Ionizirajuće zračenje je kombinacija raznih vrsta mikročestica i fizikalnih polja koja imaju sposobnost ioniziranja tvari, odnosno stvaranja u njoj električno nabijenih čestica – iona. Postoji nekoliko vrsta ionizirajućeg zračenja: alfa, beta, gama i neutronsko zračenje.
alfa zračenje
U stvaranju pozitivno nabijenih alfa čestica sudjeluju 2 protona i 2 neutrona, koji su dio jezgri helija. Alfa čestice nastaju tijekom raspada jezgre atoma i mogu imati početnu kinetičku energiju od 1,8 do 15 MeV. Karakteristične značajke alfa zračenja su visoka ionizirajuća i mala prodorna moć. Pri kretanju alfa čestice vrlo brzo gube energiju, a to uzrokuje činjenicu da ona nije dovoljna ni za prevladavanje tankih plastičnih površina. Općenito, vanjsko zračenje alfa česticama, ako ne uzmemo u obzir visokoenergetske alfa čestice dobivene akceleratorom, ne uzrokuje nikakvu štetu čovjeku, ali prodiranje čestica u tijelo može biti opasno po zdravlje, jer alfa radionuklidi imaju dugo vrijeme poluraspada i jako su ionizirani. Ako se progutaju, alfa čestice često mogu biti čak i opasnije od beta i gama zračenja.
beta zračenje
Nabijene beta čestice, čija je brzina bliska brzini svjetlosti, nastaju kao rezultat beta raspada. Beta zrake su prodornije od alfa zraka – mogu izazvati kemijske reakcije, luminescenciju, ionizirati plinove i utjecati na fotografske ploče. Kao zaštita od protoka nabijenih beta čestica (s energijom ne većom od 1 MeV) bit će dovoljno koristiti običnu aluminijsku ploču debljine 3-5 mm.
Fotonsko zračenje: gama zračenje i x-zrake
Fotonsko zračenje uključuje dvije vrste zračenja: rendgensko zračenje (može biti kočno i karakteristično) i gama zračenje.
Najčešći oblik fotonskog zračenja je vrlo visoka energija gama čestica ultrakratke valne duljine, koje su tok fotona visoke energije bez naboja. Za razliku od alfa i beta zraka, gama čestice se ne odbijaju magnetskim i električnim poljima i imaju puno veću prodornu moć. U određenim količinama i tijekom određenog trajanja izloženosti gama zračenje može uzrokovati radijacijsku bolest i dovesti do raznih onkoloških bolesti. Samo takvi teški kemijski elementi kao što su, na primjer, olovo, osiromašeni uran i volfram mogu spriječiti širenje toka gama čestica.
neutronsko zračenje
Izvor neutronskog zračenja mogu biti nuklearne eksplozije, nuklearni reaktori, laboratorijske i industrijske instalacije. Sami neutroni su električno neutralne, nestabilne (vrijeme poluraspada slobodnog neutrona je oko 10 minuta) čestice, koje zbog činjenice da nemaju naboj karakterizira velika prodorna moć s niskim stupnjem interakcije s materijom. Neutronsko zračenje je vrlo opasno, stoga se za zaštitu od njega koriste brojni posebni materijali, uglavnom koji sadrže vodik. Najbolje od svega je što neutronsko zračenje apsorbira obična voda, polietilen, parafin i otopine hidroksida teških metala.
Kako ionizirajuće zračenje utječe na tvari?
Sve vrste ionizirajućeg zračenja u određenoj mjeri utječu na razne tvari, ali je najizraženije kod gama čestica i neutrona. Dakle, s produljenom izloženošću, oni mogu značajno promijeniti svojstva različitih materijala, promijeniti kemijski sastav tvari, ionizirati dielektrike i imati destruktivan učinak na biološka tkiva. Prirodna radijacijska pozadina neće donijeti puno štete osobi, međutim, pri rukovanju umjetnim izvorima ionizirajućeg zračenja treba biti vrlo oprezan i poduzeti sve potrebne mjere kako bi se razina izloženosti zračenju na tijelu smanjila.
Fotonsko zračenje (također je gama, također je rendgensko, također je kočno, također je karakteristično). Zapravo, to su nazivi istog ukupnog zračenja - fotona, samo pri različitim energijama fotona i dobivenih na različite načine.
Kada X-zrake prolaze kroz neku čvrstu, tekuću ili plinovitu tvar, stupaju u interakciju s elektronima, vrlo velike krutosti, i s jezgrama atoma elemenata koji čine tvar, a pritom gube dio svoje energije zbog do:
1) prava apsorpcija, t.j. pretvaranje njihove energije u druge vrste energije;
2) raspršivanje, t.j. mijenja smjer širenja zraka bez promjene duljine i s promjenom valne duljine.
Primarni elementarni procesi prave apsorpcije X-zraka, t.j. pretvorba njihove energije u kinetičku energiju elektrona je:
a) fotoelektrični efekt - izvlačenje elektrona iz atoma apsorbirajuće tvari i prenošenje kinetičke energije na njih (fotoelektrična apsorpcija);
b) Comptonov efekt – koherentno i nekoherentno raspršenje, t.j. s promjenom valne duljine i prijenosom dijela energije na elektron koji se raspršuje; Comptonov efekt zvano elastično raspršenje kratkovalnog elektromagnetskog zračenja (rendgenskog i? zračenja) na slobodnim (ili slabo vezanim) elektronima tvari, praćeno povećanjem valne duljine.
c) formiranje elementarnih parova naboja – elektrona i pozitrona – i prijenos kinetičke energije na njih. Formiranje elektron-pozitronskih parova ima odlučujuću ulogu u apsorpciji visokoenergetskih gama zraka materijom, a također, zajedno s kočnim zrakama, u nastanku takozvanih elektronsko-fotonskih pljuskova u kozmičkim zrakama. Procesi anihilacije (proizvodnja para elektron-pozitron fotonom) i proizvodnje parova drugih čestica našli su primjenu u znanstvenim istraživanjima. Dakle, raspodjela fotona koji nastaju tijekom anihilacije po njihovim kutovima ekspanzije omogućuje pronalaženje raspodjele brzina elektrona u metalima (budući da vjerojatnost anihilacije pozitrona u tvari jako ovisi o relativnoj brzini pozitrona i elektrona uključenog u toplinsko gibanje). Poznavanje ove raspodjele potrebno je, na primjer, za izračunavanje specifičnog toplinskog kapaciteta metala pri vrlo niskim temperaturama. Drugi primjer: stvaranjem parova elektron-pozitron može se dobiti informacija o visokoenergetskim fotonima koji nastaju u reakciji. Foton se, kao i svaka druga nenabijena čestica, ne može promatrati izravno, jer ne ostavlja vidljivi trag u detektorima čestica, kao što su komora u oblaku, komora s mjehurićima, nuklearna fotografska emulzija itd., te o njegovoj energiji, impulsu , a i o samoj činjenici njegovog nastanka može se prepoznati samo po paru koji proizvodi (a za foton niže energije, po Comptonovom povratnom elektronu, vidi Comptonov efekt).
Fotonski IR uključuje zračenje radioaktivnih tvari, karakteristično i kočno zračenje koje stvaraju različiti akceleratori. LPI fotonskog zračenja je najniži (1-2 para iona na 1 cm 3 zraka), što određuje njegovu visoku prodornu sposobnost (duljina puta u zraku je nekoliko stotina metara).
-radijacija nastaje tijekom radioaktivnog raspada. Prijelaz jezgre iz pobuđenog u osnovno stanje popraćen je emisijom a -kvanta s energijama od 10 keV do 5 MeV. Glavni terapijski izvori - zračenja su - uređaji (puške).
Rendgen s kočnim zrakama nastaje zbog ubrzanja i oštrog usporavanja elektrona u vakuumskim sustavima raznih akceleratora i razlikuje se od rendgenskih zraka po višoj energiji fotona (od jednog do desetak MeV).
