Отечественные рутениевые терапевтические источники бета-излучения_Тимофеев_Л.В

Сигнальный экземпляр

91

3.4.2.Дозиметрические исследования с фантомом головы человека

Впроцессе лучевой терапии с помощью бета-аппликаторов, например, при облучении злокачественных новообразований глаза, возникает необходимость

воценке доз на окружающие здоровые ткани от сопутствующих излучений – гамма- и рентгеновского.

Такая оценка проведена нами экспериментально для ОА с 106Ru+106Rh. В качестве имитатора ОА использовался источник типа ОДИБИ, выполненный в виде диска диаметром 25 мм, с До,β=131сГр/мин.

92

Сигнальный экземпляр

Схема эксперимента приведена на рис.

Источник располагался вплотную к переднему отделу одного из глаз фантома головы человека. Пленочные детекторы на основе LiF в виде дисков диаметром 5 мм и толщиной 10,5 мг/см2 собирались в стопку по 5 шт. Первая стопка детекторов располагалась на поверхности заднего отдела облучаемого глаза, в месте расположения глазного нерва; вторая – на поверхности переднего отдела на облучаемого глаза. Стопки детекторов также располагались в центре полушарий головного мозга, под черепной коробкой на глубине 10 мм; на задней стенке фантома мозжечка, соответственно на левой и правой половине; а также в области расположения щитовидной железы. Экспозиция облучения равнялась 46,5 часам.

Результаты эксперимента представлены в таблице

Как видно из таблицы, например, мощность дозы на поверхности заднего отдела облученного глаза от гамма- и рентгеновских излучений составляет 110 сГр/ч, что, в свою очередь, равняется 1,4·10-2% от дозы, создаваемой бетаизлучением 106Ru+106Rh.

Рис. 3.4.1. Антропоморфный гетерогенный конфигурационный фантом головы чело-

века Рис. 3.4.2 Дозиметрическая модель глаза человека

93

Глубинные распределения доз в тканеэквивалентном материале, создаваемые бета-излучением офтальмоаппликаторов, изучались с помощью плёночных дозиметров. В эксперименте использовались детекторы, основанные на окрашивании пластиков под действием излучения. Плёнки изменяют свою оптическую плотность и цвет (с жёлтого на красный) и позволяют регистрировать ионизирующее излучение в интервале доз 1,5*102Гр /103 Гр. Информация хранится в течение трёх лет, считывание её путём использования спектрофотометра или микроденситометра может производиться многократно. Толщина плёночных дозиметров составляла 10 / 180 мкм. Погрешность однократного измерения дозы не превышает 15%, а погрешность относительных измерений может быть уменьшена до 5% путём предварительного отбора плёнок. Пространственное разрешение одного поля при использовании этих дозиметров определятся толщиной плёнки и диаметром луча считывающего оптического прибора. В нашем случае при использовании микроденситометра фирмы Jouce диаметр луча составлял 0,16 мм. Плёночные дозиметры по своему составу близки к оргстеклу, поэтому их размещение в этом материале (который с неплохим приближением моделирует мягкую биологическую ткань) не нарушает гомогенность такой дозиметрической системы, т.е. не приводит к искажению прохождения в ней бетачастиц. В дальнейшем, переход от дозных полей в оргстекле к полям в мягкой биологической ткани осуществляется с учётом радиационного подобия этих материалов.

Измерения с плёночными дозиметрами проводились следующим образом. Фантом глаза был выполнен в виде шара из оргстекла, диаметром 28 мм, с цилиндрическим углублением диаметром 3 мм. В это углубление помещался набор плоских детситоров (того же диаметра) в виде стойки, прослоенный, в случае необходимости, тонкими кружками из оргстекла. Офтальмоаппликатор накладывался непосредственно на фантом. С целью сокращения времени облучения на больших глубинных применялись более толстые (до 180 мкм) нежели вблизи аппликатора (10-30 мкм), а, следовательно, более чувствительные плёнки. Экспозиции плёнок на больших глубинах составляли 3 + 5 суток.

Изодозные кривые от офтальмоаппликаторов по центру его активной части имеют приблизительно сферическую форму. Учитывая относительно малый диаметр детекторов и характер дозного поля, можно было считать, что плёнки располагались примерно по изодозным поверхностям.

Сцелью проверки тонкости измерения эксперимент был выполнен также

внесколько иной геометрии. Плёнка располагалась между двумя полушариями другого фантома глаза из оргстекла перпендикулярно рабочей поверхности аппликатора. Измерение оптической плотности проэкспонированных плёнок проводилось в диапазоне длин волн около 530 мм, который был выбран с целью максимального выделения « полезного сигнала « над фоном. На рис. Приведена запись оптической плотности плёнок, расположенных перпендикулярно поверхности двух источников – офтальмраппликатора и такого же, но плоского по форме. На рис виден « эффект фокусировки «доз от аппликато-

94

Сигнальный экземпляр

ра сферической формы. Отметим, что оба варианта расположения детекторов дали согласие результатов в пределах погрешности эксперимента.

