Йонизиращото лъчение е комбинация от различни видове микрочастици и физически полета, които имат способността да йонизират дадено вещество, тоест да образуват в него електрически заредени частици - йони. Има няколко вида йонизиращо лъчение: алфа, бета, гама лъчение и неутронно лъчение.
Алфа радиация
Образуването на положително заредени алфа частици включва 2 протона и 2 неутрона, които са част от хелиевите ядра. Алфа частиците се образуват по време на разпадането на атомно ядро и могат да имат първоначална кинетична енергия от 1,8 до 15 MeV. Характерни особености на алфа лъчението са висока йонизираща и ниска проникваща способност. Когато се движат, алфа частиците губят енергията си много бързо и това води до факта, че тя не е достатъчна дори за преодоляване на тънки пластмасови повърхности. Като цяло външното излагане на алфа частици, ако не вземете 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 радионуклиди Имат дълъг полуживот и имат силна йонизация. Ако бъдат погълнати, алфа частиците често могат да бъдат дори по-опасни от бета и гама радиацията.
Бета радиация
В резултат на бета разпада се образуват заредени бета частици, чиято скорост е близка до скоростта на светлината. Бета лъчите са по-проникващи от алфа лъчите – те могат да причинят химична реакция, луминесценция, йонизират газове, оказват влияние върху фотографските плаки. Като защита срещу поток от заредени бета-частици (с енергия не повече от 1 MeV) ще бъде достатъчно да се използва обикновена алуминиева плоча с дебелина 3-5 mm.
Фотонно лъчение: гама лъчи и рентгенови лъчи
Фотонното лъчение включва два вида лъчение: рентгеново (може да бъде спирачно и характеристично) и гама лъчение.
Най-често срещаният тип фотонно лъчение са гама частици с много висока енергия и ултракъса дължина на вълната, които представляват поток от високоенергийни фотони без заряд. За разлика от алфа и бета лъчите, гама частиците не се отклоняват от магнитни и електрически полетаи имат значително по-голяма проникваща способност. В определени количества и за определена продължителност на експозиция, гама-лъчението може да причини лъчева болест и да доведе до различни видове рак. Само такива тежки частици могат да предотвратят разпространението на поток от гама частици. химически елементи, като олово, обеднен уран и волфрам.
Неутронно лъчение
Източник на неутронно лъчение могат да бъдат ядрени експлозии, ядрени реактори, лабораторни и промишлени съоръжения. Самите неутрони са електрически неутрални, нестабилни (времето на полуразпад на свободен неутрон е около 10 минути) частици, които поради факта, че нямат заряд, се характеризират с висока проникваща способност със слаба степен на взаимодействие с материята. Неутронното лъчение е много опасно, затова за защита срещу него се използват редица специални, предимно съдържащи водород материали. Неутронното лъчение се абсорбира най-добре от обикновена вода, полиетилен, парафин и разтвори на хидроксиди на тежки метали.
Как йонизиращото лъчение влияе на веществата?
Всички видове йонизиращи лъчения в една или друга степен влияят различни вещества, но е най-силно изразен при гама частиците и неутроните. По този начин, при продължително излагане, те могат значително да променят свойствата на различни материали, да се променят химичен съставвещества, йонизират диелектриците и имат разрушителен ефект върху биологичните тъкани. Естественото фоново лъчение няма да причини много вреда на човек, но когато работите с изкуствени източници на йонизиращо лъчение, трябва да бъдете много внимателни и да вземете всички необходими мерки, за да сведете до минимум нивото на излагане на радиация върху тялото.
Фотонно лъчение (известно също като гама лъчение, известно също като рентгеново лъчение, известно също като спирачно лъчение или характеристично лъчение). Всъщност това са имената на едно и също лъчение - фотон, само че при различни фотонни енергии и получени по различни начини.
При преминаване рентгенови лъчичрез всяко твърдо, течно или газообразно веществоте взаимодействат с електрони, с много висока твърдост, и ядрата на атомите на елементите, които изграждат веществото, и в същото време губят част от енергията си поради:
1) истинска абсорбция, т.е. преобразуване на тяхната енергия 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 истинско поглъщане на рентгеновото лъчение, т.е. превръщането на тяхната енергия в кинетична енергия на електроните са:
а) фотоелектричен ефект - изтръгване на електрони от атомите на абсорбиращо вещество и придаване на кинетична енергия към тях (фотоелектрична абсорбция);
б) Комптън ефект - кохерентно и некохерентно разсейване, т.е. с промяна на дължината на вълната и предаване на част от енергията на разсейващия електрон; Комптън ефектсе нарича еластично разсейване на късовълново електромагнитно излъчване (рентгенови лъчи и β-лъчение) върху свободни (или слабо свързани) електрони на вещество, придружено от увеличаване на дължината на вълната.
в) образуването на елементарни двойки заряди - електрон и позитрон - и предаването им на кинетична енергия. Образуването на електрон-позитронни двойки играе решаваща роля в поглъщането на високоенергийните гама-лъчи от материята, както и заедно със спирачното лъчение при възникването на така наречените електронно-фотонни потоци в космическите лъчи. Процесите на анихилация (раждането на двойка електрон-позитрон от фотон) и раждането 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 полет прави възможно да се намери разпределението на скоростта на електроните в металите (тъй като вероятността за анихилация на позитрон в дадено вещество силно зависи от относителната скорост на позитрона и електрона, участващи в топлинното движение). Познаването на това разпределение е необходимо, например, за да се изчисли специфичният топлинен капацитет на металите при много ниски температури. Друг пример: чрез производството на двойки електрон-позитрон може да се получи информация за високоенергийните фотони, произведени в реакцията. Фотонът, както всяка друга незаредена частица, не може да бъде наблюдаван директно, тъй като не оставя видима следа в детектори на частици, като облачна камера, балонна камера, ядрена фотографска емулсия и т.н., както и за неговата енергия, импулс, като както и самият факт на неговото образуване може да бъде разпознат само от двойката, генерирана от него (а за фотон с по-ниска енергия - от електрона на отката на Комптън, виж ефекта на Комптън).
Фотонното лъчение включва лъчение от радиоактивни вещества, характеристично и спирачно лъчение, генерирано от различни ускорители. ABI на фотонното лъчение е най-нисък (1-2 двойки йони на 1 cm 3 въздух), което определя високата му проникваща способност (във въздуха дължината на пътя е няколкостотин метра).
