Клиническая дозиметрия ионизирующих излучений. Принципы лучевой терапии

 В современной медицинской практике с лечебной целью достаточно широко используются ионизирующие излучения. Это вызывает необходимость в каждом конкретном случае оценивать возможности и последствия их применения. Однако это невозможно сделать без понимания основ клинической дозиметрии и принципов лучевой терапии. Этим и объясняется важность изучения этого раздела.

Цель (общая): уметь выбирать наиболее рациональные способы защиты медицинского персонала и пациентов при проведении диагностических и лечебных процедур, связанных с использованием ионизирующих излучений и уметь интерпретировать принципы лучевой терапии.

Достижение общей цели обеспечивается следующими умениями:

1) интерпретировать лимит эффективной дозы облучения для медицинского персонала и пациентов;

2) использовать различные факторы защиты и оценивать надежность защиты медицинского персонала и пациентов от ионизирующего излучения;

3) интерпретировать основные задачи лучевой терапии;

4) интерпретировать радиочувствительность опухолей и здоровых тканей организма и способы увеличения радиотерапевтического интервала;

5) обосновывать выбор доз, режимов и полей облучения;

6) намечать план действий на 3 периода лучевой терапии;

7) оценивать возможности различных излучений и их источников;

8) интерпритировать принципы топометрии и подведения дозы к патологии;

9) дифференцировать общие и местные лучевые реакции и повреждения и намечать план их лечения.

Для реализации вышеперечисленных целей необходимы следующие базисные знания-умения:

1) интерпретировать физические  характеристики и биологическое действие рентгеновских лучей, а также излучений радиоактивных элементов;

2) объяснять назначение и строение ионизационного и сцинтилляционного детекторов излучений;

3) трактовать биологическое действие ионизирующих излучений на клетки различных органов и систем в разные фазы развития клетки.

1. Клиническая дозиметрия

Эффект действия ионизирующего излучения на организм во многом зависит от дозы.

Для характеристики пучка лучей, выходящего из источника, используется экспозиционная доза - количество излучения, измеренное в воздухе и оцененное по степени ионизации воздуха. 

Системной единицей экспозиционной дозы является кулон на килограмм (кулон/кг) - один кулон электричества, образованный в 1 кг воздуха, а внесистемной - рентген - доза излучения, что обусловливает образование 2,08 х10⁹ пар ионов в 1 см³ воздуха, несущие заряд в одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака. Производные единицы: миллирентген (мр) и микрорентген (мкр).

Доза излучения, измеренная в единицу времени, называется мощностью экспозиционной дозы. Ее внесистемной единицей является рентген в секунду (минуту, час). В системе СІ такой единицей является ампер на килограмм (А/кг).

Биологический эффект ионизирующего излучения прежде всего определяется поглощенной дозой. Под поглощенной дозой понимают отношение средней энергии, переданной ионизирующим излучением веществу в единице объема, к массе этого вещества в том же объеме. Ее единицей является Грей (Гр):

Гр = 1 Дж / кг

 

Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад. 1Гр= 100 рад.

Эквивалентная доза (Н_т)- это величина поглощенной дозы в отдельном органе, ткани (т) или во всем теле с учетом биологического эффекта различных видов излучений. Указанная единица используется для небольших доз, менее 1Гр.

Зиверт - доза любого вида ионизирующего излучения, дает такой же биологический эффект, как и доза рентгеновского или гамма-излучения в 1Гр. Итак, для этих излучений

1Зв = 1 Гр = 1 Дж / кг

 Для других видов излучения величина эквивалентной дозы зависит от значения радиационного фактора (ω_R., табл. 1.1)  и равна:

1Зв = 1 Дж/кг^.ω_R.

 Эффективная доза (Н_е) - это произведение эквивалентных доз Н_т в отдельных органах и тканях и соответствующих взвешенных тканевых факторов (ω_Т, табл. 1.2). Измеряется в тех же единицах, что и эквивалентная доза

Н_е = ∑Н_т ω_Т

При использовании ионизирующих излучений в медицинской практике облучению подлежат медицинский персонал и пациенты.

Для оценки дозы облучения различных контингентов лиц существует понятие лимит эффективной дозы (DL_e). Ее численное значение устанавливается на уровнях, которые делают невозможным возникновение детерминированных (обязательных) эффектов и одновременно гарантируют настолько низкую вероятность стохастических эффектов, что она приемлема для отдельного человека и общества в целом.

