Отечественные рутениевые терапевтические источники бета-излучения_Тимофеев_Л.В

Сигнальный экземпляр

Заключение к третьей главе

1.С использованием разработанной аппаратуры, метода фантомного моделирования и расчетных методик, проведены полномасштабные расчеты и эксперименты и получена новая информация о дозных полях в органах и тканях человека, облучаемого контактными радионуклидными источниками.

2.Создана система дозиметрических измерений при работе с бетаисточниками типа ЗТИБИ. Рекомендуемая система базируется на применении единой унифицированной системы единиц, эталонных методов и установок, а также методов относительных измерений с помощью образцовых излучателей

иповерочной схемы.

131

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

ФИЗИЧЕСКИХ, ТЕХНИЧЕСКИХ

И МЕДИЦИНСКИХ РАЗРАБОТОК

4.1.Гибкие рутениевые аппликаторы

Вотличие от общепринятой практики, мы предложили и реализовали системный путь создания средств формирования дозных полей на основе «модульных источников» или базовых матриц. Так, в частности, модульные гибкие тонкие источники (матрицы) элементарной геометрии позволяют рационально моделировать сложные структуры одно-, двух- и трехмерных активных матриц для ЗТРИИ, а затем формировать с их помощью дозные поля самой различной конфигурации.

Вклинике нередки случаи, когда необходимо облучить относительно труднодоступные с точки зрения проведения к ним ионизирующего излучения известными методами участки поверхности тела человека или органы. К тому же некоторые органы и (или) очаги поражения имеют достаточно сложную конфигурацию. Достаточно упомянуть слуховой проход, евстахиеву трубу, расположенную глубоко в костях черепа и изогнутую по всей длине. Или участки глаза ближе к переносице и (или) виску, а также локации в заднем отделе глаза около зрительного нерва. В этих случаях требуются облучатели либо в виде тонкого гибкого внутриполостного аппликатора, или напрашивается треугольная форма аппликатора с определенным радиусом кривизны или сферический аппликатор с вырезом для нерва.

Кроме того, например, при облучении голени или пальца аппликатор желательно наложить на пораженный участок или обернуть вокруг фаланги. В этом случае аппликаторы можно выполнить в виде гибких тонких пластин различного размера.

Таким образом, многообразие геометрий ЗТИБИ обусловлено требованиями антропоморфности к источникам и физико-техническим условиям облучения.

Мы попытались многообразие форм и размеров источников свести пусть не

коптимальному на первом этапе, но к конечному числу отдельных элементарной геометрии базовых матриц, фиксирующих радионуклид.

Анализируя медицинские, технические требования отечественных специалистов и опыт зарубежных ученых в области создания ЗТИБИ пришли к выводу, что многообразие форм реальных источников можно свести к следующим: линия, круг, диск, плоскость, сферический сегмент, полый цилиндр.

Понятие “модульный источник” раскрывается через его функциональные возможности. Модульные источники должны обеспечивать возможность формирования одно−, двух−, трёхмерных активных матриц различной формы, раз-

132

Сигнальный экземпляр

меров, структуры. Посредством модульных источников должны формироваться дозные поля различной пространственной конфигурации и с заданными значениями РФП: МПД, W, K, и т.д. Кроме того, модульный источник должен обеспечивать возможность оперативного апробирования в эскперименте новых методик облучения с использованием различных видов излучения и различных радионуклидов, позволял количественно определять основные дозиметрические параметры ЗТИБИ.

Целесообразно для изготовления модульных источников использовать однотиповую технологию или близкую на основе нетоксичных, радиационностойких материалов.

Нам удалось реалтзовать эту идею путём создания модульных гибких источников элементарной геометрии –нить, кольцо, круг, прямоугольник в частности с бета−излучающими радионуклидами различной энергии (МГИБИ) на основе гибких органических и неорганических материалов (плёнки, нить, ткань). МГИБИ использовались как основа для изготовления активных матриц нового класса Т.Н. гибких источников и в виде гибких активных матриц при изготовлении “жёстких” и “полужёстких” источников сложной конфигурации.

2.1. Постановка задачи.

Уже стало аксиомой одно из основных требований лучевой терапии – создание оптимального дозного поля в очаге поражения при минимальном облучении здоровых подлежащих тканей.

