Йонизиращото лъчение е комбинация от различни видове микрочастици и физически полета, които имат способността да йонизират вещество, тоест да образуват в него електрически заредени частици – йони. Има няколко вида йонизиращо лъчение: алфа, бета, гама и неутронно лъчение.
алфа лъчение
При образуването на положително заредени алфа частици участват 2 протона и 2 неутрона, които са част от ядрата на хелия. Алфа частиците се образуват при разпадането на ядрото на атома и могат да имат начална кинетична енергия от 1,8 до 15 MeV. Характерни особености на алфа лъчението са високата йонизираща и ниска проникваща способност. При движение алфа-частиците губят енергията си много бързо и това води до факта, че не е достатъчно дори за преодоляване на тънки пластмасови повърхности. Като цяло външното облъчване с алфа частици, ако не вземем предвид високоенергийните алфа частици, получени с помощта на ускорител, не причинява никаква вреда на хората, но проникването на частици в тялото може да бъде опасно за здравето, тъй като алфа радионуклидите имат дълъг полуживот и са силно йонизирани. Ако бъдат погълнати, алфа частиците често могат да бъдат дори по-опасни от бета и гама лъчението.
бета радиация
Заредени бета частици, чиято скорост е близка до скоростта на светлината, се образуват в резултат на бета разпад. Бета лъчите са по-проникващи от алфа лъчите - те могат да предизвикат химични реакции, луминесценция, йонизиране на газове и да имат ефект върху фотографските плочи. Като защита срещу потока от заредени бета-частици (енергия не повече от 1 MeV) ще бъде достатъчно да използвате обикновена алуминиева плоча с дебелина 3-5 мм.
Фотонно лъчение: гама лъчение и рентгенови лъчи
Фотонното лъчение включва два вида лъчение: рентгеново (може да бъде спирачно и характерно) и гама лъчение.
Най-често срещаната форма на фотонно излъчване е много висока енергия при ултракъси гама частици с дължина на вълната, които са поток от високоенергийни, беззаредени фотони. За разлика от алфа и бета лъчите, гама частиците не се отклоняват от магнитни и електрически полета и имат много по-голяма проникваща сила. В определени количества и за определена продължителност на експозиция гама-лъчението може да причини лъчева болест и да доведе до различни онкологични заболявания. Само такива тежки химически елементи като олово, обеднен уран и волфрам могат да предотвратят разпространението на потока от гама частици.
неутронно лъчение
Източник на неутронно излъчване могат да бъдат ядрени експлозии, ядрени реактори, лабораторни и промишлени инсталации. Самите неутрони са електрически неутрални, нестабилни (периодът на полуразпад на свободен неутрон е около 10 минути) частици, които поради факта, че нямат заряд, се характеризират с висока проникваща сила с ниска степен на взаимодействие с материята. Неутронното лъчение е много опасно, поради което се използват редица специални, предимно съдържащи водород, материали за защита от него. Най-доброто от всичко е, че неутронното лъчение се абсорбира от обикновена вода, полиетилен, парафин и разтвори на хидроксиди на тежки метали.
Как йонизиращите лъчения влияят на веществата?
Всички видове йонизиращи лъчения в известна степен засягат различни вещества, но най-силно се проявява при гама частици и неутрони. Така че, при продължително излагане, те могат значително да променят свойствата на различни материали, да променят химичния състав на веществата, йонизират диелектриците и да имат разрушителен ефект върху биологичните тъкани. Естественият радиационен фон няма да донесе много вреда на човек, но при работа с изкуствени източници на йонизиращо лъчение трябва да бъдете много внимателни и да предприемете всички необходими мерки, за да сведете до минимум нивото на излагане на радиация върху тялото.
Фотонно лъчение (то е и гама, също е рентгеново, също е спирачно, също е характерно). Всъщност това са имената на едно и също общо излъчване - фотон, само че при различни енергии на фотоните и получено по различни начини.
Когато рентгеновите лъчи преминават през някакво твърдо, течно или газообразно вещество, те взаимодействат с електрони, с много висока твърдост, и с ядрата на атомите на елементите, които съставляват веществото и в същото време губят част от енергията си поради :
1) истинско усвояване, т.е. преобразуване на енергията им в други видове енергия;
2) разсейване, т.е. промени в посоката на разпространение на лъчите без промяна на дължината и с промяна на дължината на вълната.
Първичните елементарни процеси на истинското рентгеново поглъщане, т.е. преобразуването на тяхната енергия в кинетичната енергия на електроните са:
а) фотоелектричен ефект - извличане на електрони от атомите на поглъщащо вещество и придаване на кинетична енергия към тях (фотоелектрична абсорбция);
б) Ефект на Комптон – кохерентно и некохерентно разсейване, т.е. с промяна на дължината на вълната и прехвърляне на част от енергията към разсейващия електрон; Комптън ефектнаречено еластично разсейване на късовълново електромагнитно излъчване (рентгеново и? лъчение) върху свободни (или слабо свързани) електрони на веществото, придружено от увеличаване на дължината на вълната.
в) образуването на елементарни двойки заряди - електрон и позитрон - и предаването на кинетична енергия към тях. Образуването на електрон-позитронни двойки играе решаваща роля при поглъщането на високоенергийни гама-лъчи от материята, а също и, заедно с спирачното лъчение, за възникването на така наречените електронно-фотонни душове в космическите лъчи. Процесите на анихилация (производство на двойка електрон-позитрон от фотон) и производството на двойки други частици са намерили приложение в научните изследвания. По този начин, разпределението на фотоните, възникващи по време на анихилация, върху техните ъгли на разширение, дава възможност да се намери разпределението на скоростите на електроните в металите (тъй като вероятността за унищожаване на позитрон в веществото силно зависи от относителната скорост на позитрона и електрона, участващ в термичното движение). Познаването на това разпределение е необходимо, например, за изчисляване на специфичния топлинен капацитет на металите при много ниски температури. Друг пример: чрез производството на двойки електрон-позитрон може да се получи информация за високоенергийни фотони, образувани в реакцията. Фотонът, както всяка друга незаредена частица, не може да бъде наблюдаван директно, тъй като не оставя видима следа в детекторите за частици, като облачна камера, камера с мехурчета, ядрена фотографска емулсия и т.н., както и за неговата енергия, инерция , а също и за самия факт на неговото образуване може да бъде разпознат само по двойката, която произвежда (а за фотон с по-ниска енергия, по електрона на откат на Комптън, вижте ефекта на Комптън).
Фотонните IR включват излъчване от радиоактивни вещества, характерно и спирачно излъчване, генерирано от различни ускорители. LPI на фотонното излъчване е най-ниският (1-2 двойки йони на 1 cm 3 въздух), което определя неговата висока проникваща способност (дължината на пътя във въздуха е няколкостотин метра).
-радиация възниква по време на радиоактивен разпад. Преходът на ядрото от възбудено към основно състояние е придружен от излъчване на -квант с енергии от 10 keV до 5 MeV. Основните терапевтични източници - радиация са - устройства (пушки).
Рентгенова снимка на спирачно лъчение възниква поради ускорението и рязкото забавяне на електроните във вакуумни системи на различни ускорители и се различава от рентгеновите с по-висока енергия на фотоните (от един до десетки MeV).
