методы и средства исслед и аттестации бета-источников для медицины

Л.В. Тимофеев

Рис. 9.19. Распределения доз по глубине мягкой биологической ткани от офтальмоаппликатора с радионуклидом таллий-204. Линия‒расчет,точки‒разультатыэкспериментаспомощьюпле-

нок ЦДПЧ (для центральной части дозного поля).

250

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Рис. 9.20. Глубинное распределение мощности дозы от источника с радионуклидом 55Fe.

251

Л.В. Тимофеев

Рис. 9.21. Глубинное распределение МПД БИ при различных способах облучения.

252

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Рис. 9.22. Глубинное распределение доз от офтальмоаппликатора с радионуклидами 90Sr + 90Y.

253

Л.В. Тимофеев

Формирование дозных полей, онкологических игл и аппликаторов с Сs137 в зависимости от материала и толщины фильтра [154]

В.В. Бочкарёв, Ю.Ф. Иванов, Л.В. Тимофеев, В.И. Завьялов, Г.В. Обвинцев

Применяемые для терапевтических целей источники в виде игл и аппликаторов с γ−излучающими радиоизотопами Ra226[1], Co60 [2], Cs137 [3] заделываются в специальные фильтры для того, чтобы: 1) избежать попадания радиоактивных изотопов в организм; 2) обеспечить источникам механическую прочность; 3) поглотить нежелательное сопутствующее излучение.

γ-Источники в виде игл должны иметь по возможности малую толщину, чтобы меньше травмировать живую ткань при внедрении иглы; с другой стороны, толщина оболочки должна быть достаточной для поглощения β-излучения.

Вместе с тем в материале фильтра при прохождении через него γ-излучения образуются вторичные электроны, которые также вносят вклад в тканевую дозу вблизи источника.

Ранеебылиопубликованыработы[4−6],вкоторыхсодержались предложения, относящиеся к выбору материала и толщины стенок фильтров для игл и аппликаторов с Co60.

В работах [7-8] изучался выход вторичных электронов из «толстых» фильтров, изготовленных из различных материалов под действием γ-излучения Cs137. Однако эти данные не могут служить основой для выбора толщины фильтров для игл с Cs137 с учётом поглощения: первичного β-излучения, конверсионных электронов, вторичной электронной компоненты, образующейся в результате взаимодействия γ-излучения с веществом фильтра, а также количественной оценки соотношения доз, создаваемых γ- и β-излучением. Между тем необходимость в таком обосновании возниклавсвязисподготовкойксерийномувыпускуонкологических игл и аппликаторов с Cs137.

254

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

В качестве материалов фильтров для исследований мы выбрали сталь и платину. Железо принадлежит к группе элементов, для которых выход вторичного электронного излучения минимален [7], а платина отличается высокой коррозионной стойкостью и большим удельным весом, что очень важно при разработке тонких игл.

Для того чтобы выбрать оптимальную толщину фильтра, мы изучали спектральное распределение электронов вокруг источников с фильтрами из стали и платины различной толщиной, по которому можно затем рассчитать абсолютное значение мощностей дозы и характер её распределения по глубине ткани.

Для измерения электронных спектров были приготовлены две группы источников: одна для измерений открытых источников, другая для измерений источников с фильтрами.

Источник без фильтра приготавливался накапыванием 1 н. раствора азотнокислотного цезия на териленовую полоску шириной 1 мм и толщиной 1мг/см2, укреплённую на алюминиевой рамке. Длина источника 10 мм, активность 70 мккюри. Для измерения спектров электронов после фильтров был приготовлен источник из хлопчатобумажных нитей, свёрнутых в жгут диаметромоколо0,5ммипропитанныхрастворомCs.Длинаисточника 10 мм, активность 380 мккюри. Активность приготовленных источников измеряли на сцинтилляционном γ-спектрометре с многоканальным анализатором LP-4050 путём сравнения фотопиков, соответствующих γ-излучению с энергией 0,661 Мэв исследуемого источника с калиброванным источником Cs137, активность которого была измерена методом 4πβ−счёта.

Фильтры представляли собой полые цилиндры длиной 15 мм, так что, надевая их один на другой, можно было изменять общую толщину фильтра из стали в пределах 0,1-0,4 мм, а из платины от 0,01 до 0,40 мм.

255

Л.В. Тимофеев

Измерения электронных спектров производились на магнитном β-спектометре типа БПП-3[9] с двойной фокусировкой на угол π √2. Результаты измерений электронных спектров от источников с Cs137 в стальных фильтрах представлены на рис.9.23 Около каждого спектра проставлена соответствующая толщина фильтра в миллиметрах. Спектр электронов открытого источника (0,0 мм) построен в масштабе 1:10. На этом спектре отчётливо видныдвапика,соответствующиеК-иL-конверсионнымэлектро- нам. Размытый пик на спектре от источника с толщиной фильтра 0,1 мм также соответствует конверсионным электронам. Из приведённых графиков видно, что первые слои фильтра толщиной 0,1-0,2 мм сильно срезают первичное β-излучение Cs137 и конверсионные электроны. При толщинах фильтров 0,3-0,4 мм выход электронной компоненты становится практически постоянным и равным приблизительно 2,4∙105 электронов на 1 мг-экв Ra.

