Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Применение методов люминесцентной дозиметрии для верификации расчетных доз при медицинском и аварийном облучении

ВАК РФ 03.01.01, Радиобиология

Автореферат диссертации по теме "Применение методов люминесцентной дозиметрии для верификации расчетных доз при медицинском и аварийном облучении"

ДУБОВ Денис Вячеславович

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ ДОЗИМЕТРИИ ДЛЯ ВЕРИФИКАЦИИ РАСЧЕТНЫХ ДОЗ ПРИ МЕДИЦИНСКОМ И АВАРИЙНОМ ОБЛУЧЕНИИ

03.01.01 - радиобиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 3 ЛЕН 2010

Обнинск - 2010

004618947

Работа выполнена в лаборатории медико-экологической дозиметрии и радиационной безопасности Учреждения Российской академии медицинских наук «Медицинский радиологический научный центр РАМН».

Научный руководитель: Кандидат биологических наук

Степаненко Валерий Фёдорович

Официальные оппоненты: Доктор биологических наук, профессор

Сынзыныс Борис Иванович

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

Защита состоится 28 декабря 2010 года в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 001.011.01 при Учреждении Российской академии медицинских наук Медицинском радиологическом научном центре РАМН по адресу: 249036, г. Обнинск Калужской обл., ул. Королёва, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Медицинского радиологического научного центра РАМН.

Автореферат разослан « _» ноября 2010 г.

Доктор биологических наук Иванник Борис Петрович

Ученый секретарь диссертационного совета

Палыга Г.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Проблема инструментальной верификации расчетных доз облучения пациентов, персонала и населения при медицинском или неконтролируемом (аварийном) облучении актуальна, поскольку расчетные оценки доз осуществляются, в основном, при ряде упрощающих допущений и/или предположений: например, применение математических фантомов "стандартного" человека и моделей расчетов доз в условиях ограниченной первичной экспериментальной информации ("Физика в клинической радиотерапии", ESTRO, Тула, 2010; Доклад МКРЗ 68).

Так, например, при дистанционной лучевой терапии инструментальная ("ин виво") дозиметрия - лучшая методика для того, чтобы проверить, была ли пациенту подведена правильная доза облучения, определенная расчетным путем при планировании лучевой терапии. В этом смысле инструментальная дозиметрия является необходимым средством для обеспечения качества лучевой терапии, поскольку может обнаружить систематические ошибки при расчетном методе планирования радиотерапии. Погрешности при расчетах подводимой терапевтической дозы могут быть обусловлены следующими причинами: вариабельностью контура тела пациента, подвижностью пациента при облучении, смещением положения внутренних органов при укладке, различиями в положении реального поля облучения и по сравнению с моделированием этого поля с помощью симулятора ("Физика в клинической радиотерапии", ESTRO, Тула, 2010).

При брахитерапии весьма актуальным является инструментальная оценка локальных доз облучения персонала (на пальцы и кисти рук) с помощью миниатюрных термолюминесцентных дозиметров, поскольку, как правило, для такого вида терапии используются радиоактивные источники короткопробежного излучения (например, 1251, 32Р), что делает неэффективным обычный дозиметрический контроль (размещение дозиметров на груди персонала или же оценка дозы расчетным путем, исходя из времени работы и результатов измерений мощности дозы в воздухе вблизи мест работы персонала) (Доклад МКРЗ 98).

Что касается ретроспективных оценок доз облучения населения при аварийном радиоактивном загрязнении местности (например, авария на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС)), то они необходимы для обоснования принятия решений в рамках задач по социально-экономической и медицинской реабилитации населения, проживающего на загрязненных территориях, а также для дозиметрической поддержки эпидемиологических исследований.

В настоящее время все более широкое распространение получают новые инструментальные методы ретроспективной дозиметрии, применяемые с целью

восстановления накопленных доз внешнего облучения в результате неконтролируемых радиационных воздействий на среду обитания человека. В качестве таких методов используются методы люминесцентной дозиметрии (термолюминесцентной - TJI и оптико-стимулированной - OCJI) по кварцсодержащим объектам окружающей среды. В частности, для этого возможно использование кварцевых включений в кирпичах строений, находящихся на загрязненных радионуклидами территориях в результате аварии на ЧАЭС (Bailiff I.K. et al., 2004). Фактически, кварцевые включения в кирпичах служат естественными накапливающими люминесцентными дозиметрами. Результаты инструментальных измерений величин и распределений накопленных доз внешнего гамма-облучения могут послужить основой для верификации расчетных величин доз, оцененных с помощью математических методов. При этом методы люминесцентной ретроспективной дозиметрии должны обладать высокой чувствительностью по величине накопленной дозы (не менее 20 мГр при времени накопления дозы не менее 20 лет).