Когато фотонен поток преминава през вещество, той отслабва в резултат на следните процеси на взаимодействие (видът на взаимодействие на фотоните с атомите на веществото зависи от енергията на фотоните):
Класически (кохерентно или Томпсъново разсейване) - за фотони с енергия от 10 до 50-100 keV. Относителната честота на този ефект е малка. Осъществява се взаимодействие, което не играе съществена роля, тъй като падащият квант, сблъсквайки се с електрон, се отклонява и енергията му не се променя.
Фотоелектрична абсорбция (фотоелектричен ефект) - при относително ниски енергии - от 50 до 300 keV (играе значителна роля в рентгеновата терапия). Падащият квант избива орбитален електрон от атома, сам се абсорбира и електронът, като леко промени посоката си, отлита. Този избягал електрон се нарича фотоелектрон. Така енергията на фотона се изразходва за работата на електрона и за придаване на кинетична енергия.
Комптон ефект (некохерентно разсейване) - възниква при енергия на фотон от 120 keV до 20 MeV (т.е. почти целият спектър на лъчева терапия). Падащият квант избива електрон от външната обвивка на атома, прехвърляйки част от енергията към него и променя посоката му. Електронът излита от атома под определен ъгъл, а новият квант се различава от първоначалния не само по различна посока на движение, но и по по-ниска енергия. Полученият квант косвено ще йонизира средата, а електрона – директно.
Процесът на образуване на двойки електрон-позитрон - квантовата енергия трябва да бъде по-голяма от 1,02 MeV (два пъти повече от енергията на покой на електрона). Този механизъм трябва да се вземе предвид, когато пациентът е облъчен с лъч високоенергийно спирачно лъчение, т.е. на високоенергийни линейни ускорители. В близост до ядрото на атома падащият квант изпитва ускорение и изчезва, трансформирайки се в електрон и позитрон. Позитрон бързо се комбинира с идващ електрон и настъпва процесът на анихилация (взаимна анихилация) и вместо това се появяват два фотона, енергията на всеки от които е половината от енергията на оригиналния фотон. Така енергията на първичния квант се превръща в кинетичната енергия на електрона и в енергията на анихилационното лъчение.
Снимка ядрено поглъщане - квантовата енергия трябва да бъде повече от 2,5 MeV. Фотонът се абсорбира от ядрото на атома, в резултат на което ядрото преминава във възбудено състояние и може или да предаде електрон, или да се разпадне. Така се произвеждат неутроните.
В резултат на горните процеси на взаимодействие на фотонното лъчение с материята възникват вторични фотонни и корпускулярни лъчения (електрони и позитрони). Йонизационната способност на частиците е много по-голяма от тази на фотонното лъчение.
Пространственото затихване на фотонния лъч се извършва съгласно експоненциален закон (законът на обратния квадрат): интензитетът на излъчване е обратно пропорционален на квадрата на разстоянието до източника на лъчение.
Радиацията в енергийния диапазон от 200 keV до 15 MeV намери най-широко приложение при лечението на злокачествени новообразувания. Голямата проникваща сила ви позволява да прехвърляте енергия към дълбоко разположени тумори. Това рязко намалява радиационното излагане на кожата и подкожната тъкан, което ви позволява да донесете необходимата доза до лезията без радиационно увреждане на тези области на тялото (за разлика от меките рентгенови лъчи). С увеличаване на енергията на фотоните над 15 MeV, рискът от радиационно увреждане на тъканите на изхода от лъча се увеличава.
Всички йонизиращи лъчения се делят на фотонни и корпускулярни.
Фотонно-йонизиращо лъчение включва:
- а) Y-лъчение, излъчвано по време на разпадането на радиоактивните изотопи или анихилацията на частици. Гама лъчението по своята същност е късовълново електромагнитно излъчване, т.е. поток от високоенергийни кванти от електромагнитна енергия, чиято дължина на вълната е много по-малка от междуатомните разстояния, т.е. г
- б) Рентгеново лъчение, което възниква при намаляване на кинетичната енергия на заредените частици и/или при промяна на енергийното състояние на електроните на атома.
Корпускулното йонизиращо лъчение се състои от поток от заредени частици (алфа, бета частици, протони, електрони), чиято кинетична енергия е достатъчна за йонизиране на атомите при сблъсък. Неутроните и другите елементарни частици не произвеждат директно йонизация, но в процеса на взаимодействие със средата те отделят заредени частици (електрони, протони), които могат да йонизират атомите и молекулите на средата, през която преминават:
а) неутрони - единствените незаредени частици, образувани при някои реакции на делене на ядрата на атомите на уран или плутоний. Тъй като тези частици са електрически неутрални, те проникват дълбоко във всяко вещество, включително живи тъкани. Отличителна черта на неутронното лъчение е способността му да преобразува атомите на стабилни елементи в техните радиоактивни изотопи, т.е. създават индуцирана радиация, която драстично увеличава опасността от неутронно лъчение. Проникващата сила на неутроните е сравнима с Y-лъчението. В зависимост от нивото на пренесена енергия условно се разграничават бързи неутрони (с енергии от 0,2 до 20 MeV) и топлинни неутрони (от 0,25 до 0,5 MeV). Тази разлика се взема предвид при провеждане на защитни мерки. Бързите неутрони се забавят, губейки йонизираща енергия, от вещества с ниско атомно тегло (т.нар. водород-съдържащи: парафин, вода, пластмаси и др.). Термичните неутрони се абсорбират от материали, съдържащи бор и кадмий (борна стомана, борал, борен графит, кадмиево-оловна сплав).
Алфа, бета и гама частиците имат енергия от само няколко мегаелектронволта и не могат да създават индуцирана радиация;
- б) бета частици - електрони, излъчени при радиоактивния разпад на ядрени елементи с междинна йонизираща и проникваща сила (пропускат се във въздуха до 10-20 m).
- в) алфа частици - положително заредени ядра на хелиевите атоми, а в космическото пространство и атоми на други елементи, излъчени при радиоактивния разпад на изотопи на тежки елементи - уран или радий. Имат ниска проникваща способност (бягат във въздуха - не повече от 10 см), дори човешката кожа е непреодолима пречка за тях. Те са опасни само когато попаднат в тялото, тъй като са в състояние да извадят електрони от обвивката на неутрален атом на всяко вещество, включително човешкото тяло, и да го превърнат в положително зареден йон с всички произтичащи от това последствия, които ще ще бъдат обсъдени по-късно. Така алфа частица с енергия 5 MeV образува 150 000 двойки йони.
Ориз. един
Количественото съдържание на радиоактивен материал в човешкото тяло или вещество се определя с термина "активност на радиоактивния източник" (радиоактивност). Единицата за радиоактивност в системата SI е бекерел (Bq), което съответства на един разпад за 1 s. Понякога на практика се използва старата единица за дейност, кюри (Ci). Това е активността на такова количество вещество, в което 37 милиарда атома се разпадат за 1 секунда. За транслация се използва следната зависимост: 1 Bq = 2,7 x 10 Ci или 1 Ki = 3,7 x 10 Bq.
Всеки радионуклид има постоянен, уникален полуживот (времето, необходимо на веществото да загуби половината от своята активност). Например за уран-235 е 4470 години, докато за йод-131 е само 8 дни.
Йонизиращото лъчение може условно да се раздели на фотонно и корпускулярно. Фотонното лъчение е електромагнитни вибрации, към корпускулярното поток на частици. Понятията за "електромагнитно", "квантово", "фотонно" излъчване могат да се считат за еквивалентни.