Кроме цветных плёночных дозиметров дозные поля офтальмоаппликаторов изучались также и с помощью термолюминесцентных детекторов на основе LIFE//. Эти дозиметры представляют собой плёнку толщиной 35 мкм (4,2 мг/ см -2) и позволяют измерять дозы в диапазоне 1 / 102 Гр с погрешностью не превышающей 15%. Плёночные дозиметры с LIF использовались в основном для оценки доз вблизи от поверхности офтальмоаппликаторов. И применялись согласно первому варианту расположения диаметров – в виде стопки кружков в углублении фантома глаза. Результаты измерений с помощью двух типов плёночных дозиметров – цветовых и термолюминесцентных, хорошо совпали между собой.

Термолюминесцентные детекторы вследствие их высокой чувствительности использовались также для оценки доз тормозного излучения офтальмоаппликаторов, возникающего при прохождении бета-частиц через корпус источник и ткан глаза. В этом случае применялись термолюминесцентные детекторы «ТЕЛДЕ» в виде таблеток диаметром 3 мм и толщиной 1,5 / 2 мм. Так, например, было проведено измерение дозы тормозного излучения на хрусталик от ОА, расположенного с задней стороны глаза. При этом оказалось, что для различных типов ОА средняя по объёму хрусталика доза в (1,5 / 4)х10 4 раз меньше дозы бета-излучения на поверхности источника.

Рис. 3.4.3. Дозное поле офтальмоаппликатора

95

3.4.3. Фантом-дозиметр для определения поглощенных доз ионизирующего излучения в органе зрения

При работе с радионуклидными источниками ионизирующего излучения возникает необходимость дифференцированного определения значений ПД в разных отделах глаза.

Известны экспериментальные исследования (Грамматикати B.C.) по определению поглощенных доз бета-излучения радионуклидов 90Sr+90Y с помощью термолюминесцентных детекторов: детектор ТЕЛДЕ (LiF) помещали на место удаленного хрусталика глаза трупа крысы и воспроизводили схему облучения животных. Недостатками этого способа являются его узкие функциональные возможности, т.к.доза определяется только в хрусталике, и он следовательно не дает информации о дозовых нагрузках на другие отделы глаза; неадекватность условий моделирования дозного распределения в глазу человека, и, следовательно, невозможность перенесения получаемых результатов на глаз человека без соответствующей экстраполяции.

Для определения дозовой нагрузки рентгеновского излучения непосредственнонаглазпациентапритерапииракакожилицаНовиковаЛ.В.осуществила имитацию глаза человека. При этом емкость геометрически подобная глазу из резиновой оболочки наполнялась раствором метилоранжа. Измерения проводили на костно-парафиновом фантоме головы человека, а вышеуказанный детектор помещали в глазницу фантома. Соблюдали равенство объемов детекторов и глаза человека, а также подобие их геометрических форм. Такое устройство позволило повысить адекватность моделирования дозного распределения в глазу, однако - оно обладает недостаточными функциональными возможностями, т. к. позволяет определить только усредненную дозу по объему глаза в гомогенной среде, низка чувствительность по дозе, а сам раствор химически_агрессивен.

Необходимость получения дифференцированной дозиметрической информации возникает, например; при моделировании аварийного облучения, а также в клинической практике при планировании курса терапии злокачественных опухолей.

В клинической практике при терапии злокачественных опухолей глаза с толщиной порядка 5-7 мм применяются аппликаторы с гамма-излучающими радионуклидом кобальт-б0. При такой методике лучевой терапии облучению подвергаются не только пораженные опухолью участки глаза, но и здоровые ткани-хрусталик и стекловидное тело.

За курс лечения по этой методике (6 суток непрерывного облучения) поверхностные слои глаза получают дозу порядка 200 Гр (2 х рад), а слой на глубине от 5 до 13 мм получают при этом дозы 40-20 Гр (4 х - 2 х рад).

При терапии злокачественных опухолей глаза с толщиней порядка 2,5- 3 мм применяются аппликаторы с бета-излучением радионуклидами - стронций-90 и иттрий-90. При такой методике в лучевой терапии эпибульбарных опухолей,

96

Сигнальный экземпляр

локализованных в переднем отделе глаза, облучению подвергаются не только пораженные опухолью участки глаза, но частично и передняя камера глаза. За курс лечения по этой методике дозовая нагрузка на область центра передней камеры может достигать 20 Гр (2 х рад).

Ранее с целью оценки величины дозы на хрусталик от тормозного излучения при бета-терапии некоторых заболеваний глаза с помощью аппликаторов с радионуклидами стронций-90 и иттрий-90 мы уже использовали детекторы ТЕЛДЕ. Измерение проводили на фантоме головы человека, выполненного на основе черепа, лицевых костей головы и смеси парафина с белой сажей. При этом глаз моделировали по форме и размерам соответствующим глазу человека с помощью сферы из той же смеси в области хрусталика которого помещали детектор. Однако и при таком способе оценивается доза, получаемая только хрусталиком в гомогенной сфере. При лучевой терапии необходимо иметь информацию о дозовых нагрузках на разные отделы органа зрения пациента, а возможности известных способов а этом плане ограничены.