Kada fotonski tok prolazi kroz tvar, on je oslabljen kao rezultat sljedećih interakcijskih procesa (vrsta interakcije fotona s atomima tvari ovisi o energiji fotona):
Klasično (koherentno ili Thompsonovo raspršivanje) - za fotone s energijom od 10 do 50-100 keV. Relativna učestalost ovog učinka je mala. Događa se interakcija, koja nema značajnu ulogu, budući da se kvant incidenta, sudarajući se s elektronom, odbija, a njegova energija se ne mijenja.
Fotoelektrična apsorpcija (fotoelektrični efekt) - pri relativno niskim energijama - od 50 do 300 keV (ima značajnu ulogu u rendgenskoj terapiji). Upadni kvant izbacuje orbitalni elektron iz atoma, sam se apsorbira, a elektron, malo promijenivši smjer, odleti. Ovaj pobjegli elektron naziva se fotoelektron. Dakle, energija fotona se troši na rad elektrona i na davanje kinetičke energije.
Comptonov efekt (nekoherentno raspršenje) - javlja se pri energiji fotona od 120 keV do 20 MeV (tj. gotovo cijeli spektar terapije zračenjem). Upadni kvant izbacuje elektron iz vanjske ljuske atoma, prenoseći dio energije na njega i mijenja njegov smjer. Elektron izleti iz atoma pod određenim kutom, a novi kvant se od prvotnog razlikuje ne samo po drugačijem smjeru gibanja, već i po nižoj energiji. Rezultirajući kvant će neizravno ionizirati medij, a elektron - izravno.
Proces stvaranja parova elektron-pozitron - kvantna energija mora biti veća od 1,02 MeV (dvostruka energija mirovanja elektrona). Ovaj mehanizam se mora uzeti u obzir kada je pacijent zračen snopom visokoenergetskog kočnog zračenja, tj. na visokoenergetskim linearnim akceleratorima. U blizini jezgre atoma, upadni kvant doživljava ubrzanje i nestaje, pretvarajući se u elektron i pozitron. Pozitron se brzo spaja s nadolazećim elektronom i dolazi do procesa anihilacije (međusobne anihilacije), a umjesto njih pojavljuju se dva fotona od kojih je energija svakog od pola energije izvornog fotona. Tako se energija primarnog kvanta pretvara u kinetičku energiju elektrona i u energiju anihilacijskog zračenja.
Fotografija nuklearno preuzimanje - kvantna energija mora biti veća od 2,5 MeV. Jezgra atoma apsorbira foton, zbog čega jezgra prelazi u pobuđeno stanje i može ili odustati od elektrona ili se raspasti. Tako nastaju neutroni.
Kao rezultat navedenih procesa interakcije fotonskog zračenja s materijom, nastaje sekundarno fotonsko i korpuskularno zračenje (elektroni i pozitroni). Ionizacijska sposobnost čestica je mnogo veća od sposobnosti fotonskog zračenja.
Prostorno slabljenje fotonskog snopa događa se prema eksponencijalnom zakonu (zakon inverznog kvadrata): intenzitet zračenja obrnuto je proporcionalan kvadratu udaljenosti do izvora zračenja.
Zračenje u energetskom području od 200 keV do 15 MeV našlo je najširu primjenu u liječenju malignih novotvorina. Velika moć prodiranja omogućuje prijenos energije do duboko smještenih tumora. To oštro smanjuje izloženost zračenju kože i potkožnog tkiva, što vam omogućuje da dovedete potrebnu dozu do lezije bez oštećenja zračenja na tim područjima tijela (za razliku od mekih rendgenskih zraka). S povećanjem energije fotona iznad 15 MeV povećava se rizik od oštećenja tkiva zračenjem na izlazu iz snopa.
Sva ionizirajuća zračenja dijele se na fotonska i korpuskularna.
Fotonsko ionizirajuće zračenje uključuje:
- a) Y-zračenje emitirano tijekom raspada radioaktivnih izotopa ili anihilacije čestica. Gama zračenje je po svojoj prirodi kratkovalno elektromagnetno zračenje, t.j. struja visokoenergetskih kvanta elektromagnetske energije, čija je valna duljina mnogo manja od međuatomskih udaljenosti, t.j. y
- b) Rentgensko zračenje koje nastaje kada se kinetička energija nabijenih čestica smanji i/ili kada se promijeni energetsko stanje elektrona atoma.
Korpuskularno ionizirajuće zračenje sastoji se od struje nabijenih čestica (alfa, beta čestica, protona, elektrona), čija je kinetička energija dovoljna za ioniziranje atoma u sudaru. Neutroni i druge elementarne čestice ne proizvode izravno ionizaciju, ali u procesu interakcije s medijem oslobađaju nabijene čestice (elektrone, protone) koje mogu ionizirati atome i molekule medija kroz koji prolaze:
a) neutroni - jedine nenabijene čestice nastale u nekim reakcijama fisije jezgri atoma urana ili plutonija. Budući da su te čestice električno neutralne, prodiru duboko u bilo koju tvar, uključujući živa tkiva. Posebnost neutronskog zračenja je njegova sposobnost pretvaranja atoma stabilnih elemenata u njihove radioaktivne izotope, t.j. stvaraju inducirano zračenje, što dramatično povećava opasnost od neutronskog zračenja. Probojna snaga neutrona je usporediva s Y-zračenjem. Ovisno o razini nošene energije, uvjetno se razlikuju brzi neutroni (s energijama od 0,2 do 20 MeV) i toplinski neutroni (od 0,25 do 0,5 MeV). Ova razlika se uzima u obzir prilikom provođenja zaštitnih mjera. Brze neutrone usporavaju, gubeći energiju ionizacije, tvari male atomske težine (tzv. one koje sadrže vodik: parafin, voda, plastika itd.). Toplinske neutrone apsorbiraju materijali koji sadrže bor i kadmij (borni čelik, boral, borov grafit, legura kadmija i olova).
Alfa, beta i gama čestice imaju energiju od samo nekoliko megaelektronvolti i ne mogu stvoriti inducirano zračenje;
- b) beta čestice - elektroni emitirani tijekom radioaktivnog raspada nuklearnih elemenata srednje ionizirajuće i prodorne moći (trčanje u zraku do 10-20 m).
- c) alfa čestice - pozitivno nabijene jezgre atoma helija, a u svemiru i atoma drugih elemenata, emitirane tijekom radioaktivnog raspada izotopa teških elemenata - urana ili radija. Imaju nisku sposobnost prodiranja (trčanje u zraku - ne više od 10 cm), čak im je i ljudska koža nepremostiva prepreka. Opasne su samo kada uđu u tijelo, jer su u stanju izbaciti elektrone iz ljuske neutralnog atoma bilo koje tvari, pa tako i ljudskog tijela, i pretvoriti ga u pozitivno nabijeni ion sa svim posljedicama koje iz toga proizlaze. raspravljati kasnije. Dakle, alfa čestica s energijom od 5 MeV tvori 150 000 parova iona.
Riža. jedan
Kvantitativni sadržaj radioaktivnog materijala u ljudskom tijelu ili tvari definiran je pojmom "aktivnost radioaktivnog izvora" (radioaktivnost). Jedinica radioaktivnosti u SI sustavu je bekerel (Bq), što odgovara jednom raspadu u 1 s. Ponekad se u praksi koristi stara jedinica aktivnosti, curie (Ci). To je aktivnost takve količine tvari u kojoj se 37 milijardi atoma raspadne u 1 sekundi. Za prijevod se koristi sljedeća ovisnost: 1 Bq = 2,7 x 10 Ci ili 1 Ki = 3,7 x 10 Bq.
Svaki radionuklid ima nepromjenjivo, jedinstveno vrijeme poluraspada (vrijeme potrebno da tvar izgubi polovicu svoje aktivnosti). Primjerice, za uran-235 to je 4.470 godina, dok je za jod-131 samo 8 dana.
Ionizirajuće zračenje se uvjetno može podijeliti na fotonsko i korpuskularno. Fotonsko zračenje je elektromagnetske vibracije, do korpuskularnog protok čestica. Koncepti "elektromagnetskog", "kvantnog", "fotonskog" zračenja mogu se smatrati ekvivalentnim.