Видът на взаимодействието на фотоните с атомите на материята зависи от енергията на фотоните. За измерване на енергията и масата на микрочастиците се използва извънсистемна единица енергия - електрон-волт. 1 eV е кинетичната енергия, придобита от частица, носеща един елементарен заряд, под действието на потенциална разлика от 1V. 1 eV = 1,6 x 10 19 J. Множество единици: 1 keV = 10 3 eV; 1 MeV = 10 6 eV.
Според съвременните концепции заредените частици (α-, β-частици, протони и др.) йонизират директно материята, докато неутралните частици (неутрони) и електромагнитните вълни (фотони) са косвено йонизиращи. Потокът от неутрални частици и електромагнитните вълни, взаимодействащи с материята, предизвикват образуването на заредени частици, които йонизират средата.
2.1. ФОТОННО И КОРПУСКАЛНО ИЗЛЪЧВАНЕ
електромагнитно излъчване.При лъчетерапията се използва рентгеново лъчение от устройства за рентгенова терапия, гама лъчение от радионуклиди и високоенергийно спирачно излъчване (рентгеново лъчение).
рентгеново лъчение- фотонно лъчение, състоящо се от спирачно лъчение и (или) характеристично излъчване.
спирачно лъчение- късовълново електромагнитно излъчване, произтичащо от промяна в скоростта (спиране) на заредените частици при взаимодействие с атоми на инхибиторното вещество (анод). Дължините на вълната на спирачното рентгеново лъчение не зависят от атомния номер на забавящото вещество, а се определят само от енергията на ускорените електрони. Спектърът на спирачното лъчение е непрекъснат, с максимална енергия на фотоните, равна на кинетичната енергия на забавящите се частици.
Характерно излъчваневъзниква при промяна на енергийното състояние на атомите. Когато един електрон е избит от вътрешната обвивка
атом от електрон или фотон, атомът преминава във възбудено състояние, а освободеното място се заема от електрон от външната обвивка. В този случай атомът се връща в нормалното си състояние и излъчва квант от характерно рентгеново лъчение с енергия, равна на енергийната разлика на съответните нива. Характерното излъчване има линеен спектър с дължини на вълните, определени за дадено вещество, които, подобно на интензитета на линиите на характерния рентгенов спектър, се определят от атомния номер на елемента Z и електронната структура на атома.
Интензитетът на спирачното лъчение е обратно пропорционален на квадрата на масата на заредените частици и право пропорционален на квадрата на атомния номер на веществото, в чието поле заредените частици се забавят. Следователно, за да се увеличи добива на фотони, се използват относително леки заредени частици - електрони и вещества с голям атомен номер (молибден, волфрам, платина).
Източник на рентгеново лъчение за целите на лъчетерапията е рентгеновата тръба на апаратите за рентгенова терапия, които в зависимост от нивото на генерирана енергия се делят на близкофокусни и дистанционни. Рентгеновото лъчение на близкофокусните рентгенови терапевтични устройства се генерира при анодно напрежение по-малко от 100 kV, дистанционно - до 250 kV.
Високоенергийно спирачно лъчение,както и рентгеновото спирачно лъчение, това е електромагнитно лъчение с къси вълни, което възниква, когато скоростта (забавянето) на заредените частици се променя при взаимодействие с целеви атоми. Този вид лъчение се различава от рентгеновите лъчи с висока енергия. Високоенергийните източници на спирачно лъчение са линейни ускорители на електрони - LUE с енергия на спирачно лъчение от 6 до 20 MeV, както и циклични ускорители - бетатрони. За получаване на спирачно лъчение с висока енергия се използва забавяне на рязко ускорени електрони във вакуумни системи на ускорители.
Гама лъчение- късовълново електромагнитно излъчване, излъчвано от възбудени атомни ядра по време на радиоактивни трансформации или ядрени реакции, както и по време на анихилация на частица и античастица (например електрон и позитрон).
Източници на гама лъчение са радионуклидите. Всеки радионуклид излъчва γ-кванти от своята специфична енергия. Радионуклидите се произвеждат в ускорители и в ядрени реактори.
Под активността на радионуклиден източник се разбира броят на разпаданията на атомите за единица време. Измерванията се извършват в бекерели (Bq). 1 Bq е активността на източника, при която се случва 1 разпад в секунда. Несистемната единица на дейност е Кюри (Ci). 1 Ki \u003d 3,7 x 10 10 Bq.
Източници на γ-лъчение за дистанционна и интракухинарна лъчева терапия са 60 Кои 137Cs.Най-често използваните лекарства 60Coсъс средна енергия на фотоните от 1,25 MeV (1,17 и 1,33 MeV).
За интракухинарна лъчева терапия се използва 60 Co,
137 Cs, 192 Ir.
Когато фотонното излъчване взаимодейства с материята, възникват явленията на фотоелектричния ефект, ефекта на Комптън и процеса на образуване на двойки електрон-позитрон.
фотоелектричен ефектсе състои във взаимодействието на гама квант със свързан електрон на атом (фиг. 10). При фотоелектричната абсорбция цялата енергия на падащия фотон се абсорбира от атома, от който е изхвърлен електронът. След излъчването на фотоелектрон в атомната обвивка се образува празно място. Преходът на по-малко свързани електрони към свободни нива се придружава от освобождаване на енергия, която може да се прехвърли към един от електроните на горните обвивки на атома, което води до бягството му от атома (ефект на Оже) или да се трансформира в енергията на характерното рентгеново лъчение. Така по време на фотоелектричния ефект част от енергията на първичния гама-квант се преобразува в енергията на електроните (фотоелектрони и Оже електрони), а част се освобождава под формата на характерно излъчване. Атом, който е загубил електрон, се превръща в положителен йон, а изхвърленият електрон - фотоелектрон - губи енергия в края на своя ход, присъединява се към неутрален атом и го превръща в отрицателно зареден йон. Фотоелектричният ефект възниква при относително ниски енергии - от 50 до 300 keV, които се използват в рентгеновата терапия.
Фиг.10.фотоелектричен ефект
Ориз. единадесет.Комптън ефект
Комптон ефект (некохерентно разсейване)възниква при енергия на фотон от 120 keV до 20 MeV, тоест при всички видове йонизиращи лъчения, използвани в лъчетерапията. С ефекта на Комптън падащият фотон губи част от енергията си в резултат на еластичен сблъсък с електрони и променя посоката на първоначалното движение, а електрон на откат (комптонов електрон) се избива от атома, който допълнително йонизира вещество (фиг. 11).
Процесът на преобразуване на енергията на първичния фотон в кинетичната енергия на електрона и позитрона и в енергията на анихилационното излъчване. Квантовата енергия трябва да бъде по-голяма от 1,02 MeV (два пъти повече от енергията на покой на електрона). Такова взаимодействие на квантите с материята се получава, когато пациентите са облъчени с високоенергийни линейни ускорители с високоенергиен спирачен лъч. Фотонът изчезва в кулоновото поле на ядрото (или електрона).
Ориз. 12.Образуване на двойки електрон-позитрон
В този случай цялата енергия на падащия фотон се прехвърля към получената двойка минус енергията на покой на двойката. Електроните и позитроните, възникващи в процеса на поглъщане на гама квантите, губят кинетичната си енергия в резултат на йонизация на молекулите на средата и когато се срещнат, те анихилират с излъчването на два фотона с енергия 0,511 MeV всеки (фиг. . 12).
