Клиническая дозиметрия при тотальном облучении тела человека

 

 

1.4.2. Анализаторы (считыватели)

Принцип работы показан на рис. 17. Обычно облученные дозиметры располагаются на металлических подставках (или держателях, или планшетках), находящихся внутри считывающей камеры. Подставка нагревается различными способами до двух различных температур: температура предварительного нагрева применяется для удаления нестабильных пиков, а рабочая температура используется для снятия информации с дозиметрических пиков (рис.16). Как правило, температура подставки измеряется термопарой, находящейся с ней в термическом контакте. Считывающую камеру следует продолжительное время продувать азотом, чтобы снизить ложные показания и снизить фон. Свет, испускаемый нагретым материалом, перед тем, как попасть на ФЭУ, проходит через один или несколько оптических фильтров. Ток ФЭУ пропорционален световому потоку, и, следовательно, поглощенной дозе, запасенной в ТЛ дозиметре.

 

Рис. 17. Классическая схема анализатора

 

Различные нагреватели, используемые в анализаторах для ТЛД,                    приведены в табл. 8.

 

 Таблица 8

Некоторые анализаторы, выпускавшиеся в 1993 г.

Производитель	Страна	Модель	Система нагревания	Детекторы	Ручное /автомат
Panasonic	Япония	UD 513 A	Горячий газ	Ц+ПС.	Руч.
Harshaw	США	3500	Горячая подложка	ТвД.+П	Руч.
Harshaw	США	5500	Горячий газ	ТвД.	Автомат
Teledyne isotopes	США	310	Горячая подложка	ТвД.+П	Руч.
Alnor	Финляндия	DOSACUS	Горячий газ	ТвД	Авт. или руч.
Fimel	Франция	LTM	Горячая подложка	ТвД.+П	Руч.
Fimel	Франция	PCL	Изотермическое нагревание	ТвД.+П	Автомат

Твд. – твердый детектор,  ПС. – порошок в стекле, П – порошок,  Ц - цилиндр

 Металлическая подставка с  ТЛ материалом на ней может  быть нагрета электрическим током,  или печкой, или подвижным нагревающим  стержнем. Нагревание возрастает  либо линейно, либо изотермически.  В первом случае материал быстро  нагревается до температуры предварительного  нагрева и рабочей температуры.  В изотермическом случае, материал  нагревается относительно быстро  изотермической печкой до обеих  температур, и высвечивание происходит  меньше чем за 10 с. В любом  случае для хорошей воспроизводимости  должен сохраняться тесный контакт  между дозиметром, подставкой и  нагревающей системой.

 Существуют некоторые бесконтактные  процедуры, такие, как нагревание  горячим азотом или воздухом, импульсным инфракрасным излучением  галогеновых ламп или нагревание  лазером. В этих случаях температура  растет частями и зависимость  обычно трудна для описания.

 

Анализаторы, сконструированные для  снятия показаний с большого количества датчиков за короткое время, обычно используют изотермическое нагревание, или нагревание горячим газом.

Детектирование света различно в разных анализаторах, поскольку  оно зависит от материала фотокатода ФЭУ и имеет различное спектральное поглощение окна на трубке ФЭУ. Большинство  фотокатодов имеет пик восприимчивости  около 400 нм, что хорошо согласуется  с синей областью спектра для  LiF, Li₂B₄O₇:Cu, но не подходит для желто-красной области Li₂B₄O₇:Mn. Соответствующие фильтры располагаются перед окном ФЭУ, позволяя приспосабливать считыватель под длины волн различных ТЛД. Хороший считыватель, должен иметь большое окно фотопоглощения ФЭУ и позволять быстро менять соответствующие фильтры, подходящие для различных ТЛ материалов.

В зависимости от типа считывающей  системы, каждый сигнал, пропорциональный световому потоку, усиливается и  проходит через интегратор (режим  постоянного тока) или превращается в импульсы и проходит через пересчетное  устройство (импульсный режим). Независимо от режима, напряжение на трубке ФЭУ  должно быть стабильным для обеспечения  хорошей воспроизводимости измерений.