- радиация възниква по време на радиоактивен разпад. Преходът на ядрото от възбудено в основно състояние се съпровожда от излъчване на a -квант с енергия от 10 keV до 5 MeV. Основните терапевтични източници на -лъчение са -устройства (пушки).
Спирачни рентгенови лъчи възниква поради ускоряването и рязкото забавяне на електроните във вакуумните системи на различни ускорители и се различава от рентгеновите лъчи с по-висока квантова енергия (от един до десетки MeV).
Когато поток от фотони преминава през вещество, той се отслабва в резултат на следните процеси на взаимодействие (типът на взаимодействие на фотоните с атомите на веществото зависи от енергията на фотоните):
Класическо (кохерентно, или Томпсън, разсейване) - за фотони с енергия от 10 до 50-100 keV. Относителната честота на този ефект е малка. Възниква 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 (възпроизвежда значителна роляпо време на лъчетерапия). Падащият квант избива орбиталния електрон от атома, сам се абсорбира и електронът, леко променяйки посоката си, отлита. Този избягал електрон се нарича фотоелектрон. Така енергията на фотона се изразходва за работата на електрона и за придаването му на кинетична енергия.
Ефект на Комптън (некохерентно разсейване) - възниква при енергии на фотони от 120 keV до 20 MeV (т.е. почти целия 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 и новият квант се различава от първоначалния не само в различна посока на движение, но и в по-ниска енергия. Полученият квант индиректно ще йонизира средата, а електронът ще йонизира директно.
Процесът на образуване на двойки електрон-позитрон - квантовата енергия трябва да бъде по-голяма от 1,02 MeV (два пъти енергията на покой на електрона). Този механизъм трябва да се има предвид, когато пациентът се облъчва с високоенергиен лъч на спирачно лъчение, т.е. на високоенергийни линейни ускорители. В близост до ядрото на атом падащият квант изпитва ускорение и изчезва, трансформирайки се в електрон и позитрон. Позитронът бързо се комбинира с идващ електрон и настъпва процесът на анихилация (взаимно унищожение), а в замяна се появяват два фотона, енергията на всеки от които е половината от енергията на оригиналния фотон. Така енергията на първичния квант се трансформира в кинетичната енергия на електрона и в енергията на анихилационното лъчение.
снимка ядрена абсорбция - енергията на квантите трябва да бъде по-голяма от 2,5 MeV. Фотонът се абсорбира ядрото на атома, в резултат на което ядрото преминава във възбудено състояние и може или да отдаде електрон, или да се разпадне. Ето как се произвеждат неутроните.
В резултат на горните процеси на взаимодействие на фотонното лъчение с материята възниква вторично фотонно и корпускулярно лъчение (електрони и позитрони). Йонизационната способност на частиците е много по-голяма от тази на фотонното лъчение.
Пространственото затихване на фотонния лъч се извършва по експоненциален закон (обратен квадратичен закон): Интензитетът на радиацията е обратно пропорционален на квадрата на разстоянието до източника на радиация.
Радиацията в енергийния диапазон от 200 keV до 15 MeV е намерила най-широко приложение при лечението на злокачествени новообразувания. По-голямата проникваща способност позволява енергията да бъде прехвърлена към дълбоко разположени тумори. В същото време радиационното облъчване на кожата и подкожната тъкан е рязко намалено, което прави възможно доставянето на необходимата доза до лезията без радиационно увреждане на тези области на тялото (за разлика от мекото рентгеново лъчение). С увеличаване на енергията на фотона над 15 MeV се увеличава рискът от радиационно увреждане на тъканта на изхода на лъча.
Всички йонизиращи лъчения се разделят на фотонни и корпускулярни.
Фотонното йонизиращо лъчение включва:
- а) Y-лъчение, излъчвано по време на разпада на радиоактивни изотопи или анихилация на частици. Гама-лъчението по своята природа е късовълново електромагнитно излъчване, т.е. поток от високоенергийни кванти на електромагнитна енергия, чиято дължина на вълната е значително 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.
Корпускулярното йонизиращо лъчение се състои от поток от заредени частици (алфа, бета частици, протони, електрони), чиято кинетична енергия е достатъчна, за да йонизира атомите при сблъсък. Неутрони и др елементарни частицине предизвикват пряка йонизация, но в процеса на взаимодействие със средата отделят заредени частици (електрони, протони), способни да йонизират атоми и молекули на средата, през която преминават:
а) неутроните са единствените незаредени частици, образувани по време на определени 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 живите тъкани. Отличителна черта на неутронното лъчение е способността му да трансформира атоми на стабилни елементи в техните радиоактивни изотопи, т.е. създават индуцирано лъчение, което рязко увеличава опасността от неутронно лъчение. Проникващата способност на неутроните е сравнима с Y-лъчението. В зависимост от нивото на пренасяната енергия се разграничават бързи неутрони (с енергия от 0,2 до 20 MeV) и топлинни неутрони (от 0,25 до 0,5 MeV). Тази разлика се взема предвид при провеждането на защитни мерки. Бързите неутрони се забавят, губейки йонизационна енергия, от вещества с ниско атомно тегло (т.нар. водород-съдържащи вещества: парафин, вода, пластмаси и др.). Топлинните неутрони се абсорбират от материали, съдържащи бор и кадмий (борна стомана, борал, борграфит, кадмиево-оловна сплав).
Алфа, бета частиците и гама квантите имат енергия от само няколко мегаелектронволта и не могат да създават индуцирано лъчение;
- б) бета-частици - електрони, излъчвани по време на радиоактивния разпад на ядрени елементи с междинна йонизираща и проникваща способност (обхват във въздуха до 10-20 m).
- в) алфа частиците са положително заредени ядра на атоми на хелий, а в космическото пространство атоми на други елементи, излъчени при радиоактивния разпад на изотопи на тежки елементи - уран или радий. Те имат ниска проникваща способност (разстоянието във въздуха е не повече от 10 см), дори човешката кожа е непреодолима пречка за тях. Те са опасни само ако попаднат в тялото, тъй като са в състояние да избият 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, ще бъдат разгледани по-долу. Така една алфа частица с енергия 5 MeV образува 150 000 йонни двойки.
Ориз. 1
Количественото съдържание на радиоактивен материал в човешкото тяло или вещество се определя с термина „активност на радиоактивен източник“ (радиоактивност). Единицата за радиоактивност в системата SI е бекерел (Bq), съответстващ на един разпад за 1 s. Понякога в практиката се използва старата единица за активност - кюри (Ci). Това е активността на такова количество материя, в което за 1 s се разпадат 37 милиарда атома. За превод се използва следната зависимост: 1 Bq = 2,7 x 10 Ci или 1 Ci = 3,7 x 10 Bq.
