Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Оценка малых доз облучения методом ЭПР-спектроскопии эмали зубов человека

ВАК РФ 03.01.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Оценка малых доз облучения методом ЭПР-спектроскопии эмали зубов человека"

САНИН Дмитрий Борисович

ОЦЕНКА МАЛЫХ ДОЗ ОБЛУЧЕНИЯ МЕТОДОМ ЭПР-СПЕКТРОСКОПИИ ЭМАЛИ ЗУБОВ ЧЕЛОВЕКА

03.01.01 - радиобиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

о I (.;др ¿3.1

Обнинск - 2011

4841770

Работа выполнена в лаборатории экспериментальной ядерной медицины с группой «Изотоп» ФГБУ «Медицинский радиологический научный центр» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации.

Научный руководитель: Кандидат биологических наук

Скворцов Валерий Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

ЖУРАКОВСКАЯ Галина Петровна.

доктор биологических наук, доцент КОМАРОВА Людмила Николаевна

Ведущая организация: Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии Россельхозакадемии.

Защита состоится « "2 С » апреля 2011 года в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 208.132.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении «Медицинский радиологический научный центр» Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации по адресу: 249036, г. Обнинск Калужской обл., ул. Королёва, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУ «Медицинский радиологический научный центр» Минздравсоцразвития России.

Автореферат разослан « £ » марта 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Палыга Г.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Ретроспективное определение величин радиационного воздействия имеет большое значение для анализа радиационных рисков и является важной частью многих радиационно-эпидемиологических исследований. В частности, методы индивидуальной ретроспективной дозиметрии крайне необходимы тогда, когда население и персонал подверглись неконтролируемому облучению в результате радиационных аварий и инцидентов.

Для ретроспективной оценки индивидуальных накопленных доз облучения в случаях неконтролируемого воздействия радиации может быть использована электронная парамагнитная резонансная спектроскопия (ЭПР) образцов эмали зубов человека (ЭПР-дозиметрия). Этот метод на протяжении ряда лет успешно применяется для ретроспективной дозиметрии фотонного излучения после аварийных ситуаций (БкуоПБОУ У.О. et.aU 1995; Скворцов В.Г. с соавт. 1996; 1уапткоу АЛ. et.aL.1997; БкуоЛвоу У-в. et.aU 2000).

Известно, что спектр ЭПР облучённых образцов эмали зубов состоит из двух основных сигналов: нативного фонового сигнала (ФС) и радиационно-индуцированного сигнала (РС). Поглощённая доза в эмали может быть определена на основе измерения интенсивности РС с использованием калибровочных зависимостей. В области относительно малых доз (до 500 мГр), представляющей интерес в радиационной эпидемиологии, РС существенно маскируется ФС, что затрудняет измерение его интенсивности. Оценка доз в этой области крайне важна с точки зрения радиоэкологического мониторинга населения, проживающего на загрязненных территориях, когда ожидаемые дозы облучения относительно малы, однако радиационному воздействию подвержены широкие слои населения. Эти данные крайне необходимы для оценки рисков медицинских последствий подобных воздействий. Для того чтобы выделить РС и измерить его интенсивность с целью уменьшения порога чувствительности метода ЭПР-дозиметрии, необходимо проводить специальную математическую обработку спектра ЭПР. Выбор оптимального способа обработки спектра на этом этапе является очень важным для достижения надежного результата при определении поглощённой дозы фотонного излучения.

Цель работы.

Повышение точности и снижение предела регистрации метода ЭПР-дозиметрии по эмали зубов при оценке малых доз облучения путём разработки и усовершенствования способа математической обработки экспериментальнс спектра ЭПР.

Задачи исследования.

1. Разработка модели на основе аналитических функций для описания нативного фонового и радиационно-индуцированного сигналов ЭПР облученной эмали зубов человека;

2. Разработка способа обработки спектров ЭПР эмали на основе подгонки модели к экспериментальному спектру ЭПР эмали зубов;

• 3. Разработка подходов к анализу эффективности способа обработки спектров эмали;

4. Оптимизация модели путём подбора функции, описывающей ФС и РС;

5. Анализ эффективности разработанного способа обработки спектров при различных параметрах измерений (микроволновая мощность, время накопления) спектров образцов облучённых разными дозами;

6. Оценка эффективности использования разработанного способа при различных условиях регистрации спектров ЭПР образцов эмали, используемых для ЭПР-дозиметрии в других лабораториях;

7. Разработка универсального способа обработки спектров ЭПР для дозиметрии с использованием различных материалов.

Научная новизна.

Впервые проведена оптимизация метода обработки спектров для ЭПР-дозиметрии по эмали зубов человека путём минимизации погрешности определения дозы, оцениваемой по отклонению от номинального значения образцов, облучённых разными дозами.

Также разработана аналитическая модель, учитывающая изменение формы компонент спектра ЭПР облучённой эмали при различной микроволновой мощности в резонаторе.

Проведена оптимизация условий измерения спектров ЭПР облучённой эмали путём минимизации погрешности определения дозы с использованием разработанного способа обработки спектров.

Выполнены испытания разработанного способа обработки спектров ЭПР облучённой эмали в применении к спектрам, измеренным разными лабораториями в процессе 4-го международного интерсличения по ЭПР-дозиметрии.

Впервые показано, что разработанный способ обработки спектров ЭПР является универсальным и пригоден для ретроспективной ЭПР- дозиметрии по другим объектам исследования.

Практическая значимость.

Проведение исследований методом ЭПР-спектроскопии эмали зубов человека обусловлена необходимостью получения дозиметрических оценок, необходимых для анализа радиобиологических эффектов, индуцированных радиацией, и уточнения коэффициентов риска отдалённых медицинских последствий, а также для того, чтобы создать научно-практическую базу для

принятия решений о мерах медицинского и социального характера защиты людей.

Разработанный способ обработки спектров предназначен для практического использования при определении индивидуальных накопленных доз фотонного излучения методом ЭПР-дозиметрии у лиц, подвергшихся неконтролируемому облучению вследствие радиационных аварий.

Основные положения, выносимые на защиту.

- Эффективность разработанной модели, описывающей нативный фоновый и радиационно-индуцированный сигналы, в суммарном спектре ЭПР эмали зубов человека.

- Результаты экспериментальной оценки спектров облучённой эмали зубов разработанным способом при сравнении с ранее используемыми моделями и подходами.

- Эффективность применения методики на спектрах, полученных при разных условиях обработки, на примере 4-го международного интерсличения.

- Возможность применения разработанного алгоритма, основанного на нелинейном методе наименьших квадратов, для подгонки смоделированного спектра, состоящего из компонент, представленных в численной форме, как универсального способа для ЭПР-дозиметрии с использованием других материалов.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены на:

- 8-й международной конференция по биодозиметрии (ВюОозе - 2008), США;

- международной конференция ЕРЛВюОозе 2010, Франция.

Апробация диссертации состоялась 22 декабря 2010 г. (протокол № 256) на научной конференции радиологического экспериментального сектора ФГБУ МРНЦ Минздравсоцразвития России.

Публикации.

По результатам диссертационной работы опубликовано 5 научных работ (из них 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК МОиН РФ).

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков и 14 таблиц, 18 страниц приложений. Список литературы содержит 102 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации представлен обзор литературы, посвященный проблемам и задачам, а также области применения метода ЭПР-дозиметрии по эмали зубов человека.