Vrsta interakcije fotona s atomima tvari ovisi o energiji fotona. Za mjerenje energije i mase mikročestica koristi se izvansistemska jedinica energije - elektron-volt. 1 eV je kinetička energija koju dobiva čestica koja nosi jedan elementarni naboj pod djelovanjem razlike potencijala od 1 V. 1 eV = 1,6 x 10 19 J. Višestruke jedinice: 1 keV = 10 3 eV; 1 MeV = 10 6 eV.
Prema suvremenim konceptima, nabijene čestice (α-, β-čestice, protoni itd.) ioniziraju materiju izravno, dok neutralne čestice (neutroni) i elektromagnetski valovi (fotoni) ioniziraju posredno. Protok neutralnih čestica i elektromagnetski valovi, u interakciji s materijom, uzrokuju stvaranje nabijenih čestica koje ioniziraju medij.
2.1. FOTONO I KORPUSKULARNO ZRAČENJE
elektromagnetska radijacija. Terapija zračenjem koristi rendgensko zračenje iz uređaja za rendgensku terapiju, gama zračenje iz radionuklida i visokoenergetsko zračenje kočnog zraka (X-zračenje).
rendgensko zračenje- fotonsko zračenje, koje se sastoji od kočnog zračenja i (ili) karakterističnog zračenja.
Bremsstrahlung- kratkovalno elektromagnetsko zračenje koje proizlazi iz promjene brzine (kočenja) nabijenih čestica pri interakciji s atomima kočne tvari (anode). Valne duljine kočionog rendgenskog zračenja ne ovise o atomskom broju retardantne tvari, već su određene samo energijom ubrzanih elektrona. Spektar kočnog zraka je kontinuiran, s maksimalnom energijom fotona jednakom kinetičkoj energiji čestica koje usporavaju.
Karakteristično zračenje nastaje kada se promijeni energetsko stanje atoma. Kada se elektron izbije iz unutarnje ljuske
atom elektronom ili fotonom, atom prelazi u pobuđeno stanje, a oslobođeno mjesto zauzima elektron iz vanjske ljuske. U tom slučaju, atom se vraća u svoje normalno stanje i emitira kvant karakterističnog rendgenskog zračenja s energijom jednakom razlici energije na odgovarajućim razinama. Karakteristično zračenje ima linearni spektar s valnim duljinama određenim za danu tvar, koje su, kao i intenzitet linija karakterističnog rendgenskog spektra, određene atomskim brojem elementa Z i elektronskom strukturom atoma.
Intenzitet kočnog zračenja obrnuto je proporcionalan kvadratu mase nabijene čestice i izravno proporcionalan kvadratu atomskog broja tvari u čijem polju se nabijene čestice usporavaju. Stoga se za povećanje prinosa fotona koriste relativno lagane nabijene čestice - elektroni i tvari s velikim atomskim brojem (molibden, volfram, platina).
Izvor rendgenskog zračenja za potrebe terapije zračenjem je rendgenska cijev rendgenskih terapijskih uređaja, koji se ovisno o razini generirane energije dijele na bliskofokusne i udaljene. Rentgensko zračenje uređaja za rentgensku terapiju bliskog fokusa stvara se pri anodnom naponu manjem od 100 kV, daljinski - do 250 kV.
Zaustavni zrak visoke energije, kao i rendgensko kočno zračenje, to je kratkovalno elektromagnetsko zračenje koje nastaje kada se brzina (usporavanje) nabijenih čestica mijenja pri interakciji s ciljnim atomima. Ova vrsta zračenja razlikuje se od X-zraka po visokoj energiji. Visokoenergetski izvori kočnog zračenja su linearni akceleratori elektrona - LUE s energijom kočnog zračenja od 6 do 20 MeV, kao i ciklički akceleratori - betatroni. Za dobivanje kočnog zraka visoke energije koristi se usporavanje naglo ubrzanih elektrona u vakuumskim sustavima akceleratora.
Gama zračenje- kratkovalno elektromagnetsko zračenje koje emitiraju pobuđene atomske jezgre tijekom radioaktivnih transformacija ili nuklearnih reakcija, kao i tijekom anihilacije čestice i antičestice (na primjer, elektrona i pozitrona).
Izvori gama zračenja su radionuklidi. Svaki radionuklid emitira γ-kvante svoje specifične energije. Radionuklidi se proizvode u akceleratorima i nuklearnim reaktorima.
Pod djelovanjem izvora radionuklida podrazumijeva se broj raspada atoma u jedinici vremena. Mjerenja se vrše u bekerelima (Bq). 1 Bq je aktivnost izvora, u kojoj se javlja 1 raspad u sekundi. Nesistemska jedinica aktivnosti je Curie (Ci). 1 Ki \u003d 3,7 x 10 10 Bq.
Izvori γ-zračenja za daljinsku i intrakavitarnu terapiju zračenjem su 60 Co i 137Cs. Lijekovi koji se najčešće koriste 60Co s prosječnom energijom fotona od 1,25 MeV (1,17 i 1,33 MeV).
Za intrakavitarnu terapiju zračenjem koristi se 60 Co,
137 Cs, 192 Ir.
Kada fotonsko zračenje stupi u interakciju s materijom, javljaju se fenomeni fotoelektričnog efekta, Comptonovog efekta i proces stvaranja parova elektron-pozitron.
fotoelektrični efekt sastoji se u interakciji gama kvanta s vezanim elektronom atoma (slika 10). Kod fotoelektrične apsorpcije svu energiju upadnog fotona apsorbira atom iz kojeg je elektron izbačen. Nakon emisije fotoelektrona u atomskoj ljusci nastaje slobodno mjesto. Prijelaz slabije vezanih elektrona na prazne razine praćen je oslobađanjem energije, koja se može prenijeti na jedan od elektrona gornje ljuske atoma, što dovodi do njegovog bijega iz atoma (Augerov efekt) ili transformacije u energija karakterističnog rendgenskog zračenja. Tako se tijekom fotoelektričnog efekta dio energije primarnog gama-kvanta pretvara u energiju elektrona (fotoelektrona i Augerovih elektrona), a dio se oslobađa u obliku karakterističnog zračenja. Atom koji je izgubio elektron pretvara se u pozitivan ion, a izbačeni elektron - fotoelektron - gubi energiju na kraju svog rada, spaja se s neutralnim atomom i pretvara ga u negativno nabijeni ion. Fotoelektrični efekt se javlja pri relativno niskim energijama - od 50 do 300 keV, koje se koriste u rendgenskoj terapiji.
sl.10. fotoelektrični efekt
Riža. jedanaest. Comptonov efekt
Comptonov efekt (nekoherentno raspršenje) javlja se pri energiji fotona od 120 keV do 20 MeV, odnosno kod svih vrsta ionizirajućeg zračenja koje se koristi u terapiji zračenjem. S Comptonovim efektom, upadni foton gubi dio svoje energije kao rezultat elastičnog sudara s elektronima i mijenja smjer početnog kretanja, a elektron trzanja (Comptonov elektron) biva izbačen iz atoma, koji dodatno ionizira tvari (slika 11).
Proces pretvaranja energije primarnog fotona u kinetičku energiju elektrona i pozitrona te u energiju anihilacijskog zračenja. Kvantna energija mora biti veća od 1,02 MeV (dvostruka energija mirovanja elektrona). Takva interakcija kvanta s materijom događa se kada su pacijenti zračeni visokoenergetskim linearnim akceleratorima visokoenergetskim kočnim snopom. Foton nestaje u Coulombovom polju jezgre (ili elektrona).
Riža. 12. Stvaranje parova elektron-pozitron
U ovom slučaju, cjelokupna energija upadnog fotona se prenosi na rezultirajući par minus energija mirovanja para. Elektroni i pozitroni koji nastaju u procesu apsorpcije gama zraka gube svoju kinetičku energiju kao rezultat ionizacije molekula medija, a kada se sretnu, anihiliraju emisijom dva fotona s energijom od 0,511 MeV svaki (sl. . 12).