Всеки радионуклид има постоянен, уникален период на полуразпад (времето, необходимо на веществото да загуби половината от своята активност). Например за уран-235 той е 4470 години, докато за йод-131 е само 8 дни.
Йонизиращото лъчение може да се раздели на фотонно и корпускулярно. Фотонното лъчение включва електромагнитни вибрации, към корпускулярно - поток от частици. Понятията „електромагнитно“, „квантово“, „фотонно“ лъчение могат да се считат за еквивалентни.
Типът взаимодействие 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 въздействието на потенциална разлика от 1 V. 1 eV = 1,6 x 10 19 J. Кратни единици: 1 keV = 10 3 eV; 1 MeV = 10 6 eV.
Според модерни идеи, заредените частици (α-, β-частици, протони и др.) йонизират материята директно, а неутралните частици (неутрони) и електромагнитните вълни (фотони) са индиректно йонизиращи. Потокът от неутрални частици и електромагнитни вълни, взаимодействайки с материята, предизвиква образуването на заредени частици, които йонизират средата.
2.1. ФОТОННО И КОРПУСКУЛАРНО ИЗЛЪЧВАНЕ
Електромагнитно излъчване.При лъчетерапията се използва рентгеново лъчение от апарати за рентгенова терапия, гама лъчение от радионуклиди и високоенергийно спирачно (рентгеново) лъчение.
Рентгеново лъчение- фотонно излъчване, състоящо се от спирачно и (или) характеристично излъчване.
спирачно лъчение- късовълново електромагнитно излъчване, което възниква при промяна на скоростта (спиране) на заредени частици при взаимодействие с атоми на спирачното вещество (анод). Дължините на вълните на спирачното рентгеново лъчение не зависят от атомния номер на спирачното вещество, а се определят само от енергията на ускорените електрони. Спектърът на спирачното лъчение е непрекъснат, с максимална енергия на фотона, равна на кинетичната енергия на спирачните частици.
Характеристично излъчваневъзниква, когато енергийното състояние на атомите се промени. Когато електронът бъде избит от вътрешната обвивка
на атом от електрон или фотон, атомът преминава във възбудено състояние и освободеното пространство се заема от електрон от външната обвивка. В този случай атомът се връща в нормалното си състояние и излъчва квант характеристично рентгеново лъчение с енергия, равна на енергийната разлика на съответните нива. Характеристичното лъчение има линеен спектър със специфични за дадено вещество дължини на вълните, които, подобно на интензитета на линиите в характеристичния спектър на рентгеновото лъчение, 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 заредената частица и право пропорционален на квадрата на атомния номер на веществото, в полето на което се забавят заредените частици. Следователно, за увеличаване на фотонния добив се използват относително леки заредени частици - електрони и вещества с голям атомен номер (молибден, волфрам, платина).
Източникът на рентгеново лъчение за целите на лъчевата терапия е рентгеновата тръба на рентгеновите терапевтични апарати, които в зависимост от нивото на генерираната енергия се делят на близкофокусни и дистанционни. Рентгеновото лъчение от апарати за рентгенова терапия с близък фокус се генерира при анодно напрежение под 100 kV, а от отдалечени - до 250 kV.
Високоенергийно спирачно лъчение,подобно на спирачните рентгенови лъчи, това е късовълново електромагнитно излъчване, което възниква, когато скоростта на заредените частици се променя (спиране) при взаимодействие с целевите атоми. Този вид радиация се различава от рентгеновите лъчи по високата си енергия. Източници на високоенергийно спирачно лъчение са линейни ускорители на електрони - LUE с енергия на спирачното лъчение от 6 до 20 MeV, както и циклични ускорители - бетатрони. За получаване на високоенергийно спирачно лъчение се използва забавянето на рязко ускорени електрони във вакуумни ускорителни системи.
Гама радиация- късовълново електромагнитно излъчване, излъчвано от възбудени атомни ядра, когато радиоактивни трансформацииили 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 със своята специфична енергия. Радионуклидите се произвеждат в ускорители и ядрени реактори.
Активността на радионуклиден източник се разбира като брой атомни разпадания за единица време. Измерванията се извършват в бекерели (Bq). 1 Bq е активността на източник, в който се случва 1 разпад за секунда. Несистемната единица за активност е Кюри (Ci). 1 Ci = 3,7 x 10 10 Bq.
Източници на γ-лъчение за външно и интракавитарно лъчелечение са 60 CoИ 137 Cs.Най-широко използваните лекарства 60Coсъс средна енергия на фотона 1,25 MeV (1,17 и 1,33 MeV).
За интракавитарна лъчева терапия се използва 60 Co,
137 Cs, 192 Ir.
Когато фотонното лъчение взаимодейства с материята, възникват явленията на фотоелектричния ефект, ефекта на Комптън и процеса на образуване на двойки електрон-позитрон.
Фото ефектсе състои във взаимодействието на гама квант със свързан електрон на атом (фиг. 10). При фотоелектричното поглъщане цялата енергия на падащия фотон се поглъща от атома, от който е избит електронът. След излъчването на фотоелектрон в атомната обвивка се образува празно място. Преходът на по-малко свързани електрони към свободни нива е придружен от освобождаване на енергия, която може да бъде прехвърлена към един от електроните в горните обвивки на атома, което води до нейното излъчване от атома (ефект на Оже) или трансформирана в енергията на характеристичното рентгеново лъчение. По този начин, 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 характеристично лъчение. Атом, който е загубил електрон, се превръща в положителен йон, а избитият електрон - фотоелектрон - в края на своя ход губи енергия, прикрепя 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.Фото ефект
Ориз. единадесет.Комптън ефект
Ефект на Комптън (некохерентно разсейване)възниква при енергии на фотони от 120 keV до 20 MeV, т.е. при всички видове йонизиращо лъчение, използвани в лъчевата терапия. При ефекта на Комптън падащ фотон, в резултат на еластичен сблъсък с електрони, губи част от енергията си и променя посоката на първоначалното движение, а електрон на отката (електрон на Комптън) се избива от атома, което допълнително йонизира веществото (фиг. 11).
Процесът на преобразуване на енергията на първичния фотон в кинетичната енергия на електрона и позитрона и в енергията на анихилационното лъчение. Квантовата енергия трябва да бъде по-голяма от 1,02 MeV (два пъти енергията на покой на електрона). Това взаимодействие на квантите с материята възниква, когато пациентите се облъчват на високоенергийни линейни ускорители с високоенергиен лъч от спирачно лъчение. Фотонът изчезва в полето на Кулон на ядрото (или електрона).
