Клиническая дозиметрия при тотальном облучении тела человека

 

Таблица 10

Зависимость чувствительности от дозы для различных ТЛ материалов,

используемых в in-vivo дозиметрии. Доза, соответствующая концу линейного

участка и насыщению, представлена в колонках 2 и 3 соответственно

Материал	Доза, Гр
	Зона линейности	Насыщение
LiF Li2B4O7 : Mn Li2B4O7 :Cu (C.E.N.-FAR CaSO4 : Dy CaSO4 : Mn CaF2 : Dy CaF2: Mn	5´10-5 до 1 10-4   до 3 5´10-4  до 120 10-6  до 30 10-7  до 30 10-5  до 10 10-5  до 10	103 3´104 103 103 102 104 103

 

Следует иметь в виду, что сверхлинейный  участок и участок насыщения  дозы, могут изменяться при плохих условиях нагрева, при неправильном облучении и температурных перепадах.

 

Практический вывод.

На практике рекомендуется  использовать ТЛД  в области, где  чувствительность пропорциональна  дозе (линейный участок). В противном  случае в полученное значение дозы следует вводить поправку, которую  получают из кривой чувствительности для данного материала, полученную на аппарате и в условиях пользователя, а не по опубликованным данным, так  как параметры считывания каждый раз могут меняться. Данный график следует периодически проверять. Поправки можно  внести в компьютер и  использовать с некоторыми автоматически  считывающими системами, что позволяет  вводить поправку автоматически.

ТЛД не следует использовать на участке сверхлинейности вблизи точки насыщения.

 

1.4.4. Процедура отжига

Некоторые материалы, такие, например, LiF сильно зависят от теплового воздействия, называемого отжиг (annealing), который проводится перед первым облучением и после использования. Если данная процедура не проводится, то чувствительность ТЛД и фон сильно меняются. Более того, дозиметрические свойства не остаются постоянными. Это происходит из-за кластерных процессов внутри дефектов, которые могут сопровождаться генерацией термолюминесценции, увеличивая, таким образом, зависимость сверхлинейности и чувствительности от скорости нагрева.

Перед первым использованием, процедура  нагревания Li₂B₄O₇, с примесью меди или марганца, включает отжиг от 15 мин до часу при 300 °С, при этом дополнительный отжиг перед следующим использованием не требуется.

Отжиг намного сложнее для некоторых  способов приготовления LiF, и может изменять дозиметрические свойства ТЛ материалов, если процедура проведена неправильно. Это зависит от формы, в которой выпускается LiF. Можно обратиться к литературе  и к указаниям производителя по проведению процедуры отжига для данного ТЛД LiF. Для LiF:Mg, Ti в виде цилиндров или палочек следует применять отжиг от 1 до 2 часов при 400°С, затем 24 часа при 80°С после каждого использования.

Некоторые производители рекомендуют  не отжигать LiF детекторы после повторного использования. Наш опыт показал, что правильные результаты можно получить, если заменить процедуру отжига предварительным нагреванием материала непосредственно перед считывания.

 

Практический вывод.

Li₂B₄O₇ с примесью меди или марганца можно использовать повторно много раз без процедуры нагревания между считыванием и последующим облучением.

LiF, CaSO₄ и CaF₂ нуждаются в специальной процедуре нагревания после каждого использования.

 

Влияние мощности дозы

ТЛ дозиметры не имеют зависимости  от величины мощности дозы. Например, LiF и Li₂B₄O₇ не имеют зависимости от мощности дозы вплоть до 45 Гр и 10³ Гр за импульс 0,1 мкс. Это на практике означает, что при применении ТЛД учитывать изменение мощности дозы, получающееся при применении модификаторов пучка облучения, изменения РИП, толщины пациента и т.д., не нужно. Даже чрезмерно высокие мощности дозы, получающиеся в пучках электронов линейных ускорителей, не создают особых трудностей.

 

 

Практический вывод.

Поправку на мощность дозы, в пределах используемых в клинике  доз, вносить не надо.

 

Влияние температуры

Так как температура, которая требуется  для получения светового сигнала  от ТЛ кристалла, намного больше комнатной  или температуры тела пациента, то чувствительность ТЛД не зависит  от изменений температуры в диапазоне, относящемуся к in-vivo дозиметрии. Однако не следует хранить дозиметры рядом с источниками тепла.

 

Практический вывод.

Вносить поправку на температуру  для in-vivo дозиметрии не нужно.