Ряд исследователей ( Клеппер Л.Я., и др. /108/) априорно принимают, что в очаге поражения произвольной формы геометрии (формы и размера), различного места расположения и практически любого состава можно создать требуемое дозное поле с помощью определённых источников ионизирующего излучения, в том числе ЗТРИИ, позволяющих решать т.н. “прямую задачу”.

Однако, как мы уже отмечали, в настоящее время лучевые терапевты ещё не обеспечены в достаточном количестве и разнообразии требуемыми техническими средствами облучения.

Возвращаясь к вопросам, непосредственно связанны с разработкой способов формирования дозных полей бета−излучения, укажем, что клиническая картина очага поражения во многом определяет выбор того или иного технического средства и методики облучения.

Так в клинике нередки случаи, когда необходимо облучить труднодоступные (хотя бы с точки зрения применения существующих технических средств подведения И.И.) участки тела человека. К тому же некоторые органы или очаги поражения в них имеют достаточно сложную конфигурацию, что естественно затрудняет проведение облучения, отвечающего требованиям по степени равномерности облучения и другим параметрам, физико−техническим параметрам.

Модуль активного мешка, в области углов глазной щели (слёзное мясце), на веках, в полости орбита после энуклиации и экзетерации орбиты, в заднем отде-

133

ле глаза вблизи зрительного нерва. Другие примеры: лучевая терапия с использованием ЗТРИИ может быть также эффективна при некоторых заболеваниях слухового прохода, или восполительных заболеваниях хирургического профиля на фалангах пальцев, трофических язвах на конечностях человека и т.д.

Внастоящее время большинство дозиметрических, радиобиологических, клинических и экспериментальных исследований ведутся с узкоспециализированными источниками ионизирующего излучения. “Специализация” накладывает определённые требования на параметры источника излучения и характеристики дозного поля в очаге поражения : строго определённая геометрия

источника, тот или иной радионуклид а, следовательно, заданная Еβ, форма спектра, определённые заданные значения дозиметрических параметров и т.д.

Вряде случаев такой подход оправдан и связан с необходимостью быстрого изыскания конкретной методики терапии, например, злокачественных внутриглазных опухолей.

Но такой подход приводит к созданию большого разнообразия самих источников, их конструкций, технологий их производства. Практически становится трудным поиск путей к оптимизации средств облучения для разных отраслей медицины в том числе к оптимизации их по радиоционно−физическим параметрам.

Всвязи с этим предложен*) и в настоящее время реализуется системный подход решения проблемы.

В1987-88 гг. на кафедре рентгенологии с медицинской радиологией Воронежского государственного медицинского института им. Н.Н. Бурденко проводились лабораторные испытания нового типа бета-источников для контактной лучевой терапии с радионуклидами рутений-106+родий-106 на основе гибкого неорганического материала. Этот тип бета-источников для контактной лучевой терапии разработан в Институте физ. химии АН СССР совместно с Институтом Биофизики Минздрава СССР. В качестве гибкой основы бета-источников использована стеклоткань определенного состава, в большом количестве выпускаемая отечественной промышленностью для применения в различных отраслях народного хозяйства. Путем несложных хим. операций материал приобретает способность сорбировать различные нуклиды, представляющие интерес с точки зрения использования в медицине. Для сорбции рутений- 106+родий-106 применялась стеклоткань, модифицированная неорганическими соединениями. На рисунке представлена зависимость сорбции рутения-106 от рН на некоторых неорганических сорбентах. Кривые сорбции рутения-106 на стеклоткани, модифицированной сульфидом меди (I), гидроксидами никеля (3) и железа (4), проходят через экстремум. Уменьшение сорбции рутения после прохождения максимума с ростом рН можно объяснить изменением состояния рутения в растворе – его гидролизом, который сопровождается образованием многоядерных комплексов. Максимум сорбции приходится на слабокислую область рН 5+7.

134

Сигнальный экземпляр

Источник представляет собой гибкую пластину, состоящую из радиационной основы, защитного пакета и герметичной оболочки. Радиационная основа – стеклоткань, модифицированная труднорастворимыми соединениями, на которых сорбированы радионуклиды рутений-106+родий-106. Форма и линейные размеры основы зависят от назначения источника. Защитный пакет выполнен из алюминиевой фольги, герметичная оболочка – из полиэтиленовой пленки, края которой заварены по периметру источника.