Для ретроспективной оценки индивидуальных накопленных доз облучения в случаях неконтролируемого воздействия радиации, может быть использована ЭПР-спектроскопия образцов эмали зубов человека. Этот метод на протяжении ряда лет успешно применяется для дозиметрии гамма-излучения в аварийных ситуациях.

Известно, что спектр ЭПР облучённых образцов эмали зубов состоит из двух основных сигналов: нативного фонового сигнала (ФС) и радиационно-индуцированного сигнала (РС). Поглощённая доза в эмали может быть определена на основе измерения интенсивности РС с использованием калибровочных зависимостей. В области относительно малых доз (до 500 мГр), представляющей интерес в радиационной эпидемиологии, РС существенно маскируется ФС, что затрудняет измерение его интенсивности. Оценка доз в этой области крайне важна с точки зрения радиоэкологического мониторинга населения, проживающего на загрязненных территориях, когда ожидаемые дозы облучения относительно малы, однако радиационному воздействию подвержены широкие слои населения. Эти данные крайне необходимы для оценки рисков медицинских последствий подобных воздействий. Для того, чтобы выделить радиационно-индуцированный сигнал и измерить его интенсивность с целью уменьшения порога чувствительности метода ЭПР-дозиметрии необходимо проводить специальную математическую обработку спектра ЭПР. Выбор оптимального способа обработки спектра на этом этапе является очень важным для достижения надежного результата при определении поглощённой дозы фотонного излучения.

На основе данных литературы был сделан вывод о том, что существует ряд методик обработки спектров ЭПР эмали зубов. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки. Этот факт говорит о том, что необходимо создание унифицированного, простого для оператора, и в то же время максимально точного подхода при работе со спектрами ЭПР облученной эмали зубов человека. На основании обзора литературы сформулированы основные направления, цели и задачи работы.

Глава 2. «Материалы и методы исследования» приводит описание методик ЭПР измерений. Отражены основные параметры двух спектрометров, на которых проводились измерения. Также в этой главе сделан краткий обзор программного обеспечения с помощью которого проводилась математическая обработка полученных спектров ЭПР эмали зубов человека.

В данной главе приведён алгоритм нелинейного метода наименьших квадратов (НМНК), на основе которого программным способом проводилась

параметризация аналитической модели к экспериментальному спектру ЭПР эмали зубов человека.

Подробное описание интерфейса программы представлено в Приложении.

Глава 3. «Разработка усовершенствованного метода обработки спектров ЭПР эмали зубов человека» посвящена созданию аналитической модели спектра и анализу её эффективности. Данная глава включает в себя несколько этапов:

• подбор функций, описывающих нативный фоновый и радиационно-индуцированный сигналы;

• оптимизация алгоритма математической обработки спектров ЭПР облучённой эмали, измеренных при различных параметрах СВЧ -мощности в резонаторе;

• оценка эффективности разработанного способа при обработке спектров, измеренных в различных условиях;

Сигнал ЭПР размельчённого образца эмали зуба, имеющий осевую симметрию g-фaктopa (см. рис. 1) может быть описан в квази-аксиальном приближении путем изменений основной функции, описывающей форму сигнала парамагнитного центра, подходящими форм-функциями и последующего усреднения при помощи линейной комбинации нескольких основных функций сигналов ЭПР. расположенных в области магнитного поля, соответствующего от перпендикулярного до параллельного g-фaктopa (§!. и соответственно).

МпО

Развёртка магнитного поля, мТл Рис. 1. Многокомпонентный спектр ЭПР облученной эмали зуба.

В случае, когда разница между компонентами и §||-факторами невелика в сравнении с формой линии, то аксиальный сигнал может быть описан путём комбинации двух линий с одинаковой шириной и амплитудой в соотношении 2:1, позиционированных приблизительно в перпендикулярном и параллельном g-фaктopax. Однако в случае с РС условие малой разницы между

перпендикулярным и параллельным g-фaктopaми не выполняется. Для улучшения описания РС необходимо, чтобы был представлен ещё один компонент в спектре ЭПР с такой же шириной, с переменной амплитудой и положением по полю между линиями в спектре, соответствующими перпендикулярным и параллельным значениям §-фактора и цЦ).

В данной работе амплитуды всех этих трёх компонент в спектре ЭПР, описывающих квази-аксиальный сигнал, являются вариабельными для того, чтобы улучшить подгонку к экспериментальному спектру ЭПР. Первые производные функций Лоренца и Гаусса были протестированы как основные функции. Оказалось, что функция Гаусса, по сравнению с Лоренцовой, даёт лучший результат при подгонке к экспериментальному спектру ЭПР. Дальнейший анализ подгонки выявил возможность улучшения её результатов, если ввести в моделируемый спектр ещё две компоненты: малой амплитуды в низкопольной области РС - это узкая компонента производной функции Гаусса и широкая компонента производной функции Лоренца. Квази-аксиальная компонента может быть отнесена к наложению осевой и трёхмерной компонент, относящихся к объёмному и поверхностному радикалам СО;, соответственно. Дополнительная узкая компонента служит для компенсирования недостаточности аксиальной и трёхмерной линий. Широкая компонента возможно относится к радикалам СО]~. Поэтому для описания РС была разработана следующая функция:

Ую(х) =Ав{А,,1С(х - (Ш,„ й,) х - (Шп - (11112, И,)

+ АцС(х-(Шп-(11113,П1)/ + А2С(Х-(1Г12,02) + А3ЦХ-(Ш3, й3)} (1),

где х = ¡1- Л», Л - величина магнитного поля, измеренная в мТл; к0 - величина магнитного поля резонанса, соответствующая величине фактора Ланде £=2 (при используемой частоте микроволн 9400 МГц эта величина равна 335,83 мТл). С и £ - производные функций Гаусса и Лоренца, соответственно:

С(х, (¡)=-х/(1 ехр [-2(х/ф2] //0,5 ехр(-0,5)/ (2)

Цх, ф = 3,08 (х/0,866 ф {1 + [х/(0,866 с!)/2}2 (3),

где л: - аргумент относительно центра функции; (I - параметр ширины, соответствующий расстоянию между максимумами функций. Остальные параметры в формуле (1) описывают амплитуду, форму и относительное положение компонент, составляющих РС. Значения этих параметров представлены в таблице 1.

Таблица 1

Параметры функции, описывающей РС при различной величине микроволновой мощности, использованные в модели при обработке спектров.

Мощность 1 мВт 2 мВт 5 мВт 10 мВт

Основной квазиаксиальный компонент

Окц(мТл) 0,091 0,091* 0,092 0,093

й,(мТл) 0,405 0,405 0,405 0,405

А,2 0,495 0,497 0,502 0,510

й11,2(мТл) 0,316 0,316 0,316 0,316

а,3 0,418 0,416 0,410 0,399

йк 1з(м Тл) 0,635 0,635 0,635 0,635

Узкий изотропный компонент

а2 0,044 0,044 0,043 0,042

Ок2(мТл) -0,432 -0,432 -0,432 -0,432

02(мТл) 0,283 0,283 0,283 0,283

Широкий изотропный компонент

аз 0,031 0,031 0,031 0,032

йИ3(мТл) 0,008 0,020 0,057 0,118

й/м Тл) 1,190 1,182 1,157 1,115

Двухкомпонентный фоновый сигнал состоит из узкой квази-аксиальной компоненты и широкой изотропной компоненты, по амплитуде относительно друг друга, обе они являются производными функций Гаусса. Все эти модели были опробованы в данной работе по критерию среднеквадратичного отклонения между экспериментальным и смоделированным спектрами. Но все они оказались недостаточно информативны для описания ФС.

