Ionizirajuće zračenje je kombinacija raznih vrsta mikročestica i fizikalnih polja koja imaju sposobnost ionizirati tvar, odnosno u njoj stvarati električki nabijene čestice - ione. Postoji nekoliko vrsta ionizirajućeg zračenja: alfa, beta, gama zračenje i neutronsko zračenje.
Alfa zračenje
Formiranje pozitivno nabijenih alfa čestica uključuje 2 protona i 2 neutrona koji su dio jezgri helija. Alfa čestice nastaju tijekom raspada atomske jezgre i mogu imati početnu kinetičku energiju od 1,8 do 15 MeV. Karakteristične značajke alfa zračenja su visoka ionizirajuća i niska penetracijska sposobnost. Pri kretanju alfa čestice vrlo brzo gube energiju, a to uzrokuje da ona nije dovoljna ni za svladavanje tankih plastičnih površina. Općenito, vanjska izloženost alfa česticama, ako se ne računaju visokoenergetske alfa čestice dobivene pomoću akceleratora, ne uzrokuje nikakvu štetu ljudima, ali prodiranje čestica u tijelo može biti opasno za zdravlje, jer alfa radionuklidi Imaju dug poluživot i jaku ionizaciju. Ako se progutaju, alfa čestice često mogu biti 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, luminiscencija, ioniziraju plinove, djeluju 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 zrake i x-zrake
Fotonsko zračenje uključuje dvije vrste zračenja: rendgensko (može biti kočno i karakteristično) i gama zračenje.
Najčešći tip fotonskog zračenja su vrlo visoke energije, ultrakratke valne duljine gama čestice, koje su tok visokoenergetskih fotona bez naboja. Za razliku od alfa i beta zraka, gama čestice se ne odbijaju od magnetskih i električna polja i imaju znatno veću moć prodora. U određenim količinama i tijekom određenog trajanja izloženosti, gama zračenje može izazvati radijacijsku bolest i dovesti do raznih vrsta raka. Samo tako teške čestice mogu spriječiti širenje toka gama čestica. kemijski elementi, poput olova, osiromašenog urana i volframa.
Neutronsko zračenje
Izvor neutronskog zračenja mogu biti nuklearne eksplozije, nuklearni reaktori, laboratorijska i industrijska postrojenja. Sami neutroni su električki neutralne, nestabilne (vrijeme poluraspada slobodnog neutrona je oko 10 minuta) čestice, koje zbog činjenice da nemaju naboj karakteriziraju visoka sposobnost prodora uz slab stupanj interakcije s materijom. Neutronsko zračenje je vrlo opasno, pa se za zaštitu od njega koriste brojni posebni materijali, uglavnom koji sadrže vodik. Neutronsko zračenje najbolje apsorbira obična voda, polietilen, parafin i otopine hidroksida teških metala.
Kako ionizirajuće zračenje utječe na tvari?
Sve vrste ionizirajućeg zračenja, u jednom ili drugom stupnju, utječu razne tvari, ali je najizraženiji kod gama čestica i neutrona. Dakle, s produljenom izloženošću, oni mogu značajno promijeniti svojstva različitih materijala, promijeniti kemijski sastav tvari, ioniziraju dielektrike i imaju destruktivan učinak na biološka tkiva. Prirodno pozadinsko zračenje neće prouzročiti veliku štetu čovjeku, međutim, pri rukovanju umjetnim izvorima ionizirajućeg zračenja treba biti vrlo oprezan i poduzeti sve potrebne mjere kako biste smanjili razinu izloženosti zračenju na tijelo.
Fotonsko zračenje (također poznato kao gama zračenje, također poznato kao rendgensko zračenje, također poznato kao kočno zračenje ili karakteristično zračenje). Zapravo, to su nazivi istog zračenja - fotona, samo pri različitim energijama fotona i dobiveni na različite načine.
Prilikom prolaska x-zrake kroz bilo koju čvrstu, tekuću ili plinovita tvar stupaju u interakciju s elektronima, vrlo velike krutosti, i jezgrama atoma elemenata koji čine tvar i pritom gube dio svoje energije zbog:
1) prava apsorpcija, tj. pretvaranje svoje energije u druge vrste energije;
2) raspršivanje, tj. promjene smjera prostiranja zraka bez promjene duljine i s promjenom valne duljine.
Primarni elementarni procesi prave apsorpcije rendgenskog zračenja, tj. pretvaranje njihove energije u kinetičku energiju elektrona su:
a) fotoelektrični efekt - otkidanje elektrona iz atoma apsorbirajuće tvari i predaja im kinetičke energije (fotoelektrična apsorpcija);
b) Comptonov učinak - koherentno i nekoherentno raspršenje, t.j. s promjenom valne duljine i prijenosom dijela energije na raspršeni elektron; Compton efekt naziva se elastično raspršenje kratkovalnog elektromagnetskog zračenja (X-zraka i ?-zračenja) na slobodnim (ili slabo vezanim) elektronima tvari, praćeno povećanjem valne duljine.
c) formiranje elementarnih parova naboja - elektron i pozitron - i predaju im kinetičke energije. Formiranje parova elektron-pozitron igra odlučujuću ulogu u apsorpciji visokoenergetskih gama zraka od strane tvari, kao i, zajedno s kočnim zračenjem, u pojavi tzv. elektron-fotonskih pljuskova u kozmičkim zrakama. Procesi anihilacije (rađanje para elektron-pozitron pomoću fotona) i rađanje parova drugih čestica našli su primjenu u znanstvenim istraživanjima. Dakle, raspodjela fotona koji nastaju tijekom anihilacije po njihovim kutovima leta omogućuje pronalaženje raspodjele brzina elektrona u metalima (budući da vjerojatnost anihilacije pozitrona u tvari jako ovisi o relativnoj brzini pozitrona i elektrona koji sudjeluju u toplinsko gibanje). Poznavanje ove raspodjele potrebno je, na primjer, za izračunavanje specifičnog toplinskog kapaciteta metala pri vrlo niskim temperaturama. Drugi primjer: proizvodnjom parova elektron-pozitron, mogu se dobiti informacije o fotonima visoke energije koji nastaju u reakciji. Foton, kao ni svaka druga nenabijena čestica, ne može se promatrati izravno, jer ne ostavlja vidljiv trag u detektorima čestica, kao što su oblačna komora, mjehurasta komora, nuklearna fotografska emulzija itd., a o njegovoj energiji, impulsu, kao kao i sama činjenica njegovog nastanka može se prepoznati samo po paru koji je on generirao (a za foton niže energije - po Comptonovom povratnom elektronu, vidi Comptonov efekt).
Fotonsko zračenje uključuje zračenje radioaktivnih tvari, karakteristično i kočno zračenje koje stvaraju različiti akceleratori. ABI fotonskog zračenja je najniži (1-2 para iona po 1 cm3 zraka), što određuje njegovu veliku prodornu sposobnost (u zraku je duljina puta nekoliko stotina metara).
-radijacija nastaje tijekom radioaktivnog raspada. Prijelaz jezgre iz pobuđenog u osnovno stanje praćen je emisijom a -kvanta s energijama od 10 keV do 5 MeV. Glavni terapeutski izvori -zračenja su -uređaji (puške).