Большое значение для безопасности эксплуатации источников имеет прочность фиксации радионуклида на материале основы. Испытания радиационной основы показали, что рутений-106 довольно прочно фиксирован на поверхности модифицированной стеклоткани. Десорбция рутения-106 водой за 17 месяцев составляет 0,2% радионуклида.

Мощность дозы бета-излучения на поверхности аппликатора измерялась с помощью сконструированной и построенной в Институте биофизики Минздрава СССР установки CКД-1 с набором тканеэквивалентных детекторов относительным методом, путем сличения показаний прибора от аппликаторов и от калиброванных источников с рутением-106. Калиброванный источник готовили по той же технологии, что и исследуемый. Аттестацию его проводили с помощью установки ЭК-2 – экстраполяционной ионизационной плоскопараллельной камеры. Эта установка позволяет измерять значение мощности дозы бета-излучения с погрешностью +-5% в широком энергетическом диапазоне. Отклонение мощности дозы изготовленных аппликаторов от номинала не превышало +-10%. Степень неравномерности распределения мощности дозы по поверхности определяется коэффициентом вариации ω, который для исследуемых аппликаторов с рутением-106 не превышал 4-6%. Измерения степени неравномерности распределения мощности дозы по поверхности аппликаторов проводилось на упомянутой выше установке CКД-1, которая позволяет сканировать практически всю поверхность источника.

Медико-биологические испытания аппликаторов с рутением-106, проведенные в ВГМИ им. Бурденко, подтверждают достаточную механическую прочность, хорошую герметичность аппликаторов и радиационную безопасность для медперсонала при работе с ними. Возможная область применения аппликаторов – средство лучевой терапии при лечении неопухолевых заболеваний кожи и некоторых воспалительных заболеваний полости рта (стоматит, пародонтит, гингивит), а также метрология.

135

Рис. 4.1.1. Геометрия радиоактивных гибких матриц модульных источников

Рис. 4.1.2. Зависимость сорбции 106Ru на стеклоткани с различными неорганическими сорбентами от pH. 1- Cus, 2- MnO2, 3- Ni(OH)2, 4- Fe(OH)3

136

Сигнальный экземпляр

Рис 4.1.3. а) Общий вид дерматологического аппликатора с радиационностойкой гибкой основой. б) Схема чередования конструктивных элементов аппликатора, находящегося в контакте с мягкой биологической тканью

137

4.2.Отечественные рутениевые офтальмоаппликаторы (ОА)

4.2.1.Твердая активная матрица

В1984 г. в докладе на международном симпозиуме по офтальмологии, мы предложили создать отечественные рутениевые офтальмоаппликаторы [……], а в 1989 г. Институт биофизики МЗ СССР совместно с МНТК МХГ (Л.В. Тимофеев и Т.С. Семикова) на заседании комиссии МЗ

СССР по новой технике предложили разработать комплект офтальмоаппликаторов с рутением-106. Предложение было одобрено. Протокол №6 от 02.11.1989г.

Приложение к договору 84-20/90 Согласовано:

Зам. директора Института Е.В. Девятайкин

ПРЕДЛОЖЕНИЕ на разработку и освоение медицинского изделия

Предложение выдвинуто Институтом биофизики Минздрава СССР

Дата август 1989 г.

1.Наименование медицинского изделия – комплект офтальмологических терапевтических аппликаторов в радионуклидами 106Ru+106Rh.

2.Назначение и область применения – лучевая терапия опухолевых заболеваний глаза.

3.Медицинские параметры и медицинские требования – область облучения – передний и задний отдел глаза; толщина опухоли ~(3÷7) мм.

4.Технические параметры и характеристики – диаметр активной зоны

-15÷20 мм; мощность дозы 20 и 200сГр/мин гладкая рабочая поверхность источника; толщина аппликатора – (1÷1,5) мм.

5.Известные аналоги (тип изделия, фирма, страна) – офтальмоаппликаторы фирмы «Изокоммерц» ГДР: отечественные источники с 90Sr+90Y.