Цель работы.

Разработать и применить в клинических и экспедиционных условиях методы люминесцентной дозиметрии для верификации расчетных доз при медицинском и неконтролируемом (аварийном) облучении.

Задачи исследования.

- Разработать и применить метод инструментальной люминесцентной дозиметрии пациентов и персонала при дистанционной гамма-терапии лимфомы Ходжкина с целью верификации расчетных доз облучения.

- Разработать и применить высокочувствительный метод люминесцентной дозиметрии для оценки локальных доз облучения медицинского персонала пои брахитерапии злокачественных новообразований с использованием микроисточников 1251 и 32Р.

- Разработать и применить высокочувствительный метод люминесцентной ретроспективной дозиметрии по кварцевым включениям в объекты окружающей среды для верификации расчетных индивидуальных доз у лиц с установленными диагнозами "рак молочной железы", проживающих на территориях, загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС в Брянской области.

Научная новизна.

- Разработан и успешно применен в клинических условиях (терапевтическое облучение при дистанционной гамма-лучевой терапии злокачественной лимфомы Ходжкина) метод термолюминесцентной

дозиметрии с использованием АЬОу.С дозиметров. Полученные методом ТЛД данные о поглощенных дозах у пациента в торакальной области (на входе и выходе пучка ионизирующего излучения от источника 60Со установки "АГАТ-С"), а также результаты измерений на тканеэквивалентном фантоме торса человека в области расположения сердца хорошо согласуются с имеющимися данными расчетных оценок доз.

- Получены данные о величинах локальных (на пальцы, кисти рук) поглощенных доз облучения персонала при проведении брахитерапии рака закрытыми микроисточниками 1251 и 32Р. Получены величины нормализованных поглощенных доз (на единицу суммарной активности источников и единицу времени работы оператора с источниками) для различных локализаций -пальцев и ладони, поверхности торса оператора. Инструментально установлен факт радиационной безопасности персонала.

- Разработана и применена в экспедиционных условиях методика люминесцентной ретроспективной дозиметрии по кварцевым включениям в объекты окружающей среды (чувствительность не хуже 20 мГр по величине накопленной дозы). Результаты инструментальных измерений показали адекватность используемых методов расчетной индивидуальной дозиметрии -для когорты лиц с установленным диагнозом "рак молочной железы", на территориях Брянской области загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС.

Практическая значимость.

-Данные о поглощенных дозах при дистанционной лучевой терапии (лимфома Ходжкииа) в области расположения сердца имеют большую ценность для клиницистов-радиологов. Сопоставление расчетных поглощенных доз, с инструментально установленными уровнями облучения этого органа, дает дозиметрическое обоснование для интерпретации вклада лучевого воздействия в риск возможных кардиальных осложнений после комбинированной химио-лучевой терапии.

- Экспериментально установленные величины нормализованных поглощенных доз при проведении брахитерапии с применением микроисточников 1251 и 32Р для различных локализаций - пальцев и ладони, поверхности торса оператора в сочетании с расчетными дозами могут быть использованы для оценок ожидаемых доз облучения персонала при использовании источников различной активности и при работе с ними в течение различных периодов времени. Экспериментально установленный факт радиационной безопасности медицинского персонала при проведении брахитерапии с использованием микроисточников |251 и 32Р доказывает безопасность практического использования этих методов радиотерапии злокачественных новообразований в клиниках РФ

- Полученные в работе данные о величинах индивидуальных накопленных поглощенных доз внутреннего и внешнего облучения всего тела для когорты лиц с установленным диагнозом "рак молочной железы", проживающих на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области, позволили обеспечить дозиметрическую поддержку радиационно-эпидемиологических исследований зависимости частоты этого заболевания от уровня загрязнения радионуклидами этих территорий.

Основные положения, выносимые на защиту.