X-zrake kočnog zračenja nastaje zbog ubrzavanja i oštrog usporavanja elektrona u vakuumskim sustavima raznih akceleratora i razlikuje se od X-zraka višom kvantnom energijom (od jednog do desetaka MeV).
Kada struja fotona prolazi kroz tvar, ona je oslabljena kao rezultat sljedećih procesa interakcije (vrsta interakcije fotona s atomima tvari ovisi o energiji fotona):
Klasično (koherentno ili Thompsonovo raspršenje) - za fotone s energijom od 10 do 50-100 keV. Relativna učestalost ovog učinka je mala. Dolazi do interakcije, koja nema značajnu ulogu, budući da se upadni kvant, sudarajući se s elektronom, skrene i njegova energija se ne mijenja.
Fotoelektrična apsorpcija (fotoelektrični efekt) - pri relativno niskim energijama - od 50 do 300 keV (svira značajnu ulogu tijekom radioterapije). Upadni kvant izbaci orbitalni elektron iz atoma, sam se apsorbira, a elektron, lagano promijenivši smjer, odleti. Ovaj odbjegli elektron naziva se fotoelektron. Dakle, energija fotona se troši na izlazni rad elektrona i davanje kinetičke energije.
Comptonov efekt (nekoherentno raspršenje) - javlja se pri energijama fotona od 120 keV do 20 MeV (tj. gotovo cijeli spektar terapije zračenjem). Upadni kvant izbacuje elektron iz vanjske ljuske atoma, prenosi mu dio energije i mijenja mu smjer. Elektron izleti iz atoma pod određenim kutom, a novi kvant se razlikuje od izvornog ne samo u drugačijem smjeru kretanja, već iu nižoj energiji. Rezultirajući kvant neizravno će ionizirati medij, a elektron će ionizirati izravno.
Proces nastanka parova elektron-pozitron - kvantna energija mora biti veća od 1,02 MeV (dva puta veća od energije mirovanja elektrona). Ovaj mehanizam treba uzeti u obzir kada se pacijent zrači snopom kočnog zračenja visoke energije, tj. na visokoenergetskim linearnim akceleratorima. U blizini jezgre atoma, upadni kvant doživljava ubrzanje i nestaje, pretvarajući se u elektron i pozitron. Pozitron se brzo spoji s nadolazećim elektronom te dolazi do procesa anihilacije (međusobnog uništenja), a zauzvrat se pojavljuju dva fotona od kojih je energija svakog pola manja od energije izvornog fotona. Tako energija primarnog kvanta prelazi u kinetičku energiju elektrona i u energiju anihilacijskog zračenja.
Fotografija nuklearna apsorpcija - energija kvanta mora biti veća od 2,5 MeV. Foton se apsorbira jezgra atoma, uslijed čega jezgra prelazi u pobuđeno stanje i može ili odustati od elektrona ili se raspasti. Tako se proizvode neutroni.
Kao rezultat navedenih procesa interakcije fotonskog zračenja s materijom nastaje sekundarno fotonsko i korpuskularno zračenje (elektroni i pozitroni). Sposobnost ionizacije čestica mnogo je veća od sposobnosti fotonskog zračenja.
Prostorno slabljenje snopa fotona događa se prema eksponencijalnom zakonu (inverzni kvadratni zakon): 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 zloćudnih novotvorina. Veća moć prodiranja omogućuje prijenos energije do duboko ležećih tumora. U isto vrijeme, izloženost zračenju kože i potkožnog tkiva je oštro smanjena, što omogućuje isporuku potrebne doze na leziju bez oštećenja zračenjem ovih dijelova tijela (za razliku od mekog rendgenskog zračenja). S povećanjem energije fotona iznad 15 MeV povećava se rizik od oštećenja tkiva zračenjem na izlazu snopa.
Sva ionizirajuća zračenja se dijele na fotonska i korpuskularna.
Fotonsko ionizirajuće zračenje uključuje:
- a) Y-zračenje koje se emitira tijekom raspada radioaktivnih izotopa ili anihilacije čestica. Gama zračenje je po svojoj prirodi kratkovalno elektromagnetsko zračenje, tj. tok visokoenergetskih kvanta elektromagnetske energije, čija je valna duljina znatno manja od međuatomskih udaljenosti, tj. g
- b) X-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 da ionizira atome pri sudaru. Neutroni i drugi elementarne čestice ne proizvode izravno ionizaciju, ali u procesu interakcije s medijem oslobađaju nabijene čestice (elektrone, protone) sposobne ionizirati atome i molekule medija kroz koji prolaze:
a) neutroni su jedine nenabijene čestice nastale tijekom određenih reakcija fisije jezgri atoma urana ili plutonija. Budući da su te čestice električki neutralne, prodiru duboko u bilo koju tvar, uključujući i živa tkiva. Posebnost neutronskog zračenja je njegova sposobnost da transformira atome stabilnih elemenata u njihove radioaktivne izotope, tj. stvaraju inducirano zračenje, što naglo povećava opasnost od neutronskog zračenja. Prodorna moć neutrona usporediva je s Y-zračenjem. Ovisno o razini nošene energije, razlikuju se brzi neutroni (imaju energiju od 0,2 do 20 MeV) i toplinski neutroni (od 0,25 do 0,5 MeV). Ova se razlika uzima u obzir pri provođenju zaštitnih mjera. Brze neutrone usporavaju, gubeći energiju ionizacije, tvari male atomske težine (tzv. tvari koje sadrže vodik: parafin, voda, plastika itd.). Toplinske neutrone apsorbiraju materijali koji sadrže bor i kadmij (bor čelik, boral, bor grafit, legura kadmija i olova).
Alfa, beta čestice i gama kvanti imaju energiju od samo nekoliko megaelektronvolti, te ne mogu stvoriti inducirano zračenje;
- b) beta čestice - elektroni emitirani tijekom radioaktivnog raspada nuklearnih elemenata srednje ionizacijske i prodorne moći (domet u zraku do 10-20 m).
- c) alfa čestice su pozitivno nabijene jezgre atoma helija, au svemiru i atoma drugih elemenata, emitirane tijekom radioaktivnog raspada izotopa teških elemenata - urana ili radija. Imaju nisku sposobnost prodiranja (udaljenost u zraku nije veća od 10 cm), čak i ljudska koža za njih je nepremostiva prepreka. Opasni su samo ako dospiju u tijelo, budući da su sposobni 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. bit će riječi u nastavku. Dakle, alfa čestica s energijom od 5 MeV formira 150 000 ionskih parova.
Riža. 1
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 - kiri (Ci). To je aktivnost takve količine materije u kojoj se u 1 s raspadne 37 milijardi atoma. Za prevođenje se koristi sljedeći odnos: 1 Bq = 2,7 x 10 Ci ili 1 Ci = 3,7 x 10 Bq.
Svaki radionuklid ima konstantan, jedinstveni poluživot (vrijeme potrebno da tvar izgubi pola svoje aktivnosti). Na primjer, za uran-235 to je 4470 godina, dok je za jod-131 samo 8 dana.
