Клиническая дозиметрия при тотальном облучении тела человека

 

Доза, подведенная к  пациенту

Доза, подведенная к средней  линии пациента, должна быть получена для каждой пары точек от главного значения двух измерений (на входе и выходе) (рис. 10). Корректирующий фактор применяется для того, чтобы брать в расчет, что уменьшение дозы в ткани не линейное, а экспоненциальное (табл. 4).

 

Передние измерения (с помощью  ионизационной камеры):

 

Передне-задние измерения (полупроводник, ??)

 

 

Рис. 10. Определение дозы в абдоминальной области из in vivo дозиметрии

 

Таблица 4

Значения корректирующего коэффициента, применимые для in vivо измерений на передней и задней поверхностей для определения дозы в центре абдоминальной области для  различной толщины тела

Толщина, см	18 МэВ	25 МэВ
10	1,022	1,044
15	1,010	1,037
20	0,991	1,010
24	0,989	1,000

 

Рекомендуется, чтобы доза была определена для линии, проходящей по середине живота, но доза для легких должна быть оценена  отдельно. В добавление к дозе, предписанной в определенной одной точке, должны быть также определены наибольшие и наименьшие дозы. Критические точки перечислены в табл. 5.

 

 

 

 

Таблица 5

Рекомендованные точки тела, где  должна быть определена доза

Часть тела	Примечание	Орган, подверженный наибольшему риску
Голова	Близко к краю луча	Глаза
Шея	Возможна избыточная доза, за счет неправильности установки болюса
Плечи	Возможна избыточная доза
Торакс		Легкие
Абдоминальная часть	Особая точка на средней линии  абдоминальной часть	Почки, печень, селезенка, кишечник
Таз		Гонады
Щиколотка	Близко к краю пучка

 

Облучение высокоэнергетичными фотонами необходимо, чтобы подвести равномерную  дозу, распределенную по всей толщине  тела. Распределение дозы в теле пациента в результате облучения  дозой 10 Гр в середине туловища показано на табл. 6. Для большинства пациентов, доза, подведенная к средостению, близка к дозе, подведенной к середине туловища. Равномерность дозы через выделенную часть тела не сильно зависит от толщины. Как бы то ни было, абсолютная доза зависит от толщины тела.

 

Таблица 6

Распределение дозы в различных  частях тела относительно референсной дозы в 10 Гр в центре абдоминальной части тела

	Количество пациентов	Значения доз на средней линии (сГр)
		Голова	Средостение	Легкие	Абдоминальная часть	Ноги
<15	9	965±4.7%	994±2.6%	788±3.0%	1008±1.6%	1034±2.1%
15-18	23	981±3.8%	1005±2.0%	796±2.0%	1003±0.7%	1068±4.1%
18-20	18	1019±4.7%	1006±2.0%	807±3.3%	1002±1.8%	1101±5.0%
>20	22	1035±4.4%	1021±2.1%	803±1.9%	998±1.4%	1129±6.3%

 

Доза в легких

Учитывая взаимосвязь частоты возникновения радиационных пульмонитов и абсолютной дозы в легких, необходимо осторожно контролировать дозу, подводимую к легочной ткани. Многие параметры влияют на дозу в ткани легких: толщина, размер, плотность, положение тела, позиция наблюдаемой точки и качество пучка.

Для фотонных пучков 18 МэВ доза в легких без защиты примерно на 12% выше, чем в брюшной полости, несмотря на то, что увеличение дозы может изменяться на 2 - 20% в зависимости от геометрии легких и плотности (рис. 11). Эти значения соответствуют измеренной дозе в среднем отделе легких.

 

Рис. 11. Гистограмма распределения дозы в незащищенных легких и абдоминальной дозы для пациентов, облученных пучком с энергией 18МэВ

 

Помимо определения объема  легких, КТ сканирование определяет плотность  ткани легких. Плотность легких была измерена для различных позиций пациента для правого и левого легкого. Плотность легкого, расположенного около кушетки, всегда больше, чем плотность другого легкого.