- Данные о поглощенных дозах при измерениях у пациентов в торакальной области, полученные методом люминесцентной дозиметрии, а также результаты измерений на тканеэквивалентном фантоме торса в области расположения сердца человека, хорошо согласуются с имеющимися результатами расчетных доз, использованных для планирования сеансов лучевой терапии.

- Методом люминесцентной дозиметрии установлен факт радиационной безопасности медицинского персонала при проведении брахитерапии с использованием микроисточников Ш1 и 32Р.

- Разработан и апробирован в полевых условиях метод ретроспективной оценки индивидуальных доз облучения и их погрешностей с целью ретроспективной оценки индивидуальных накопленных доз облучения всего тела женщин, проживающих на территориях, загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС. Верификация расчетного метода оценок величин индивидуальных накопленных поглощенных доз облучения всего тела для когорты лиц с установленным диагнозом "рак молочной железы", проживающими на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области, с помощью метода люминесцентной ретроспективной дозиметрии (ЛРД) по кварцевым включениям в объекты окружающей среды, позволили обеспечить дозиметрическую поддержку радиационно-эпидемиологических исследований зависимости частоты этого заболевания от степени загрязненности данных территорий радионуклидами.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены на Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции "Актуальные вопросы диагностики и лечения лимфомы Ходжкина" 15-17 апреля 2010 г., г. Обнинск, МРНЦ РАМН; на международной конференции "Экология, радиация, здоровье", Семей, Казахстан, 2002 г.; на

Конференции "The 48th annual meeting of the Japan Radiation Research Society", Hiroshima, Japan, 2005.

Апробация работы состоялась 15 сентября 2010 г. (протокол № 253) на научной конференции радиологического экспериментального сектора Учреждения Российской академии медицинских наук «Медицинский радиологический научный центр РАМН».

Публикации.

По результатам диссертационной работы опубликовано 8 научных работ (из них две статьи в рецензируемых журналах из списка журналов, рекомендуемых ВАК МОиН РФ по биологическим наукам).

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков и 19 таблиц, 7 страниц приложений. Список литературы содержит 44 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Материалы и методы исследования.

При дозиметрических исследованиях в процессе брахитерапии использовались закрытые микроисточники 1251, представляющие собой цилиндрические герметичные титановые капсулы (длина 4,5 мм, диаметр 0,8 мм, толщина титановой оболочки 0,05 мм), внутри которых находится керамический материал с радионуклидной субстанцией и золотая проволока (по оси цилиндра) диаметром 0,17 мм - для индикации положения капсулы. Кроме того, применяли предназначенный для брахитерапии препарат с 32Р, представляющий собой порошок из кремниевых частиц высокой чистоты, средним диаметром около 30 мкм, в структуре которых в порах нанометрических размеров зафиксирован радиоактивный фосфор (препарат биосиликон).

В качестве дозиметров фотонного излучения от микроисточников |251, 32Р (брахитерапия) и при дистанционной лучевой терапии (лимфома Ходжкина) были применены миниатюрные высокочувствительные термолюминесцентные детекторы излучений ТЛД-500К отечественного производства (ТУ 2655—006— 02069208-95) - применяли сборки по пять дозиметров. Для измерения люминесцентного сигнала от люминесцентных детекторов АЬ03:С

использовалась система "Harshow 3500" с соответствующим программным обеспечением. В экспериментальных исследованиях применяли стандартный сборный тканеэквивалентный фантом взрослого человека "IGOR".

Отбор кварцсодержащих образцов проводился в ходе полевых миссий, выполненных в рамках отечественных и международных программ по разработке и применению методов люминесцентной ретроспективной дозиметрии. Всего в ходе экспедиционных работ было отобрано 46 первичных кварцсодержащих образцов кирпичей на наиболее загрязненных радионуклидами территориях Брянской области. Каждый из первичных образцов был разделен на семь слоев по глубине для изучения зависимости величины дозы по глубине кирпича. Таким образом, общее число использованных образцов составило 322. Всего обследовано 12 наиболее загрязненных радионуклидами населенных пунктов Брянской области.

Для измерений активности 137Cs и естественных радионуклидов в отобранных образцах кирпичей (что необходимо для оценки фоновой накопленной дозы в образцах) использовали портативный гамма-спектрометр SNIP 204 G/F с полупроводниковым детектором RGS-P 1519 с кристаллом из сверхчистого германия (эффективность регистрации гамма-излучения - 15%) и свинцовой защитой толщиной 10 см. Для обработки гамма спектров применялась программа "GAMMAPLUS" (разработка фирмы SILENA, Италия).