Kao rezultat navedenih procesa interakcije fotonskog zračenja s materijom, nastaju sekundarno fotonsko i korpuskularno zračenje (elektroni i pozitroni). Ionizacijska sposobnost čestica je mnogo veća od sposobnosti fotonskog zračenja. Prilikom izmjenjivanja procesa stvaranja elektron-pozitronskih parova, kočnog zraka, u mediju nastaje ogroman broj fotona i nabijenih čestica, tzv. radijacijska lavina, koji se raspada sa smanjenjem energije svakog novonastalog fotona i čestica.
Interakcija X-zraka s tvari popraćena je njezinom ionizacijom i određena je dvama glavnim efektima – fotoelektričnom apsorpcijom i Comptonovim raspršenjem. Kod interakcije kočnog zraka visoke energije s materijom dolazi do Comptonovog raspršenja, kao i do stvaranja ionskih parova, budući da je energija fotona veća od 1,02 MeV.
Intenzitet fotonskog zračenja iz točkastog izvora varira u prostoru obrnuto s kvadratom udaljenosti.
Korpuskularno zračenje- strujanja nabijenih čestica: elektrona, protona, teških iona (na primjer, jezgre ugljika) s energijama od nekoliko stotina MeV, kao i neutralnih čestica - neutrona. Zračenje snopom čestica danas se naziva hadronskom terapijom. Hadronima (od grčke riječi hadros- "teški") uključuju nukleone, protone i neutrone koji su u njima, kao i π -mezoni itd. Izvori čestica su akceleratori i nuklearni reaktori. Ovisno o maksimalnoj energiji ubrzanih protona, akceleratori se uvjetno dijele na 5 razina, a akceleratori 5. razine s Ep > 200 MeV (tvornice mezona)
koristi se za proizvodnju pojedinačnih radionuklida. U pravilu je proizvodnja ovih radionuklida u ciklotronima različite razine nemoguća ili neučinkovita.
visokoenergetski snop elektrona generiraju isti akceleratori elektrona kao u proizvodnji kočnog zraka. Koriste se elektronski snopovi energije od 6 do 20 MeV. Visokoenergetski elektroni imaju veliku prodornu moć. Srednja slobodna putanja takvih elektrona u tkivima ljudskog tijela može doseći 10-20 cm.Snop elektrona, apsorbirajući se u tkivima, stvara dozno polje pri kojem se u blizini površine tijela formira ionizacijski maksimum. Iznad maksimuma ionizacije, doza opada prilično brzo. Na modernim linearnim akceleratorima moguće je regulirati energiju snopa elektrona i, sukladno tome, stvoriti potrebnu dozu na potrebnoj dubini.
Neutron je čestica koja nema naboj. Procesi interakcije neutrona (neutralnih čestica) s materijom ovise o energiji neutrona i atomskom sastavu tvari. Glavni učinak toplinskih (sporih) neutrona s energijom od 0,025 eV na biološko tkivo događa se pod djelovanjem protona koji nastaju u reakciji (n, p) i gube svu energiju na mjestu rođenja. Većina energije sporih neutrona troši se na pobuđivanje i cijepanje molekula tkiva. Gotovo sva energija brzih neutrona s energijama od 200 keV do 20 MeV gubi se u tkivu tijekom elastične interakcije. Daljnje oslobađanje energije događa se kao rezultat ionizacije medija povratnim protonima. Visoka linearna gustoća energije neutrona sprječava popravak ozračenih tumorskih stanica.
Druga vrsta izloženosti neutronima je terapija hvatanja neutrona, koja je binarna radioterapijska metoda koja kombinira dvije komponente. Prva komponenta je stabilni izotop bora 10 B, koji se, kada se primjenjuje kao dio lijeka, može akumulirati u stanicama određenih vrsta tumora mozga i melanoma. Druga komponenta je tok niskoenergetskih toplinskih neutrona. Teške visokoenergetski nabijene čestice nastale kao rezultat hvatanja toplinskog neutrona od strane jezgre 10 B (bor se raspada na atome litija i α-čestice) uništavaju samo stanice koje su u neposrednoj blizini atoma bora, gotovo bez utjecaja na susjedne normalne stanice. Osim bora, u terapiji hvatanja neutrona obećavaju pripravci s gadolinijem. Za duboko smještene tumore obećavajuće je korištenje epitermalnih neutrona u energetskom rasponu od 1 eV - 10 keV, koji imaju veliku prodornu moć i, usporavajući tkiva na toplinske energije, omogućuju provođenje terapije hvatanjem neutrona. tumori koji se nalaze na dubini do 10 cm Dobivanje visokih tokova toplinskih i epitermalnih neutrona provodi se pomoću nuklearnog reaktora.
Proton je pozitivno nabijena čestica. Koristi se metoda ozračivanja na "Braggovom vrhu", kada se na kraju trčanja oslobađa maksimalna energija nabijenih čestica i lokalizira se u ograničenom volumenu zračenja.
moj tumor. Kao rezultat, na površini tijela i u dubini ozračenog objekta nastaje veliki gradijent doze, nakon čega dolazi do oštrog slabljenja energije. Promjenom energije snopa moguće je s velikom točnošću promijeniti mjesto njegovog potpunog zaustavljanja u tumoru. Koriste se protonske zrake s energijom 70-200 MeV i tehnika višepoljskog zračenja iz različitih smjerova, pri čemu se integralna doza raspoređuje na veliku površinu površinskih tkiva. Tijekom ozračivanja na sinkrociklotronu na PNPI (Peterburški institut za nuklearnu fiziku) koristi se fiksna energija ekstrahiranog protonskog snopa - 1000 MeV i tehnika kontinuiranog zračenja. Protoni tako visoke energije lako prolaze kroz ozračeni objekt, stvarajući jednoliku ionizaciju na svom putu. U tom slučaju dolazi do malog raspršenja protona u tvari, stoga uska protonska zraka s oštrim granicama formiranim na ulazu ostaje praktički ista uska u zoni zračenja unutar objekta. Kao rezultat kontinuiranog zračenja u kombinaciji s tehnikom rotacijskog zračenja, osigurava se vrlo visok omjer doze u zoni zračenja prema dozi na površini objekta - oko 200:1. Uski protonski snop dimenzija poluintenziteta 5-6 mm koristi se za liječenje raznih bolesti mozga, kao što su arteriovenske malformacije mozga, adenomi hipofize itd. ioni ugljika ispostavilo se da je nekoliko puta veći u Braggovom vrhu nego kod protona. Dolazi do višestrukih dvostrukih lomova spirale DNA atoma ozračenog volumena, koji se nakon toga više ne mogu obnoviti.
π -Mezoni- elementarne čestice bez spina s masom čija je vrijednost srednja između masa elektrona i protona. π-mezoni s energijama od 25-100 MeV prolaze skroz u tkivo praktički bez nuklearnih interakcija, a na kraju rada ih zarobljavaju jezgre atoma tkiva. Čin apsorpcije π-mezona prati izlazak iz uništene jezgre neutrona, protona, α-čestica, iona Li, Be i dr. Visoka cijena tehnološke potpore procesa dosad je sprječavala aktivno uvođenje adron terapije u kliničku praksu.
Prednosti korištenja visokoenergetskog zračenja za liječenje malignih tumora lociranih u dubini su, s povećanjem energije, povećanje duboke doze i smanjenje površinske doze, veća prodorna moć s povećanjem relativne duboke doze, te manja razlika između apsorbirane doze u kostima i mekim tkivima. U prisutnosti linearnog akceleratora ili betatrona, nema potrebe za odlaganjem radioaktivnog izvora, kao kod uporabe radionuklida.
Prilikom provođenja brahiterapije, sistemske radionuklidne terapije, koriste se radionuklidi koji emitiraju α-, β-, γ, kao i izvori s miješanim, na primjer, γ- i neutronskim (n) zračenjem.