 

Энергетическая зависимость

За исключением измерений на поверхности тела, на ТЛД следует надевать равновесные колпачки, соответствующие энергии и геометрическим условиям облучения. Если равновесный колпачок сделан из тканеэквивалентного материала, то теоретически возможно оценить дозу, поглощенную датчиком и колпачком, облученных пучком фотонов, зная относительное изменение массового коэффициента поглощенной энергии между материалом ТЛД и водой в зависимости от энергии фотонов. Теоретически, эта зависимость будет меньше 4% и 8% в энергетическом диапазоне от 1 до 50 МэВ для Li₂B₄O₇ и LiF соответственно. На практике влияние окружающего материала (равновесные колпачки и пациент) и размер и форма датчика, могут изменить ожидаемый результат на 5% .

Условия нагревания тоже могут несколько  влиять на результат. Таким образом, наиболее надежный, сравнительно точный метод включает в себя сравнение  показаний самого ТЛД и соответствующего колпачка, с показаниями калиброванной  ионизационной камеры с хорошо известной  энергетической зависимостью. Облучив  оба детектора тем же пучком, что  и при лечении пациента, нужно  сравнить эти зависимости. Из-за небольшой  зависимости чувствительности от энергии  для Li₂B₄O₇ и LiF в рассматриваемом энергетическом диапазоне, калибровочные коэффициенты, полученные с помощью данного метода, можно использовать для всех пациентов, облучаемых в одних и тех же пучках, или для пациентов, облучаемых пучками одинаковой энергии, независимо от геометрических параметров (размера поля, РИП, использования компенсирующих фильтров и т.д.).

Если энергия фотонов меньше 300 кэВ, применяют очень тонкие ТЛД  без равновесных колпачков. Предпочтительно  использовать борат лития вместо LiF, и другие материалы (рис. 19), так как здесь зависимость от энергии не так важна. В этом случае можно использовать теоретические кривые энергетической зависимости, показанные на рис.19, каждый раз для ТЛ дозиметров малых размеров. Для низких энергий (ниже 50 кэВ), теоретические кривые или другие теоретические данные, непосредственно использовать нельзя, так как форма и размер детектора могут порождать сильные изменения чувствительности в объеме детектора. Более того, природа активатора так же может быть причиной больших различий чувствительности ТЛ материалов в этом энергетическом диапазоне. Единственным методом разрешения проблемы является непосредственное сравнение показаний ТЛД с показаниями калиброванной ионизационной камеры. Для низких уровней энергии, эффективная точка ионизационной камеры, выбирается как для рентгеновского излучения низких энергий, в данном случае на уровне, что и для ТЛ дозиметра.

 

Рис. 19. Относительная чувствительность различных ТЛ материалов как функция энергии фотонов: 1- CuF₂, 2 - CaSO₄, 3 - Al₂O₃, 4 – LiF, 5 - Li₂B₄O₇.

 

В заключение следует отметить, что  LiF тип 6 и Li₂B₄O₇ чувствительны к медленным нейтронам благодаря реакциям на ⁶Li и ¹⁰B. Тормозное излучение очень высоких энергий иногда содержит нейтроны, этому следует уделять внимание при проведении in-vivo измерений с помощью тормозного излучения с энергией более 12 МэВ. Наилучшие результаты достигаются при использовании LiF, обогащенного ⁷Li, который нечувствителен к нейтронам.

 

Энергия электронов.

Теоретически можно оценить  поглощенную дозу в ТЛД, облученном пучком электронов, зная изменение  зависимости от энергии электронов отношения массовой тормозной способности  в материале ТЛ к тормозной  способности воды или ткани. Это  изменение меньше 2% и 5% для LiF и Li₂B₄O₇ соответственно, в энергетическом диапазоне от 200 кэВ до 50 МэВ. На практике, по тем же причинам что и для фотонных пучков предпочтительнее сравнивать непосредственно используемые ТЛ дозиметры с калиброванными ионизационными камерами, энергетическая зависимость которых хорошо известна для электронных пучков. Законность этого метода проверялась многими авторами.

 

Практический вывод.

Чувствительность ТЛ дозиметров может быть скорректирована с  учетом энергии электронов или фотонов. Поправочный коэффициент нельзя брать из теоретических данных, за исключением некоторых случаев. Этот коэффициент определяют в тех  же условиях, что и при облучении  пациентов, для типов дозиметров, используемых на практике при снятии показаний специальными считывателями.

Для дозиметров, работающих совместно с определенными анализаторами, энергетические поправочные коэффициенты остаются постоянными, и могут быть введены в компьютер считывающей  системы для автоматического  введения поправки.

 

Влияние направления падающего пучка.

