанной глубине zref,pl, определяемой по формуле:

Кроме пересчета глубины показания дозиметра MQ,pl на глубине zref,pl необходимо пересчитать на эквивалентные показания MQ на zref в воде (закон обратных квадратов) по формуле:

650