Ionizirajuće zračenje se može podijeliti na fotonsko i korpuskularno. Fotonsko zračenje uključuje elektromagnetske vibracije, do korpuskularnog - tok 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 izvansustavna jedinica energije - elektron-volt. 1 eV je kinetička energija koju dobiva čestica s jednim elementarnim nabojem pod utjecajem potencijalne razlike od 1 V. 1 eV = 1,6 x 10 19 J. Višestruke jedinice: 1 keV = 10 3 eV; 1 MeV = 10 6 eV.
Prema moderne ideje, nabijene čestice (α-, β-čestice, protoni itd.) ioniziraju tvar izravno, a neutralne čestice (neutroni) i elektromagnetski valovi (fotoni) neizravno ioniziraju. Protok neutralnih čestica i elektromagnetskih valova, u interakciji s materijom, uzrokuje stvaranje nabijenih čestica, koje ioniziraju medij.
2.1. FOTONSKO I KORPUSKULARNO ZRAČENJE
Elektromagnetska radijacija. U terapiji zračenjem koristi se rendgensko zračenje iz uređaja za rendgensku terapiju, gama zračenje iz radionuklida i visokoenergetsko kočno zračenje (rendgensko zračenje).
X-zračenje- fotonsko zračenje, koje se sastoji od kočnog zračenja i (ili) karakterističnog zračenja.
Kočno zračenje- kratkovalno elektromagnetsko zračenje koje nastaje pri promjeni brzine (kočenja) nabijenih čestica u interakciji s atomima kočne tvari (anode). Valne duljine rendgenskog zračenja kočnog zračenja ne ovise o atomskom broju tvari kočnog zračenja, već su određene samo energijom ubrzanih elektrona. Spektar kočnog zračenja je kontinuiran, s maksimalnom energijom fotona jednakom kinetičkoj energiji čestica kočenja.
Karakteristično zračenje nastaje kada se mijenja energetsko stanje atoma. Kada je elektron izbačen iz unutarnje ljuske
atoma elektronom ili fotonom, atom prelazi u pobuđeno stanje, a ispražnjeni prostor zauzima elektron iz vanjske ljuske. U tom se slučaju atom vraća u svoje normalno stanje i emitira kvantu karakterističnog rendgenskog zračenja s energijom jednakom razlici energija na odgovarajućim razinama. Karakteristično zračenje ima linearni spektar s valnim duljinama specifičnim za određenu tvar, koje su, kao i intenzitet linija u karakterističnom spektru rendgenskog zračenja, 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 fotonskog prinosa koriste relativno lake nabijene čestice - elektroni i tvari s visokim 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 daljinske. X-zračenje iz uređaja za rendgensku terapiju s bliskim fokusom stvara se pri anodnom naponu manjem od 100 kV, a od udaljenih - do 250 kV.
Kočno zračenje visoke energije, poput kočnog zračenja x-zraka, to je kratkovalno elektromagnetsko zračenje koje nastaje kada se brzina nabijenih čestica mijenja (koči) pri interakciji s ciljnim atomima. Ova vrsta zračenja razlikuje se od x-zraka po svojoj visokoj energiji. Izvori kočnog zračenja visoke energije su linearni akceleratori elektrona - LUE s energijom kočnog zračenja od 6 do 20 MeV, kao i ciklički akceleratori - betatroni. Za dobivanje kočnog zračenja visoke energije koristi se usporavanje oštro ubrzanih elektrona u sustavima vakuumskih akceleratora.
Gama zračenje- kratkovalno elektromagnetsko zračenje koje emitiraju pobuđene atomske jezgre kada radioaktivne transformacije ili nuklearne reakcije, kao i tijekom anihilacije čestice i antičestice (npr. 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 aktivnošću izvora radionuklida podrazumijeva se broj atomskih raspada u jedinici vremena. Mjerenja se vrše u bekerelima (Bq). 1 Bq je aktivnost izvora u kojoj se dogodi 1 raspad u sekundi. Nesustavna jedinica aktivnosti je Curie (Ci). 1 Ci = 3,7 x 10 10 Bq.
Izvori γ-zračenja za vanjsku i intrakavitarnu terapiju zračenjem su 60 Co I 137 Cs. Najrašireniji lijekovi 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.
Prilikom interakcije fotonskog zračenja s materijom dolazi do pojava fotoelektričnog efekta, Comptonovog efekta i procesa stvaranja parova elektron-pozitron.
Foto efekt sastoji se u međudjelovanju gama kvanta s vezanim elektronom atoma (slika 10). U fotoelektričnoj apsorpciji, svu energiju upadnog fotona apsorbira atom iz kojeg je elektron izbačen. Nakon emisije fotoelektrona u atomskom omotaču nastaje prazno mjesto. Prijelaz manje vezanih elektrona na prazne razine praćen je oslobađanjem energije, koja se može prenijeti na jedan od elektrona u gornjim ljuskama atoma, što dovodi do njegove emisije iz atoma (Augerov efekt), ili se transformirati u energija karakterističnog X-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 - na kraju svog hoda gubi energiju, veže se za neutralni atom i pretvara ga u negativno nabijen ion. Fotoelektrični učinak javlja se pri relativno niskim energijama - od 50 do 300 keV, koje se koriste u terapiji rendgenskim zrakama.
Slika 10. Foto efekt
Riža. jedanaest. Compton efekt
Comptonov efekt (nekoherentno raspršenje) javlja se pri energijama fotona od 120 keV do 20 MeV, odnosno kod svih vrsta ionizirajućeg zračenja koje se koriste u terapiji zračenjem. Kod Comptonovog efekta upadni foton, kao rezultat elastičnog sudara s elektronima, gubi dio svoje energije i mijenja smjer početnog gibanja, a povratni elektron (Comptonov elektron) biva izbačen iz atoma, što dalje ionizira tvar (slika 11).
Proces pretvorbe 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). Ova interakcija kvanta s materijom događa se kada su pacijenti ozračeni na visokoenergetskim linearnim akceleratorima visokoenergetskim snopom kočnog zračenja. Foton nestaje u Coulombovom polju jezgre (ili elektrona).
Riža. 12. Stvaranje parova elektron-pozitron
U ovom slučaju, cjelokupna energija upadnog fotona minus energija mirovanja para prenosi se na rezultirajući par. Elektroni i pozitroni koji nastaju tijekom apsorpcije gama kvanta gube svoju kinetičku energiju kao rezultat ionizacije molekula medija, a pri susretu se anihiliraju uz emisiju dva fotona s energijom od po 0,511 MeV (slika 12).
Kao rezultat navedenih procesa interakcije fotonskog zračenja s materijom nastaje sekundarno fotonsko i korpuskularno zračenje (elektroni i pozitroni). Sposobnost ionizacije čestica mnogo je veća od sposobnosti fotonskog zračenja. Pri izmjeni procesa stvaranja parova elektron-pozitron i kočnog zračenja u mediju se stvara ogroman broj fotona i nabijenih čestica, tzv. lavina radijacije, koji se raspada smanjenjem energije svakog novonastalog fotona i čestice.