В резултат на горните процеси на взаимодействие на фотонното лъчение с материята възникват вторични фотонни и корпускулярни лъчения (електрони и позитрони). Йонизационната способност на частиците е много по-голяма от тази на фотонното лъчение. При редуване на процесите на образуване на двойки електрон-позитрон, спирачно лъчение, в средата се създават огромен брой фотони и заредени частици, т.нар. радиационна лавина,който се разпада с намаляваща енергия на всеки новообразуван фотон и частица.
Взаимодействието на рентгеновите лъчи с материята се придружава от нейната йонизация и се определя от два основни ефекта – фотоелектрично поглъщане и комптоново разсейване. Когато високоенергийното спирачно лъчение взаимодейства с материята, възниква разсейване на Комптон, както и образуването на йонни двойки, тъй като енергията на фотоните е по-голяма от 1,02 MeV.
Интензитетът на фотонното излъчване от точков източник варира в пространството обратно на квадрата на разстоянието.
Корпускулна радиация- потоци от заредени частици: електрони, протони, тежки йони (например въглеродни ядра) с енергия от няколкостотин MeV, както и неутрални частици - неутрони. Облъчването с лъч от частици сега се нарича адронна терапия. Към адрони (от гръцката дума хадрос- „тежки“) включват нуклони, протони и неутрони, включени в тях, както и π -мезони и др. Източници на частици са ускорители и ядрени реактори. В зависимост от максималната енергия на ускорените протони ускорителите се разделят условно на 5 нива, а ускорителите от 5 ниво с Ep > 200 MeV (мезонни фабрики)
използвани за производството на отделни радионуклиди. По правило производството на тези радионуклиди в циклотрони на различно ниво е невъзможно или неефективно.
високоенергиен електронен лъчсе генерира от същите ускорители на електрони, както при производството на спирачно лъчение. Използват се електронни лъчи с енергия от 6 до 20 MeV. Високоенергийните електрони имат висока проникваща способност. Средният свободен път на такива електрони в тъканите на човешкото тяло може да достигне 10-20 см. Електронният лъч, поглъщайки се в тъканите, създава дозово поле, при което в близост до повърхността на тялото се образува йонизационен максимум. Отвъд йонизационния максимум, дозата пада доста бързо. На съвременните линейни ускорители е възможно да се регулира енергията на електронния лъч и съответно да се създаде необходимата доза на необходимата дълбочина.
Неутрон е частица, която няма заряд. Процесите на взаимодействие на неутроните (неутралните частици) с материята зависят от енергията на неутроните и атомния състав на материята. Основният ефект на термични (бавни) неутрони с енергия 0,025 eV върху биологичната тъкан възниква под действието на протони, образувани в (n, p) реакцията и губещи цялата си енергия на мястото на раждане. По-голямата част от енергията на бавните неутрони се изразходва за възбуждане и разделяне на тъканните молекули. Почти цялата енергия на бързите неутрони с енергии от 200 keV до 20 MeV се губи в тъканта по време на еластично взаимодействие. По-нататъшното освобождаване на енергия се получава в резултат на йонизация на средата от протони на откат. Високата линейна енергийна плътност на неутроните предотвратява възстановяването на облъчените туморни клетки.
Друг вид експозиция на неутрони е терапията за улавяне на неутрони, която е бинарен метод на лъчетерапия, който комбинира два компонента. Първият компонент е стабилен изотоп на бор 10 B, който, когато се прилага като част от лекарството, може да се натрупва в клетките на някои видове мозъчни тумори и меланоми. Вторият компонент е потокът от нискоенергийни топлинни неутрони. Тежките високоенергийни заредени частици, образувани в резултат на улавянето на термичен неутрон от ядрото 10 B (борът се разпада на литиеви атоми и α-частици), унищожават само клетки, които са в непосредствена близост до борните атоми, почти без да засягат съседните нормални клетки. В допълнение към бора, в терапията за улавяне на неутрони са перспективни препарати с гадолиний. За дълбоко разположени тумори е обещаващо да се използват епитермални неутрони в енергийния диапазон от 1 eV - 10 keV, които имат висока проникваща способност и, забавяйки се в тъканите до топлинна енергия, правят възможно провеждането на терапия за улавяне на неутрони на тумори, разположени на дълбочина до 10 см. Получаването на високи потоци от топлинни и епитермални неутрони се извършва с помощта на ядрен реактор.
протон е положително заредена частица. Използва се методът на облъчване при "пик на Браг", когато максималната енергия на заредените частици се освобождава в края на бягането и се локализира в ограничен обем на облъчване.
моя тумор. В резултат на това на повърхността на тялото и в дълбочината на облъчения обект се образува голям градиент на дозата, след което настъпва рязко затихване на енергията. Чрез промяна на енергията на лъча е възможно с голяма точност да се промени мястото на пълното му спиране в тумора. Използват се лъчи от протони с енергия 70-200 MeV и техниката на многополево облъчване от различни посоки, при което интегралната доза се разпределя върху голяма площ от повърхностни тъкани. При облъчване в синхроциклотрона в PNPI (Петербургски институт по ядрена физика) се използва фиксирана енергия на извлечения протонен лъч - 1000 MeV и се използва техниката на непрекъснато облъчване. Протоните с такава висока енергия лесно преминават през облъчения обект, произвеждайки равномерна йонизация по пътя си. В този случай се получава малко разсейване на протони в веществото, следователно тесен протонен лъч с остри граници, образувани на входа, остава практически същият тесен в зоната на облъчване вътре в обекта. В резултат на непрекъснато облъчване в комбинация с ротационната техника на облъчване се осигурява много високо съотношение на дозата в зоната на облъчване към дозата на повърхността на обекта - около 200:1. Тесен протонен лъч с размер на половин интензитет 5-6 mm се използва за лечение на различни мозъчни заболявания, като артериовенозни малформации на мозъка, аденоми на хипофизата и др. въглеродни йонисе оказва няколко пъти по-висока в пика на Браг от тази на протоните. Възникват множество двойни счупвания на ДНК спиралата на атомите на облъчения обем, които след това вече не могат да бъдат възстановени.
π -Мезони- безспинови елементарни частици с маса, чиято стойност е междинна между масите на електрон и протон. π-мезони с енергия от 25-100 MeV преминават чак в тъканта без практически никакви ядрени взаимодействия и в края на цикъла се улавят от ядрата на тъканните атоми. Актът на поглъщане на π-мезона е придружен от изтичане на неутрони, протони, α-частици, йони на Li, Be и др. Високата цена на технологичното осигуряване на процеса досега не позволява активното въвеждане на адронната терапия в клиничната практика.
Предимствата на използването на високоенергийно лъчение за лечение на злокачествени тумори, разположени на дълбочина, са с увеличаване на енергията, увеличаване на дълбоката доза и намаляване на повърхностната доза, по-висока проникваща сила с увеличаване на относителната дълбока доза, и по-малка разлика между усвоената доза в костите и меките тъкани. При наличие на линеен ускорител или бетатрон не е необходимо изхвърляне на радиоактивен източник, както при използването на радионуклиди.
При провеждане на брахитерапия, системна радионуклидна терапия се използват α-, β-, γ-излъчващи радионуклиди, както и източници със смесено, например, γ- и неутронно (n) лъчение.