Чувствительность ТЛД не зависит  от направления падения пучка.

Практический вывод.

Вносить поправку влияние  направления падающего пучка  не надо, за исключением случаев, когда  контейнер или равновесный колпачок имеют ассиметричную форму. Даже при тангенциальном облучении молочной железы или грудной стенки не наблюдается  зависимость  чувствительности детектора  от направления облучения.

 

1.4.5 Клиническое применение

Теоретически, для in-vivo дозиметрии  с ТЛД можно использовать те же подходы, что и для диодов. Действительно, если детекторы идентифицировать и сохранить запись, то калибровочный коэффициент можно приписать индивидуально каждому ТЛД, как и для диода. Конечно, необходимо проверять эти значения через некоторое время. Однако эта процедура нуждается в высокой стабильности процесса считывания, отжига и всех условий проводимых манипуляций, что на практике достичь очень сложно. Более того, сохранение номера каждого детектора не просто для твердого детектора; и пока технически невыполнимо для порошка.

Практически, для калибровки полезно  использовать большое число детекторов или большое количество порошка. Поэтому полезно оставлять несколько  детекторов (или некоторое количество порошка) для целей калибровки, и  преобразовывать данные с детекторов, использованных на больных, в дозу, сопоставляя их сигналы с калиброванными детекторами. Вместо того чтобы периодически проверять калибровочные коэффициенты, при каждой процедуре считывания рабочих детекторов, их исследуют вместе с несколькими калиброванными детекторами. Эти методы, применительно к ТЛД, в настоящее время хорошо описаны и, благодаря наличию современных автоматических считывателей, широко применяются, особенно для in-vivo дозиметрии.

 

1.4.6. Калибровка термолюминесцентных дозиметров

Методы калибровки ТЛД в основном такие же, как и для диодов. Устанавливают тот же фантом и  таким же образом в качестве референсного инструмента используют ионизационные  камеры. Можно определить калибровочные  коэффициенты для дозы на входе и  на выходе. Однако единственный фактор, важный для ТЛД, будет различным  относительно расстояния от ионизационной  камеры и детектора до источника, отношение F между двумя коэффициентами будет ближе к единице чем для некоторых диодов.

Нет необходимости каждый раз облучать и калибровать детекторы заново для каждого цикла считывания. Калиброванные детекторы, облучавшиеся вместе, можно применять для различных  циклов так долго, пока интервалы  между их облучением не превысят сроки, когда фединг для детекторов пациента станет больше 1%.

Каждый фактор, влияющий на чувствительность ТЛД, может быть причиной того, что  когда клинические условия отличаются от референсных, может возникнуть необходимость  в поправочных коэффициентах. Однако при калибровке детекторов в пучке  того же качества, что и для лечения  пациентов, не требуется вводить  никаких поправок, за исключением  поправки C_D на нелинейность кривой чувствительности для некоторых ТЛ материалов. Это делает ТЛД привлекательными для in-vivo дозиметрии.

 

Глава 2. Описание ускорителя электронов СЛ75-5 МТ и анализатора дозы ТЛД Victoreen 2800M

2.1 Линейный ускоритель электронов СЛ-75-5МТ

Линейный ускоритель электронов СЛ-75-5МТ является изоцентрической ротационной  мегавольтной терапевтической установкой, предназначенной для лучевой  терапии тормозным излучением (рис. 20). В РОНЦ им. Н.Н.Блохина имеется три ускорителя серии СЛ-75-5МТ. Один из них используется преимущественно для лечения детей, другой – зарезервирован под тотальное облучение тела человека, третий дублирует функции первого.

Ускоритель генерирует тормозное  излучение с номинальной энергией 6 МэВ и обеспечивает максимальную мощность поглощенной дозы на расстоянии 100 см от мишени в пределах 350-500 сГр/мин. Конструктивные элементы радиационной головки ускорителя позволяют формировать различные поля облучения размером от 2x2 см² до 40x40 см². Основные технические характеристики ускорителя СЛ75-5МТ приведены в табл. 10.

Рис. 20. Линейный ускоритель электронов СЛ-75-5МТ

 

Основными составными частями ускорителя являются: излучатель, шкаф управления, терминал управления, подвесной пульт  управления, система укладки пациента.

Излучатель включает в себя неподвижную  опорную раму и вращающуюся часть (гантри) (рис. 21). Гантри состоит из сбалансированной вращающейся консоли с ускоряющим волноводом внутри и крепящейся к консоли радиационной головки. На опорной раме с двух сторон крепятся шкаф модулятора и шкаф управления.