Interakcija rendgenskog zračenja s materijom popraćena je njezinom ionizacijom i određena je dvama glavnim efektima - fotoelektričnom apsorpcijom i Comptonovim raspršenjem. Kada visokoenergetsko kočno zračenje stupa u interakciju s materijom, dolazi do Comptonovog raspršenja, kao i do stvaranja ionskih parova, budući da je energija fotona veća od 1,02 MeV.
Intenzitet zračenja fotona iz točkastog izvora mijenja se u prostoru obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti.
Korpuskularno zračenje- tokovi nabijenih čestica: elektrona, protona, teških iona (na primjer, jezgre ugljika) s energijama od nekoliko stotina MeV, kao i neutralnih čestica - neutrona. Zračenje pomoću toka čestica danas se naziva hadronska terapija. Hadronima (od grčke riječi hadros- “teški”) uključuje nukleone, njihove protone i neutrone, kao i π -mezoni itd. Izvori čestica su akceleratori i nuklearni reaktori. Ovisno o maksimalnoj energiji ubrzanih protona, akceleratori se konvencionalno dijele na 5 razina, pri čemu su akceleratori 5. razine s Ep > 200 MeV (tvornice mezona)
koriste se za proizvodnju pojedinih radionuklida. U pravilu je proizvodnja ovih radionuklida u ciklotronima druge razine nemoguća ili neučinkovita.
Elektronski snop visoke energije generiraju isti akceleratori elektrona kao i kod primanja kočnog zračenja. Koriste se snopovi elektrona s energijama od 6 do 20 MeV. Elektroni visoke energije imaju veliku moć prodora. Prosječni slobodni put takvih elektrona može doseći 10-20 cm u tkivima ljudskog tijela.Elektronska zraka, apsorbirana u tkivima, stvara dozno polje u kojem se maksimalna ionizacija formira blizu površine tijela. Izvan maksimuma ionizacije, doza se vrlo brzo smanjuje. Suvremeni linearni akceleratori imaju mogućnost reguliranja energije elektronskog snopa i, sukladno tome, stvaraju potrebnu dozu na potrebnoj dubini.
Neutron - čestica koja nema naboj. Procesi međudjelovanja neutrona (neutralnih čestica) s tvari ovise o energiji neutrona i atomskom sastavu tvari. Glavni učinak toplinskih (sporih) neutrona s energijom 0,025 eV na biološko tkivo događa se pod utjecajem protona koji nastaju u reakciji (n, p) i gube svu svoju energiju na mjestu rođenja. Najveći dio 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 izlaganja neutronima je terapija hvatanjem 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 visokoenergetske 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 se nalaze u neposrednoj blizini atoma bora, gotovo bez utjecaja na susjednu normalu Stanice. Osim bora, u terapiji hvatanja neutrona obećava uporaba lijekova koji sadrže gadolinij. Za duboko ležeće tumore, obećavajuće je koristiti epitermalne neutrone u energetskom rasponu od 1 eV do 10 keV, koji imaju visoku sposobnost prodora i, usporavajući u tkivu do toplinske energije, omogućuju provođenje terapije hvatanja neutrona tumori koji se nalaze na dubini od 10 cm.. Dobivanje visokih toplinskih i epitermalnih tokova neutroni se proizvode pomoću nuklearnog reaktora.
Proton - pozitivno nabijena čestica. Koristi se metoda zračenja na “Braggovom vrhu”, kada se maksimalna energija nabijenih čestica oslobađa na kraju puta i lokalizirana je u ograničenom volumenu zračenja.
moj tumor. Kao rezultat toga, na površini tijela iu dubini ozračenog objekta formira se veliki gradijent doze, nakon čega dolazi do oštrog prigušenja energije. Promjenom energije snopa moguće je s velikom točnošću promijeniti mjesto njegovog potpunog zaustavljanja u tumoru. Koriste se protonske zrake s energijom od 70-200 MeV i tehnika višepoljskog zračenja iz različitih smjerova, pri čemu se integralna doza raspoređuje na veliku površinu površinskog tkiva. Kod zračenja na sinkrociklotronu PNPI (St. Petersburg Institute of Nuclear Physics) koristi se fiksna energija izdvojenog snopa protona - 1000 MeV i koristi se tehnika kontinuiranog zračenja. Protoni tako visoke energije lako prolaze kroz ozračeni objekt, stvarajući ravnomjernu ionizaciju na svom putu. U tom slučaju dolazi do malog raspršenja protona u tvari, pa uski snop protona s oštrim granicama formiran na ulazu ostaje gotovo jednako uzak u zoni zračenja unutar objekta. Kao rezultat primjene kontinuiranog zračenja u kombinaciji s tehnikom rotacijskog zračenja, osiguran je vrlo visok omjer doze u zoni zračenja prema dozi na površini objekta - oko 200:1. Uski snop protona veličine poluintenziteta od 5-6 mm koristi se za liječenje raznih bolesti mozga, kao što su cerebralne arteriovenske malformacije, adenomi hipofize itd. Štetno djelovanje ioni ugljika ispada da je nekoliko puta veći u Braggovu vrhu nego kod protona. Dolazi do višestrukih dvostrukih lomova DNA spirale atoma ozračenog volumena, koji se nakon toga više ne mogu obnoviti.
π -Mezoni- elementarne čestice bez spina s masom koja je posredna između masa elektrona i protona. π-Mezoni s energijama od 25-100 MeV cijelim putem kroz tkivo prolaze praktički bez nuklearnih interakcija, a na kraju puta bivaju zahvaćeni jezgrama atoma tkiva. Čin apsorpcije π-mezona popraćen je emisijom neutrona, protona, α-čestica, iona Li, Be itd. iz uništene jezgre.Aktivno uvođenje hadronske terapije u kliničku praksu trenutno je otežano visokim trošak tehnološke podrške procesu.
Prednosti primjene visokoenergetskog zračenja za liječenje dubinskih zloćudnih tumora su, s povećanjem energije, povećanje dubinske i smanjenje površinske doze, veća penetracija s povećanjem relativne dubinske doze, te manja razlika između apsorbirane doze u kostima i mekim tkivima. Kod linearnog akceleratora ili betatrona nema potrebe zatrpavanja radioaktivnog izvora kao kod korištenja radionuklida.
U provođenju brahiterapije i sustavne radionuklidne terapije koriste se α-, β-, γ-emisioni radionuklidi, kao i izvori s mješovitim, primjerice γ- i neutronskim (n) zračenjem.
α -Radijacija- korpuskularno zračenje koje se sastoji od jezgri 4 He (dva protona i dva neutrona) emitiranih tijekom radioaktivnog raspada jezgri ili tijekom nuklearnih reakcija i transformacija. α-čestice se emitiraju tijekom radioaktivnog raspada elemenata težih od olova ili nastaju u nuklearnoj
reakcije. α-Čestice imaju visoku sposobnost ioniziranja i nisku sposobnost prodora te nose dva pozitivna naboja.
Radionuklid 225 Ac poluživota 10,0 dana u kombinaciji s monoklonskim protutijelima koristi se za radioimunoterapiju tumora. U budućnosti se za ove svrhe koristi radionuklid 149 Tb s poluživotom od 4,1 sat.. α-Emiteri su se počeli koristiti za ozračivanje endotelnih stanica u koronarnim arterijama nakon operacija - presađivanje koronarne arterije.