При люминесцентных измерениях кристаллов кварца был использован полуавтоматический люминесцентный ридер исследовательского класса RISOE TL/OSL System (Model TL/OSL-DA-15) с соответствующим программным обеспечением.

Для дозиметрической поддержки радиационно эпидемиологических исследований были проведены дозиметрические расследования и оценки индивидуальных поглощенных доз у 167 женщин с установленными диагнозами "рак молочной железы", проживающих г. Брянске и в десяти районах Брянской области. При расчетах доз использовали Методические Указания МЗ РФ (МУ 2.6.1.579-96). Для индивидуализации поглощенных доз применяли стандартный дозиметрический опросник (Dose Reconstruction Project Protocol, WHO/EHG/96.04, 1996) и радиоэкологические данные (Госкомгидромет СССР, Обнинск, 1990), программу стохастического моделирования прохождения ионизирующего излучения через вещество (MCNP, LA-12625-М, 1997), а неопределенность индивидуальных доз для каждой из обследованных была оценена методом стохастического варьирования величин параметров модели с использованием стандартной программы "Crystall Ball". Эта же программа применялась и для статистического анализа полученных данных. При расчетах поглощенных доз при дистанционной лучевой терапии использовалась программа "Гаммаплан".

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты оценок локальных доз облучения персонала в клинических условиях при брахитерапии микроисточникамн П51.

Сборки люминесцентных дозиметров размещали на указательном, большом, среднем пальце, мизинце, кистях рук и торсе оператора. В таблице 1, в качестве примера, приведены наибольшие и наименьшие величины локальных поглощенных доз для трех сеансов измерений. Измерения проводили при использовании самых больших суммарных активностей источников (1221 МБк суммарно) и длительности работы оператора с ними (150 мин). Наибольшая поглощенная доза составляет 0,18±0,01 мГр (большой палец правой руки) наименьшая - 0,01 ±0,0007 мГр (кисть левой руки), что не представляет какой-либо радиационной опасности даже при многократной работе с источниками. Согласно НРБ-99/2009 пределы эквивалентной дозы для населения составляют 50 мЗв в год в кистях, стопах и коже. Для персонала групп Б и А эти пределы выше в 2,5 и 10 раз, соответственно, что говорит о радиационной безопасности персонала при проведении операции. Приведенные в последнем столбце таблицы 1 величины доз, нормализованные на единицу активности источника и единицу времени работы оператора, позволяют в дальнейшем оценивать уровни облучения оператора при любых активностях и длительности работы.

Таблица 1. Результаты измерений локальных доз облучения оператора при проведении _брахитерапии микроисточниками 1251._

Расположение детекторов на теле оператора Накопленная поглощенная доза, мГр Накопленная доза в расчете на единицу суммарной активности источников и единицу времени работы с источниками мГр/(минхМБк)

Правый большой палец 0,18±0,010 (О^^ЮДШ^Ю"6

Кисть левой руки 0,010±0,0004 (0,054±0,0020)х 10~6

Результаты оценок локальных доз облучения персонала в экспериментальных условиях (фантом человека) при моделировании сеанса брахитерапии микронсточниками 32Р.

Сборки люминесцентных дозиметров размещали на указательном, большом, среднем, безымянном пальцах, мизинцах, ладонях обеих рук и торсе оператора. В таблице 2, в качестве примера, приведены наибольшие и наименьшие величины локальных поглощенных доз.

Таблица 2. Результаты экспериментальной оценки локальной дозы облучения оператора тормозным гамма-излучением от бета-частиц 32Р при брахитерапин с _использованием микроисточников 32Р._

Положение дозиметров (пальцы левой руки и торс) Накопленная поглощенная доза, мГр Поглощенная доза в расчете на единицу активности источника и времени работы оператора, (мГр/(минхМБк))- Ю'6

Средний палец левой руки 0,097±0,003 15±0,5

Торс 0,014±0,001 2,2*0,2

Как следует из таблицы 2, максимальная поглощенная доза соответствует среднему пальцу левой руки, что обусловлено большей близостью кисти левой руки к источнику по сравнению с кистью правой руки и остальными частями тела оператора: левой рукой оператор держал корпус шприца с источником, а правая рука оперировала поршнем шприца. Наименьшая доза соответствует торсу оператора.