Результаты, переведенные в единицы поглощенной  дозы, или считываются и сохраняются  в операторе, или же сохраняются  на жестком диске компьютера и  выводятся в форме, удобной для  пользователя. В этом случае, различные  калибровочные и корректировочные коэффициенты учитываются автоматически. Во многих анализаторах кривые высвечивания показываются на экране одновременно с измерением дозы, что дает максимальное количество информации.

1.4.3  Основные характеристики.

 

Стабильность сигнала  после облучения.

Важным  свойством при выборе ТЛД является стабильность сигнала. Иногда необходимо оценить, не был ли потерян заряд  перед считыванием, образованный в  процессе облучения путем излишнего  нагрева (термический фединг), высвечивания (оптический фединг) или других факторов (аномальный фединг). Это выражается уменьшением отклика ТЛД в зависимости от промежутка времени между облучением и считыванием.

Предварительное нагревание позволяет  исключить часть сигналов (слабо  температурные пики), связанные с  термическим федингом, значительно  уменьшая, таким образом, термический  фединг большинства ТЛД (табл.8). Характерным для новых анализаторов является то, что предварительное нагревание составляет часть считывающего цикла. Например, Li₂B₄O₇:Mn имеет значительный фединг без предварительного нагревания (рис.17), который уменьшается примерно до 2,5 % в месяц при правильном предварительном нагревании. Датчики из LiF имеют фединг от 5 до 10 % в год в зависимости от изготовления и предварительного отжига.

Оптического фединга можно избежать, работая с дозиметрами при  комнатном освещении лампами  накаливания, если они имеют матовые  плафоны, а при использовании  дозиметров для in-vivo дозиметрии помещать датчики в непрозрачные оболочки или конверты, если работают в процедурных, освещенных искусственным светом.

 

Таблица 9

Термический фединг для различных  ТЛ материалов после правильного предварительного нагревания

ТЛ Материал	Термический фединг
LiF Li2B4O7 : Mn Li2B4O7 :Cu  CaSO4 : Dy CaSO4 : Mn CaF2 : Dy CaF2: Mn	5-10 % в год  2,5 % в месяц 4 % в месяц 1-5 % в месяц 10 % в месяц 25 % в месяц 7 % в  день

 

Аномальный фединг намного сложнее  уловить, чем термический или  оптический, так как он проявляется  обычно более медленно. Возможно, из-за этого он еще мало изучен и вызывает трудности при дозиметрии.

 

Практический вывод.

Термический фединг следует  определять для каждого считывателя  вместе с ТЛ материалом, который  планируется использовать. Он составляет примерно 1% в месяц, или меньше для  различных LiF-дозиметров при считывании и правильном отжиге. Для Li₂B₄O₇ он колеблется от 0,5 до 1 % в неделю в зависимости от примеси.

При длительном промежутке между облучением и считыванием  следует вносить поправку на фединг.

 

Собственная точность.

Собственная точность (intrinsic precision) – это воспроизводимость показаний данного ТЛ материала, связанная с данной считывающей системой. Она сильно зависит от качества используемого материала, характеристик считывателя, пути предварительного и полного нагревания, чистоты азота в считывающей камере и т.д. Ее можно оценить, отобрав случайным образом 10 образцов порошка или детекторов из некоторой партии и облучив их одинаковой дозой. После считывания и отжига, эту операцию следует повторить несколько раз.

Когда параметры считывания оптимизированы, стандартное отклонение составляет ±2% или меньше, что достигается ручным или автоматическим считыванием хорошего качества, совместно с испытанным ТЛ материалом.

 

Практический вывод.

ТЛ материалы, имеющие  стандартное отклонение больше, чем ±2% либо плохого качества, либо неправильно настроены. Их не следует применять для in-vivo дозиметрии, пока процедура снятия показаний не будет улучшена.