Следует отметить, что ФС обусловлен парамагнитными центрами с аксиальной симметрией §-фактора по причине того, что эмаль структурирована из микрокристаллов, обладающих аксиальной симметрией, и это должно оказывать воздействие на положение органических радикалов, основная масса которых расположена рядом с неорганической матрицей. Однако эта асимметрия невелика по отношению к ширине линии. Поэтому для описания ФС было выбрано квазиаксиальное приближение, а производная функции Лоренца была выбрана как основная функция, что и представлено ниже:

Ум{х) = ЛтЩх - ДЧу) + 0,5 Цх - ¿//;л - . О»)/ (4),

где лс - имеет то же значение, что и в формуле (1); Ь - производная функции Лоренца, определённая в уравнении (3); </Л/лг - параметр, характеризующий положение ФС относительно поля, соответствующего #=2; Ду - параметр, характеризующий ширину фонового сигнала; <1/12\ - параметр асимметрии сигнала; Ащч - параметр амплитуды.

Изменение формы фонового сигнала при различной микроволновой мощности учитывали с использованием параметров ширины Ду и асимметрии (III2,\. Значения этих параметров даны в таблице 2.

Таблица 2

Параметры фонового сигнала при различной величине микроволновой мощности, использованные в модели при обработке спектров.

Мощность 1 мВт 2 мВт 5 мВт 10 мВт 1

о» 0,51 0,53 0,59 0,68

¿км 0,33 0,31 0,28 0,24 |

Для оптимизации алгоритма математической обработки спектров ЭПР облученной эмали зубов произведен анализ эффективности использования аналитической модели, учитывающей изменение формы компонент спектра ЭПР при различной мощности СВЧ в резонаторе. Спектры ЭПР облученных гамма-излучением в различных дозах гомогенных образцов эмали (смесь измельчённой эмали от нескольких зубов), измеренные при различной микроволновой мощности и при различном времени накопления спектров, были обработаны с использованием модели, в которой параметры, описывающие форму компонент, устанавливали в соответствии с предварительно измеренными зависимостями от мощности.

В качестве параметра, характеризующего точность определения дозы, для каждой серии спектров, измеренных при одинаковых параметрах регистрации, вычисляли среднеквадратичное отклонение дозы (СОД) между определенными и номинальными значениями.

В качестве параметра, характеризующего точность подгонки модельного спектра к экспериментальному спектру, вычисляли остаточную сумму (ОС), равную среднеквадратичной амплитуде разности между подогнанным модельным и экспериментальным спектром в окне подгонки. Этот параметр пересчитывали в единицы дозы путем деления на наклон калибровочной зависимости и получали значения нормированной остаточной суммы в единицах дозы (ОСД).

При проведении измерений проводили настройку модели в соответствии с условием, при котором для каждого значения микроволновой мощности использовали параметры модели, относящиеся к этому показателю.

Обработка спектров проводилась с использованием аналитической модели, описанной выше. Вариацию формы ФС учитывали с применением трех следующих способов:

Способ 1. ФС с фиксированной формой с параметрами ширины и асимметрии, устанавливаемыми в зависимости от мощности. Параметры функции, описывающие ФС при данной мощности (параметр ширины и параметр асимметрии), были получены, как указано выше, на основе данных, приведенных в предыдущих исследованиях.

Способ 2. ФС с переменным параметром ширины. Ширину ФС варьировали в процессе подгонки модели к экспериментальному спектру при обработке методом наименьших квадратов. При этом для каждого образца получали индивидуальное значение параметра ширины. Параметр асимметрии устанавливали фиксированным, таким же, как в Способе 1. Хотя форма ФС зависит от двух параметров - параметра ширины и параметра асимметрии, из предварительных экспериментов похоже, что зависимость параметра ширины от мощности сильнее влияет на результат подгонки, а также ввиду сложностей, связанных с вычислениями, на данном этапе исследований выбрали именно этот параметр в качестве переменного.

Способ 3. ФС с фиксированным уточненным параметром ширины. В процессе обработки методом наименьших квадратов параметр ширины ФС устанавливали фиксированным, равным среднему значению для набора образцов, полученному при данной мощности с использованием модели ФС с переменным параметром ширины.

Способ 4. ФС с переменной формой. ФС описывали суммой узкой и широкой компонент с подгонкой ширины узкой компоненты и соотношения между ними. Форму РС при этом устанавливали фиксированной в соответствии с мощностью СВЧ, равной 2 мВт.

Величины стандартного отклонения дозы и остаточной суммы в единицах дозы, полученные с использованием различных способов при различном времени накопления, были усреднены.

В качестве основного показателя при выборе оптимального способа обработки спектров был принят усредненный параметр стандартного отклонения дозы (СОД), поскольку он характеризует точность определения дозы. Из зависимостей усредненного СОД от микроволновой мощности, представленных на рис. 2, видно, что данный параметр для Способов 1 и 3 имеет существенно меньшее значение, чем для Способа 2 во всем диапазоне мощности СВЧ-поля в резонаторе. Для Способа 4 СОД также существенно меньше, чем для Способа 2 во всем диапазоне мощности. Этот параметр для Способа 4 существенно меньше по сравнению с результатами, полученными для Способов / и 5 в области 2-5 мВт и близок при 1 и 10 мВт. Таким образом, использование Способов 1 и 3 с применением модели, учитывающей зависимость формы компонент от мощности, является наиболее эффективным среди испытанных здесь способов. Особо эти преимущества проявляются при мощности 2-5 мВт, которая может быть признана оптимальной для проведения измерений. Кроме того, применение этой модели дает возможность снизить количество подгоняемых параметров, по сравнению с ранее использованным Способом 4, что приводит к снижению ошибки подгонки НМНК.

100 -1

■. Способ 1

• - Способ 2

▲ Способ 3

т - Способ 4

30-1-,-,-,-,-,-,-,-,---,-,

О 2 4 б в 10

Микроволновая мощность (мВт)

Рис. 2. Зависимость усреднённых значений стандартного отклонении дозы от микроволновой мощности для спектров, обработанных различными способами.

Из анализа зависимостей усредненного значения остаточной суммы в единицах дозы (ОСД) от мощности (рис. 3) следует, что этот параметр не связан напрямую с параметром стандартного отклонения, характеризующим точность определения дозы. Например, Способ 2 дает меньшее значение ОСД по сравнению с остальными способами, хотя его СОД больше, чем у других способов. Таким образом, параметр ОСД лишь характеризует, насколько близко модель описывает спектр.

401 —■ — Способ 1

- • - Способ 2

* — А— Способ 3

—Способ 4

& 30-

Микроволновая мощность (мВт)

Рис. 3. Зависимость усреднённого значения остаточной суммы (ОСД) в единицах дозы от микроволновой мощности для спектров, обработанных различными способами.

В результате проведённого исследования показано, что использование данной модели позволяет увеличить точность определения дозы по сравнению

12

с ранее использованной моделью, в которой форму радиационно-индуцированного сигнала устанавливали фиксированной вне зависимости от мощности, а форму нативного фонового сигнала варьировали в процессе подгонки модели к экспериментальному спектру.

Проведение 4-го международного интерсличения позволило оценить эффективность разработанной модели при различных условиях записи спектров. Также было проведено сравнение среди 10 способов оценки поглощённой дозы методом ЭПР-спектроскопии эмали зубов человека, использованных в разных зарубежных лабораториях.