β -Radijacija- korpuskularno zračenje s kontinuiranim energetskim spektrom, koje se sastoji od negativno ili pozitivno nabijenih elektrona ili pozitrona (β - ili β + čestica) i nastaje radioaktivnim β-raspadom jezgri 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 vremenom poluraspada 375,59 dana, 106 Rh, β - emiter s energijom 3540,0 keV i vremenom poluraspada 29,8 s. Oba β-emitera 106 Ru + 106 Rh uključena su u komplete oftalmoloških aplikatora.
Emiter β-32P 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 gotovo čisti β-emiter s vremenom poluraspada od 50,6 dana i prosječnom energijom β-čestice od 1,46 MeV. Otopina 89 Sr - klorida koristi se za palijativno liječenje koštanih metastaza.
153 Sm s energijama β-zračenja od 203,229 i 268 keV te s energijama γ-zračenja od 69,7 i 103 keV, poluživotom od 46,2 sata, dio je domaćeg lijeka samarij-oksabifora namijenjenog za djelovanje na metastaze u kostima i koristi se i kod bolesnika s jakim bolovima u zglobovima zbog reume.
90 Y, s poluživotom od 64,2 sata i maksimalnom energijom od 2,27 MeV, koristi se u različite terapeutske svrhe, uključujući radioimunoterapiju s obilježenim antitijelima, liječenje tumora jetre i reumatoidnog artritisa.
Radionuklid 59 Fe kao dio tabletiranog radiofarmaka koristi se u Ruskom znanstvenom centru za radiologiju (Moskva) za liječenje pacijenata s rakom dojke. Princip djelovanja lijeka, prema autorima, je distribucija željeza kroz krvotok, selektivna akumulacija u stanicama tumorskog tkiva i izloženost β-zračenju. 67 Cu s poluživotom od 2,6 dana kombinira se s monoklonskim antitijelima za radioimunu terapiju tumora.
186 Re u sastavu lijeka (renijev sulfid) s poluživotom od 3,8 dana koristi se za liječenje bolesti zglobova, a balon kateteri s otopinom natrijevog perrenata koriste se za endovaskularnu brahiterapiju. Vjeruje se da postoji perspektiva za korištenje 48 V β + -emitera s poluživotom od 16,9 dana za intrakoronarnu brahiterapiju pomoću arterijskog stenta izrađenog od legure titan-nikal.
131 I koristi se u obliku otopina za liječenje bolesti štitnjače. 131 I se raspada uz emisiju složenog spektra β- i γ-zračenja. Ima poluživot od 8,06 dana.
Emiteri rendgenskih zraka i Augerovih elektrona uključuju 103 Pd s vremenom poluraspada od 16,96 dana i 111 In s vremenom poluraspada od 2,8 dana. 103 Pd u obliku zatvorenog izvora u titanskoj kapsuli koristi se u brahiterapiji tumora. 111 In se koristi u radioimunoterapiji pomoću monoklonskih protutijela.
125 I, koji je γ-emiter (vrsta nuklearne transformacije - hvatanje elektrona s pretvorbom joda u telur i oslobađanjem γ-kvanta), koristi se kao zatvoreni mikroizvor za brahiterapiju. Poluživot - 60,1 dana.
Mješovitiγ+ neutronsko zračenje je karakteristično za 252 Cf s vremenom poluraspada od 2,64 godine. Koriste 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. Glavna zadaća kliničke dozimetrije je odabir i opravdanje sredstava za ozračivanje koja osiguravaju optimalnu prostorno-vremensku raspodjelu apsorbirane energije zračenja u tijelu ozračenog bolesnika i kvantitativni opis te raspodjele.
Klinička dozimetrija koristi računalne i eksperimentalne tehnike. Metode proračuna temelje se na već poznatim fizikalnim zakonima interakcije različitih vrsta zračenja s materijom. Koristeći eksperimentalne metode, situacije liječenja simulirane su mjerenjima u tkivno ekvivalentnim fantomima.
Ciljevi kliničke dozimetrije su:
Mjerenje karakteristika zračenja snopova terapijskih zračenja;
Mjerenje polja zračenja i apsorbiranih doza u fantomima;
Izravna mjerenja polja zračenja i apsorbiranih doza na pacijentima;
Mjerenje polja zračenja raspršenog zračenja u kanjonima s terapijskim instalacijama (u svrhu radijacijske sigurnosti pacijenata i osoblja);
Provođenje apsolutne kalibracije detektora za kliničku dozimetriju;
Izvođenje eksperimentalno istraživanje nove terapijske tehnike zračenja.
Osnovni pojmovi i veličine kliničke dozimetrije su apsorbirana doza, dozno polje, dozimetrijski fantom, meta.
Doza ionizirajućeg zračenja: 1) mjera zračenja koje prima ozračeni objekt, apsorbirana doza ionizirajućeg zračenja;
2) kvantitativne karakteristike polja zračenja - ekspozicijska doza i kerma.
Apsorbirana doza je osnovna dozimetrijska veličina, koja je jednaka omjeru prosječne energije prenesene ionizirajućim zračenjem na tvar u elementarnom volumenu i mase tvari u tom volumenu:
gdje je D apsorbirana doza,
E - prosječna energija zračenja,
m je masa tvari po jedinici volumena.
SI jedinica apsorbirane doze zračenja je Gray (Gy) u čast engleskog znanstvenika L. N. Graya, poznatog po svom radu na području dozimetrije zračenja. 1 Gy jednak je apsorbiranoj dozi ionizirajućeg zračenja, pri čemu se energija ionizirajućeg zračenja jednaka 1 J prenosi na tvar mase 1 kg. U praksi se koristi izvansistemska jedinica apsorbirane doze - rad (apsorbirana doza zračenja). je također uobičajena. 1 rad = 10 2 J/kg = 100 erg/g = 10 2 Gy ili 1 Gy = 100 rad.
Apsorbirana doza ovisi o vrsti, intenzitetu zračenja, njegovom energetskom i kvalitativnom sastavu, vremenu ozračivanja, kao i o sastavu tvari. Što je duže vrijeme zračenja, veća je doza ionizirajućeg zračenja. Povećanje doze po jedinici vremena naziva se brzina doze, koji karakterizira brzinu akumulacije doze ionizirajućeg zračenja. Dopuštena je uporaba raznih posebnih jedinica (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, obično je veći u teškim tvarima nego u lakim tvarima. Na primjer, u istom rendgenskom polju, apsorbirana doza u kostima je veća nego u mekim tkivima.
U području neutronskog zračenja, glavni faktor 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, jer neutroni različitih energija selektivno stupaju u interakciju s jezgrama tvari. U tom slučaju mogu se pojaviti nabijene čestice, γ-zračenje i mogu nastati radioaktivne jezgre koje same postaju izvori ionizirajućeg zračenja.
Dakle, apsorbirana doza tijekom neutronskog zračenja nastaje zahvaljujući energiji sekundarnih ionizirajućih čestica različite prirode koje nastaju međudjelovanjem neutrona s materijom.