α -радиация- корпускулярна радиация, състояща се от 4 He ядра (два протона и два неутрона), излъчвана при радиоактивен разпад на ядра или по време на ядрени реакции, трансформации. α-частиците се излъчват по време на радиоактивния разпад на елементи, по-тежки от оловото или се образуват в ядрени
реакции. α-Частиците имат висока йонизираща способност и ниска проникваща способност, те носят два положителни заряда.
Радионуклид 225 Ac с полуживот 10,0 дни в комбинация с моноклонални антитела се използва за радиоимунотерапия на тумори. В бъдеще за тези цели ще се използва използването на радионуклида 149 Tb с период на полуразпад от 4,1 часа.
β -радиация- корпускулярно излъчване с непрекъснат енергиен спектър, състоящо се от отрицателно или положително заредени електрони или позитрони (β - или β + частици) и произтичащо от радиоактивния β-разпад на ядра или нестабилни частици. При лечението на злокачествени тумори се използват β-емитери, чиято локализация позволява директен контакт с тези лекарства.
Източниците на β-лъчение са 106 Ru, β - емитер с енергия 39,4 keV и период на полуразпад 375,59 дни, 106 Rh, β - - излъчвател с енергия 3540,0 keV и период на полуразпад 29,8 s. И двата β-емитера 106 Ru + 106 Rh са включени в комплектите офталмологични апликатори.
β - -Емитер 32 P с енергия 1,71 MeV и полуживот 14,2 дни се използва в кожни апликатори за лечение на повърхностни заболявания. Радионуклидът 89 Sr е практически чист β-емитер с период на полуразпад от 50,6 дни и средна енергия на β-частиците от 1,46 MeV. За палиативно лечение на костни метастази се използва разтвор на 89 Sr - хлорид.
153 Sm с енергии на β-лъчение от 203,229 и 268 keV и с енергия на γ-лъчение от 69,7 и 103 keV, полуживот от 46,2 h е част от домашното лекарство самарий-оксабифор, предназначено да повлияе както на костни метастази, така и на използва се при пациенти със силна болка в ставите с ревматизъм.
90 Y, с полуживот от 64,2 часа и максимална енергия от 2,27 MeV, се използва за различни терапевтични приложения, включително радиоимунотерапия с белязани антитела, лечение на чернодробни тумори и ревматоиден артрит.
Радионуклидът 59 Fe като част от таблетиран радиофармацевтик се използва в Руския научен център по рентгенова радиология (Москва) за лечение на пациенти с рак на гърдата. Принципът на действие на лекарството, според авторите, е разпределението на желязото чрез кръвния поток, селективното натрупване в клетките на туморната тъкан и излагането на β-лъчение. 67 Cu с полуживот 2,6 дни се комбинира с моноклонални антитела за радиоимунна терапия на тумори.
186 Re в препарата (рениев сулфид) с полуживот 3,8 дни се използва за лечение на ставни заболявания, а балонните катетри с разтвор на натриев перренат се използват за ендоваскуларна брахитерапия. Смята се, че има перспектива за използване на β + -емитер 48 V с период на полуразпад от 16,9 дни за интракоронарна брахитерапия с помощта на артериален стент, изработен от сплав от титан и никел.
131 I се използва под формата на разтвори за лечение на заболявания на щитовидната жлеза. 131 I се разпада с излъчването на сложен спектър от β- и γ-лъчение. Има полуживот от 8,06 дни.
Рентгеновите и Оже електронните излъчватели включват 103 Pd с период на полуразпад от 16,96 дни и 111 In с период на полуразпад от 2,8 дни. 103 Pd под формата на запечатан източник в титаниева капсула се използва в туморна брахитерапия. 111 In се използва при радиоимунотерапия с използване на моноклонални антитела.
125 I, който е γ-емитер (вид ядрена трансформация - електронно улавяне с трансформация на йод в телур и освобождаване на γ-квант), се използва като затворен микроизточник за брахитерапия. Полуживот - 60,1 дни.
смесениγ+ неутронното лъчение е присъщо на 252 Cf с период на полуразпад от 2,64 години. Използва се за контактно облъчване, като се вземе предвид неутронната съставка, при лечение на силно резистентни тумори.
2.2. КЛИНИЧНА ДОЗИМЕТРИЯ
Клинична дозиметрия- раздел дозиметрия на йонизиращи лъчения, който е неразделна част от лъчетерапията. Основната задача на клиничната дозиметрия е да подбере и обоснове средствата за облъчване, които осигуряват оптимално пространствено и времево разпределение на погълнатата радиационна енергия в тялото на облъчения пациент и количествено описание на това разпределение.
Клиничната дозиметрия използва изчислителни и експериментални техники. Методите за изчисление се основават на вече известни физически закони на взаимодействието на различни видове радиация с материята. С помощта на експериментални методи се моделират ситуации на лечение с измервания в тъканно еквивалентни фантоми.
Задачите на клиничната дозиметрия са:
Измерване на радиационни характеристики на терапевтични лъчеви лъчи;
Измерване на радиационни полета и погълнати дози във фантоми;
Директни измервания на радиационни полета и погълнати дози върху пациенти;
Измерване на радиационни полета на разсеяна радиация в каньони с терапевтични инсталации (за целите на радиационната безопасност на пациентите и персонала);
Извършване на абсолютно калибриране на детектори за клинична дозиметрия;
Провеждане на експериментални изследвания на нови терапевтични методи на облъчване.
Основните понятия и величини на клиничната дозиметрия са абсорбирана доза, дозово поле, дозиметричен фантом, мишена.
Доза йонизиращо лъчение: 1) мярка за радиацията, получена от облъчения обект, погълнатата доза йонизиращо лъчение;
2) количествена характеристика на радиационното поле - експозиционна доза и керма.
Абсорбирана доза- това е основната дозиметрична величина, която е равна на отношението на средната енергия, пренесена от йонизиращо лъчение към вещество в елементарен обем, към масата на веществото в този обем:
където D е абсорбираната доза,
E - средна радиационна енергия,
m е масата на веществото за единица обем.
Грей (Gy) е приет като единица за погълната радиационна доза в SI в чест на английския учен Л. Х. Грей, известен с работата си в областта на радиационната дозиметрия. 1 Gy е равно на погълнатата доза йонизиращо лъчение, при която енергията на йонизиращото лъчение, равна на 1 J, се прехвърля към вещество с тегло 1 kg. На практика извънсистемната единица на погълната доза, rad (радиационна абсорбирана доза ), също е често срещан. 1 rad = 10 2 J / kg \u003d 100 erg / g = 10 2 Gyили 1 Gy = 100 rad.
Погълнатата доза зависи от вида, интензивността на радиацията, нейния енергиен и качествен състав, времето на експозиция, а също и от състава на веществото. Дозата на йонизиращо лъчение е толкова по-голяма, колкото по-дълго е времето на облъчване. Увеличението на дозата за единица време се нарича скорост на дозата,който характеризира скоростта на натрупване на дозата на йонизиращо лъчение. Разрешено е използването на различни специални единици (например Gy/h, Gy/min, Gy/s и др.).
Дозата на фотонното лъчение (рентгеново и гама лъчение) зависи от атомния номер на елементите, които изграждат веществото. При същите условия на облъчване в тежки вещества, като правило е по-високо, отколкото в белите дробове. Например, в същото рентгеново поле, абсорбираната доза в костите е по-голяма, отколкото в меките тъкани.