Международный проект межлабораторного сравнения метода ЭПР -дозиметрии по эмали зубов человека проводится с целью определения мировой тенденции развития метода. По результатам этого исследования предлагаются новые введения для увеличения точности оценки доз.

Задача исследования состояла в том, чтобы проанализировать полученные со всех лабораторий результаты и выделить наиболее точный и удобный способ оценки доз.

Для характеристики полученных результатов оценки доз тестовых образцов использовались следующие параметры:

ДБ = (Б - Ояс1) (5),

где О - измеренное значение дозы гамма - облучения эмали методом ЭПР; Ояс, - подведённая доза на образец в условиях сохранения равновесия вторичных электронов сертифицированного и калиброванного источника гамма-излучения.

Погрешность представленного участниками исследования значения дозы, рассчитывается как разница между полученной О и действительной дозами Оас,.

. (6)

Среднее арифметическое значение погрешности (ДО) между полученной И и действительной дозами. Данный параметр характеризует систематическую погрешность полученных доз, где X - сумма полученных результатов всей группы образцов, N - количество образцов в группе.

(7)

Стандартное отклонение (БО) характеризует случайное отклонение представленных значений дозы и точность методики.

Лш( ДО) = ^((О-О2) = (8)

Среднеквадратичное отклонение характеризует стандартную погрешность полученных доз, которая состоит из случайной и систематической ошибки и показывает точность применяемого метода.

01 23456789 10 0123456789 10

Метод Метод

а б

Рис. 4 Распределение погрешностей результатов полученных доз и их параметры для тестовых образцов: а - среднеквадратичное отклонение погрешности полученных значений дозы; б - стандартное отклонение погрешности полученной дозы.

Таким образом, и среднеквадратичное отклонение (RMS) и стандартное отклонение (SD) результатов полученных доз характеризуют случайные погрешности или точность применяемых методов. Это показано на рис. 4 (а) и (б). Для данного исследования значение погрешностей (RMS) и (SD) менее 35 мГр говорит о хорошей точности метода. Из рис. 4 (а) и (б) видно, что из всех участников исследования этого результата смогли добиться только 5 лабораторий (1.2, 2, 4, 5 и 9). Этот факт говорит о том, что методика 1.2 разработанная в нашей лаборатории и представленная в этой диссертационной работе, имеет хорошие показатели при оценке дозы и высокий уровень подгонки модели к экспериментальному спектру.

Международное интерсличение было разбито на два этапа. В первой части проводился общий анализ оценки доз с целью определить качество работы каждой лаборатории. Во время второй стадии сравнение проводилось среди методик обработки спектров ЭПР из того же набора данных, что и в первой части исследования. Полученные спектры были направлены участникам. Они, в свою очередь, проанализировали их, используя собственную уникальную процедуру обработки спектров ЭПР образцов эмали зубов. В этом исследовании принимали участие только три лаборатории, в том числе и лаборатория экспериментальной ядерной медицины с группой «Изотоп» ФГБУ МРНЦ Минздравсоцразвития России под номером 1.2.

Стандартное отклонение используется для того, чтобы показать разницу между полученными различными лабораториями значениями дозы и пересчитанными по разработанному алгоритму.

1 23456789 10 11 Лаборатория

Рис. 5. Параметры, характеризующие линейную регрессию полученных н пересчитанных амплитуд РИС в сравнении с дозами для калибровочных образцов, собранных в Японии; 1.2, 4 и 9 - результаты, полученные после пересчёта соответствующими методами обработки спектров; 11 - средний результат для всех лаборатории; 0 - собственный результат лаборатории.

Как видно из рис. 5, стандартное отклонение для калибровочных образцов меньше для 8-ми лабораторий из 10 при использовании метода 1.2. Для методики под номером 4 только 4 из 9 результатов показали меньшее значение, а для методики 9 этот показатель только 1 из 8. Основное отличие нашего метода 1.2 от 4 и 9 в том, что перед процессом обработки спектров форма фонового сигнала настраивается путём подгонки к усреднённому спектру, полученному для калибровочных образцов. Данная манипуляция проводится с целью компенсировать изменение ширины компоненты фонового сигнала в зависимости от условий получения спектра.

Этот факт говорит о том, что такая настройка делает метод более универсальным по сравнению с остальными при измерении спектров, полученных в различных условиях, и улучшает результат обработки спектров, полученных от калибровочных образцов.

Для целей ЭПР-дозиметрии могут быть использованы различные материалы, в которых при облучении образуются стабильные парамагнитные центры. При этом радиационно-индуцированный сигнал, который используется для дозиметрии, как правило, перекрывается с другими сигналами и маскируется ими при относительно малых дозах. Использование разработанного алгоритма на основе нелинейного метода наименьших квадратов позволило провести обработку спектров ЭПР других материалов (облучённый кварц, натрий-кальций-силикатное стекло, аланин). Результаты этих исследований приведены на рис. 6, 7, и 8.

Л ООО 2000

-2000 -Л ООО

Рис. 6. Результат обработки спектра облучённого кварца путём подгонкн двух смоделированных компонент: а - смоделированная компонента для 'П-Н центра (кривая 1) и для Т1-Ы центра (кривая 2); б - копия с панели программы по обработке спектров; верхняя шкала - магнитное поле в единицах Гаусса (1 Гс=0,1 мТл), нижняя шкала показывает величину ¡¡-фактора.

8000 бООО

'ПНЮ ¡| 2000 5 °

омоо -10011

-бООО

I ша аш» ия&одтдш ш I ши ьш

I343013500135101352013330 |35Ш №30135

IЖЯЗЩ!!» 134201 ЗаЗО 13Ш1345013®Л 34Г013

б

Рис. 7. Результат обработки облучённого натрий-кальций-силикатного стекла: а -экспериментальный спектр образца, облучённого дозой 100 Гр (кривая 1), предварительно измеренный сигнал необлучённого образца ФС (кривая 2) и раднационно-индуцированный сигнал (кривая 3); б - копия с напели программы по обработке спектров; верхняя шкала - магнитное ноле в единицах Гаусса (1 Гс=0,1 мТл), нижняя шкала показывает величину g-фaктopa.

з^и эьо

Магнитосполс, мТл

аш&о' гкотЬ) ззад ззас I задо 1341 гжотй'о1 гям гзЩзвд зш зщ дао гзш гзэтсГмго! звза'

......1гтшт б

Рис. 8. Результат обработки облучённого аланина: а - смоделированные компоненты облучённого алашша (кривые 1 - исходный спектр, 2 - смоделированный, 3 - разностный спектр ЭПР); б - копия с панели программы по обработке спектров; верхняя шкала - магнитное поле в единицах Гаусса (1 Гс=0,1 мТл), нижняя шкала показывает величину д-фактора.

ВЫВОДЫ

1. На основе зависимости формы спектров ЭПР образцов эмали зубов человека от мощности СВЧ-поля в резонаторе спектрометра и аналитических функций создана новая модель, описывающая нативный фоновый и радиационно-индуцированный сигналы в суммарном спектре ЭПР эмали.

2. Разработан способ математической обработки спектров ЭПР облученной эмали путем подгонки смоделированного спектра ЭПР к экспериментальному спектру ЭПР с использованием алгоритма нелинейного метода наименьших квадратов.

3. Экспериментально показано, что использование способа обработки спектров ЭПР на основе новой модели позволяет понизить порог чувствительности метода ЭПР-дозиметрии с точностью определения дозы не хуже ±25мГр по сравнению с ранее использованными моделями и подходами.