Apsorpcija energije zračenja uzrokuje procese koji dovode do različitih radiobioloških učinaka. Za određenu vrstu zračenja, izlaz učinaka izazvanih zračenjem na određeni način
je povezan s apsorbiranom energijom zračenja, često jednostavnim proporcionalnim odnosom. To omogućuje da se doza zračenja uzme kao kvantitativna mjera učinaka zračenja, posebno na živi organizam.
Različite vrste ionizirajućeg zračenja pri istoj apsorbiranoj dozi imaju različite biološke učinke na tkiva živog organizma, što je određeno njihovom relativnom biološkom učinkovitošću - RBE.
RBE zračenja ovisi uglavnom o razlikama u prostornoj distribuciji ionizacijskih događaja uzrokovanih korpuskularnim i elektromagnetskim zračenjem u ozračenoj tvari. Energija koju prenosi nabijena čestica po jedinici duljine puta u tvari naziva se linearni prijenos energije (LET). Postoje rijetke ionizirajuće (LET)< 10 кэВ/мкм) и плотноионизирующие (ЛПЭ >10 keV/µm) vrste zračenja.
Biološki učinci koji proizlaze iz različitih vrsta ionizirajućeg zračenja obično se uspoređuju sa sličnim učincima koji se javljaju u rendgenskom polju s graničnom energijom fotona od 200 keV, koje se uzima kao ogledno.
RBE koeficijent određuje omjer apsorbirane doze standardnog zračenja koja uzrokuje određeni biološki učinak i apsorbirane doze danog zračenja koja daje isti učinak.
gdje je D x doza dane vrste zračenja za koju se određuje RBE, D R je doza standardnog X-zračenja.
Na temelju RBE podataka, različite vrste ionizirajućeg zračenja karakterizirane su svojom emisivnošću zračenja.
Težinski faktor zračenja (emisivnost zračenja)- bezdimenzionalni koeficijent kojim se za izračun mora pomnožiti apsorbirana doza zračenja u organu ili tkivu ekvivalentna doza zračenje kako bi se uzela u obzir učinkovitost različitih vrsta zračenja. Pojam ekvivalentne doze koristi se za ocjenu biološkog učinka zračenja, neovisno o vrsti zračenja, što je potrebno u svrhu zaštite od zračenja osoblja koje radi s izvorima ionizirajućeg zračenja, kao i bolesnika tijekom radioloških istraživanja i liječenja.
Ekvivalentna doza definira se kao prosječna apsorbirana doza 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 zaštitu od radiologije (ICRP). Ako je u posljednjoj formuli apsorbirana doza zračenja (D) izražena u Graysima, tada će ekvivalentna doza biti izražena u Sievertima. 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 nesistemska jedinica ekvivalentne doze - rem(1 Sv = 100 rem), ako se u istoj formuli apsorbirana doza zračenja izrazi u radima.
Težinski faktori za pojedine vrste zračenja pri izračunu ekvivalentne doze.
Efektivna ekvivalentna doza- koncept koji se koristi za dozimetrijsku procjenu izloženosti zdravih organa i tkiva i vjerojatnosti dugoročnih učinaka. Ta je doza jednaka zbroju umnožaka ekvivalentne doze u organu ili tkivu s odgovarajućim težinskim faktorom (faktorom težine) za najvažnije ljudske organe:
gdje je E efektivna ekvivalentna doza,
N T - ekvivalentna doza u organu ili tkivu T,
W T - faktor težine za organ ili tkivo T.
SI jedinica efektivnog doznog ekvivalenta je sivert (Sv).
Za dozimetrijske karakteristike polja fotonskog ionizirajućeg zračenja koristi se doza izlaganja. To je mjera ionizirajuće sposobnosti fotonskog zračenja u zraku. SI jedinica doze izloženosti - Privjesak po kilogramu (C/kg). Doza izloženosti jednaka 1 C/kg znači da su se nabijene čestice oslobodile u 1 kg atmosferskog zraka tijekom primarnih činova apsorpcije i raspršenja fotona,
Kada u potpunosti iskoriste svoj domet u zraku, formiraju ione s ukupnim nabojem istog predznaka koji je jednak 1 kulonu.
U praksi se često koristi jedinica doze nesistemske izloženosti X-zraka (R)- nazvan po njemačkom fizičaru Roentgenu (W. K. Rontgen): 1 P = 2,58 x10 -4 C/kg.
Doza izloženosti koristi se za karakterizaciju polja samo fotonskog ionizirajućeg zračenja u zraku. Daje ideju o potencijalnoj razini ljudske izloženosti ionizirajućem zračenju. Pri dozi izloženosti od 1 R, apsorbirana doza u mekom tkivu u istom polju zračenja iznosi približno 1 rad.
Poznavajući dozu izloženosti, moguće je izračunati apsorbiranu dozu i njenu raspodjelu u bilo kojem složenom objektu smještenom u određenom polju zračenja, a posebno u ljudskom tijelu. To vam omogućuje planiranje i kontrolu određenog režima zračenja.
Trenutno se češće koristi kao dozimetrijska veličina koja karakterizira polje zračenja kerma(KERMA je skraćenica od izraza: 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 činova interakcije zračenja s tom tvari. Pod određenim uvjetima kerma je jednaka apsorbiranoj dozi zračenja. Za fotonsko zračenje u zraku, to je energetski ekvivalent doze izloženosti. Dimenzija kerme je ista kao apsorbirana doza, izražena u J/kg.
Dakle, koncept "doze izloženosti" je neophodan za procjenu razine doze koju stvara izvor zračenja, kao i za praćenje režima zračenja. Koncept “apsorbirane doze” koristi se pri planiranju terapije zračenjem kako bi se postigao željeni učinak (Tablica 2.1).
Polje doze- to je prostorna raspodjela apsorbirane doze (ili njezine snage) u ozračenom dijelu tijela bolesnika, tkivno ekvivalentnoj okolini ili dozimetrijskom fantomu koji modelira tijelo bolesnika prema fizičkim učincima interakcije zračenja s materijom. , oblik i veličina organa i tkiva te njihov anatomski odnos. Informacije o polju doze prikazane su u obliku krivulja koje povezuju točke jednakih vrijednosti (apsolutnih ili relativnih) apsorbirane doze. Takve krivulje nazivaju se izodoze, i njihove obitelji - s kartama izodoza. Apsorbirana doza u bilo kojoj točki polja doze može se uzeti kao konvencionalna jedinica (ili 100%), posebno maksimalna apsorbirana doza, koja mora odgovarati meti koja se ozračuje (to jest, područje koje pokriva klinički otkriven tumor te očekivana zona njegovog širenja).
Fizičke karakteristike polja zračenja karakteriziraju različiti parametri. Broj čestica koje prodiru u medij naziva se fluence. Zbroj svih prodornih čestica i čestica raspršenih u određenom mediju je teći ionizirajuće čestice, a omjer toka i površine je gustoća toka. Pod, ispod intenzitet zračenja, odnosno gustoću toka
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 energije (LET), karakterizirajući prosječne gubitke energije čestica (fotona), odrediti linearnu gustoća ionizacije (IID), broj ionskih parova po jedinici duljine puta (staze) čestice ili fotona.