Ориз. 12.Образуване на двойки електрон-позитрон
В този случай цялата енергия на падащия фотон минус енергията на покой на двойката се прехвърля към получената двойка. Електроните и позитроните, възникващи по време на поглъщането на гама-квантите, губят кинетичната си енергия в резултат на йонизация на молекулите на средата и при среща се анихилират с излъчване на два фотона с енергия 0,511 MeV всеки (фиг. 12).
В резултат на горните процеси на взаимодействие на фотонното лъчение с материята възниква вторично фотонно и корпускулярно лъчение (електрони и позитрони). Йонизационната способност на частиците е много по-голяма от тази на фотонното лъчение. При редуване на процесите на образуване на електрон-позитронни двойки и спирачно лъчение в средата се създават огромен брой фотони и заредени частици, т.нар. лавина от радиация,който се разпада с намаляване на енергията на всеки новообразуван фотон и частица.
Взаимодействието на рентгеновото лъчение с веществото се съпровожда от неговата йонизация и се обуславя от два основни ефекта – фотоелектрично поглъщане и комптоново разсейване. Когато високоенергийното спирачно лъчение взаимодейства с материята, се получава комптоново разсейване, както и образуването на йонни двойки, тъй като енергията на фотона е по-голяма от 1,02 MeV.
Интензитетът на фотонното излъчване от точков източник се променя в пространството обратно пропорционално на квадрата на разстоянието.
Корпускулярно излъчване- потоци от заредени частици: електрони, протони, тежки йони (например въглеродни ядра) с енергия от няколкостотин MeV, както и неутрални частици - неутрони. Облъчването с помощта на поток от частици сега се нарича адронна терапия. До адрони (от гръцката дума hadros- „тежък“) включва нуклони, техните протони и неутрони, както и π -мезони и др. Източници на частици са ускорителите и ядрените реактори. В зависимост от максималната енергия на ускорените протони, ускорителите условно се разделят на 5 нива, като ускорителите от 5-то ниво с Ep > 200 MeV (мезонни фабрики)
се използват за производството на отделни радионуклиди. По правило производството на тези радионуклиди в циклотрони от друго ниво е невъзможно или неефективно.
Електронен лъч с висока енергиясе генерира от същите ускорители на електрони, както при получаване на спирачно лъчение. Използват се електронни лъчи с енергия от 6 до 20 MeV. Електроните с висока енергия имат голяма проникваща способност. Средният свободен път на такива електрони в тъканите на човешкото тяло може да достигне 10-20 см. Електронният лъч, погълнат в тъканите, създава дозово поле, при което се образува максимална йонизация близо до повърхността на тялото. Отвъд йонизационния максимум дозата намалява доста бързо. Съвременните линейни ускорители имат способността да регулират енергията на електронния лъч и съответно да създават необходимата доза на необходимата дълбочина.
Неутрон - частица, която няма заряд. Процесите на взаимодействие на неутроните (неутралните частици) с материята зависят от енергията на неутроните и атомния състав на веществото. Основният ефект на топлинните (бавни) неутрони с енергия 0,025 eV върху биологичната тъкан възниква под въздействието на протони, образувани в реакцията (n, p) и губят цялата си енергия на мястото на раждане. По-голямата част от енергията на бавните неутрони се изразходва за възбуждане и разделяне на тъканни молекули. Почти цялата енергия на бързите неутрони с енергия от 200 keV до 20 MeV се губи в тъканта по време на еластично взаимодействие. По-нататъшното освобождаване на енергия възниква в резултат на йонизация на средата от протони на отката. Високата линейна плътност на неутронната енергия предотвратява възстановяването на облъчени туморни клетки.
Друг вид неутронно облъчване е терапията с улавяне на неутрони, която е бинарен метод на лъчетерапия, който съчетава два компонента. Първият компонент е стабилният борен изотоп 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 топлинен неутрон от ядрото 10 B (борът се разпада на литиеви атоми и α-частици), унищожават само клетки, разположени в непосредствена близост до борни атоми, почти без да засягат съседните нормални клетки. В допълнение към бора, използването на лекарства, съдържащи гадолиний, е обещаващо в терапията с неутронно улавяне. За дълбоко разположени тумори е обещаващо да се използват епитермални неутрони в енергийния диапазон 1 eV - 10 keV, които имат висока проникваща способност и, забавяйки се в тъканта до топлинни енергии, позволяват провеждането на терапия за улавяне на неутрони на тумори, разположени на дълбочина 10 см. Получаване на високи топлинни и епитермални потоци неутрони се произвеждат с помощта на ядрен реактор.
Протон - положително заредена частица. Използва се методът на облъчване в пика на Брег, когато максималната енергия на заредените частици се освобождава в края на пътя и се локализира в ограничен обем на облъчване.
моят тумор. В резултат на това се образува голям градиент на дозата на повърхността на тялото и в дълбочина на облъчвания обект, след което настъпва рязко затихване на енергията. Чрез промяна на енергията на лъча е възможно да се промени мястото на пълното му спиране в тумора с голяма точност. Използват се протонни лъчи с енергия 70-200 MeV и техниката на многополево облъчване от различни посоки, при което интегралната доза се разпределя върху голяма площ от повърхностна тъкан. При облъчване на синхроциклотрона на PNPI (Институт по ядрена физика в Санкт Петербург) се използва фиксирана енергия на извлечения протонен сноп - 1000 MeV и се използва техниката на непрекъснато облъчване. Протони с такава висока енергия лесно преминават през облъчения обект, произвеждайки равномерна йонизация по пътя си. В този случай в веществото се получава малко разсейване на протони, така че тесният протонен лъч с остри граници, образуван на входа, остава почти толкова тесен в зоната на облъчване вътре в обекта. В резултат на използването на непрекъснато облъчване в комбинация с техниката на ротационно 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 полуинтензитета 5-6 mm се използва за лечение на различни мозъчни заболявания, като церебрални артериовенозни малформации, аденоми на хипофизата и др. Увреждащ ефект въглеродни йонисе оказва няколко пъти по-висока в пика на Брег от тази на протоните. Възникват множество двойни прекъсвания на спиралата на ДНК на атомите от 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 електрона и протона. π-Мезоните с енергия от 25-100 MeV изминават целия път през тъканта практически без ядрени взаимодействия и в края на пътя се улавят от ядрата на тъканните атоми. Актът на абсорбция на π-мезон е придружен от излъчване на неутрони, протони, α-частици, йони Li, Be и др.. Активното въвеждане на адронната терапия в клиничната практика в момента е затруднено от високата разходи за технологична поддръжка на процеса.