Целью данной работы являлось расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения получения дозиметрической информации дифференцированной к разным отделам гетерогенной среды глаза человека (хрусталик, передний отдел, стекловидное тело), т.е. информации о поглощенный ими дозах гамма-бета- и рентгеновского излучения, для физикотехнического обеспечения лучевой терапии. Креме того, мы считали важным повысить адекватность дозных полей, создаваемых при облучении в детекторе и реальном глазе человека, повысить чувствительность устройства, части.....

Поставленная цель была достигнута тем, что в устройстве для определения ПД ИИ в органах зрения, содержащее фантом головы человека с емкостью, геометрически и радиационно подобной глазу, в которой размещен тканеэквивалентный детектор, детектор выполнен составным из трех частей, геометрически и радиационно-подобных соответственно переднему отделу глаза, хрусталику и стекловидному телу. При этом для указанных отделов глаза (частей фантома) применяются разные детекторы.

В качестве методов регистрации доз мы выбрали химический и термолюминисцентный методы. Эти методы обладают необходимой чувствительностью, могут обеспечить измерения в нужном диапазоне доз, требуемую величину погрешности и позволяют оперативно и с приемлемой точностью проводить измерения.

Впредложенномтехническимрешенииустройствадетекторасамипроявляют новыесвойства,т.к.дополнительноучаствуютвформированиидозногораспределения, соответствующего дозному распределению, возникающему при облученииглазачеловека,т.е.приоблученииустройствапоегообъемуустанавливается дозное распределение, соответствующее распределению дозы в глазу человека.

Таким образом, предложено устройство для определения поглощённых доз

97

ионизирующего излучения в глазу человека, содержащее фантом головы человека с ёмкостью, геометрически подобной глазу в которой размещён тканеэквивалентный радиационное подобный детектор излучения.

Устройство отличается от известных тем, что с целью повышения точности и одновременного получения расширенной и дифференцированной по разным отделам глаза человека (хрусталик, передняя камера, стекловидное тело) дозиметрической информации, необходимой при лучевой терапии, устройство выполнено в виде гетерогенного фантома-дозиметра, состоящего из трёх частей - двухшаровых сегментов и диска чечевицеобразной формы, расположенного между ними, имитирующих соответственно передний отдел глаза, стекловидное тело и хрусталик, причём один расположен, например, на месте хрусталика, другой заполняет объём передней камеры, третий - стекловидное тело. В качестве детектора ионизирующего излучения в целях повышения активности дозных полей И.И., создаваемых при облучении в детекторе и глазу человека, а также чувствительности устройства, применяется водный раствор бензоната калия, а на месте хрусталика - термолюминисцентный дозиметр, например, типа ТЕЛДЕ. Количественное содержание ингредиентов раствора бензоата кальция известно / Са (С7 Н5О2)2 * 3H2O концентрацией м.

Для обеспечения быстрого (экспрессного) анализа раздельного определения доз излучения, полученных различными детекторами, фантомное устройство выполняется разъёмным.

По сравнению с известными, предложенное устройство позволяет повысить не только информативность измерения дозы по разным отделам глаза и тем самым создать большой эффект применительно к задачам лучевой терапии, но и улучшает условия работы персонала, т.к. вместо химически-агрессивного кислотного раствора метилоранжа применяется нейтральный раствор бензоата кальция.

Относительно положительного эффекта от применения LiF. Этот детектор на три порядка чувствительнее метилоранжевой системы, кроме того, верхний предел доз у LiF в 40 раз выше. Радиационное подобие детектора ткани хрусталика оценивалось следующим образом: для электронов сопоставлялись значения (Z/A)эфф=∑Zi/М; =(∑Zi+I) /М); для фотонного излучения - .

Ингредиенты хрусталика: 68% Н2О, 32% белки. Полученные значения параметров сравнения в пределах (5÷10)% оказались равными для LiF и ткани хрусталика в энергетическом диапазоне по меньшей мере т.о. 100 кэВ до 3,5 V’D/ Таким образом, в присутствии LiF детектора и водного раствора бензоата кальция в устройстве формируется дозное поле, адекватное таковому при об-

лучении глаза человека.

Теперь, если вернуться к примеру терапии с кобальтом-60. Метилоранжевый детектор зафиксирует среднюю по глазу дозу, которая в 2÷3 раза меньше дозы на месте расположения хрусталика. Детектор зафиксирует дозу, отличающуюся от действительной на ±15%.

Для дозиметра на основе бензоата кальция определен радиационно-

98

Сигнальный экземпляр

химический выход салициловой кислоты, образующейся в растворе бензоата кальция под действием различных видов излучений: бета-, гамма-, рентгеновского. Показано, что диапазон значений измеряемых доз не меньше Д€50сГр/с с погрешностью (10…15%) при Р=0,95.

99