Formiranje doznog polja ovisi o vrsti i izvoru zračenja. Pri formiranju doznog polja za fotonsko zračenje uzima se u obzir da intenzitet fotonskog zračenja iz točkastog izvora pada u mediju obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti do izvora. U dozimetrijskom planiranju koristi se pojam prosječne energije ionizacije, koja uključuje energiju izravne ionizacije i energiju pobude atoma, koja dovodi do sekundarnog zračenja, koje također uzrokuje ionizaciju. Za fotonsko zračenje, prosječna energija ionizacije jednaka je prosječnoj energiji ionizacije elektrona koje otpuštaju fotoni.
Raspodjela doze snopa γ-zračenja je neravnomjerna. Područje 100% izodoze ima relativno malu širinu, a zatim relativna doza pada duž krivulje prilično strmo. Veličina polja zračenja određena je širinom od 50% doze. Kada se formira polje doze kočnog zračenja, dolazi do naglog 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 distribucije doze pri ozračivanju snopom kočnog zračenja postoje prednosti u odnosu na snop γ-zračenja, budući da su doze zračenja zdravih organa i tkiva u blizini patološkog žarišta smanjene (tablica 2.2).
Tablica 2.2. 100%, 80% i 50% izodozne dubine pri najčešće korištenim energijama zračenja
Bilješka. Udaljenost izvor-površina za uređaj za terapiju X-zrakama je 50 cm; gama terapeutski - 80 cm; linearni akceleratori - 100 cm.
Iz podataka u tablici. Slika 2.2 pokazuje da megavoltno zračenje, za razliku od ortovoltažnog rendgenskog zračenja, ima maksimum doze ne na površini kože, njegova dubina raste s povećanjem energije zračenja (slika 13). Nakon što elektroni dostignu svoj maksimum, uočava se strmi gradijent doze, što omogućuje smanjenje opterećenja dozom na zdrava tkiva ispod.
Protoni se odlikuju odsutnošću raspršivanja zračenja u tijelu i sposobnošću usporavanja snopa na određenoj dubini. U ovom slučaju, s dubinom prodiranja, raste linearna gustoća energije (LED), raste apsorbirana doza, dostižući maksimum na kraju putanje čestice,
Riža. 13. Distribucija energije različiti tipovi zračenje u tkivno ekvivalentnom fantomu: 1 - s bliskofokusnom rentgenskom terapijom 40 kV i dubokom rendgenskom terapijom 200 kV; 2 - s gama terapijom 1,25 MeV; 3 - s kočnim zračenjem od 25 MeV; 4 - kada je ozračen brzim elektronima 17 MeV; 5 - kada je ozračen protonima od 190 MeV; 6 - kada je ozračen sporim neutronima 100 keV
Slika 14. Braggov vrh
Riža. 15. Distribucija doze gama zračenja iz dva otvorena paralelna suprotna polja
takozvani Braggov vrh, gdje doza može biti puno veća nego na ulazu snopa, 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). S relativno središnjim položajem žarišta, doza iz svakog polja obično je ista; ako je područje ciljane lokacije ekscentrično, promijenite omjer doze u korist polja najbližeg tumoru, na primjer 2:1, 3:1 itd.
U slučajevima kada se doza isporučuje iz dva neparalelna polja, što je manji kut između njihovih središnjih osi, to se više izjednačavanje izodoza provodi pomoću klina.
novi filtri koji omogućuju homogeniziranje raspodjele doze (vidi sliku 17 na pločici u boji). Za liječenje duboko ležećih tumora obično se koriste tehnike zračenja s tri i četiri polja (slika 18).
Kod linearnog akceleratora elektrona pravokutno polje zračenja različitih veličina formira se pomoću metalnih prstenova.
Riža. 18. Raspodjela doze gama zračenja iz tri polja
limatori ugrađeni u uređaj. Dodatno oblikovanje snopa postiže se kombinacijom ovih kolimatora i posebnih blokova (set blokova od olova ili Woodove legure različitih oblika i veličina) pričvršćenih na LUE nakon kolimatora. Blokovi pokrivaju dijelove pravokutnog polja izvan ciljnog volumena i štite tkivo izvan ciljnih granica, tvoreći tako polja složene konfiguracije.
Najnoviji linearni akceleratori omogućuju kontrolu položaja i kretanja višelisnih kolimatora koji tvore polje. Tipični višelisni kolimatori imaju 20 do 80 ili više listova raspoređenih u parovima. Računalno upravljanje položajem velikog broja uskih latica koje su tijesno jedna uz drugu omogućuje stvaranje polja potrebnog oblika. Postavljanjem latica u traženi položaj dobiva se polje koje najbolje odgovara obliku tumora. Terenske prilagodbe vrše se promjenama računalne datoteke koja sadrži postavke za latice.
Pri planiranju doze uzima se u obzir da maksimalna doza (95-107%) mora biti isporučena u planirani ciljni volumen, pri čemu ≥ 95% tog volumena prima ≥ 95% planirane doze. Drugi nužan uvjet je da samo 5% volumena organa u riziku može primiti ≥ 60% planirane doze.
Tipično, linearni akceleratori imaju dozimetar, čiji je detektor ugrađen u uređaj za formiranje primarnog snopa kočnog zračenja, odnosno prati se dovedena doza zračenja. Monitor doze se često kalibrira na referentnoj točki koja se nalazi na dubini maksimalne ionizacije.
Dozimetrijsko osiguranje intrakavitarnih γ-terapijskih izvora visoka aktivnost dizajniran za individualno formiranje raspodjele doze, uzimajući u obzir mjesto, opseg primarnog tumora i linearne dimenzije šupljine. Pri planiranju se mogu koristiti izračunati podaci u obliku atlasa multiplanarnih distribucija izodoza priloženih intrakavitarnim γ-terapijskim uređajima, kao i podaci iz sustava za planiranje intrakavitarnih uređaja temeljenih na osobnim računalima.
Prisutnost računalnog sustava za planiranje kontaktne terapije omogućuje kliničku i dozimetrijsku analizu za svaku specifičnu situaciju s izborom distribucije doze koja najpotpunije odgovara obliku i opsegu primarne lezije, što omogućuje smanjenje intenziteta izloženosti zračenju na okolno područje. organa.
Prije uporabe izvora zračenja za kontaktnu terapiju zračenjem provodi se prethodna dozimetrijska atestacija za koju se koriste klinički dozimetri i setovi tkivno ekvivalentnih fantoma.
Za fantomska mjerenja doznih polja koriste se klinički dozimetri s ionizacijskim komorama male veličine ili drugi (poluvodički, termoluminescentni) detektori i analizatori.
dozno polje ili izodosegrafi. Termoluminescentni detektori (TLD) također se koriste za praćenje apsorbiranih doza kod pacijenata.
Dozimetrijski uređaji. Dozimetrijski instrumenti mogu se koristiti za mjerenje doza jedne vrste zračenja ili miješanog zračenja. Radiometri mjere aktivnost ili koncentraciju radioaktivnih tvari.
U detektoru dozimetrijskog uređaja dolazi do apsorbiranja energije zračenja, što dovodi do pojave učinaka zračenja čija se veličina mjeri mjernim uređajima. U odnosu na mjernu opremu, detektor je senzor signala. Očitanja dozimetrijskog uređaja bilježe se izlaznim uređajima (pokazivači, snimači, elektromehanički brojači, zvučni ili svjetlosni alarmi itd.).