Предимствата на използването на високоенергийно лъчение за лечение на злокачествени тумори, разположени в дълбочина, са, с увеличаване на енергията, увеличаване на дълбоката доза и намаляване на повърхностната доза, по-високо проникване с увеличаване на относителната дълбока доза и по-малка разлика между абсорбираната доза в костите и меките тъкани. При линеен ускорител или бетатрон не е необходимо радиоактивният източник да се заравя, както при използване на радионуклиди.
При провеждане на брахитерапия и системна радионуклидна терапия се използват α-, β-, γ-излъчващи радионуклиди, както и източници със смесено, например γ- и неутронно (n) лъчение.
α -Радиация- корпускулярно излъчване, състоящо се от ядра 4 He (два протона и два неутрона), излъчвани по време на радиоактивния разпад на ядрата или по време на ядрени реакции и 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 и 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 се използва радионуклид 149 Tb с полуживот от 4,1 часа, α-излъчвателите започнаха да се използват за облъчване на ендотелни клетки в коронарните артерии след операции - присаждане на коронарен артериален байпас.
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. β-Излъчвателите се използват при лечението на злокачествени тумори, чиято локализация позволява директен контакт с тези лекарства.
Източници на β-лъчение са 106 Ru, β - излъчвател 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-излъчвателя 106 Ru + 106 Rh са включени в комплектите офталмологични апликатори.
Излъчвателят β-32P с енергия от 1,71 MeV и полуживот от 14,2 дни се използва в кожни апликатори за лечение на повърхностни заболявания. Радионуклидът 89 Sr е почти чист β-излъчвател с период на полуразпад 50,6 дни и средна енергия на β-частицата 1,46 MeV. Разтвор на 89 Sr - хлорид се използва за палиативно лечение на костни метастази.
153 Sm с енергии на β-лъчение от 203,229 и 268 keV и с енергии на γ-лъчение от 69,7 и 103 keV, полуживот от 46,2 часа, е част от местното лекарство самариум-оксабифор, предназначено да повлияе на метастази в костите, и използва се и при пациенти със силни болки в ставите поради ревматизъм.
90 Y, с полуживот от 64,2 часа и максимална енергия от 2,27 MeV, се използва за различни терапевтични цели, включително радиоимунотерапия с белязани антитела, лечение на чернодробни тумори и ревматоиден артрит.
Радионуклид 59 Fe като част от таблетиран радиофармацевтик се използва в Руския научен център по радиология (Москва) за лечение на пациенти с рак на гърдата. Принципът на действие на лекарството, според авторите, е разпределението на желязото през 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 състава на лекарството (рениев сулфид) с полуживот 3,8 дни се използва за лечение на ставни заболявания, а балонни катетри с разтвор на натриев перренат се използват за ендоваскуларна брахитерапия. Смята се, че има перспектива за използване на 48 V β + -емитер с полуживот 16,9 дни за интракоронарна брахитерапия с помощта на артериален стент от титаниево-никелова сплав.
131 I се използва под формата на разтвори за лечение на заболявания на щитовидната жлеза. 131 I се разпада с излъчване на сложен спектър от β- и γ-лъчение. Има полуживот от 8,06 дни.
Излъчвателите на рентгенови и оже-електрони включват 103Pd с период на полуразпад 16,96 дни и 111In с период на полуразпад 2,8 дни. 103 Pd под формата на затворен източник в титаниева капсула се използва при брахитерапия на тумори. 111 In се използва при радиоимунотерапия с използване на моноклонални антитела.
125 I, който е γ-емитер (вид ядрена трансформация - улавяне на електрони с превръщане на йод в телур и освобождаване на γ-квант), се използва като затворен микроизточник за брахитерапия. Време на полуразпад - 60,1 дни.
Смесениγ+ неутронното лъчение е характерно за 252 Cf с период на полуразпад 2,64 години. Те се използват за контактно облъчване, като се вземе предвид неутронната компонента, при лечение на високо резистентни тумори.
2.2. КЛИНИЧНА ДОЗИМЕТРИЯ
Клинична дозиметрия- раздел по дозиметрия на йонизиращи лъчения, който е неразделна част от лъчелечението. Основната задача на клиничната дозиметрия е изборът и обосновката на средства за облъчване, които осигуряват оптимално пространствено-времево разпределение на абсорбираната 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 взаимодействие на различни видове радиация с материята. Използвайки експериментални методи, ситуациите на лечение се симулират с измервания в тъканно-еквивалентни фантоми.
Целите 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 (с цел радиационна безопасност на пациенти и персонал);
Извършване на абсолютна калибровка на детектори за клинична дозиметрия;
Извършване експериментални изследваниянови терапевтични техники за облъчване.
Основните понятия и величини на клиничната дозиметрия са погълната доза, дозово поле, дозиметричен фантом, цел.
Доза йонизиращо лъчение: 1) мярка за радиация, получена от облъчен обект, абсорбираната доза йонизиращо лъчение;
2) количествени характеристики на радиационното поле - експозиционна доза и керма.
Абсорбирана дозае основното дозиметрично количество, което е равно на съотношението на средната енергия, предадена от йонизиращо лъчение на вещество в елементарен обем, към масата на веществото в този обем:
където D е погълнатата доза,
E - средна енергия на излъчване,
m е масата на веществото на единица обем.
Единицата SI за погълната доза радиация е Грей (Gy) в чест на английския учен Л. Н. Грей, известен с работата си в областта на радиационната дозиметрия. 1 Gy е равна на погълнатата доза йонизиращо лъчение, при което енергията на йонизиращото лъчение, равна на 1 J, се предава на вещество с тегло 1 kg.На практика извънсистемната единица погълната доза - rad (погълната доза на лъчение) също е често срещано. 1 rad = 10 2 J/kg = 100 erg/g = 10 2 Gyили 1 Gy = 100 rad.
Погълнатата доза зависи от вида, интензивността на лъчението, неговия енергиен и качествен състав, времето на облъчване, както и от състава на веществото. Колкото по-дълго е времето на облъчване, толкова по-голяма е дозата на йонизиращото лъчение. Увеличението на дозата за единица време се нарича мощност на дозата,който характеризира скоростта на натрупване на дозата йонизиращо лъчение. Допуска се 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, изграждащи веществото. При едни и същи условия на облъчване той обикновено е по-висок при тежките вещества, отколкото при леките вещества. Например в едно и също рентгеново поле погълнатата доза в костите е по-голяма, отколкото в меките тъкани.