α -Radijacija- korpuskularno zračenje, koje se sastoji od 4 He jezgre (dva protona i dva neutrona), emitirano tijekom radioaktivnog raspada jezgri ili tijekom nuklearnih reakcija, transformacija. α-čestice se emitiraju tijekom radioaktivnog raspada elemenata težih od olova ili nastaju u nuklearnom
reakcije. α-čestice imaju visoku ionizirajuću sposobnost i nisku prodornu moć, nose dva pozitivna naboja.
Radionuklid 225 Ac s poluživotom od 10,0 dana u kombinaciji s monoklonskim antitijelima koristi se za radioimunoterapiju tumora. Ubuduće će se za ove svrhe koristiti radionuklid od 149 Tb s poluživotom od 4,1 sat.
β -Radijacija- korpuskularno zračenje s kontinuiranim energetskim spektrom, koje se sastoji od negativno ili pozitivno nabijenih elektrona ili pozitrona (β - ili β + čestice) i koje proizlazi iz radioaktivnog β-raspada jezgre ili nestabilnih čestica. β-emiteri se koriste u liječenju malignih tumora čija lokalizacija omogućuje izravan kontakt s tim lijekovima.
Izvori β-zračenja su 106 Ru, β - emiter s energijom 39,4 keV i poluživotom od 375,59 dana, 106 Rh, β - -emiter s energijom 3540,0 keV i poluživotom od 29,8 s. Oba β-emitera 106 Ru + 106 Rh uključena su u setove oftalmoloških aplikatora.
β - -Emiter 32 P s energijom od 1,71 MeV i poluživotom od 14,2 dana koristi se u kožnim aplikatorima za liječenje površinskih bolesti. Radionuklid 89 Sr je praktički čisti β-emiter s poluživotom od 50,6 dana i prosječnom energijom β-čestica od 1,46 MeV. Za palijativno liječenje koštanih metastaza koristi se otopina 89 Sr - klorida.
153 Sm s energijama β-zračenja od 203,229 i 268 keV i s energijama γ-zračenja od 69,7 i 103 keV, poluživot od 46,2 h dio je domaćeg lijeka samarij-oksabifora, namijenjenog djelovanju i na metastaze u kostima. koristi se u bolesnika s jakim bolovima u zglobovima s reumatizmom.
90 Y, s poluživotom od 64,2 sata i maksimalnom energijom od 2,27 MeV, koristi se za razne terapijske primjene, uključujući radioimunoterapiju označenim antitijelima, liječenje tumora jetre i reumatoidnog artritisa.
Radionuklid 59 Fe kao dio tabletiranog radiofarmaka koristi se u Ruskom znanstvenom centru za rentgensku radiologiju (Moskva) za liječenje pacijenata s rakom dojke. Princip djelovanja lijeka, prema autorima, je raspodjela željeza protokom krvi, selektivno nakupljanje u stanicama tumorskog tkiva i izlaganje β-zračenju. 67 Cu s poluživotom od 2,6 dana kombinira se s monoklonskim antitijelima za radioimunu terapiju tumora.
186 Re u pripravku (renijev sulfid) s poluživotom od 3,8 dana koristi se za liječenje bolesti zglobova, a za endovaskularnu brahiterapiju koriste se balon kateteri s otopinom natrijevog perhenata. Vjeruje se da postoji perspektiva za korištenje β + -emitera 48 V s poluživotom od 16,9 dana za intrakoronarnu brahiterapiju korištenjem arterijskog stenta izrađenog od legure titana i nikla.
131 I se koristi u obliku otopina za liječenje bolesti štitnjače. 131 I se raspada emisijom složenog spektra β- i γ-zračenja. Ima poluživot od 8,06 dana.
Emiteri X-zraka i Augerovih elektrona uključuju 103 Pd s poluživotom od 16,96 dana i 111 In s poluživotom od 2,8 dana. 103 Pd u obliku zatvorenog izvora u titanskoj kapsuli koristi se u brahiterapiji tumora. 111 In se koristi u radioimunoterapiji korištenjem monoklonskih antitijela.
125 I, koji je γ-emiter (vrsta nuklearne transformacije - hvatanje elektrona s transformacijom joda u telurij i oslobađanjem γ-kvanta), koristi se kao zatvoreni mikroizvor za brahiterapiju. Poluživot - 60,1 dana.
mješovitiγ+ neutronsko zračenje svojstveno je 252 Cf s poluživotom od 2,64 godine. Koristi se za kontaktno zračenje, uzimajući u obzir neutronsku komponentu, u liječenju visokorezistentnih tumora.
2.2. KLINIČKA DOZIMETRIJA
Klinička dozimetrija- dio dozimetrije ionizirajućeg zračenja, koji je sastavni dio terapije zračenjem. Glavni zadatak kliničke dozimetrije je odabir i potkrijepljenje sredstava ozračivanja koja osiguravaju optimalnu prostornu i vremensku raspodjelu apsorbirane energije zračenja u tijelu ozračenog bolesnika i kvantitativni opis te raspodjele.
Klinička dozimetrija koristi računske i eksperimentalne tehnike. Metode proračuna temelje se na već poznatim fizikalnim zakonima interakcije različitih vrsta zračenja s materijom. Uz pomoć eksperimentalnih metoda modeliraju se situacije liječenja mjerenjima u fantomima ekvivalentnim tkivu.
Zadaci kliničke dozimetrije su:
Mjerenje karakteristika zračenja snopova terapeutskog zračenja;
Mjerenje polja zračenja i apsorbiranih doza u fantomima;
Izravna mjerenja polja zračenja i apsorbiranih doza na pacijentima;
Mjerenje radijacijskih polja raspršenog zračenja u kanjonima s terapijskim instalacijama (za potrebe radijacijske sigurnosti pacijenata i osoblja);
Provođenje apsolutne kalibracije detektora za kliničku dozimetriju;
Provođenje eksperimentalnih studija novih terapijskih metoda zračenja.
Osnovni pojmovi i količine kliničke dozimetrije su apsorbirana doza, dozno polje, dozimetrijski fantom, cilj.
Doza ionizirajućeg zračenja: 1) mjera zračenja primljenog od ozračenog objekta, apsorbirana doza ionizirajućeg zračenja;
2) kvantitativna karakteristika polja zračenja - ekspozicijska doza i kerma.
Apsorbirana doza- ovo je glavna dozimetrijska veličina, koja je jednaka omjeru prosječne energije prenesene ionizirajućim zračenjem na tvar u elementarnom volumenu, prema masi tvari u ovom volumenu:
gdje je D apsorbirana doza,
E - prosječna energija zračenja,
m je masa tvari po jedinici volumena.
Gray (Gy) je usvojen kao jedinica apsorbirane doze zračenja u SI u čast engleskog znanstvenika L. H. Graya, poznatog po svom radu u području dozimetrije zračenja. 1 Gy jednak je apsorbiranoj dozi ionizirajućeg zračenja, pri kojoj se energija ionizirajućeg zračenja jednaka 1 J prenosi na tvar mase 1 kg. U praksi je izvansistemska jedinica apsorbirane doze, rad (apsorbirana doza zračenja ), također je uobičajeno. 1 rad \u003d 10 2 J / kg \u003d 100 erg / g \u003d 10 2 Gy ili 1 Gy = 100 rad.
Apsorbirana doza ovisi o vrsti, intenzitetu zračenja, njegovom energetskom i kvalitetnom sastavu, vremenu izlaganja, a također i o sastavu tvari. Doza ionizirajućeg zračenja je veća, što je vrijeme zračenja duže. Povećanje doze po jedinici vremena naziva se brzina doze, koji karakterizira brzinu akumulacije doze ionizirajućeg zračenja. Dopušteno je koristiti razne posebne jedinice (na primjer, Gy/h, Gy/min, Gy/s, itd.).
Doza fotonskog zračenja (rendgenskog i gama zračenja) ovisi o atomskom broju elemenata koji čine tvar. Pod istim uvjetima zračenja u teškim tvarima, u pravilu je više nego u plućima. Na primjer, u istom polju X-zraka, apsorbirana doza u kostima je veća nego u mekim tkivima.