4. Разработанный способ обработки спектров был испытан в ходе проведения 4-го международного интерсличения ЭПР-дозиметрии по эмали зубов и показал свою эффективность и универсальность в применении к спектрам ЭПР облучённой зубной эмали, измеренным при различных уровнях СВЧ-мощности в резонаторе.

5. Показано, что разработанный алгоритм, основанный на нелинейном методе наименьших квадратов для подгонки к регистрируемому спектру ЭПР смоделированного спектра ЭПР, состоящего из компонент, представленных в численной форме, может применяться как универсальный способ для выделения радиационно-индуцированного сигнала в других материалах, пригодных для ретроспективной дозиметрии (аланин, кварц, стекло).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ivannikov A., Toyoda S., Hoshi М., Zhumadilov К., Fukumura A., Apsalikov К., Zhumadilovf Zh., Bayankin S., Chumak V., Ciesielski В., De Coste V., Endo S., Fattibene P., Ivanov D., Mitchell C.A., Nalapko M., Onori S., Penkowski M., Pivovarov S., Romanyukha A., Rukhin A.B., Sanin D., Schultka K., Seredavina Т., Sholom S., Skvortsov V., Stepanenko V., Tanaka K., Trompier F., Wieser A., Wolakiewicz G. Interlaboratory comparison of tooth enamel dosimetry on Semipalatinsk region: Part 2, Effects of spectrum processing. //Radiation Measurements, 2007.- V. 42. - P. 1005-1014.

2. Ivannikov A.I., Sanin D.B., Skvortsov V.G., Tsyb A.F., Trompier F., Zhumadilov K., Hoshi M. The neutron dose conversion coefficients calculation for human toth enamel in anthropomorphic phantom. //In: Abstracts of 8-th International Conference on Biodosimetry (BioDose - 2008). Dartmouth Medical School, Hanover, NH (2008), O-B-14.

3. Санин Д.Б., Иванников А.И., Скворцов В.Г. ЭПР - дозиметрия по эмали зубов: выделение радиационно-индуцированного сигнала в спектре ЭПР эмали с использованием модели, учитывающей зависимость формы компонентов спектра от микроволновой мощности //Бюллетень Национального Радиационно-эпидемиологического регистра «Радиация и Риск», 2009. - Том 18, №1 - С. 88-98.

4. Ivannikov, A.I., Sanin, D.B., Nalapko, М., Skvortsov, V.G., Stepanenko, V.F., Tsyb, A.F., Trompier, F., Zhumadilov, K., and Hoshi, M. Dental enamel EPR dosimetry: comparative testing of the spectra processing methods for determination of radiation-induced signal amplitude //Health Physics, 2010.- V. 98, № 2, - P.345-351.

5. Ivannikov A.I., Skvortsov, V.G., Sanin, D.B., Trompier F. Universal procedure of spectra processing for EPR dosimetry suitable for different materials // EPRBioDose 2010, International Conference, Mandelieu-La-Napoule (France), 2010, October 10- 14.-P.45.

Заказ 482 Тираж 100 Объём 1 п.л. Формат 60x84 l/jg Печать офсетная

Отпечатано в МП «Обнинская типография» 249035 Калужская обл., г. Обнинск, ул. Комарова, 6

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Санин, Дмитрий Борисович

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Необходимость ретроспективной дозиметрии.

1.2. Методы ретроспективной дозиметрии.

1.2.1. Сущность метода определения поглощенных доз внешнего фотонного излучения по спектрам ЭПР зубной эмали.

1.2.2. Состав и строение тканей зубов человека.

1.3 Принцип ЭПР-спектроскопии и форма линий спектра ЭПР эмали зубов человека.

1.3.1 Ширина линии.

1.3.2 g-фaктop.

1.3.3 Сравнение линий лоренцевой и гауссовой формы.

1.3.4 Описание радиационно-индуцированного сигнала.

1.4 Анализ существующих методик обработки спектров ЭПР эмали зубов человека

1.4.1 Метод матриц.

1.4.2 Метод селективного насыщения.

1.4.3 Метод непосредственного вычитания.

1.4.4 Методы компьютерного моделирования экспериментальных спектров ЭПР

1.5 Обзор программного обеспечения для математической обработки спектров ЭПР.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Приготовление образцов эмали.

2.2. Измерение спектров ЭПР.

2.3. Математическая обработка спектров ЭПР.

2.3.1. Алгоритм Левенбсрга-Марквардта.

2.3.2 Постановка задачи.

2.3.3. ЬМА как комбинация простейшего градиентного метода и метода Гаусса-Ньютона.

2.3.4. ЬМА как метод доверительных интервалов.

Глава 3. Результаты и обсуждение.

Разработка усовершенствованного метода математической обработки спектров.

3.1. Подбор функций описывающих нативный фоновый и радиационноиндуцированный сигналы.

3.1.1Функция описания модели спектра ЭПР.

3.2 Оптимизация алгоритма математической обработки спектров ЭПР облученной эмали измеренных при различных условиях.

3.3 Оценка эффективности разработанного способа при обработке спектров, измеренных в различных условиях.

3.3.1 Описание образцов эмали.

3.3.2 Условия и параметры записи спектров ЭПР.

3.3.3 Результаты обработки спектров полученных для тестовых образцов.

3.3.4 Использование предложенной методики при обработке спектров полученных при различных условиях.

3.3.5 Результаты исследования для калибровочных образцов.

3.3.6. результаты исследования для тестовых образцов.

3.4 Применение предложенной методики обработки спектров ЭПР для дозиметрии с использованием различных материалов.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Оценка малых доз облучения методом ЭПР-спектроскопии эмали зубов человека"

Ретроспективное определение величины радиационного воздействия имеет большое значение для анализа радиационного риска и является важной частью многих радиационно-эпидемиологических исследований. В частности, методы индивидуальной ретроспективной дозиметрии необходимы, в случаях, когда обычные методы инструментальной дозиметрии недоступны.

Для ретроспективной оценки индивидуальных накопленных доз облучения в случаях неконтролируемого воздействия радиации, может быть использована ЭПР-спектроскопия образцов эмали зубов человека, удалённых по медицинским показаниям (ЭПР-дозиметрия по эмали зубов). Этот метод на протяжении ряда лет успешно применяется для дозиметрии гамма-излучения в аварийных ситуациях [84].

Известно, что спектр ЭПР облучённых образцов эмали зубов состоит из двух основных сигналов — нативного фонового сигнала (ФС) и радиационно-индуцированного сигнала (РС) [42] [84]. Поглощённая доза в эмали может быть определена на основе измерения интенсивности РС с использованием калибровочных зависимостей. В области относительно малых доз (0 — 500 мГр), представляющей интерес в радиационной эпидемиологии, РС существенно маскируется ФС, что затрудняет измерение его интенсивности. Оценка доз в этой области крайне важна с точки зрения радиоэкологического мониторинга населения, проживающего на загрязненных территориях, когда ожидаемые дозы облучения относительно малы, однако радиационному воздействию подвержены широкие слои населения. Эти данные крайне необходимы для оценки рисков медицинских последствий подобных воздействий. Для того чтобы выделить РС и измерить его интенсивность, необходимо проводить специальную математическую обработку спектра ЭПР. Выбор оптимального способа обработки спектра на этом этапе является очень важным для достижения надежного результата при определении поглощённой дозы.