В областта на неутронното лъчение основният фактор, определящ формирането на погълнатата доза, е ядреният състав на веществото, а не атомният номер на елементите, изграждащи биологичната тъкан. За меките тъкани абсорбираната доза неутронно лъчение до голяма степен се определя от взаимодействието на неутроните с ядрата на въглерода, водорода, кислорода и азота. Погълнатата доза в биологично вещество зависи от енергията на неутрона, тъй като неутроните с различни енергии селективно взаимодействат с ядрата на веществото. В този случай могат да се появят заредени частици, γ-лъчение и да се образуват радиоактивни ядра, които сами стават източници на йонизиращо лъчение.
По този начин абсорбираната доза по време на неутронно облъчване се формира от енергията на вторични йонизиращи частици от различно естество, произтичащи от взаимодействието на неутрони с материята.
Поглъщането на радиационна енергия предизвиква процеси, водещи до различни радиобиологични ефекти. За конкретен вид радиация, изходът от радиационно-индуцирани ефекти по определен начин
е свързано с погълнатата радиационна енергия, често проста пропорционална зависимост. Това позволява дозата на радиация да се приеме като количествена мярка за въздействието на радиацията, по-специално върху живия 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 облъчваното вещество. Енергията, предадена от заредена частица на единица дължина на нейния път в материята, се нарича линеен пренос на енергия (LET).Има редки йонизиращи (LET)< 10 кэВ/мкм) и плотноионизирующие (ЛПЭ >10 keV/µm) видове радиация.
Биологичните ефекти, които възникват от различни видове йонизиращо лъчение, обикновено се сравняват с подобни ефекти, които се появяват в рентгеново поле с гранична фотонна енергия от 200 keV, което се приема за пример.
RBE коефициентопределя съотношението на погълнатата доза стандартно лъчение, което предизвиква определен биологичен ефект, към погълнатата доза на дадено лъчение, което дава същия ефект.
където D x е дозата на даден вид радиация, за която се определя RBE, D R е дозата на стандартното рентгеново лъчение.
Въз основа на данните от RBE, различните видове йонизиращи лъчения се характеризират с тяхната радиационна излъчвателна способност.
Радиационен тегловен коефициент (радиационна излъчвателна способност)- безразмерен коефициент, с който трябва да се умножи погълнатата доза радиация в орган или тъкан за изчисляване еквивалентна дозарадиация, за да се вземе предвид ефективността на различните видове радиация. Концепцията за еквивалентна доза се използва за оценка на биологичния ефект на радиацията, независимо от вида на радиацията, която е необходима за целите на радиационната защита на персонала, работещ с източници на йонизиращо лъчение, както и на пациентите по време на радиологични изследвания и лечение.
Еквивалентна дозасе определя като средната погълната доза в орган или тъкан, като се вземе предвид средният радиационен тегловен коефициент.
където H е еквивалентната погълната доза,
W R е коефициентът на радиационно тегло, установен понастоящем от стандартите за радиационна безопасност.
Единицата SI за еквивалентна доза е Сиверт (Sv)- на името на шведския учен Р. М. Сиверт, първият председател на Международната комисия по радиологична защита (ICRP). Ако в последната формула погълнатата радиационна доза (D) е изразена в Грей, тогава еквивалентната доза ще бъде изразена в Сиверт. 1 Sv е равна на еквивалентната доза, при която произведението от 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 несистемна единица еквивалентна доза - рем(1 Sv = 100 rem), ако в същата формула погълнатата доза радиация се изрази в рад.
Теглови коефициенти за отделните видове радиация при изчисляване на еквивалентна 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 сумата от произведенията на еквивалентната доза в орган или тъкан по съответния тегловен коефициент (коефициент на тегло) за най-важните човешки органи:
където Е е ефективната еквивалентна доза,
N T - еквивалентна доза в орган или тъкан T,
W T - тегловен коефициент за орган или тъкан T.
Единицата SI за еквивалент на ефективна доза е сиверт (Sv).
За дозиметрични характеристики на полето на фотонно-йонизиращото лъчение се използва експозиционна доза.Това е мярка за йонизиращата способност на фотонното лъчение във въздуха. SI единица доза експозиция - Висулка 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 актове на абсорбция и разсейване на фотони,
Когато използват напълно обхвата си във въздуха, те образуват йони с общ заряд от същия знак, равен на 1 кулон.
На практика често се използва единица доза за несистемна експозиция Рентгенова снимка (R)- кръстен на немския физик Рентген (W. K. Rontgen): 1 P = 2,58 x10 -4 С/кг.
Дозата на експозиция 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 експозиционна доза от 1 R, погълнатата доза в меките тъкани в същото радиационно поле е приблизително 1 rad.
Познавайки дозата на облъчване, е възможно 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 даден режим на облъчване.
В момента по-често се използва като дозиметрична величина, характеризираща радиационното поле керма(KERMA е съкращение от израза: Кинетична енергия, освободена в материала). 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 взаимодействие на лъчение с това вещество. При определени условия кермата е равна на погълнатата радиационна доза. За фотонно лъчение във въздуха това е енергийният еквивалент на експозиционната доза. Размерът на керма е същият като абсорбираната доза, изразена в J/kg.
По този начин понятието „доза на облъчване“ е необходимо за оценка на нивото на дозата, генерирана от източник на радиация, както и за наблюдение на режима на облъчване. Понятието „абсорбирана доза“ се използва при планиране на лъчева терапия с цел постигане на желания ефект (Таблица 2.1).
Дозово поле- това е пространственото разпределение на погълнатата доза (или нейната мощност) в облъчената част от тялото на пациента, тъканно-еквивалентна среда или дозиметричен фантом, който моделира тялото на пациента според физическите ефекти от взаимодействието на радиацията с материята , формата и размера на органите и тъканите и техните анатомични връзки. Информацията за дозовото поле се представя под формата на криви, свързващи точки с равни стойности (абсолютни или относителни) на погълнатата доза. Такива криви се наричат изодози,и техните семейства - с изодозни карти. Погълнатата доза във всяка точка от дозовото поле може да се приеме като конвенционална единица (или 100%), по-специално максималната погълната доза, която трябва да съответства на целта, която ще бъде облъчена (т.е. зоната, покриваща клинично открития тумор и очакваната зона на разпространението му).