Поглощенная доза, рассчитанная на единицу активности источника и единицу времени работы оператора с источником (таблица 2, последний столбец), может быть полезна для оценки ожидаемой дозы облучения оператора при проведении операции в реальной ситуации при различных активностях источника и длительности работы с ним.

Экспериментально установлено, что при пересчете на суммарную активность микроисточников 32Р 100 МБк и шестичасовую продолжительность работы оператора, в условиях имитации введения препарата в область печени фантома человека и без применения рентгеновских защитных перчаток, максимальная локальная доза облучения рук (средний палец левой руки оператора) тормозным гамма-излучением, с вычетом естественного фона, равна 0,54±0,02 мГр, облучение торса не превышает 0,08±0,007 мГр. Согласно НРБ-99/2009 это не представляет радиационной опасности даже при многократной работе с источниками.

Дозиметрические исследования (инструментальная дозиметрия с применением люминесцентных дозиметров) при проведении дистанционной гамма терапии лимфомы Ходжкина.

Перед проведением измерений производилась калибровка и отбор дозиметров. Всего стандартной расчетной дозой 1 Гр от источника 60Со установки "АГАТ-С" были облучены 100 А120з'.С дозиметров (десять пакетов, по десять дозиметров в каждом). Затем из общего количества 100 облученных дозиметров было отобрано 52 дозиметра, дающих показания (величина светосуммы люминесцентного излучения) со взаимными отклонениями не более 10%.

После отбора 52 дозиметров они были снова отожжены, и использованы для измерений поглощенных доз в тканеэквивалентном фантоме торса тела человека и непосредственно на теле пациентов при проведении лучевой терапии.

На первом этапе измерения проводили с использованием тканеэквивалентного фантома человека с тем, чтобы определить величины поглощенных доз по глубине торса человека - в области расположения сердца.

Поглощенные дозы измеряли на входе пучка, на глубине в фантоме торса человека и на выходе пучка из фантома. Дозиметры в глубине торса фантома располагались в области сердца (глубины 55 и 110 мм от поверхности груди).

Величины поглощенных доз при облучении источником 60Со терапевтической установки "АГАТ-С" тканеэквивалентного фантома торса человека и пациентов (однополыюе облучение):

- на входе пучка излучения 60Со (пациент, фантом)- 1,04±0,08 Гр: расчет -1,1 Гр.

- в области сердца на расстоянии от верхней поверхности 55 мм (фантом)-0,84±0,07 Гр: расчет - 0,8 Гр.

- в области сердца на расстоянии от верхней поверхности 110 мм -0,58±0,08 Гр (фантом): расчет - 0,5 Гр.

- в выходной области ("спина") на расстоянии от верхней поверхности 220 мм - 0,33±0,05 Гр (пациент, фантом): расчет - 0,3 Гр)

Как следует из данных TJI дозиметрии, по сравнению с поглощенной дозой на поверхности фантома (доза в покровном слое кожи), поглощенная доза уменьшается на 26% на глубине 55 мм (область сердца) и на 42% - на глубине И 0 мм (область сердца). На выходе пучка ("спина") поглощенная доза уменьшается в три раза.

Представляет интерес сравнение полученных данных с имеющейся немногочисленной архивной информацией по "ин виво" дозиметрии пациентов при дистанционной лучевой терапии (НИР - отчет по объединенной научной теме (ОНТ) No 111, ИМР АМН, Обнинск, ИМР АМН, 1987 г.). При этих измерениях применяли дозиметры фирмы "Therados" - полупроводниковые детекторы. Недостатком полупроводниковых детекторов является то, что они требуют проводной связи с измерительной системой, что создает неудобства для пациентов. Также, как и в нашем случае, облучение проводили на установке "АГАТ-С" при однопольном облучении пациента в позе "лежа на спине". Измеряли поглощенные дозы на поверхности тела в области торса, а также на выходе пучка (спина). В целом получено хорошее совпадение между результатами измерений поглощенных доз ТЛ дозиметрами в фантоме торса человека и имеющимися архивными данными (результаты измерений дозиметрами фирмы "Therados" в 1986-1987 гг.) (см. рисунок 1).