Для радиационно-гигиенического нормирования выделяют следующие категории лиц:

 А – лица, работающие постоянно с источником излучения: например, врачи - рентгенологи, радиологи, рентгенлаборанты, работники атомных электростанций, военнослужащие на атомных подводных лодках и др. (для них DL_e – 20 мЗв - среднегодовая величина, усредненная за 5 лет);

 Б – лица, которые имеют косвенное отношение к источникам в связи с соответствующим расположением их рабочих мест или могут в случае необходимости привлекаться для выполнения определенных операций, связаных с использованием источников ионизирующих излучений: например, врач-кардиохирург, выполняющий периодически контрастные рентгенологические исследования сердца и сосудов, хирург, который делает операции под контролем рентгеновского исследования и др. (для них DL_e – 2 мЗв);

В - все остальное население (DL_e – 1 мЗв).

Кроме того, существуют допустимые величины эквивалентной дозы на отдельные органы: хрусталик, кожу, кисти и стопы.

Чтобы получаемая доза не превышала допустимых величин, необходимо использовать определенные способы защиты от ионизирующей радиации.

При внешнем облучении защита осуществляется следующими способами: экранированием, расстоянием и временем.

Экранами могут быть стационарные и нестационарные устройства.

К стационарным относятся: 1) неподвижные сооружения, изготовленные из свинца, сплошного кирпича, бетона; 2) те, что имеют баритовую штукатурку: стены, перекрытия, а также смотровые окна из специальной марки просвинцованого стекла.

Нестационарные устройства - это перемещаемые приспособления: с защитными ширмами из свинца или просвинцованной резины, кожухи, сейфы и контейнеры для хранения радиоактивных препаратов, а также специальная одежда (фартуки) из просвинцованной резины для персонала, пластины из просвинцованной резины для экранирования здоровых участков тела пациентов и др.

Как известно, интенсивность облучения уменьшается обратно пропорционально квадрату  расстоянии от источника до облучаемой поверхности. В связи с этим защита расстоянием реализуется рациональным расположением рабочих мест персонала и мест нахождения пациентов с максимальным удалением их от источников излучения.

Сокращая рабочий день персонала и время пребывания пациентов в зоне облучения, уменьшают их неоправданнную лучевую нагрузку, тем самым используя так называемую защиту временем.

Предотвращение попадания радиоактивных веществ внутрь через дыхательные пути, пищеварительный канал предохраняет от внутреннего облучения, что имеет значение при использовании открытых источников излучения – радиофармпрепаратов.

Для оценки лучевой нагрузки персонал должен быть обеспечен персональными дозиметрами и постоянно носить их во время работы. Определение лучевых нагрузок на пациентов - функция специалиста в области клинической дозиметрии.

1.2. Принципы лучевой терапии

 Основными задачами лучевой терапии являются:

1 Подведение к патологическому очагу оптимальной дозы, достаточной для уничтожения опухолевой ткани.

2 Минимальное повреждение окружающих (здоровых) органов и тканей.

3 Проведение мероприятий, направленных на укрепление защитных сил организма.

 

Лучевая терапия приводит к разрушению и уменьшению опухоли (вплоть до полного исчезновения) в результате некроза ее чувствительных элементов, что делает невозможным дальнейшее размножение опухолевых клеток.

Радиочувствительность клеток зависит от многих факторов: возраста больного, гистологического строения опухоли, соотношения клеточных и стромальных структур, скорости репопуляции клеток, количества клеток с небольшим содержанием кислорода, наличия некротических участков, состояния больного. Но наиболее влияет на радиочувствительность количество гипоксических и непролиферирующих покоящихся клеток. При облучении опухоли клетки с высоким содержанием кислорода погибают, а гипоксические - выживают. Хорошее кровоснабжение способствует оксигенации клеток, а недостаточное - появлению гипоксических клеток.

Здоровые ткани и опухолевая ткань мало различаются по радиочувствительности. По степени ее уменьшения ткани и органы можно расположить в следующем порядке: лимфатическая ткань, красный костный мозг, гонады (наиболее радиочувствительны); кожа и слизистые оболочки, хрящи, сосудистая система, железы внутренней секреции, внутренние органы, нервная система, кости.

Между тем, при лучевой терапии необходимо разрушить опухоль при максимальном сохранении окружающих здоровых тканей. Итак, успех лучевой терапии во многом зависит от искусственного управления лучевыми реакциями опухолевых и нормальных клеток с целью максимального повреждения опухоли и сохранения нормальных здоровых элементов.

Эта разница в радиочувствительности между здоровыми и опухолевыми клетками называется радиотерапевтическим интервалом.

Радиотерапевтический интервал можно увеличить при использовании различного рода радиомодификаторов.

Целью их применения является повышение радиочувствительности клеток опухоли, радиорезистентных к ионизирующему излучению, или снижение радиочувствительности нормальных тканей вокруг опухоли.