В областта на неутронното лъчение основният фактор, определящ образуването на погълнатата доза, е ядреният състав на веществото, а не атомният номер на елементите, които изграждат биологичната тъкан. За меките тъкани погълнатата доза неутронно лъчение до голяма степен се определя от взаимодействието на неутроните с ядра от въглерод, водород, кислород и азот. Абсорбираната доза в биологично вещество зависи от енергията на неутроните, тъй като неутроните с различни енергии селективно взаимодействат с ядрата на веществото. В този случай могат да се появят заредени частици, γ-лъчение, както и радиоактивни ядра, които сами по себе си стават източници на йонизиращо лъчение.
По този начин погълнатата доза по време на облъчване с неутрони се образува поради енергията на вторични йонизиращи частици от различно естество, произтичащи от взаимодействието на неутроните с материята.
Поглъщането на радиационна енергия предизвиква процеси, водещи до различни радиобиологични ефекти. За определен вид радиация, изходът на радиационно-индуцирани ефекти по определен начин
е свързано с погълната радиационна енергия, често проста пропорционална връзка. Това позволява дозата на радиация да се приеме като количествена мярка за последиците от експозицията, по-специално на жив организъм.
Различните видове йонизиращи лъчения при една и съща погълната доза имат различен биологичен ефект върху тъканите на живия организъм, което се определя от тяхната относителна биологична ефективност - RBE.
RBE на радиацията зависи главно от разликите в пространственото разпределение на йонизационните събития, причинени от корпускулярно и електромагнитно излъчване в облъченото вещество. Енергията, пренесена от заредена частица на единица дължина на пътя й в материята, се нарича линейно предаване на мощност (LET).Има редки йонизиращи (LEP)< 10 кэВ/мкм) и плотноионизирующие (ЛПЭ >10 keV/μm) видове радиация.
Биологичните ефекти, които възникват при различни видове йонизиращо лъчение, обикновено се сравняват с подобни ефекти, които се появяват в рентгеново поле с енергия на фотон на прекъсване от 200 keV, което се приема за пример.
RBE коефициентопределя съотношението на погълнатата доза на стандартно лъчение, което предизвиква определен биологичен ефект, към погълнатата доза на дадено лъчение, което дава същия ефект.
където D x е дозата на дадения вид лъчение, за което се определя RBE, D R е дозата на примерното рентгеново лъчение.
Въз основа на данните от RBE различните видове йонизиращи лъчения се характеризират със своята радиационна излъчвателна способност.
Коефициент на тежест на радиация (радиационен коефициент на радиация)е безразмерният коефициент, с който трябва да се умножи абсорбираната радиационна доза в орган или тъкан, за да се изчисли еквивалентна дозарадиация, за да се вземе предвид ефективността на различните видове радиация. Концепцията за еквивалентна доза се използва за оценка на биологичния ефект от експозицията, независимо от вида на радиацията, която е необходима за целите на радиационната защита на персонала, работещ с източници на йонизиращи лъчения, както и на пациентите при радиологични изследвания и лечение.
Дозов еквивалентсе определя като средната стойност на погълнатата доза в орган или тъкан, като се вземе предвид средният радиационен коефициент на тежест.
където H е еквивалентната абсорбирана доза,
W R е радиационният коефициент на тежест, установен в момента от стандартите за радиационна безопасност.
Единицата SI за еквивалентна доза е Сиверт (Св)- кръстен на шведския учен Р. М. Сиверт, първият председател на Международната комисия за радиологична защита (ICRP). Ако в последната формула погълнатата радиационна доза (D) е изразена в сиви, тогава еквивалентната доза ще бъде изразена в Sieverts. 1 Sv е равно на еквивалентната доза, при която произведението на погълнатата доза (D) в жива тъкан със стандартен състав и средния радиационен коефициент (W R) е равно на 1 J/kg.
На практика е често срещана и извънсистемна единица с еквивалентна доза - рем(1 Sv = 100 rem), ако в същата формула абсорбираната радиационна доза се изразява в рад.
Теглови коефициенти за отделни видове радиация при изчисляване на еквивалентната доза.
Ефективна еквивалентна доза- концепция, използвана за дозиметрична оценка на експозицията на здрави органи и тъкани и вероятността от дългосрочни ефекти. Тази доза е равна на сбора от произведенията на еквивалентната доза в органа или тъканта и съответния коефициент на тегло (коефициент на тежест) за най-важните човешки органи:
където E е ефективната еквивалентна доза,
H T - еквивалентна доза в органа или тъканта T,
W T - коефициент на тежест за органа или тъканта T.
SI единицата за ефективна еквивалентна доза е Sievert (Sv).
За дозиметричната характеристика на полето на фотонно йонизиращо лъчение е доза на експозиция.Това е мярка за йонизиращата сила на фотонното лъчение във въздуха. Единицата за експозиционна доза в SI е Кулон на килограм (C/kg).Доза на експозиция, равна на 1 C/kg, означава, че заредените частици, освободени в 1 kg атмосферен въздух по време на първичните действия на абсорбция и разсейване на фотони,
образуват йони с общ заряд от същия знак, равен на 1 Кулон, при пълно използване на техния диапазон във въздуха.
На практика често се използва извънсистемна единица за експозиция. рентгенова снимка (R)- кръстен на немския физик W.K. Rontgen: 1 P = 2,58 x10 -4 C/kg.
Експозиционната доза се използва за характеризиране на полето само на фотонно-йонизиращо лъчение във въздуха. Той дава представа за потенциалното ниво на излагане на човека на йонизиращо лъчение. При доза на експозиция от 1 R, погълнатата доза в меките тъкани в същото радиационно поле е приблизително 1 rad.
Познавайки дозата на експозиция, може да се изчисли погълнатата доза и нейното разпределение във всеки сложен обект, поставен в дадено радиационно поле, по-специално в човешкото тяло. Това ви позволява да планирате и контролирате определения режим на експозиция.
В момента по-често като дозиметрична величина, характеризираща радиационното поле, kerma(KERMA е съкращение за израза: Kinetic Energy Released in Material). Керма е кинетичната енергия на всички заредени частици, освободени от йонизиращо лъчение от всякакъв вид, на единица маса от облъченото вещество по време на първичните актове на радиационно взаимодействие с това вещество. При определени условия кермата е равна на погълнатата радиационна доза. За фотонното лъчение във въздуха това е енергийният еквивалент на дозата на експозиция. Размерът на кермата е същият като този на абсорбираната доза, изразена като j/kg.
По този начин понятието "доза на експозиция" е необходимо за оценка на нивото на дозата, генерирано от източника на радиация, както и за контрол на режима на експозиция. Концепцията за „абсорбирана доза“ се използва при планиране на лъчева терапия с цел постигане на желания ефект (Таблица 2.1).
поле на дозата- това е пространственото разпределение на погълнатата доза (или нейната мощност) в облъчената част от тялото на пациента, тъканно еквивалентна среда или дозиметричен фантом, симулиращ тялото на пациента според физическите ефекти от взаимодействието на радиацията с материята, форма и размер на органите и тъканите и техните анатомични взаимоотношения. Информацията за полето на дозата е представена под формата на криви, свързващи точки с еднакви стойности (абсолютни или относителни) на абсорбираната доза. Такива криви се наричат изодози,и техните семейства - изодозни карти. Абсорбираната доза във всяка точка от полето на дозата може да се приеме като конвенционална единица (или 100%), по-специално максималната абсорбирана доза, която трябва да съответства на целта, която ще бъде облъчена (т.е. площта, покриваща клинично установената тумор и очакваната област на неговото разпространение).