а) б) в)

Рисунок 1. Измеренные поглощенные дозы методом ТЛД в фантоме торса человека с аппроксимирующей функцией (а), величины поглощенных доз, измеренных дозиметрами "Т)1ега<5оз" у пяти пациентов - архивные данные 1986-1987 гг. в зависимости от расстояния до поверхности торса (однопольное облучение) (б) в сравнении с данными ТЛ дозиметрии пациента, проведенной в рамках данной работы (в).

Измеренные величины поглощенной дозы в поверхностном слое кожи пациента на входе пучка, в поле облучения, в зависимости от локализации дозиметров, находятся в пределах от 0,92±0,10 Гр до 1,13±0,20 Гр. Вне поля облучения поглощенные дозы существенно меньше: 0,013±0,0025 -0,022±0,0027 Гр (эти дозы обусловлены рассеянным излучением от источника б0Со). Экранировка свинцовыми блоками приводит к уменьшению поглощенной дозы в областях верхушки легкого и верхушки сердца до уровней 0,110±0,023 - 0,105±0,06 Гр.

Измеренные величины поглощенной дозы на выходе пучка, в поле облучения, в зависимости от локализации дозиметров находятся в пределах от 0,234±0,053 Гр до 0,363±0,060 Гр. Вне поля облучения поглощенные дозы существенно меньше: 0,0062±0,0016 Гр - 0,0105±0,0093 Гр (эти дозы обусловлены рассеянным излучением от источника 60Со). Экранировка свинцовыми блоками приводит к уменьшению поглощенной дозы на выходе пучка в областях верхушки легкого и верхушки сердца до уровней 0,0316±0,077 - 0,029±0,00636 Гр, т.е. в 10 раз.

При средней толщине торса пациента 210±30 мм фактор ослабления пучка излучения торсом пациента (отношение поглощенной дозы на выходе пучка к поглощенной дозе на входе пучка) равен 0,29±0,07.

В целом получено хорошее совпадение между результатами измерений поглощенных доз в фантоме торса человека люминесцентными дозиметрами, полученными в рамках настоящей работы, имеющимися архивными данными

(результаты измерений полупроводниковыми дозиметрами фирмы "Thcrados" в 1986-1987 гг. (НИР - отчет по объединенной научной'теме (ОНТ) No 111, ИМР АМН, Обнинск, ИМР АМН, 1987 г.) и данными люминесцентной дозиметрии пациентов, проведенной в рамках данной работы.

Как следует из рисунка 1, имеет место хорошее совпадение между тремя сериями инструментальных измерений по величинам поглощенных доз на входе и выходе пучка. Естественно, что поглощенные дозы в области расположения сердца пациента не могли быть измерены дозиметрами "Therados", а также ТЛ дозиметрами при измерениях на пациенте в рамках данной работы, поэтому следует еще раз подчеркнуть, что данные о поглощенных дозах в области расположения сердца, полученные при измерениях на фантоме торса человека, имеют большую ценность для клиницистов-радиологов - для интерпретации вклада радиационной компоненты в возможные кардиальные осложнения при комбинированной химио-лучевой терапии лимфомы Ходжкина.

Результаты разработки и применения в полевых условиях инструментальных методов люминесцентной ретроспективной дозиметрии (ЛРД) для дозиметрической поддержки радиационно-эпидемнологических исследований.

Разработанная методика предназначена для проведения измерений с целью ретроспективного определения накопленных доз внешнего гамма-облучения методом стимулированной люминесценции кварцсодержащих объектов окружающей среды. Одним из наиболее подходящих объектов такого рода являются "красные" кирпичи зданий на загрязненных территориях с известной датой изготовления (отжига). Кварцевые включения в этих кирпичах можно рассматривать как естественные накапливающие дозиметры. Методика применяется при ретроспективном восстановления доз облучения населения, подвергшихся воздействию ионизирующего излучения в результате неконтролируемых (аварийных) ситуаций (радиационные загрязнения окружающей среды в результате аварий и катастроф, воздействие ионизирующего излучения в результате ядерных испытаний, при случайном облучении и т.д.). Факт отжига кирпича и информация о дате отжига (изготовления) имеют принципиальное значение, так как при отжиге кристаллов кварца "уничтожается" информация о величине фоновой дозы, накопленной кварцем за период его геологического существования. Данные ЛРД применены для верификации расчетов доз облучения населения с использованием радиоэкологической модели. В таблице 3 показаны результаты сравнения экспериментальных оценок величин накопленных доз (метод ЛРД) в воздухе в местах нахождения обследуемых лиц по сравнению с расчетными

значениями поглощенных доз (коэффициент линейной корреляции равен 0,86 при р<0,002).