 

Чувствительность.

Всегда существуют некоторые различия в чувствительности для группы ТЛД. Для ограничения влияния этих различий, можно использовать различные  методы.

Наилучший метод следующий. Облучить все дозиметры в определенной геометрии, затем снять показания  и приписать каждому из них  чувствительность в виде коэффициента S_i:

 

S_i=R_i / R’                            

 

где R_i- показания i-го дозиметра, а R’- усредненное показание для данного дозиметра. Данный коэффициент чувствительности показывает отклонение отклика каждого дозиметра относительно среднего значения. Несмотря на то, что это среднее значение может сильно меняться от облучения к облучению, S_i остается постоянным, так как все дозиметры имеют соответствующие отклонения. Коэффициент чувствительности следует периодически проверять, чтобы учесть возможные ошибки, происходящие, когда ТЛД не очень хорошо подготовлены.

Другой метод, дающий похожую точность, состоит в разделении ТЛД на группы по чувствительности (т.е. группы дозиметров, отклик которых изменяется менее, чем  на ± 1 или 2 % от среднего по группе) и увеличении числа дозиметров, используемых для каждой точки измерений. Если имеется автоматический считыватель, такой метод очень удобен, поскольку считывание занимает очень короткое время. Если распределение чувствительности в группе меняется со временем по причинам, описанным выше, следует повторить измерения, чтобы добиться заданной точности.

 

Практический вывод.

Для твердых дозиметров: различия в чувствительности следует  учитывать или путем их нахождения и определения индивидуальных коэффициентов  чувствительности или путем объединения  дозиметров в группы с одинаковой чувствительностью.

 

Для достижения оптимальной точности при использовании ТЛ порошков, количество порошка и условия считывания должны быть точно определено и скорректировано. Чувствительность зависит от массы ТЛ материала, которую следует выбирать в зависимости от условий считывания, что зависит от кинетики нагревания. Для большинства материалов сигнал пропорционален массе при линейной скорости нагрева. Следует вносить либо поправку на линейность при различной массе образцов, либо использовать образцы с одинаковой массой.

Некоторые материалы, например, Li₂B₄O₇:Cu имеют чувствительность, которую можно считать независящей от массы при ее определенном значении, если применять автоматическое считывание с изотермическим нагревом. В этом случае нет необходимости взвешивать порошок, достаточно просто измерять объем порошка.

Практический вывод.

Для порошков: следует определить чувствительность порошка в зависимости  от массы материала для имеющихся  условий считывания и при необходимости  вносить поправки.

 

Зависимость чувствительности от дозы.

Независимо от ТЛ материала, зависимость  интенсивности термолюминесценции от поглощенной дозы имеет вид  кривой, показанной на рис.18. При относительно низких величинах поглощенной дозы зависимость линейная, график начинается с фонового значения, обозначенного буквой B. Значение D_l ограничивает линейный участок, далее идет сверхлинейный участок чувствительности, достигающий насыщения в точке D_s и затем чувствительность спадает. Это связано с повреждениями кристаллической решетки при облучении ТЛ кристаллов, в результате чего возрастает чувствительность детектора, т.к. дефекты могут служить ловушками для электронов, внося свой вклад в процесс ТЛ. Значения уровня доз, ограничивающих линейный участок, и дозы, при которой происходит насыщение, для ТЛД, используемых в лучевой терапии, приведены в табл.9. Наличие нелинейного участка на кривой дозовой чувствительности не мешает использовать ее в дозиметрии, если ввести поправочный коэффициент. Хорошим примером служит LiF, имеющий линейный участок только от 10^-5 до 1 Гр, но широко используемый на практике. Однако не рекомендуется использовать ТЛД  в области сверхлинейности, приближающейся к насыщению.

 

 

 

Рис. 18. Изменение термолюминесценции в зависимости от поглощенной дозы