Цель работы: повышение точности и снижение предела регистрации метода ЭПР дозиметрии по эмали зубов - при оценке малых доз облучения путём разработки и усовершенствования способа математической обработки экспериментального спектра ЭПР.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. разработка модели на основе аналитических функций для описания нативного фонового и радиационно-индуцированного сигналов ЭПР облученной эмали зубов человека;

2. разработка способа обработки спектров ЭПР эмали на основе подгонки модели к экспериментальному спектру ЭПР эмали зубов;

3. разработка подходов к анализу эффективности способа, обработки спектров эмали;

4. оптимизация модели путём подбора функции описывающей ФС и РС;

5. анализ эффективности разработанного способа обработки спектров при различных параметрах измерений (микроволновая мощность, время накопления) спектров образцов облучённых разными дозами;

6. оценка эффективности использования разработанного способа при различных условиях регистрации спектров ЭПР образцов эмали, используемых для ЭПР-дозиметрии в других лабораториях;

7. разработка универсального способа обработки спектров ЭПР для дозиметрии с использованием различных материалов;

Научная новизна.

Впервые проведена оптимизация метода обработки спектров для ЭПР дозиметрии по эмали зубов человека путём минимизации погрешности определения дозы, оцениваемой по отклонению от номинального значения образцов облучённых разными дозами.

Впервые разработана аналитическая модель, учитывающая изменение формы компонент спектра ЭПР при различной микроволновой мощности.

Впервые произведена оптимизация условий измерения спектров ЭПР эмали путём минимизации погрешности определения дозы с использованием разработанного способа обработки спектров.

Впервые проведено испытание разработанного способа обработки спектров в применении к спектрам, измеренным разными лабораториями в процессе международного интерсличения.

Впервые разработан универсальный способ обработки спектров для ЭПР дозиметрии с использованием различных материалов. Практическая значимость.

Актуальность исследований ЭПР - спектроскопии обусловлена необходимостью получения дозиметрических оценок, необходимых для анализа радиобиологических эффектов, индуцированных радиацией, и уточнения коэффициентов риска отдалённых медицинских последствий, а также для того чтобы создать научно-практическую базу для принятия решений о мерах медицинского и социального характера защиты людей.

Разработанный способ обработки спектров предназначен для практического использования при определении индивидуальных накопленных доз фотонного излучения методом ЭПР дозиметрии у лиц, подвергшихся неконтролируемому облучению в следствии радиационных аварий.

Положения, выносимые на защиту:

1. Эффективность разработанной модели описывающей нативный фоновый и радиационно-индуцированный сигналы в суммарном спектре ЭПР эмали зубов человека.

Результаты экспериментальной оценки спектров облучённой эмали зубов, разработанным способом при сравнении с ранее используемыми моделями и подходами. Эффективность применения методики на спектрах полученных при разных условиях обработки на примере 4-го международного интерсличения.

Возможность применения разработанного алгоритма, основанного на нелинейном методе наименьших квадратов, для подгонки смоделированного спектра состоящего из компонент представленных в численной форме, как универсального способа для ЭПР дозиметрии с использованием других материалов.

Заключение Диссертация по теме "Радиобиология", Санин, Дмитрий Борисович

Выводы

1. На основе зависимости формы спектров ЭПР образцов эмали зубов человека от мощности СВЧ-поля в резонаторе спектрометра и аналитических функций создана новая модель, описывающая нативный фоновый и радиационно-индуцированный сигналы в суммарном спектре ЭПР эмали.

2. Разработан способ математической обработки спектров ЭПР облученной эмали путем подгонки смоделированного спектра ЭПР к экспериментальному спектру ЭПР с использованием алгоритма нелинейного метода наименьших квадратов.

3. Экспериментально показано, что использование способа обработки спектров ЭПР на основе новой модели позволяет понизить порог чувствительности метода ЭПР-дозиметрии с точностью определения дозы не хуже ±25мГр по сравнению с ранее использованными моделями и подходами.

4. Разработанный способ обработки спектров был испытан в ходе проведения 4-го международного интерсличения ЭПР-дозиметрии по эмали зубов, и показал свою эффективность и универсальность в применении к спектрам ЭПР облучённой зубной эмали, измеренным при различных уровнях СВЧ-мощности в резонаторе.

5. Показано, что разработанный алгоритм, основанный на нелинейном методе наименьших квадратов для подгонки к регистрируемому спектру ЭПР смоделированного спектра ЭПР, состоящего из компонент, представленных в численной форме, может применяться как универсальный способ для выделения радиационно-индуцированного сигнала в других материалах, пригодных для ретроспективной дозиметрии (аланин, кварц, стекло). t

Заключение

На основе проведенного анализа литературы, можно сделать вывод, что эмаль зубов человека обладает уникальными свойствами с точки, зрения проведения ретроспективных измерений накопленных доз излучения. Такая возможность обусловлена, в первую очередь, высокой стабильностью ПЦ, образующихся в эмали под действием ионизирующего излучения. Концентрацию стабильных РИ ПЦ можно оценить методом ЭПР-спектроскопии эмали и использовать это значение для определения дозы излучения. В настоящее время с развитием техники спектроскопии ЭПР стало возможным определение малых концентраций РИ ПЦ в эмали, соответствующих дозам гамма-излучения порядка 30-50 мГр.

Следует отметить, что имеется целый ряд проблем, касающихся корректной интерпретации данных, получаемых методом ЭПР-дозиметрии, а также их точности и достоверности. Метод ЭПР-дозиметрии получил широкое распространение как инструментальный метод ретроспективной оценки индивидуальных накопленных доз излучения.

Существующее многообразие методов, подходов и моделей не даёт чёткой картины при оценке дозы. Каждый из них имеет свои неоспоримые достоинства и небольшие недостатки. Этот факт говорит о том, что необходимо создание унифицированного, простого для оператора, и в то же время, предельно точного подхода при работе с полученными данными.

В ходе работы разработана аналитическая модель, учитывающая изменение формы компонент спектра ЭПР при различной микроволновой мощности. В результате проведённого исследования показано, что использование данной модели позволяет увеличить точность определения дозы по сравнению с ранее использованными моделями, в которых форму радиационно-индуцированного сигнала устанавливали фиксированной вне зависимости от мощности СВЧ-поля в резонаторе, а форму нативного фонового сигнала варьировали в процессе подгонки модели к экспериментальному спектру.

Впервые проведена оптимизация метода обработки спектров для ЭПР дозиметрии по эмали зубов человека путём минимизации отклонения измеряемых доз от номинальных значений доз в образцах облучённых фотонным излучением от сертифицированного источника.

Во время проведения исследования произведена оптимизация формы условий измерения путём минимизации погрешности определения дозы с использованием разработанного метода. А также, проведено испытание разработанного метода в применениях, к спектрам полученных разными лабораториями в процессе международного интерсличения. Где методика показала хорошие результаты по сравнению с другими подходами при определении неизвестной дозы фотонного излучения.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Санин, Дмитрий Борисович, Обнинск

1. Бегельман И. А. //Сов. стоматология 3-4, стр. 29 (1931)

2. Боровский Е. В. //Стоматология 6, стр. 11 (1957)

3. Боровский Е. В. и др. //Терапевтическая стоматология. Москва (1973)

4. Борышева Н.Б. Расчётное обоснование метода оценки тканевых доз фотонного облучения по результатам ЭПР дозиметрии эмали зубов человека. Дисс. . канд. физ.-мат. наук. Обнинск, 2004. - 107 с.