Таблица 3. Сравнение экспериментальных оценок величин накопленных доз (метод ЛРД) с расчетными значениями поглощенных доз.

Результаты расчетов, мГр ±2а Данные измерений, мГр ±2а

78 ±32 61 ±49

120 ±60 82 ±68

111 ±38 151 ± 19

147 ± 40 150 ±25

170 ±50 149 ±27

160 ±50 176 ±64

175 ±50 150 ± 30

240±120 180 ± 80

230 ±45 240 ± 25

260 ± 90 265 ± 75

Таким образом, результаты верификации расчетного метода дозиметрии с применением метода ЛРД показывают его применимость для дозиметрической поддержки радиационно эпидемиологических исследований, что принципиально важно, поскольку способ оценки индивидуальных доз должен быть одинаковым для всех лиц, включенных в это исследование.

Радиационно эпидемиологическое исследование для когорты лиц с установленным диагнозом "рак молочной железы", проживающих на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области, проводилось по технологии "случай-контроль" с участием эпидемиологов из Центра исследований рака имени Фреда-Хатчинсона (Сиэтл, США), специалистов МРНЦ РАМН, Брянского клинико-диагностического центра и Гематологического научного центра РАМН (Москва). В нашу задачу входило получение первичных дозиметрических данных, оценка индивидуальных доз и их погрешностей (индивидуальные дозиметрические расследования с целью дозиметрической поддержки эпидемиологического исследования на его пилотном этапе).

На рисунке 2 и 3 показаны статистические распределения величин индивидуальных доз облучения всего тела для "случаев" и "контролей".

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

О, мЗв

0 0 0 0 65 70 75 80 85 90 95 100

Рисунок 2. Статистическое распределение величин индивидуальных доз (О-ось абсцисс) для "случаев". Количество обследованных "случаев" - 92; минимальная величина дозы - 0,6 мЗв; максимальная величина дозы - 100 мЗв; Средняя арифметическая величина дозы - 10 мЗв; N (ось ординат) - количество лиц в указанном диапазоне доз.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 О, мЗв

55 30 95 100

Рисунок 3. Статистическое распределение величин индивидуальных доз ф-ось абсцисс) для "контролей". Количество обследованных "случаев" - 75; минимальная величина дозы - 0,6 мЗв; максимальная величина дозы - 95 мЗв; Средняя арифметическая величина дозы - 9,8 мЗв; N (ось ординат) - количество лиц в указанном диапазоне доз.

На данной стадии исследования установлено, что отсутствует значимое различие между средними величинами доз у обследованных "случаев" и "контролей" (10 мЗв и 9,8 мЗв, соответственно). Однако подтверждено, что статистическое распределение индивидуальных доз очень неравномерно -имеется относительно небольшая группа лиц с индивидуальными дозами более 50 мЗв, что указывает на необходимость продолжения исследований в данном направлении.

ВЫВОДЫ

1. Результаты люминесцентной дозиметрии при проведении дистанционной лучевой терапии хорошо согласуются с величинами расчетных поглощенных доз в области сердца, что позволяет в дальнейшем использовать эти данные для оценки вклада лучевого воздействия в возможные риски кардиальных осложнений при комбинированной химио-лучевой терапии лимфомы Ходжкина.

2. Инструментально (люминесцентная дозиметрия) установлен факт радиационной безопасности медицинского персонала при проведении брахитерапии с использованием микроисточников 1251 и 32Р, что доказывает безопасность практического использования этих методов радиотерапии злокачественных новообразований в медицинских учреждениях РФ.

3. Верификация расчетного метода оценок величин индивидуальных накопленных поглощенных доз облучения всего тела для лиц с установленным диагнозом «рак молочной железы», проживающих на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области, с помощью инструментального метода ЛРД, позволили обеспечить дозиметрическую поддержку соответствующих радиационно-эпидемиологических исследований.