На рис. 12 показаны измеренные плотности  для детей, подростков и взрослых. Различий между долями легкого почти нет, но большое различие появляется между двумя легкими. Такое же различие должно наблюдаться между задней и передней частью легких  в позиции лежа на спине.

 

 

Рис. 12. Плотности ткани легких в разных частях левого и правого легкого для пациентов разного возраста, лежащего на боку

 

Защита легких

Уменьшение дозы в легких обычно достигается с помощью защиты свинцовыми блоками. Если необходимо подвести номинальную дозу к средостению, печени и селезенке, то граница защиты отодвигается от видимых границ легкого. Таким образом, защита может охватить только часть объема легких. КТ сканирование обеспечивает простое и точное определение анатомического объема. Верхняя и нижняя части легких выше и ниже границ защиты приблизительно на 5% и 15% общего объема легких соответственно. Более чем 40% объема легких, которые остаются незащищенными свинцовыми блоками, подвергаются облучению номинальной дозой. Доза, подведенная к  верхушке легкого, на 10% выше (для пучка 18 МэВ) из-за ее малой толщины, хотя эта часть занимает всего 5%  от общего объема легкого (рис. 13).

 

Рис.13 Отделы легких, защищенные свинцовыми блоками

 

Контроль качества

In vivo дозиметрия требует огромной осторожности в расположении пар детекторов точно в указанные места на входе и выходе пучка. Чтобы увеличить точность оценки,  следует производить рентгеновские снимки в течение всего курса терапии, отмечая каждый раз положение детекторов. Снимки помогают проконтролировать положение защиты и обнаружить любые изменения в положении пациента.

Если облучение разделено на фракции, то in vivo дозиметрию нужно проводить при каждом сеансе облучения. Доза, подведенная к области живота, оцененная при in vivo дозиметрии только не при первом сеансе облучения, сравнивается с предписанной дозой (рис. 14). Для большинства пациентов расхождение меньше, чем 4%. Но оно достигает 8% и 12% для двух из них.

Гистограмма, содержащая дозу в легких, показывает большие отклонения.  С оценкой для in vivo измерений в ходе первой сессии расхождение было между 8% и 16% для 9 из 28 пациентов.

 

Рис. 14. Гистограмма отношения дозы “A”, которая должна быть подведена к абдоминальной части и к легким, полученной из in vivo измерений в ходе только первого сеанса облучения, к дозе “В”, подведенной к тем же частям, с учетом данных in vivo измерений во время всех сеансов облучения (количество фракций - 11)

 

Вывод

Подведение точной и равномерной  дозы ко всему телу для пациентов, которым показана пересадка костного мозга – это непростая проблема. Нет идеального пути определения дозы на пациенте; но какой бы метод не использовался, высокая доза облучения всего тела должна быть настолько точна, насколько достижима и воспроизводима.

1.4. Этапы дозиметрической подготовки к ТОТ

• Получение профилей и глубинных дозных распределений в геометрии и условиях тотального облучения
• Получение характеристик ослабления излучения в поглотителях, используемых при ТОТ:  церробенде, плексигласе, рисе в геометрии и условиях тотального облучения.
• Дозиметрическая подготовка средств детектирования для контроля кожной дозы во время сеанса тотального облучения.
• Специальная калибровка ТЛД и полупроводниковых детекторов.

 

Данная работа посвящена подготовке ТЛД в условиях рассеяния при  ТОТ.

 

 

 

1.5. Сведения о ТЛД дозиметрии [11]

 

ТЛД базируется на способности кристаллов, имеющих дефекты, улавливать и запасать информацию об энергии ионизирующего  излучения, которая высвобождается при последующем нагреве в  виде испускания электромагнитного  излучения, в основном, в видимой области спектра. Испускаемый свет улавливается с помощью фотоумножителя (ФЭУ), его интенсивность пропорциональна дозе, поглощенной в материале ТЛД.