Физическите характеристики на полето на облъчване се характеризират с различни параметри. Броят на частиците, които проникват в средата, се нарича влияние.Сумата от всички проникващи частици и частици, разпръснати в дадена среда, е потокйонизиращи частици, а съотношението поток към площ е плътност на потока.Под интензитет на радиация,или плътност на потока
Таблица 2.1. Основни радиационни величини и техните единици
енергия, разберете съотношението на енергийния поток към площта на даден обект. Интензитетът на излъчване зависи от плътността на потока на частиците. С изключение линеен трансфер на енергия (LET),характеризиращи средните енергийни загуби на частици (фотони), определят линейните йонизационна плътност (IID),броя йонни двойки на единица дължина на пътя (писта) на частица или фотон.
Формирането на дозовото поле зависи от вида и източника на радиация. При формиране на дозово поле за фотонно лъчение се взема предвид, че интензитетът на фотонното лъчение от точков източник пада в средата обратно пропорционално на квадрата на разстоянието до източника. При дозиметричното планиране се използва понятието средна йонизационна енергия, която включва енергията на директната йонизация и енергията на възбуждане на атомите, водеща до вторично излъчване, което също причинява йонизация. За фотонното лъчение средната йонизационна енергия е равна на средната йонизационна енергия на електроните, освободени от фотони.
Разпределението на дозата на лъча γ-лъчение е неравномерно. Областта на 100% изодоза има относително малка ширина и след това относителната доза пада по кривата доста стръмно. Размерът на полето на облъчване се определя от ширината на 50% от дозата. Когато се формира дозово поле от спирачно лъчение, има рязко намаляване на дозата на границата на полето, което се определя от малкия размер на фокусното 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 при облъчване с лъч на спирачно лъчение има предимства пред лъча γ-лъчение, тъй като дозите на облъчване на здрави органи и тъкани в близост до патологичния фокус са намалени (Таблица 2.2).
Таблица 2.2. 100%, 80% и 50% изодозна дълбочина при най-често използваните радиационни енергии
Забележка. Разстоянието източник-повърхност за апарата за рентгенова терапия е 50 cm; гама терапевтична - 80 см; линейни ускорители - 100 cm.
От данните в табл. Фигура 2.2 показва, че мегаволтовото лъчение, за разлика от ортоволтажното рентгеново лъчение, има максимална доза не на повърхността на кожата, дълбочината му се увеличава с увеличаване на енергията на лъчение (фиг. 13). След като електроните достигнат своя максимум, се наблюдава стръмен дозов градиент, което прави възможно намаляването на дозовото натоварване върху подлежащите здрави тъкани.
Протоните се отличават с липсата на разсейване на радиация в тялото и способността да забавят лъча на дадена дълбочина. В този случай, с дълбочината на проникване, линейната енергийна плътност (LED) се увеличава, абсорбираната доза се увеличава, достигайки максимум в края на пътя на частицата,
Ориз. 13.Разпределение на енергия различни видовеоблъчване 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 - с тормозно излъчване от 25 MeV; 4 - при облъчване с бързи електрони 17 MeV; 5 - при облъчване с протони от 190 MeV; 6 - при облъчване с бавни неутрони 100 keV
Фиг. 14.Връх Браг
Ориз. 15.Разпределение на дозата гама-лъчение от две отворени успоредни противоположни полета
така нареченият пик на Брег, където дозата може да бъде много по-голяма, отколкото на входа на лъча, със стръмен градиент на дозата зад пиковата вълна на Брег до почти 0 (фиг. 14).
Често по време на облъчване се използват паралелни противоположни полета (фиг. 15, вижте фиг. 16 на цветната вложка). При относително централно разположение на фокуса дозата от всяко поле обикновено е една и съща; ако областта на целевото местоположение е ексцентрична, променете съотношението на дозата 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, колкото по-малък е ъгълът между техните централни оси, толкова повече изравняване на изодозите се извършва с помощта на клина.
нови филтри, които правят възможно хомогенизирането на разпределението на дозата (виж Фиг. 17 на цветната вложка). За лечение на дълбоко разположени тумори обикновено се използват техники за облъчване с три и четири полета (фиг. 18).
В линеен ускорител на електрони се формира правоъгълно радиационно поле с различни размери с помощта на метални пръстени.
Ориз. 18.Разпределение на дозата гама-лъчение от три полета
лиматори, вградени в устройството. Допълнително оформяне на лъча се постига с помощта на комбинация от тези колиматори и специални блокове (набор от блокове от олово или сплав на Ууд с различни форми и размери), прикрепени към LUE след колиматорите. Блоковете покриват части от правоъгълното поле извън целевия обем и защитават тъканта извън целевите граници, като по този начин образуват полета със сложна конфигурация.
Най-новите линейни ускорители позволяват контрол върху позициите и движенията на полеобразуващи многолистови колиматори. Типичните многолистови колиматори имат от 20 до 80 или повече листа, подредени по двойки. Компютърното управление на позицията на голям брой тесни венчелистчета, плътно прилежащи едно към друго, позволява да се генерира поле с необходимата форма. Чрез поставяне на венчелистчетата в необходимата позиция се получава поле, което най-добре отговаря на формата на тумора. Корекциите на полето се правят чрез промени в компютърен 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, като ≥ 95% от този обем получава ≥ 95% от планираната доза. Друго необходимо условие е само 5% от обема на рисковите органи да могат да получат ≥ 60% от планираната доза.
Обикновено линейните ускорители имат дозиметър, чийто детектор е вграден в устройството за формиране на първичния лъч на спирачно лъчение, т.е. наблюдава се подаваната доза радиация. Мониторът на дозата често е дозирано калибриран в референтна точка, разположена на дълбочината на максимална йонизация.
Дозиметрично осигуряване на интракавитарни γ-терапевтични източници висока активностпредназначени за индивидуално формиране на разпределение на дозата, като се вземат предвид местоположението, степента на първичния тумор и линейните размери на кухината. При планиране могат да се използват изчислени данни под формата на атлас на мултипланарни изодозни разпределения, прикрепени към интракавитарни γ-терапевтични устройства, както и данни от системи за планиране за интракавитарни устройства, базирани на персонални компютри.
Наличието на компютърна система за планиране на контактна терапия позволява клиничен и дозиметричен анализ за всяка конкретна ситуация с избор на разпределение на дозата, което най-пълно съответства на формата и степента на първичната лезия, което позволява намаляване на интензивността на радиационното облъчване на околните. органи.