На рис. 9.24 представлены аналогичные спектры электронов от источников с фильтрами из платины толщиной от 0,01 до 0,4мм.Спектрототкрытогоисточникапостроенвмасштабе1:10. Из графика видно, что фильтры толщиной до 0,1 мм сильно поглощают первичные электроны. Выход же вторичных электронов становится постоянным при толщине приблизительно 0,1 мм и равным 1% от числа первичных электронов.

Кривая, обозначенная 0,1-0,4 мм представляет собой четыре слившихся в один спектра для толщин фильтра 0,1:0,2; 0,3 и 0,4 мм. При толщинах фильтров 0,04-0,4 мм отчётливо видны два пика электронов с К- и L-оболочек платины.

Таким образом сопоставляя график на рис. 9.23 и 9.24, можно отметить, что: 1) выход электронной компоненты становится постоянным при толщинах для платины, приблизительно в 4 раза меньших по сравнению со стальными фильтрами; 2) однако спектр электронов из платины более жёсткий и его выход по числу электронов в 4,5 раза больше, чем из стали.

256

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Для того, чтобы рассчитать абсолютное значение мощности дозы в ткани от электронной компоненты, спектр электронов разбивали на 9-13 интервалов энергии. Всем электронам каждого интервалаприписывалосьсреднеезначениеэнергииэтогоинтервала. Практически вся энергия электронов (≥90%) поглощается в слое тканитолщиной,равнойполовинемаксимальногопробегаэлектронов. В этом слое и определялась средняя поглощённая мощность дозы от электронов данного энергетического интервала.

Просуммировав соответствующие мощности дозы по всем глубинам,мыполучиликривуюраспределениявтканимощности дозы от электронной компоненты для источника с определённой толщиной фильтра. Зная абсолютное значение электронов от открытого источника, можно определить число электронов, приходящихся на единицу площади, ограниченной кривыми на рис. 9.23 и 9.24, а из него ‒ абсолютное значение числа электронов, выходящих из источников с фильтрами.

Усреднённая таким образом по слою ткани толщиной Rм/2, мощность дозы Pi от электронов с энергией Еi в кэВ:

Pi= kSi Ei рад/ч, где m ‒ масса слоя ткани в г толщиной Rм/2, прилегающего к источнику в виде цилиндра определённых диаметра и длины; Si − площадь в см2 под графиками рис. 1 и 2, соответствующая i ‒ энергетическому интервалу.

На рис. 9.25 и 9.26 приведены рассчитанные кривые ослабления в ткани поглощённой дозы от электронной компоненты источников с Cs137 в фильтрах из стали и платины различной толщины. Треугольниками отмечены точки, соответствующие рассчитанному значению поглощённой мощности дозы Pγ, создаваемой γ-излучением Cs137. При расчёте предполагалось, что источник является бесконечно тонким и находится в фильтре с внешним диаметром 1 мм.

Расчёт производился для точек, лежащих в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра и проходящей через его середину.

257

Л.В. Тимофеев

Мощность дозы Pγ на расстояниях 0,5 и 1,5 мм от фильтра для источника активностью 1 мг-экв Ra равно 230 и 100 рад/ч соответственно.

В настоящее время накоплен большой клинический материал по использованию кобальтовых игл. В связи с этим интересно было сопоставить электронные компоненты источников Cs137 и Co60. C этой целью методами, описанными выше, были измерены спектры электронов от источника Co60 длиной 10 мм в стальных фильтрах толщиной 0,2 и 0,5 мм. Результаты измерений приведены на рис.9.27 Выход вторичных электронов равен 2% от числа первичных электронов Co60.На этом же рисунке приведён спектр электронов от источника Cs137 такой же активности в единицах мг-экв Ra, определяющей терапевтический эффект источников, и такой же длины и толщины фильтров. По этим спектрам были рассчитаны кривые распределения мощностей доз от электронов, которые и приведены на рис. 6. Квадратами на этом рисунке обозначены мощности доз от γ-излучения.

На основе полученных данных рекомендованы параметры игл и аппликаторов с Cs137, намечаемых к серийному выпуску. Эти данные могут быть использованы также при разработке новых типов источников с Cs137.

258

//СИГНАЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР//

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ И АТТЕСТАЦИИ БЕТА-ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ

Рис. 9.22. Спектры электронов от источников с Cs137 (стальные фильтры различной толщины).

259