методы и средства исслед и аттестации бета-источников для медицины
.pdfЛ.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