5. Вертц Дж., Болтон Дж., Теория и практическое приложение метода ЭПР. М., 1975.

6. ГОСТ РФ «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Контроль населения дозиметрический. Метод определения поглощенных доз внешнего гамма-облучения по спектрам электронного парамагнитного резонанса зубной эмали». ГОСТ Р 22.3.04.-96, Москва (1996).

7. Дьяконов В. П. Справочник по применению системы PC MATLAB. — М.: «Физматлит», 1993. — С. 112. — ISBN 5-02-015101-7

8. Ингрем Д., Электронный парамагнитный резонанс в биологии. М., 1972.

9. Керингтон А., Мак-Лечлан Э. Магнитный резонанс и его применение в химии. М., 1970.

10. Ю.Максимовский Ю. М., А. В. Галюкова //Влияние кариесогенного рациона и гипертиреотоксикоза на формирование ультраструктуры эмали и дентина резцов крыс.

11. Мороз И.А., В.А. Сереженков, Г.А. Клевезаль и др. // Биофизика, т. 39, вып. 6, стр. 11-16 (1994).

12. Несмеянов А. Н. //Радиохимия. 2-е изд. - М. : Химия, - 560 с., ил. (1978)

13. Пул Ч. Техника ЭПР спектроскопии. - М.: Мир, 1970. - 557с.

14. Сереженков В. А., П. И. Мордвинцев, И. А. Мороз и др. //Радиационные поражения и перспективы развития средств индивидуальной защиты от ионизирующих излучений. Под редакцией Б. А. Бенецкого, Е. Е. Гогина, В. Н. Филатова. Москва, 1992, стр. 85-94.

15. Сликтер Ч. «Основы теории магнитного резонанса», 1981.

16. Спекторова А., М. Борисова //Стоматология (Москва) 3, стр. 14 (1967)

17. Тикунов Д. Д., Развитие метода ретроспективной индивидуальной дозиметрии на основе ЭПР спектроскопии эмали зубов. Дисс. . канд. физ.-мат. наук. Обнинск, 1999. - 112 с.

18. Федоров Ю. А. //Стоматология 6, стр. 3 (1957)

19. Хамди A. Taxa Глава 3. Симплекс-метод; Введение в исследование операций, 7-е изд. М: «Вильяме», 2007. - с. 95 - 141. - ISBN0-13-032374-8

20. Aldrich J. Е. and В. Pass . Determining radiation exposure from nuclear accidents and atomic tests using dental enamel. Health Physics, V. 54, No. 4, pp. 469-471 (1988)

21. Aragno D., P. Fattibene, S. Onori, Mechanically induced EPR signals in tooth enamel.; Applied Radiation and Isotopes 55 (2001) 375-382.

22. Bailiff I.K. Retrospective dosimetry with ceramics // Radiat. Mes. Vol. 27, pp. 923-941 (1997).

23. Brik A.B., E.H. Haskell, O.I. Scherbina, et al. // Минерал, журн. 206 №4, 2636 (1998).

24. Butter-Jensen L. and McKeever S.W.S. Optically stimulated luminescence dosimetry using natural and synthetic materials. (Radiat. Prot. Dosim., vol. 65, pp. 273-280(1996).

25. Callens, F., Vanhaelewyn, G., Matthys, P., 2002. Some recent multi-frequency electron paramagnetic resonance result of systems relevant for dosimetry and dating. Spectrochim. Acta Part A 58, 1321-1328.

26. Callens, F., Vanhaelewyn, G., Matthys, P., Boesman, E., 1998. EPR of carbonate derived radicals: application in dosimetry, dating and detection of irradiated food. Appl. Magn. Res. 14, 235 254.

27. Cevc G., P. Cevc, M. Shara et al. The caries resistance of human teeth is determined by the spatial arrangement of hydroxyapatite microcrystals in the enamel.//Nature 286, pp. 425-426 (1980)

28. Cevc P., M. Shara, C. Ravnik //Radiat. Res. 51, pp. 581-589 (1972).

29. Ciesielski В., Schultka K., Wolakiewicz G. The effect of heating on background and radiation-induced EPR signals in tooth enamel //Spectrochimica Acta. 2006. Part A V. 63. P. 870-874.

30. Derise N.L., Ritchey S.J. Mineral composition of normal human enamel and dentin and relation of composition to dental caries (Состав зубной эмали и дентина человека, соотношение состава при зубном кариесе)// Dent. Res., 53(4), p. 853-858 (1974).

31. Desrosiers M. F., M. G. Simic, F. C. Eichmiller et al. Mechanically-induced generation of radicals in tooth enamel.//Appl. Radiat. Isot., vol. 40, No. 1012, pp. 1195-1197(1989)

32. Driessens F.C.M. and Verbeeck R.M.H. Biominerals. CRC Press. Boca Raton// Ann Arbor, Boston, p. 428 (1990).

33. Dreessens F.C.M., Verbeeck R.M.H. The probable phase composition of the mineral is sound enamel and dentin. Bull. Soc. Cem. Belg, 91, pp. 573-596 (1991).

34. Dubovsky S., Kirilov V. Reconstruction of individual absorbed doses by tooth enamel on the base of non-liner simulation of their EPR-spectra //Applied Radiation and Isotopes. 2001. V. 54. P. 833-837.

35. Edwards A.A. The use of chromosomal aberration in human lymphocytes for biological dosimetry. //Radiat. Res., vol. 148, pp. 39-44 (1997).

36. Egersdoerfer, S., Wieser, A., Mueller, A., 1996. Tooth enamel as a detector material for retrospective EPR dosimetry. Appl. Radiat. Isot. 54 (5), 793 799.

37. Fattibene P., Argano D., Onori S. Thermal induced EPR signal in tooth enamel //Radiat. Meas. 2000. V. 32. P. 393-398.

38. Fosdik L. S. //J. Dent. Med. 18, p. 144 (1963)

39. Haskell E. H., R. B. Hayes, G. N. Kenner //Interlaboratory comparsion of EPR techniques for measuring radiation exposure of enamel (ECP-10 Project): report by the TL/EPR laboratory of the Universiti of Utah. Kiev report, march 20 (1995)

40. Hoshi M., S. Sawada, M. Ikeya et al. //In: "ESR dating and Dosimetry" eds. M. Ikeya and T. Miki (Ionics Co., Tokyo, 1985), pp. 407-414

41. Ikeya M., H. Ishii Quality assessment of coffee beans with ESR and gamma-ray irradiation.//Appl. Radiat. Isot., vol. 40, No. 10-12, pp. 1021-1027 (1989)

42. Ivannikov A. I., V. G. Skvortsov, V. F. Stepanenko, D.D. Tikounov et al. Wide Scale EPR Retrospective Dosimetry: Results and Problems//Radiat. Prot. Dosim., vol. 71, No. 3, pp. 175-180 (1997)

43. Ivannikov, A.I., Skvortsov, V.G., Stepanenko, V.F., Tikunov, D.D., Takada, J., Hoshi, M., 2001. ESR tooth enamel dosimetry: optimization of the automated spectra deconvolution routine. Health Phys. 81, 124 137.

44. Ivannikov, A.I., Trompier, F., Gaillard-Lecanu, E., Skvortsov, V.G.,

45. Stepanenko, V.F., 2002. Optimization of the recording parameters for theelectron paramagnetic resonance signal used in dental enamel dosimetry. Radiat. Prot. Dosimetry 101, 531-538.