Преди използването на източници на радиация за контактна лъчева терапия се извършва предварителна дозиметрична сертификация, за която се използват клинични дозиметри и комплекти тъканно-еквивалентни фантоми.
За фантомни измервания на дозови полета се използват клинични дозиметри с малогабаритни йонизационни камери или други (полупроводникови, термолуминесцентни) детектори и анализатори.
дозово поле или изодосеграфи. Термолуминесцентните детектори (TLD) също се използват за наблюдение на абсорбираните дози при пациенти.
Дозиметрични уреди.Дозиметричните инструменти могат да се използват за измерване на дози от един вид радиация или смесена радиация. Радиометрите измерват активността или концентрацията на радиоактивни вещества.
В детектора на дозиметричното устройство се абсорбира радиационна енергия, което води до появата на радиационни ефекти, чиято величина се измерва с помощта на измервателни уреди. По отношение на измервателната апаратура детекторът е сигнален датчик. Показанията на дозиметричния уред се записват от изходно устройство (стрелъчни уреди, записващи устройства, електромеханични броячи, звукови или светлинни аларми и др.).
Въз основа на начина на работа дозиметричните устройства се делят на стационарни, преносими (могат да се носят само в изключено състояние) и носими. Дозиметрично устройство за измерване на дозата радиация, получена от всеки човек в зоната на облъчване, се нарича индивидуален дозиметър.
В зависимост от вида на детектора се различават йонизационни дозиметри, сцинтилационни дозиметри, луминесцентни дозиметри, полупроводникови дозиметри, фотодозиметри и др.
Йонизационна камерае устройство за изследване и запис 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 електродите на който се прилага потенциална разлика. Когато йонизиращите частици навлязат 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 записващо оборудване. Разграничете текущИ пулсйонизационни камери. В токовите йонизационни камери галванометърът измерва тока, създаден от електрони и йони. Текущите йонизационни камери предоставят информация за общия брой йони, образувани в рамките на 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 през съпротивлението, когато през него протича йонизационен ток, причинени от преминаването на всяка частица.
В йонизационните камери за изследване на γ-лъчение, йонизацията се причинява от вторични електрони, избити от атомите на газа или от стените на йонизационните камери. Колкото по-голям е обемът на йонизационните камери, толкова повече йони се образуват от вторични електрони, следователно йонизационните 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 отката (обикновено прото-
us), създадени от бързи неутрони или α-частици, протони или γ-кванти, възникващи 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 стенните вещества е избран по такъв начин, че при еднакви условия на облъчване да се осигури еднакво поглъщане на енергия (на единица маса) в камерата и биологичната тъкан. В дозиметричните инструменти камерите се пълнят с въздух за измерване на експозиционните дози. Пример за йонизационен дозиметър е микрорентгенметърът MRM-2, който осигурява диапазон на измерване от 0,01 до 30 µR/s за радиация с енергия на фотони от 25 keV до 3 MeV. Отчитанията се вземат с помощта на циферблат.
IN сцинтилацияВ дозиметричните инструменти светлинните проблясъци, възникващи в сцинтилатора под въздействието на радиация, се преобразуват с помощта на фотоумножител в електрически сигнали, които след това се записват от измервателно устройство. Сцинтилационните дозиметри се използват най-често в радиационната дозиметрия.
IN луминесцентнидозиметричните инструменти използват факта, че луминофорите са способни да натрупват погълната радиационна енергия и след това да я освобождават чрез луминесценция под въздействието на допълнително възбуждане, което се извършва или чрез нагряване на луминофора, или чрез облъчването му. Интензитетът на луминисцентната светлинна светкавица, измерен със специални устройства, е пропорционален на дозата радиация. В зависимост от механизма на луминесценция и метода на допълнително възбуждане има термолуминесцентен (TLD)И радиофотолуминесцентни дозиметри.Специална характеристика на луминесцентните дозиметри е възможността за съхраняване на информация за дозата.
Следващият етап в развитието на луминесцентните дозиметри бяха дозиметричните устройства, базирани на топлинна екзоелектронна емисия. Когато някои луминофори, предварително облъчени с йонизиращо лъчение, се нагряват, от повърхността им излитат електрони (екзоелектрони). Техният брой е пропорционален на дозата радиация във фосфорното вещество. Термолуминесцентните дозиметри са най-широко използвани в клиничната дозиметрия за измерване на дозата на пациент, в телесна кухина, а също и като индивидуални дозиметри.
полупроводник(кристални) дозиметри променят проводимостта в зависимост от мощността на дозата. Широко използван заедно с йонизационни дозиметри.
В Русия има радиационна метрологична служба, която извършва проверка на клинични дозиметри и дозиметрично сертифициране на радиационни устройства.
На етапа на дозиметрично планиране, като се вземат предвид данните от топометричната карта и клиничната задача, физическият инженер оценява разпределението на дозата. Разпределението на дозата, получено под формата на набор от изолинии (изодози), се нанася върху топометрична карта и служи за определяне на такива параметри на облъчване като размера на полето на облъчване, местоположението на централната точка на осите на облъчване лъчи и техните посоки.
Определят се единичната погълната доза и общата погълната доза и се изчислява времето на облъчване. Документът представлява протокол, съдържащ всички параметри на облъчване на конкретен пациент в избраната терапевтична инсталация.
При провеждане на брахитерапия устройството се използва заедно с подходящо 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 да се инжектират източници в тумора под ръководството на компютърна томография.
Радиационен лъч с необходимата форма и определени размери се формира с помощта на регулируема диафрагма, колимиращо устройство, сменяеми стандартни и индивидуални защитни блокове, клиновидни и компенсиращи филтри и болуси. Те позволяват да се ограничи зоната и полето на облъчване, да се увеличи градиентът на дозата в неговите граници, да се изравни разпределението на дозата йонизиращо лъчение в полето или, напротив, да се разпредели с необходимата неравномерност, да се създадат зони и полета, включително фигурни и многосвързани (с вътрешни екранирани зони).
За правилно възпроизвеждане и управление на индивидуалната програма за облъчване на пациента се използват устройства за визуализация на лъча, механични, оптични и лазерни центратори, стандартни и индивидуални скоби за обездвижване на пациента по време на облъчване, както и рентгенови и други интроскопични инструменти. Те са частично вградени в радиационната глава, пациентската маса и други части на апарата. Лазерните центратори са монтирани на стените на лечебната зала. Рентгеновите интроскопи се поставят в близост до терапевтичния лъч на подова или таванна стойка със скоби за регулиране в желаната позиция на пациента.