Физическата характеристика на полето на облъчване се характеризира с различни параметри. Броят на частиците, които проникват в средата се нарича плавност.Сумата от всички проникващи частици и частици, разпръснати в дадена среда, е потокйонизиращи частици, а съотношението на потока към площта е плътност на потока.Под интензитет на радиация,или плътност на потока
Таблица 2.1. Основни радиационни количества и техните единици
енергия, разбират съотношението на енергийния поток към площта на обекта. Интензитетът на радиация зависи от плътността на потока на частиците. С изключение линейно предаване на мощност (LET),характеризиращи средните енергийни загуби на частици (фотони), определят линейните йонизираща плътност (LPI),броят на двойките йони на единица дължина на пътя (писта) на частица или фотон.
Формирането на полето на дозата зависи от вида и източника на радиация. При формиране на дозовото поле с фотонно лъчение се взема предвид, че интензитетът на фотонното излъчване на точков източник пада в средата обратно пропорционално на квадрата на разстоянието до източника. При дозиметричното планиране се използва понятието средна йонизираща енергия, която включва енергията на директната йонизация и енергията на възбуждане на атомите, водеща до вторично излъчване, което също предизвиква йонизация. За фотонното излъчване средната енергия на йонизация е равна на средната енергия на образуване на йони на електрони, освободени от фотоните.
Разпределението на дозата на лъча на γ-лъчение е неравномерно. Секцията със 100% изодоза има относително малка ширина и тогава относителната стойност на дозата пада по кривата доста стръмно. Размерът на полето на облъчване се определя от ширината на 50% от дозата. Когато се формира дозовото поле на спирачното лъчение, има рязък спад на дозата на границата на полето, което се определя от малкия размер на фокалното петно. Това води до факта, че ширината на 100% изодоза е близка до ширината на 50% изодоза, което определя дозиметричната стойност на размера на полето на облъчване. По този начин при формирането на разпределението на дозата по време на облъчване със спирачен лъч има предимства пред γ-лъч, тъй като дозите на облъчване на здрави органи и тъкани в близост до патологичното огнище са намалени (Таблица 2.2).
Таблица 2.2. Дълбочина от 100%, 80% и 50% изодози при най-често използваните радиационни енергии
Забележка. Разстояние източник-повърхност за апарат за рентгенова терапия - 50 см; гама терапевтичен - 80 см; линейни ускорители - 100см.
От данните в табл. Фигура 2.2 показва, че мегаволтовата радиация, за разлика от ортоволтажните рентгенови лъчи, има максимална доза не върху повърхността на кожата, нейната дълбочина се увеличава с увеличаване на радиационната енергия (фиг. 13). След достигане на максимума на електроните се забелязва стръмен градиент на дозата, което прави възможно намаляването на натоварването с дозата върху подлежащите здрави тъкани.
Протоните се отличават с липсата на разсейване на радиация в тялото, възможността за забавяне на лъча на дадена дълбочина. В същото време, с дълбочината на проникване, линейната енергийна плътност (LED) се увеличава, абсорбираната доза се увеличава, достигайки максимум в края на пътя на частиците,
Ориз. 13.Енергийно разпределение на различни видове лъчения в тъканно еквивалентен фантом: 1 - с близкофокусна рентгенова терапия 40 kV и дълбока рентгенова терапия 200 kV; 2 - с гама терапия 1,25 MeV; 3 - при спирачно лъчение 25 MeV; 4 - при облъчване с бързи електрони 17 MeV; 5 - при облъчване с протони 190 MeV; 6 - при облъчване с бавни неутрони 100 keV
Фиг.14.Връх Браг
Ориз. петнадесет.Разпределение на дозата на гама лъчение от две отворени паралелни противоположни полета
така наречения пик на Браг, където дозата може да бъде много по-висока, отколкото на входа на лъча, със стръмен градиент на дозата зад пиковата вълна на Браг до почти 0 (фиг. 14).
Често по време на облъчване се използват успоредни противоположни полета (фиг. 15, виж фиг. 16 на цветната вложка). При относително централно местоположение на фокуса дозата от всяко поле обикновено е една и съща; ако зоната на целевото местоположение е ексцентрична, съотношението на дозата се променя в полза на полето, което е най-близо до тумора, например 2:1, 3:1 и т.н.
В случаите, когато дозата се доставя от две непаралелни полета, тогава колкото по-малък е ъгълът между централните им оси, толкова повече изодозно изравняване се извършва с помощта на клиента.
нови филтри, които позволяват хомогенизиране на разпределението на дозата (вижте Фиг. 17 на цветната вложка). За лечение на дълбоко разположени тумори обикновено се използват три- и четириполеви техники на облъчване (фиг. 18).
На линеен електронен ускорител се формира правоъгълно радиационно поле с различни размери с помощта на метални цанги.
Ориз. осемнадесет.Разпределение на дозата на гама лъчение от три полета
лиматори, вградени в апарата. Допълнително оформяне на лъча се постига чрез използване на комбинация от тези колиматори и специални блокове (набор от оловни блокове или блокове от сплав на Ууд с различни форми и размери), прикрепени към LAE след колиматорите. Блоковете покриват части от правоъгълното поле извън целевия обем и защитават тъканите извън целта, като по този начин образуват полета със сложна конфигурация.
Най-новите линейни ускорители ви позволяват да контролирате позициите и движението на многолистните колиматори, образуващи полето. Типичните многолистни колиматори имат от 20 до 80 или повече остриета, подредени по двойки. Компютърното управление на позицията на голям брой тесни венчелистчета, плътно прилепнали едно към друго, прави възможно генерирането на поле с необходимата форма. Чрез поставяне на венчелистчетата в желаната позиция се получава поле, което най-точно съответства на формата на тумора. Настройката на полето се извършва чрез промени в компютърния файл, съдържащ настройките за венчелистчетата.
При планиране на дозата се взема предвид, че максималната доза (95-107%) трябва да бъде доставена до планирания целеви обем, докато ≥ 95% от този обем получава ≥ 95% от планираната доза. Друго необходимо условие е само 5% от обема на застрашените органи да могат да получат ≥ 60% от планираната доза.
Обикновено линейните ускорители имат дозиметър, чийто детектор е вграден в устройството за формиране на първичен спирачен лъч, тоест се следи подадената доза радиация. Мониторът на дозата често се калибрира за дозиране в референтна точка при максимална дълбочина на йонизация.
Дозиметрично осигуряване на интракухинарна γ-терапия с източници висока активностпредназначени за индивидуално формиране на разпределения на дозата, като се вземат предвид локализацията, степента на първичния тумор, линейните размери на кухината. При планиране изчислените данни могат да се използват под формата на атлас на мултипланарни изодозни разпределения, прикрепени към интракухинарни γ-терапевтични устройства, както и данни от системи за планиране на интракухинарни устройства, базирани на персонални компютри.
Наличието на компютърно подпомагана система за планиране на контактна терапия дава възможност за извършване на клиничен и дозиметричен анализ за всяка конкретна ситуация с избор на разпределение на дозата, което най-пълно съответства на формата и обхвата на първичния фокус, което прави възможно за намаляване на интензивността на радиационно облъчване на околните органи.