Prema načinu rada dozimetrijski uređaji se dijele na stacionarne, prijenosne (mogu se nositi samo u isključenom stanju) i nosive. Dozimetrijski uređaj za mjerenje doze zračenja koju primi svaka osoba u zoni ozračenja naziva se individualni dozimetar.
Ovisno o vrsti detektora razlikuju se ionizacijski dozimetri, scintilacijski dozimetri, luminescentni dozimetri, poluvodički dozimetri, fotodozimetri itd.
Ionizacijska komora je uređaj za proučavanje i snimanje 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 dovodi razlika potencijala. Kada ionizirajuće čestice uđu u prostor između elektroda, tamo nastaju elektroni i ioni plina koji se krećući se u električnom polju skupljaju na elektrodama i snimaju tahografom. razlikovati Trenutno I puls ionizacijske komore. U strujnim ionizacijskim komorama galvanometar mjeri struju koju stvaraju elektroni i ioni. Trenutne ionizacijske komore daju informacije o ukupnom broju iona nastalih unutar 1 s. Obično se koriste za mjerenje intenziteta zračenja i za dozimetrijska mjerenja.
U pulsnim ionizacijskim komorama bilježe se i mjere naponski impulsi koji se javljaju na otporu kada kroz njega teče ionizacijska struja, uzrokovani prolaskom svake čestice.
U ionizacijskim komorama za proučavanje γ-zračenja, ionizaciju uzrokuju sekundarni elektroni izbačeni iz atoma plina ili zidova ionizacijskih komora. Što je veći volumen ionizacijskih komora, više iona stvaraju sekundarni elektroni, stoga se ionizacijske komore velikog volumena koriste za mjerenje γ-zračenja niskog intenziteta.
Ionizacijska komora također se može koristiti za mjerenje neutrona. U ovom slučaju ionizaciju uzrokuju povratne jezgre (obično proto-
us), koje stvaraju brzi neutroni, ili α-čestice, protoni ili γ-kvanti koji nastaju hvatanjem sporih neutrona od strane jezgri 10 B, 3 He, 113 Cd. Te se tvari uvode u plin ili stijenke ionizacijskih komora.
U ionizacijskim komorama sastav plina i tvari stijenke se bira na način da se, pod identičnim uvjetima ozračivanja, osigura ista apsorpcija energije (po jedinici mase) u komori i biološkom tkivu. U dozimetrijskim instrumentima, komore su ispunjene zrakom za mjerenje doza izloženosti. Primjer ionizacijskog dozimetra je mikrorendgenometar MRM-2, koji pruža raspon mjerenja od 0,01 do 30 µR/s za zračenje s energijama fotona od 25 keV do 3 MeV. Očitavanja se uzimaju pomoću brojčanika.
U scintilacija U dozimetrijskim instrumentima, svjetlosni bljeskovi koji nastaju u scintilatoru pod utjecajem zračenja pretvaraju se pomoću fotomultiplikatora u električne signale, koje zatim bilježi mjerni uređaj. U dozimetriji zaštite od zračenja najčešće se koriste scintilacijski dozimetri.
U luminiscentna dozimetrijski instrumenti koriste činjenicu da su fosfori sposobni akumulirati apsorbiranu energiju zračenja i zatim je oslobađati luminiscencijom pod utjecajem dodatne pobude, koja se provodi ili zagrijavanjem fosfora ili njegovim zračenjem. Intenzitet bljeska luminiscentne svjetlosti, mjeren posebnim uređajima, proporcionalan je dozi zračenja. Ovisno o mehanizmu luminiscencije i načinu dodatne pobude postoje termoluminiscentni (TLD) I radiofotoluminiscentni dozimetri. Posebna značajka luminescentnih dozimetara je mogućnost pohranjivanja informacija o dozi.
Sljedeća faza u razvoju luminiscentnih dozimetara bili su dozimetrijski uređaji temeljeni na toplinskoj emisiji egzoelektrona. Kada se neki fosfori, prethodno ozračeni ionizirajućim zračenjem, zagrijavaju, elektroni (egzoelektroni) izlijeću s njihove površine. Njihov broj proporcionalan je dozi zračenja u fosfornoj tvari. Termoluminiscentni dozimetri najviše se koriste u kliničkoj dozimetriji za mjerenje doze pacijentu, u tjelesnoj šupljini, a također i kao pojedinačni dozimetri.
Poluvodič(kristalni) dozimetri mijenjaju vodljivost ovisno o brzini doze. Naširoko se koristi zajedno s ionizacijskim dozimetrima.
U Rusiji postoji služba za mjeriteljstvo zračenja koja provodi provjeru kliničkih dozimetara i dozimetrijsko certificiranje uređaja za zračenje.
U fazi dozimetrijskog planiranja, uzimajući u obzir podatke topometrijske karte i klinički zadatak, fizički inženjer procjenjuje distribuciju doze. Raspodjela doze dobivena u obliku skupa izolinija (izodoza) ucrtava se na topometrijsku kartu, a služi za određivanje parametara ozračenja kao što su veličina polja ozračenja, položaj središta osi zračenja grede i njihovi pravci.
Određuje se pojedinačna apsorbirana doza i ukupna apsorbirana doza te se izračunava vrijeme ozračivanja. Dokument je protokol koji sadrži sve parametre zračenja pojedinog pacijenta na odabranoj terapijskoj instalaciji.
U provođenju brahiterapije uređaj se koristi zajedno s odgovarajućom ultrazvučnom opremom, koja omogućuje procjenu položaja izvora i raspodjelu izodoze u organu u sustavu realnog vremena zahvaljujući sustavu planiranja. Druga mogućnost je ubrizgavanje izvora u tumor pod nadzorom CT skeniranja.
Snop zračenja potrebnog oblika i određenih dimenzija formira se pomoću podesive dijafragme, kolimirajućeg uređaja, izmjenjivih standardnih i pojedinačnih zaštitnih blokova, klinastih i kompenzacijskih filtara i bolusa. Omogućuju ograničavanje područja i polja zračenja, povećavaju gradijent doze na njegovim granicama, izravnavaju raspodjelu doze ionizirajućeg zračenja unutar polja ili, naprotiv, raspoređuju je s potrebnom neravnomjernošću, stvaraju područja i polja, uključujući figurirana i višestruko povezana (s unutarnjim oklopljenim područjima).
Za pravilnu reprodukciju i kontrolu individualnog programa zračenja pacijenta koriste se uređaji za vizualizaciju snopa, mehanički, optički i laserski centralizatori, standardne i individualne stezaljke za imobilizaciju pacijenta tijekom zračenja, kao i rendgenski i drugi introskopski alati. Djelomično su ugrađeni u glavu za zračenje, stol za pacijente i druge dijelove uređaja. Laserski centralizatori montirani su na zidove sobe za tretmane. Rendgenski introskopi postavljaju se uz terapijsku gredu na podno ili stropno postolje sa stezaljkama za podešavanje u željeni položaj pacijenta.