 

Рис. 15. Один из возможных механизмов термолюминесценции

 

Один из возможных механизмов представлен  на рис. 15. На ординате представлено возрастание энергетического уровня в кристалле. При облучении образуются свободные электроны и дырки. И те и другие могут свободно перемещаться в зоне проводимости в течение короткого времени. В конце концов, они могут быть захвачены дефектами кристалла, или переходить в валентную зону и рекомбинировать с дырками с испусканием или без испускания света (флюоресценция), также осуществляется захват центрами люминесценции с испусканием света. Электроны могут находиться в ловушках продолжительное время (до месяцев), позволяя с помощью метода извлекать хранящуюся информацию.

Информацию можно получить путем  нагревания кристалла до определенной температуры, зависящей от его природы. Энергия нагревания используется для  извлечения электронов из ловушек в  зону проводимости, где они могут  свободно перемещаться, пока не провзаимодействуют одним из трех возможных способов: будут захвачены ловушкой, или попадут в валентную зону и рекомбинируют с испусканием света или без, или рекомбинируют с испусканием люминесценции в активированном центре. Испускание света в последнем процессе называется термолюминесценцией (ТЛ).

Собирание света и тепла происходит в считывающей системе, который  мы будем называть «считыватель» или «анализатор». ТЛ сигнал, как функция температуры (или времени нагревания, если этот параметр пропорционален температуре) зависит от природы кристалла и называется кривой термовысвечивания. Он содержит различные пики, каждый пик соответствует различному энергетическому состоянию в кристалле (рис. 16). Пики могут быть нестабильными, затухающими более или менее быстро со временем, в зависимости от материала ТЛД, или стабильными. ТЛ дозиметры всегда имеют как стабильный, так и нестабильный пики, один из которых используется в дальнейшем при дозиметрии. Они называются «дозиметрическими пиками».

Рис. 16. Кривая термовысвечивания Li₂B₄O₇:Mg, состоящая из двух пиков. Низкотемпературный пик затухает при комнатной температуре, в то время, как дозиметрический пик остается стабильным. Нестабильные пики сняты спустя: 3,4; 8,6; 27,3; 69,2 и 900 минут после облучения

 

После считывания показаний, материал или восстанавливается до своего первоначального состояния, в этом случае его можно использовать повторно, или подвергается специальному нагреву, называемому отжигом (annealing), чтобы вернуться в первоначальное состояние.

 

Большинство наиболее часто используемых ТЛД получены путем добавления к фосфорам (светящимся веществам), таких, как фторид лития (LiF), борат лития, сульфат кальция (CaSO₄) и фторид кальция (CaF₂), примесей, которые называют «активаторами»: например LiF:Mg-Ti – это фторид лития с добавлением магния и титана, Li₂B₄O₇:Cu - это борат лития с добавлением меди, и т.д. ТЛ материалы применяют в виде порошка, или в виде твердых дозиметров. Твердые дозиметры делают путем добавления фосфора, в виде монокристалла или прессованных поликристалликов (прессованный стержень, плавленый шарик или диск), или в виде гомогенной композиции из порошка фосфора и некоторых связывающих материалов. Следует отметить, что характеристики дозиметров из чистого фосфора могут значительно отличаться от характеристик композитных материалов.

 

В табл. 7 перечислены материалы, которые можно считать эквивалентными мягкой или костной ткани в некотором диапазоне энергий излучения, применяемые в лучевой терапии.

 

Таблица 7

Различные ТЛ материалы, эквивалентные  мягкой ткани, легким или кости

Мягкая ткань или легкие	Кости
LiF (Mg, Ti), LiF (Mg, Ti, Na), Li2B4O7 : Mn Li2B4O7 : Cu	CaSO4 : Mn CaSO4 : Dy CaF2: Mn CaF2 : Dy