6.Информация о работах, выполненных в данном направлении в стране, основные полученные результаты, где опубликована работа – обоснована возможность создания ОА с 106Ru+106Rh – ИБФ, ИФХАН. Выдано авторское свидетельство на способ получения активной матрицы с 106Ru+106Rh.

7.Ожидаемый эффект от применения офтальмоаппликатора с 106Ru+106Rh – излечение злокачественных опухолей глаза.

8.Ориентировочная потребность или годовой выпуск – 20 комплектов в год.

9.Предполагаемый разработчик – ИБФ МЗ СССР, ИФХ АН СССР.

10.Предполагаемый медицинский соисполнитель – МНТК «Микрохирургия глаза», НИИ глазных болезней им. Гельмгольца.

11.Источник финансирования – МНТК «Микрохирургия глаза».

Старший научный сотрудник Л.В. Тимофеев

138

Сигнальный экземпляр

Заключение Минздрава СССР о целесообразности разработки. Рекомендовано комиссией к разработке 02.11.89г. (протокол №6). Заключение организации-разработчика: ИБФ, разработка ОА целесообразна.

Л.В. Тимофеев

Обоснованием для вышеприведенного предложения явилось Авторское Свидетельство на изобретение № 1545822 «Способ изготовления источника ионизирующего излучения на основе радионуклида рутения»

Отечественные рутениевые офтальмоаппликаторы (ОА)

139

Способ изготовления источника ионизирующего излучения на основе радионуклида рутения

Изобретение относится к ядерной медицине и радиохимии. Цель изобретения

– упрощение технологии и сокращение продолжительности процесса изготовления матрицы радиоактивного источника с радионуклидом рутения. Для изготовления матрицы радиоактивного источника используется препарат рутения-106 в виде раствора азотнокислой соли или хлорида. К раствору соли рутения-106 добавляют нитрат двухвалентной меди в концентрации 0,1-0,15 г/л и доводят рН раствора до 3-3,5 с помощью едкого натра. Затем в раствор помещают цинковую подложку, на которую при перемешивании раствора происходит осаждение радионуклида совместно с медью в течение 3-6 ч при 200С и перемешивании раствора. После этого подложку извлекают из раствора, промывают ацетоном, высушивают и покрывают защитной пленкой битума из раствора в н-гептане. Степень осаждения рутения-106 составляет 70%. Изготовленные источники по своим дозиметрическим параметрам отвечают медицинским требованиям.

Пример 1. К раствору азотно-кислого рутения-106 активностью 10мКи прибавляют 0,08 мл 1 М раствора нитрата меди, содержащего 4,8 мг.меди в пересчете на металл, и 20,5 мл 0,6 М раствора едкого натра (до рН 3). Объем реакционной смеси доводят дистиллированной водой до 40 мл. В раствор помещают плоскую цинковую пластину диаметром 24 мм толщиной 67 мг/см2. Перемешивают раствор магнитной мешалкой при комнатной температуре в течение 6 ч. Пластинку с осажденным на ней рутением промывают кратковременным погружением в ацетон, высушивают, погружают в 20% раствор битума в н-гептане. Извлечение рутения-106 70%. Мощность дозы полученного источника свыше 70 Гр/сравна 120 сГр/мин. Неравномерность распределения мощности дозы по поверхности источника, характеризуемая коэффициентом вариации, составляет 9-11%.

Пример 2. Изготовление сферического источника.

К35 мл дистиллированной воды добавляют 0,39 мл раствора рутения-106

ввиде азотной соли с удельной активностью 40,4 мБк/мл. Избыточная кислотность частично нейтрализуется внесением 5,1 мл едкого натра с концентрацией 0,116 М. Добавляют 0,08 мл 1 М раствора нитрата меди. Осаждение радионуклида проводят на двух цинковых пластинках, имеющих форму сферического сегмента (площадь каждой 2,2 см2, радиус кривизны 14 мм, эквивалентная толщина металла 86 мг/см2). Время контакта 4 ч при комнатной температуре и перемешивании. Удельная активность цинковых пластин 18,5 МБк/см2. Мощность дозы полученного источника 20 сГр/мин. Неравномерность распределения мощности дозы по поверхности источника, характеризуемая коэффициентом вариации, составляет 3%.

Изготовленные источники по своим дозиметрическим параметрам отвечают медицинским требованиям.

140