U području neutronskog zračenja, glavni čimbenik koji određuje formiranje apsorbirane doze je nuklearni sastav tvari, a ne atomski broj elemenata koji čine biološko tkivo. Za meka tkiva, apsorbirana doza neutronskog zračenja uvelike je određena interakcijom neutrona s jezgrama ugljika, vodika, kisika i dušika. Apsorbirana doza u biološkoj tvari ovisi o energiji neutrona, budući da neutroni različitih energija selektivno djeluju s jezgrama tvari. U tom slučaju mogu se pojaviti nabijene čestice, γ-zračenje, kao i radioaktivne jezgre koje same postaju izvori ionizirajućeg zračenja.
Dakle, apsorbirana doza tijekom zračenja neutronima nastaje zbog energije sekundarnih ionizirajućih čestica različite prirode, koje su rezultat interakcije neutrona s materijom.
Apsorpcija energije zračenja uzrokuje procese koji dovode do različitih radiobioloških učinaka. Za određenu vrstu zračenja, učinak zračenja induciranih na određeni način
povezana je s apsorbiranom energijom zračenja, često jednostavnim proporcionalnim odnosom. To omogućuje da se doza zračenja uzme kao kvantitativna mjera za posljedice izlaganja, posebno na živi organizam.
Različite vrste ionizirajućeg zračenja pri istoj apsorbiranoj dozi imaju različit biološki učinak na tkiva živog organizma, što je određeno njihovom relativnom biološkom djelotvornošću – RBE.
RBE zračenja uglavnom ovisi o razlikama u prostornoj raspodjeli ionizacijskih događaja uzrokovanih korpuskularnim i elektromagnetskim zračenjem u ozračenoj tvari. Energija koju prenosi nabijena čestica po jedinici duljine svog puta u tvari naziva se linearni prijenos snage (LET). Postoje rijetke ionizirajuće (LEP)< 10 кэВ/мкм) и плотноионизирующие (ЛПЭ >10 keV/μm) vrste zračenja.
Biološki učinci koji se javljaju kod različitih vrsta ionizirajućeg zračenja obično se uspoređuju sa sličnim efektima koji se javljaju u polju X-zraka s graničnom energijom fotona od 200 keV, što se uzima kao primjer.
RBE koeficijent određuje omjer apsorbirane doze standardnog zračenja koje uzrokuje određeni biološki učinak prema apsorbiranoj dozi danog zračenja koje daje isti učinak.
gdje je D x doza zadane vrste zračenja za koju je određen RBE, D R je doza uzornog rendgenskog zračenja.
Na temelju RBE podataka, različite vrste ionizirajućeg zračenja karakteriziraju njihovu emisivnost zračenja.
Težinski koeficijent zračenja (radijacijski koeficijent zračenja) je bezdimenzijski faktor s kojim se apsorbirana doza zračenja u organu ili tkivu mora pomnožiti da bi se izračunala ekvivalentna doza zračenja kako bi se uzela u obzir učinkovitost različitih vrsta zračenja. Koncept ekvivalentne doze koristi se za ocjenu biološkog učinka izlaganja neovisno o vrsti zračenja, što je potrebno za potrebe zaštite od zračenja osoblja koje radi s izvorima ionizirajućeg zračenja, kao i pacijenata u radiološkim studijama i liječenju.
Ekvivalent doze definira se kao prosječna vrijednost apsorbirane doze u organu ili tkivu, uzimajući u obzir prosječni težinski faktor zračenja.
gdje je H ekvivalentna apsorbirana doza,
W R je težinski faktor zračenja koji je trenutno utvrđen standardima radijacijske sigurnosti.
SI jedinica ekvivalentne doze je sivert (Sv)- nazvan po švedskom znanstveniku R. M. Sievertu, prvom predsjedniku Međunarodne komisije za radiološku zaštitu (ICRP). Ako je u posljednjoj formuli apsorbirana doza zračenja (D) izražena u sivim bojama, tada će se ekvivalentna doza izraziti u sivertima. 1 Sv jednak je ekvivalentnoj dozi pri kojoj je umnožak apsorbirane doze (D) u živom tkivu standardnog sastava i prosječnog koeficijenta zračenja (W R) jednak 1 J/kg.
U praksi je također uobičajena izvansistemska jedinica ekvivalentne doze - rem(1 Sv \u003d 100 rem), ako je u istoj formuli apsorbirana doza zračenja izražena u radima.
Ponderski koeficijenti za pojedine vrste zračenja pri izračunu ekvivalentne doze.
Učinkovita ekvivalentna doza- koncept koji se koristi za dozimetrijsku procjenu izloženosti zdravim organima i tkivima i vjerojatnosti dugotrajnih učinaka. Ova doza jednaka je zbroju proizvoda ekvivalentne doze u organu ili tkivu i odgovarajućeg faktora težine (težinski faktor) za najvažnije ljudske organe:
gdje je E učinkovita ekvivalentna doza,
H T - ekvivalentna doza u organu ili tkivu T,
W T - težinski faktor za organ ili tkivo T.
SI jedinica efektivne ekvivalentne doze je Sievert (Sv).
Za dozimetrijsku karakteristiku polja fotonskog ionizirajućeg zračenja je doza izlaganja. To je mjera ionizirajuće moći fotonskog zračenja u zraku. Jedinica ekspozicijske doze u SI je Kulona po kilogramu (C/kg). Doza izlaganja jednaka 1 C/kg znači da se nabijene čestice oslobađaju u 1 kg atmosferskog zraka tijekom primarnih činova apsorpcije i raspršenja fotona,
tvore ione s ukupnim nabojem istog predznaka, jednakim 1 Coulomb, uz puno korištenje njihovog raspona u zraku.
U praksi se često koristi izvansistemska jedinica doze izloženosti. X-zraka (R)- nazvan po njemačkom fizičaru W. K. Rontgenu: 1 P \u003d 2,58 x10 -4 C/kg.
Doza izlaganja koristi se za karakterizaciju polja samo fotonskog ionizirajućeg zračenja u zraku. Daje ideju o potencijalnoj razini izloženosti ljudi ionizirajućem zračenju. Pri dozi izlaganja od 1 R, apsorbirana doza u mekom tkivu u istom polju zračenja je približno 1 rad.
Poznavajući dozu izlaganja, može se izračunati apsorbirana doza i njezina raspodjela u bilo kojem složenom objektu smještenom u danom polju zračenja, posebno u ljudskom tijelu. To vam omogućuje planiranje i kontrolu određenog načina ekspozicije.
Trenutno, češće kao dozimetrijska veličina koja karakterizira polje zračenja, kerma(KERMA je skraćenica za izraz: Kinetička energija oslobođena u materijalu). Kerma je kinetička energija svih nabijenih čestica oslobođenih ionizirajućim zračenjem bilo koje vrste, po jedinici mase ozračene tvari tijekom primarnih radnji interakcije zračenja s tom tvari. Pod određenim uvjetima, kerma je jednaka apsorbiranoj dozi zračenja. Za fotonsko zračenje u zraku, ono je energetski ekvivalent doze izlaganja. Dimenzija kerme je ista kao i apsorbirana doza, izražena kao j/kg.
Stoga je koncept "doze izloženosti" neophodan za procjenu razine doze koju stvara izvor zračenja, kao i za kontrolu režima izloženosti. Koncept "apsorbirane doze" koristi se pri planiranju terapije zračenjem kako bi se postigao željeni učinak (tablica 2.1).
dozno polje- to je prostorna raspodjela apsorbirane doze (ili njezine snage) u ozračenom dijelu pacijentovog tijela, tkivnom ekvivalentnom mediju ili dozimetrijskom fantomu, koji simulira tijelo pacijenta prema fizičkim učincima interakcije zračenja s materijom, oblik i veličina organa i tkiva te njihovi anatomski odnosi. Informacije o polju doze prikazane su u obliku krivulja koje povezuju točke identičnih vrijednosti (apsolutne ili relativne) apsorbirane doze. Takve krivulje nazivaju se izodoze, i njihove obitelji – karte izodoze. Apsorbirana doza u bilo kojoj točki polja doze može se uzeti kao konvencionalna jedinica (ili 100%), posebno maksimalna apsorbirana doza, koja bi trebala odgovarati cilju koji se ozrači (tj. području koje pokriva klinički otkriveni tumor i očekivano područje njegovog širenja).