Преди използването на източници на лъчение за контактна лъчева терапия се извършва тяхното предварително дозиметрично освидетелстване, за което се използват клинични дозиметри и комплекти от тъканно еквивалентни фантоми.
За фантомни измервания на дозови полета, клинични дозиметри с малки йонизационни камери или други (полупроводникови, термолуминесцентни) детектори, анализатори
дозово поле или изодозографи. Термолуминесцентните детектори (TLD) също се използват за наблюдение на абсорбираните дози при пациенти.
дозиметрични устройства.Дозиметричните инструменти могат да се използват за измерване на дози от един вид радиация или смесено лъчение. Радиометрите измерват активността или концентрацията на радиоактивни вещества.
Енергията на излъчване се абсорбира в детектора на дозиметрично устройство, което води до появата на радиационни ефекти, чиято величина се измерва с измервателни устройства. По отношение на измервателната апаратура, детекторът е сигнален сензор. Показанията на дозиметричното устройство се записват от изходното устройство (указатели, записващи устройства, електромеханични броячи, звукови или светлинни сигнални устройства и др.).
Според метода на работа дозиметричните устройства се разграничават като стационарни, преносими (могат да се носят само в изключено състояние) и носещи се. Дозиметрично устройство за измерване на радиационната доза, получена от всеки човек в зоната на облъчване, се нарича индивидуален дозиметър.
В зависимост от вида на детектора се различават йонизационни дозиметри, сцинтилационни, луминесцентни, полупроводникови, фотодозиметри и др.
Йонизационна камера- устройство за изследване и регистриране на ядрени частици и радиация. Действието му се основава на способността на бързо заредените частици да предизвикват йонизация на газа. Йонизационната камера е въздушен или газов електрически кондензатор, към чиито електроди се прилага потенциална разлика. Когато йонизиращи частици навлизат в пространството между електродите, там се образуват електрони и газови йони, които, движейки се в електрическо поле, се събират върху електродите и се записват от записващото оборудване. Разграничаване текущи импулсйонизационни камери. В камерите за йонизация с ток галванометър измерва тока, генериран от електрони и йони. Текущите йонизационни камери дават информация за общия брой йони, образувани за 1 s. Те обикновено се използват за измерване на интензитета на радиация и за дозиметрични измервания.
В импулсните йонизационни камери се записват и измерват импулси на напрежение, които възникват върху съпротивлението, когато йонизационният ток протича през него, причинен от преминаването на всяка частица.
В йонизационните камери за изследване на γ-лъчението йонизацията се дължи на вторичните електрони, избити от газовите атоми или стените на йонизационните камери. Колкото по-голям е обемът на йонизационните камери, толкова повече йони се образуват от вторични електрони, следователно, йонизационни камери с голям обем се използват за измерване на γ-лъчение с нисък интензитет.
Йонизационната камера може да се използва и за измерване на неутрони. В този случай йонизацията се причинява от ядра на откат (обикновено прото-
us), създадени от бързи неутрони или от α-частици, протони или γ-кванти, произтичащи от улавянето на бавни неутрони от ядра 10 B, 3 He, 113 Cd. Тези вещества се въвеждат в газа или в стените на йонизационните камери.
В йонизационните камери съставът на газа и веществото на стените се избират по такъв начин, че при идентични условия на облъчване да се осигури еднакво поглъщане на енергия (за единица маса) в камерата и биологичната тъкан. В дозиметричните устройства за измерване на експозиционни дози камерите се пълнят с въздух. Пример за йонизационен дозиметър е микрорентгенметърът MRM-2, който осигурява обхват на измерване от 0,01 до 30 μR/s за излъчване с енергия на фотоните от 25 keV до 3 MeV. Отчитането на показанията се извършва на показалеца.
AT сцинтилацияВ дозиметричните устройства светлинните проблясъци, които се появяват в сцинтилатора под действието на радиация, се преобразуват от фотоумножител в електрически сигнали, които след това се записват от измервателното устройство. Сцинтилационните дозиметри се използват най-често в дозиметрията за радиационна защита.
AT луминесцентенДозиметричните устройства използват факта, че фосфорите са в състояние да акумулират погълнатата радиационна енергия и след това да я освободят чрез луминесценция под действието на допълнително възбуждане, което се осъществява или чрез нагряване на фосфора, или чрез облъчване. Интензитетът на луминесцентна светкавица, измерен със специални устройства, е пропорционален на дозата на радиация. В зависимост от механизма на луминисценция и метода на допълнително възбуждане има термолуминесцентен (TLD)и радиофотолуминесцентни дозиметри.Характеристика на луминесцентните дозиметри е способността да съхраняват информация за дозата.
По-нататъшен етап в развитието на луминесцентните дозиметри са дозиметричните инструменти, базирани на термионна емисия. При нагряване някои люминофори, предварително облъчени с йонизиращо лъчение, електрони (екзоелектрони) излитат от повърхността им. Техният брой е пропорционален на дозата на радиация в фосфорното вещество. Термолуминесцентните дозиметри намират най-широко приложение в клиничната дозиметрия за измерване на дозата върху пациента, в телесната кухина и като персонални дозиметри.
Полупроводник(кристални) дозиметри променят проводимостта с мощността на дозата. Широко използван заедно с йонизационни дозиметри.
В Русия има радиационна метрологична служба, която проверява клиничните дозиметри и извършва дозиметрична сертификация на радиационни устройства.
На етапа на дозиметрично планиране, като се вземат предвид данните от топометричната карта и клиничната задача, инженер-физик оценява разпределението на дозата. Разпределението на дозата, получено под формата на набор от изолинии (изодоза), се прилага към топометрична карта и служи за определяне на параметри на облъчване като размера на полето на облъчване, местоположението на централната точка на осите на радиационния лъч и техните посоки.
Определят се единичната абсорбирана доза, общата абсорбирана доза и се изчислява времето на експозиция. Документът е протокол, съдържащ всички параметри на облъчване на конкретен пациент в избрания терапевтичен блок.
При провеждане на брахитерапия апаратът се използва заедно със съответното ултразвуково оборудване, което позволява да се оцени позицията на източниците и разпределението на изодозата в органа в система в реално време, благодарение на системата за планиране. Друг вариант е въвеждането на източници в тумора под контрола на компютърна томография.
С помощта на регулируема диафрагма, колимиращо устройство, сменяеми стандартни и индивидуални защитни блокове, клиновидни и компенсиращи филтри и болуси се формира радиационен лъч с необходимата форма и определени размери. Те ви позволяват да ограничите площта и полето на облъчване, да увеличите градиента на дозата в неговите граници, да изравните разпределението на дозата йонизиращо лъчение в полето или, напротив, да го разпределите с необходимата неравномерност, да създадете области и полета , включително къдрави и многократно свързани (с вътрешни екранирани зони).
За правилно възпроизвеждане и контрол на индивидуална програма за облъчване на пациента се използват устройства за визуализация на лъча, механични, оптични и лазерни центратори, стандартни и индивидуални фиксатори за обездвижване на пациента по време на облъчване, както и рентгенови и други инструменти за интроскопия. Частично те са вградени в радиационната глава, масата на пациента и други части на апарата. По стените на лечебната зала са монтирани лазерни центратори. Рентгеновите интроскопи се поставят в близост до терапевтичния лъч на стойка за под или таван с ключалки за регулиране, в необходимата позиция на пациента.