46. Зависимость интенсивности сигнала СО3 " в ЭПР-дозиметрии эмали зубов человека от мощности излучения)// Radioisot. Vol. 41, No 12, pp. 642-644 (1992).

47. Iwasaki, A., Walczak, Т., Grinberg, O., Swartz, H., 2005. Differentiation of the observed low frequency (1200 MHz) EPR signal in whole human teeth.Appl. Radiat. Isot 62, 133-139.

48. Jonas, M., Grun, R., 1997. Q-band ESR studies of fossil tooth enamel: implications for spectrum deconvolution and dating. Radiat. Meas. 27 (1), 4958.

49. Koshta, A.A., Wieser, A., Romanyukha, A.A., 2000. New computer realization of routine EPR-dosimetry on tooth enamel. Appl. Radiat. Isot. 52, 1287 1290.

50. Levenberg, K., "A method for the solution of certain problems in least squares", Quart. Appl. Math., 1944, Vol. 2, pp. 164 168.

51. Likhtarev I., Sobolev В., et al. Results of large scale thyroid dose reconstraction in Ukraine. // The Radiological Consequences of the Chernobyl Accident. Report EUR 16544 En, European Commission, Brussels, pp. 1021-1034, (1996).

52. Mallard J. R., M. Kent Electron spin resonance in surviving rat tissues.//Nature 210, pp. 588-591 (1966).

53. Marquardt, D., "An algorithm for least-squares estimation of nonlinear parameters", SIAM J. Appl. Math., 1963, Vol. 11, pp. 431 441.

54. Meguro K. and M. Ikeya. Stabilization of superoxide and CO3- radicals through crystallization of CaC03 // Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 32, pp. 3540-3543 (1993).

55. Miller E J., Martin G.R., Piez K.A., and Powers M .J., Characterization of chick bone collagen and compositional changes associated with maturation. The Journal of Biological Chemistry. Vol. 242, No. 23, pp. 5481-5489, (1967).

56. Muller W.U. and Streffer C. Radiation damage (Радиационные повреждения)// Int. J. Radiat. Biol. Vol. 59, pp. 863-873 (1991).

57. NIEHS-NIH, 2006. Spectra simulating program POWFIT. Free distributed by NIEHS-NIH. http://epr.niehs.nih.gov/pest.html (accessed at August 2006).

58. Nocedal J., S J: Wright "Numerical Optimisation", Springer, New York, 1999.74.0nori, S., Aragno, D., Fattibene, P., Petetti, E., Presselo, M.C., 2000. ISS protocol for EPR tooth dosimetry. Radiat. Meas. 32, 787 792.

59. Pass В., Aldrich J. Dental enamel as an vivo dosimeter (Зубная эмаль как vivo дозиметр)// Med. Phys., vol. 12 (3), pp. 305-307 (1985).

60. Pawtowska J. //Czas. stomat. 6, p. 353 (1956)

61. Poole, С .P., 1983. Electron Spine Resonance: A Comprehensive Treatise on Experimental Techniques, second edition Dover Publication Inc., Mineola, New York. (Capter 12).

62. Romanukha A. A., D. Regulla, E. Vasilenko et al. South Ural nuclear workers: comparison of individual doses from retrospective EPR dosimetry and operational personal monitoring.//Appl. Radiat. Isot., vol. 45, No. 12, pp. 1195-1199(1994)

63. Romanukha A. A., E. A. Ignatiev, V. O. Degteva et al. Radiation doses from •Ural region.//Nature, vol. 381, pp. 199-200 (1996)

64. Romanyukha A. A., M. O. Degteva, V. P. Khozheurov et al. Pilot study of the Urals population by tooth electron paramagnetic resonance dosimetry. //Radiat. Environ. Biophys., vol. 35, pp. 305-310 (1996)

65. Rossi, A.M., Poupeu, G., 1990. Radiation damage in bioapatites: the ESR spectrum of irradiated dental enamel revisited. Nucl. Tracks. Radiat. Meas. 17 (4), 537-545.

66. Shimano Т., M.Iwasaki, C. Miyazawa et al. Human tooth dosimetry for gamma-rays and dental x-rays using ESR.//Appl. Radiat. Isot. 40, pp. 10351038 (1989)

67. Sholom S.V., V.V. Chumak, 2005. Variability of parameters in retrospective EPR dosimetry with teeth for Ukrainian population. ; Appl. Radiat. Isot. Vol. 62, pp. 201-206.

68. Sholom, S.V., Chumak, V.V., 2003. Decomposition of spectra in EPR dosimetry using the matrix method. Radiat. Meas. 37, 365-370.

69. Sholom, S.V., Chumak, V.V., 2006. Variability of parameters in retrospective EPR dosimetry with teeth for Ukrainian population. Applied Radiation and Isotopes. 62, pp.201-206.

70. Skvortsov V. G., A. I. Ivannikov, V. F. Stepanenko et al. //Book of Abstracts, 4-th International Symposium on ESR Dosimetry and Applications. Munich, May 15-19, 1995, p. 214.

71. Skvortzov V., A.Ivannikov, A. Wieser et al. //Proceedings of the first international conference, Minsk, Belarus, 18 to 22 March, 1996. Eds. A. Karaoglou, G. Desmet, G. N. Kelly, H. G. Menzel. EUR 16544 EN, pp. 949-955.

72. Skvortzov V.G., A.I.Ivannikov, V.F.Stepanenko et al. Wide Scale EPR Retrospective Dosimetry: Results and Problems// Radiat. Prot. Dosim., vol. 71, № 3, pp. 175-180 (1997).

73. Skvortzov V.G., Ivannikov A.I., Eichhoff U. Assessment of individual accumulated irradiation doses using EPR spectroscopy of tooth enamel //J. Mol. Strac. 1995. V. 347. P. 321-330.

74. Stepanenko V., M.Orlov, A. Ivannikov, D. Petin, V. Skvortsov, N. Borysheva, D. Tikunov, M. Hoshi, J. Takada, F. Trompier, P. Voileque, A. Tsyb. Individual retrospective dosimetry in a highly contaminated settlement following the112

75. Tielewuhan E., Ivannikov A., Zhumadilov K. et al. Spectra processing at tooth enamel dosimetry: Analytical description of EPR spectrum at different microwave power //Radiat. Meas. 2006, V, 41. P. 410-417.

76. Vanhaelewyn, G., Amira, S., Debuyst, R., Callens, F., Glorieux, Th., Leloup, G., Thierens, H., 2001. A critical discussion of the 2nd Intercomparison on electron paramagnetic resonance dosimetry with tooth enamel. Radiat. Meas. 33,407-426.

77. Vanhaelewyn, G., Sadlo, J., Matthys, P., Callens, F., 2002. Comparative X- and Q-band EPR study of radiation-induced radicals in tooth enamel. Radiat. Res. 158,615-625.

78. Wieser A., Debuyst R., Fattibene P. et al. The 3rd international intercomparison on EPR tooth dosimetry: Part 2, final analysis. //Radiat. Prot. Dosim. 2006. V. 120. P. 176-183

79. Wieser, A., et al. (34 coauthors), 2000. The second international intercomparison on EPR tooth dosimetry. Radiat. Meas. 32, 549—557.

80. Zhumadilov K., Ivannikov A., Skvortsov V. et al. Tooth enamel EPR dosimetry: Optimization of EPR spectra recording parameters and effect of sample mass on spectral sensitivity //J. Radiat. Res. 2005. V. 46.P. 435-442.