Fizičku karakteristiku polja zračenja karakteriziraju različiti parametri. Broj čestica koje prodiru u medij naziva se tečnost. Zbroj svih prodornih čestica i čestica raspršenih u danom mediju je teći ionizirajuće čestice, a omjer toka prema površini je gustoća toka. Pod, ispod intenzitet zračenja, odnosno gustoće protoka
Tablica 2.1. Osnovne veličine zračenja i njihove jedinice
energije, razumjeti omjer protoka energije prema površini objekta. Intenzitet zračenja ovisi o gustoći toka čestica. Osim linearni prijenos snage (LET), karakterizirajući prosječne gubitke energije čestica (fotona), odrediti linearnu gustoća ionizacije (LPI), broj parova iona po jedinici duljine puta (trazi) čestice ili fotona.
Formiranje polja doze ovisi o vrsti i izvoru zračenja. Prilikom formiranja polja doze s fotonskim zračenjem, uzima se u obzir da intenzitet fotonskog zračenja točkastog izvora pada u mediju obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti do izvora. U dozimetrijskom planiranju koristi se koncept prosječne energije ionizacije koja uključuje energiju izravne ionizacije i energiju pobuđivanja atoma, što dovodi do sekundarnog zračenja koje također uzrokuje ionizaciju. Za fotonsko zračenje prosječna energija ionizacije jednaka je prosječnoj energiji stvaranja iona elektrona koje oslobađaju fotoni.
Raspodjela doze snopa γ-zračenja je neravnomjerna. Dio 100% izodoze ima relativno malu širinu i tada relativna vrijednost doze pada duž krivulje prilično strmo. Veličina polja zračenja određena je širinom od 50% doze. Kada se formira polje doze kočnog zraka, dolazi do strmog pada doze na granici polja, što je određeno malom veličinom žarišne točke. To dovodi do činjenice da je širina 100% izodoze blizu širine 50% izodoze, što određuje dozimetrijsku vrijednost veličine polja zračenja. Dakle, u formiranju raspodjele doze tijekom zračenja kočionim snopom postoje prednosti u odnosu na snop γ-zraka, budući da se smanjuju doze zračenja zdravih organa i tkiva u blizini patološkog žarišta (tablica 2.2).
Tablica 2.2. Dubina 100%, 80% i 50% izodoza pri najčešće korištenim energijama zračenja
Bilješka. Udaljenost izvor-površina za aparat za rendgensku terapiju - 50 cm; gama terapeutski - 80 cm; linearni akceleratori - 100 cm.
Iz podataka u tablici. Slika 2.2 pokazuje da megavoltno zračenje, za razliku od ortonaponskih rendgenskih zraka, ima maksimalnu dozu ne na površini kože, njegova dubina raste s povećanjem energije zračenja (slika 13). Nakon što elektroni dosegnu maksimum, bilježi se strmi gradijent doze, što omogućuje smanjenje opterećenja dozom na zdrava tkiva ispod.
Protoni se razlikuju po odsutnosti raspršenja zračenja u tijelu, mogućnosti usporavanja snopa na određenoj dubini. Istovremeno, s dubinom prodiranja, linearna gustoća energije (LED) raste, apsorbirana doza raste, dostižući maksimum na kraju puta čestice,
Riža. trinaest. Energetska distribucija različitih vrsta zračenja u fantomu ekvivalentnom tkivu: 1 - uz rentgensku terapiju bliskog fokusa 40 kV i duboku rentgensku terapiju 200 kV; 2 - s gama terapijom 1,25 MeV; 3 - pri kočnom zračenju 25 MeV; 4 - kada je zračen brzim elektronima 17 MeV; 5 - kada je ozračen protonima od 190 MeV; 6 - kada je zračen sporim neutronima 100 keV
sl.14. Bragg Peak
Riža. petnaest. Raspodjela doze gama zračenja iz dva otvorena paralelna suprotna polja
takozvani Braggov vrh, gdje doza može biti mnogo veća nego na ulazu u snop, sa strmim gradijentom doze iza vala Braggovog vrha do gotovo 0 (slika 14).
Često se tijekom zračenja koriste paralelna suprotna polja (slika 15, vidi sliku 16 na umetku u boji). Uz relativno središnje mjesto žarišta, doza iz svakog polja obično je ista; ako je područje ciljane lokacije ekscentrično, omjer doze se mijenja u korist polja najbliže tumoru, na primjer, 2:1, 3:1, itd.
U onim slučajevima kada se doza isporučuje iz dva neparalelna polja, tada što je manji kut između njihovih središnjih osi, više se izodozno izjednačavanje provodi pomoću klijenta.
novi filteri koji omogućuju homogenizaciju raspodjele doze (vidi sliku 17 na umetku u boji). Za liječenje duboko smještenih tumora obično se koriste tehnike zračenja s tri i četiri polja (slika 18).
Na linearnom akceleratoru elektrona, pomoću metalnih steznih stezaljki formira se pravokutno polje zračenja različitih veličina.
Riža. osamnaest. Raspodjela doze gama zračenja iz tri polja
limatori ugrađeni u aparat. Dodatno oblikovanje snopa postiže se kombinacijom ovih kolimatora i posebnih blokova (skup olovnih blokova ili blokova od Woodove legure različitih oblika i veličina) pričvršćenih na LAE nakon kolimatora. Blokovi pokrivaju dijelove pravokutnog polja izvan ciljnog volumena i štite tkiva izvan mete, tvoreći tako polja složene konfiguracije.
Najnoviji linearni akceleratori omogućuju vam kontrolu položaja i kretanja višelisnih kolimatora koji tvore polje. Tipični kolimatori s više listova imaju 20 do 80 ili više lopatica raspoređenih u parovima. Računalno upravljanje položajem velikog broja uskih latica koje su čvrsto jedna uz drugu omogućuje generiranje polja potrebnog oblika. Postavljanjem latica u željeni položaj dobiva se polje koje najviše odgovara obliku tumora. Prilagodba polja provodi se promjenama u datoteci računala koja sadrži postavke za latice.
Prilikom planiranja doze uzima se u obzir da se maksimalna doza (95-107%) treba isporučiti do planiranog ciljnog volumena, dok ≥ 95% tog volumena prima ≥ 95% planirane doze. Drugi nužan uvjet je da samo 5% volumena rizičnih organa može primiti ≥ 60% planirane doze.
Obično linearni akceleratori imaju dozimetar čiji je detektor ugrađen u uređaj za formiranje primarnog snopa kočnog zraka, odnosno prati se ulazna doza zračenja. Monitor doze često se kalibrira za doziranje u referentnoj točki na maksimalnoj dubini ionizacije.
Dozimetrijsko osiguranje intrakavitarne γ-terapije s izvorima visoka aktivnost dizajniran za individualno formiranje raspodjele doze, uzimajući u obzir lokalizaciju, opseg primarnog tumora, linearne dimenzije šupljine. Pri planiranju se izračunati podaci mogu koristiti u obliku atlasa multiplanarnih distribucija izodoza pričvršćenih na intrakavitarne γ-terapijske uređaje, kao i podaci iz sustava za planiranje intrakavitarnih uređaja temeljenih na osobnim računalima.
Prisutnost računalno potpomognutog sustava planiranja kontaktne terapije omogućuje provođenje kliničke i dozimetrijske analize za svaku specifičnu situaciju uz izbor raspodjele doze koja najpotpunije odgovara obliku i opsegu primarnog žarišta, što omogućuje kako bi se smanjio intenzitet izlaganja zračenju okolnih organa.
Prije korištenja izvora zračenja za kontaktnu terapiju zračenjem, provodi se njihova prethodna dozimetrijska certifikacija, za što se koriste klinički dozimetri i setovi tkivno ekvivalentnih fantoma.
Za fantomska mjerenja doznih polja, klinički dozimetri s malim ionizacijskim komorama ili drugi (poluvodički, termoluminiscentni) detektori, analizatori
dozno polje ili izodosografi. Termoluminiscentni detektori (TLD) također se koriste za praćenje apsorbiranih doza u pacijenata.
dozimetrijski uređaji. Dozimetrijski instrumenti mogu se koristiti za mjerenje doza pojedinačne vrste zračenja ili miješanog zračenja. Radiometri mjere aktivnost ili koncentraciju radioaktivnih tvari.
Energija zračenja apsorbira se u detektoru dozimetrijskog uređaja, što dovodi do pojave učinaka zračenja čija se veličina mjeri pomoću mjernih uređaja. U odnosu na mjernu opremu, detektor je senzor signala. Očitanja dozimetrijskog uređaja bilježi se izlaznim uređajem (pokazivači, snimači, elektromehanički brojači, zvučni ili svjetlosni signalni uređaji itd.).
Prema načinu rada, dozimetrijski uređaji se razlikuju kao stacionarni, prijenosni (mogu se nositi samo u isključenom stanju) i nosivi. Dozimetrijski uređaj za mjerenje doze zračenja koju prima svaka osoba u zoni zračenja naziva se individualni dozimetar.
Ovisno o vrsti detektora, razlikuju se ionizacijski dozimetri, scintilacijski, luminiscentni, poluvodički, fotodozimetri itd.
Jonizacijska komora- uređaj za proučavanje i registraciju nuklearnih čestica i zračenja. Njegovo djelovanje temelji se na sposobnosti brzo nabijenih čestica da izazovu ionizaciju plina. Ionizacijska komora je zračni ili plinski električni kondenzator, na čije se elektrode primjenjuje razlika potencijala. Kada ionizirajuće čestice uđu u prostor između elektroda, tamo nastaju elektroni i plinski ioni koji se, krećući se u električnom polju, skupljaju na elektrodama i bilježe uređajem za snimanje. Razlikovati Trenutno i impuls ionizacijske komore. U strujnim ionizacijskim komorama galvanometar mjeri struju koju stvaraju elektroni i ioni. Trenutne ionizacijske komore daju informaciju o ukupnom broju iona nastalih tijekom 1 s. Obično se koriste za mjerenje intenziteta zračenja i za dozimetrijska mjerenja.
U impulsnim ionizacijskim komorama bilježe se i mjere impulsi napona, koji se javljaju na otporu kada kroz njega teče ionizacijska struja uzrokovana prolaskom svake čestice.
U ionizacijskim komorama za proučavanje γ-zračenja, ionizacija je posljedica izbijanja sekundarnih elektrona iz atoma plina ili stijenki ionizacijskih komora. Što je veći volumen ionizacijskih komora, to više iona formiraju sekundarni elektroni, stoga se ionizacijske komore velikog volumena koriste za mjerenje γ-zračenja niskog intenziteta.
Ionizacijska komora se također može koristiti za mjerenje neutrona. U ovom slučaju, ionizaciju uzrokuju jezgre trzanja (obično proto-
nas), stvoreni brzim neutronima, ili α-česticama, protonima ili γ-kvantima koji nastaju hvatanjem sporih neutrona jezgrama 10 B, 3 He, 113 Cd. Ove tvari se unose u plin ili u stijenke ionizacijskih komora.
U ionizacijskim komorama sastav plina i tvari stijenki bira se na način da se pri identičnim uvjetima zračenja osigura ista apsorpcija energije (po jedinici mase) u komori i biološkom tkivu. U dozimetrijskim uređajima za mjerenje ekspozicijskih doza komore se pune zrakom. Primjer ionizacijskog dozimetra je mikrorentgenmetar MRM-2, koji daje mjerni raspon od 0,01 do 30 μR/s za zračenje s energijama fotona od 25 keV do 3 MeV. Očitavanje indikacija vrši se na pokazivaču.
NA scintilacija U dozimetrijskim uređajima svjetlosni bljeskovi koji nastaju u scintilatoru pod djelovanjem zračenja fotomultiplikatorom se pretvaraju u električne signale, koje potom mjerni uređaj bilježi. U dozimetriji zaštite od zračenja najčešće se koriste scintilacijski dozimetri.
NA luminiscentna Dozimetrijski uređaji koriste činjenicu da su fosfori u stanju akumulirati apsorbiranu energiju zračenja, a zatim je oslobađati luminiscencijom pod djelovanjem dodatne ekscitacije, koja se provodi ili zagrijavanjem fosfora ili zračenjem. Intenzitet luminiscentnog svjetlosnog bljeska, mjeren posebnim uređajima, proporcionalan je dozi zračenja. Ovisno o mehanizmu luminescencije i načinu dodatne ekscitacije postoje termoluminiscentna (TLD) i radiofotoluminiscentni dozimetri. Značajka luminiscentnih dozimetara je mogućnost pohranjivanja informacija o dozi.
Daljnji stupanj u razvoju luminiscentnih dozimetara bili su dozimetrijski instrumenti temeljeni na termoionskoj emisiji. Kada se zagrijavaju, neki fosfori, prethodno zračeni ionizirajućim zračenjem, s njihove površine izlete elektroni (egzoelektroni). Njihov je broj proporcionalan dozi zračenja u fosfornoj tvari. Termoluminiscentni dozimetri se najviše koriste u kliničkoj dozimetriji za mjerenje doze na pacijentu, u tjelesnoj šupljini i kao osobni dozimetri.
Poluvodič(kristalni) dozimetri mijenjaju vodljivost s brzinom doze. Široko se koristi zajedno s ionizacijskim dozimetrima.
Rusija ima radiološku mjeriteljsku službu koja provjerava kliničke dozimetre i vrši dozimetrijsku ovjeru uređaja za zračenje.
U fazi dozimetrijskog planiranja, uzimajući u obzir podatke topometrijske karte i klinički zadatak, inženjer-fizičar ocjenjuje raspodjelu doze. Dobivena raspodjela doze u obliku skupa izolinija (izodoza) primjenjuje se na topometrijsku kartu, a služi za određivanje parametara zračenja kao što su veličina polja zračenja, položaj središnje točke osi snopa zračenja i njihove upute.
Određuje se pojedinačna apsorbirana doza, ukupna apsorbirana doza i izračunava se vrijeme izlaganja. Dokument je protokol koji sadrži sve parametre ozračivanja pojedinog pacijenta na odabranoj terapijskoj jedinici.
Prilikom provođenja brahiterapije uređaj se koristi zajedno s odgovarajućom ultrazvučnom opremom, što omogućuje procjenu položaja izvora i raspodjele izodoze u organu u sustavu u stvarnom vremenu zahvaljujući sustavu planiranja. Druga mogućnost je uvođenje izvora u tumor pod kontrolom računalne tomografije.
Snop zračenja potrebnog oblika i određenih dimenzija formira se pomoću podesive dijafragme, kolimirajuće naprave, zamjenjivih standardnih i pojedinačnih zaštitnih blokova, klinastih i kompenzacijskih filtera i bolusa. Omogućuju vam da ograničite područje i polje zračenja, povećate gradijent doze na njegovim granicama, ujednačite raspodjelu doze ionizirajućeg zračenja unutar polja ili je, naprotiv, rasporedite s potrebnom neravninom, stvorite područja i polja , uključujući kovrčave i višestruko povezane (s unutarnjim zaštićenim područjima).
Za ispravnu reprodukciju i kontrolu pojedinog programa ozračivanja bolesnika koriste se uređaji za vizualizaciju zraka, mehanički, optički i laserski centralizatori, standardni i individualni fiksatori za imobilizaciju bolesnika tijekom ozračivanja, kao i rendgenski i drugi introskopski alati. Djelomično su ugrađeni u glavu za zračenje, stol za pacijenta i druge dijelove aparata. Laserski centralizatori su postavljeni na zidove prostorije za tretmane. Rentgenski introskopi se postavljaju u blizini terapijske zrake na podnom ili stropnom postolju s bravama za podešavanje, u željenom položaju pacijenta.