4. Установлено, что отсутствует значимое различие между средними величинами доз у обследованных "случаев" (заболевания раком молочной железы на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области) и "контролен" (10 мЗв и 9,8 мЗв, соответственно). Однако подтверждено, что статистическое распределение индивидуальных доз очень неравномерно -имеется относительно небольшая группа лиц с индивидуальными дозами более 50 мЗв, что указывает на необходимость продолжения исследований в данном направлении.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Степаненко В.Ф., Колыженков Т.В., Дубов Д.В., Цыб А.Ф. Экспериментальная оценка дозы облучения персонала при брахитерапии

32

злокачественных новообразований микроисточниками Р // Атомная Энергия, 2008. - Том 105, Вып. 3. - С.233-235.

2. Степаненко В.Ф., Богатырева Т.И., Мардынский Ю.С., Павлов В.В., Колыженков Т.В., Герасимович A.B., Дубов Д.В., Цыб А.Ф. Опыт применения инструментальной («ин виво») термолюминесцентной дозиметрии при дистанционной гамма-терапии злокачественно лимфомы Ходжкина //Материалы научно-практической конференции 15-17 апреля 2010 года, Обнинск. - С.37-39.

3. Яськова Е.К., Крюкова И.Г., Калашникова Е.Е., Степаненко В.Ф., Дубов Д.В., Цыб А.Ф. Анализ и оценка результатов долговременного дозиметрического обследования с использованием СИЧ жителей загрязненных территорий Брянской и Калужской областей // Бюллетень Национального Радиационно-эпидемиологического регистра «Радиация и Риск», 2010. - Том 19, №1, - С.60-67.

4. Bailiff I.K., Stepanenko V.F., Goeksu H.Y., Jungner H., Khamidova L.G., Orlov M.Yu., Dubov D.V. Luminescence rctrospectives dosimetry: application to

village of Dolon' // In: Abstracts of International Conference "Ecology, Radiation, Health". Semey, 2007. - P. 20.

5. Stepanenko V.F., Skvortsov V.G., Ivannikov A.I., Orlov M.Yu., Dubov D.V. Possibility of application methods of luminescence and ESR retrospective dosimetry to high irradiated settlements following the Chernobyl accident: village of Zaborie, Takada J., Dubov D.V., Hoshi M. In: Abstracts of International Conference "Ecology, Radiation, Health". Semey, 2007, p. 37.

6. M. Hoshi, V. Stepanenko, D. Dubov. Application of different methods of retrospective dosimetry in the vicinity of SNTS // In: "Abstracts of annual meeting of the Japan Radiation Research Society. Hiroshima, JRRS, 2007. - W2-1. - P.l 03.

7. V. Stepanenko, M. Hoshi, D. Dubov. International intercomparison of luminescence retrospcctivc dosimetry method in the vicinity of SNTS: an overview of he results. In: "Abstracts of annual meeting of the Japan Radiation Research Society. Hiroshima, JRRS, 2007. - W2-2. - P.103.

8. Матущенко A.M., Степаненко В.Ф., Дубасов Ю.В., Смагулов С.К., Иванников А.И., Скворцов В.Г., Орлов М.Ю., Дубов Д.В., Колыженков Т.В.,. Цыб А.Ф. Сравнение оценок доз внешнего облучения, полученных методом люминесцентной ретроспективной дозиметрии и методом ЭПР дозиметрии с расчетными величинами доз для населения деревни Долонь, Казахстан: первое ядерное испытание СССР 29 августа 1949 года // Бюллетень Национального радиационно-эпидемиологического регистра «Радиация и Риск», 2010. - Том 19, №2, - С.46-57.

Заказ 2785 Тираж 100 Объём 1,0 п.л. Формат 60х841/-]б Печать офсетная

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

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Дубов, Денис Вячеславович

Глава 1 Обзор литературы

1.1 Инструментальная дозиметрия в дистанционной лучевой терапии5 злокачественных новообразований.!.

1.2 Основы метода термолюминесцентной дозиметрии.

1.3 Методы люминесцентной дозиметрии при брахитерапии злокачественных новообразований.

1.4 Методы люминесцентной ретроспективной дозиметрии при аварийном облучении населения.

Глава 2 Материалы и методы.

2.1 Материалы, методы и оборудование при дозиметрических исследованиях для целей брахитерапии злокачественных новообразований (микроисточники 1и Р).

2.2 Процедура проведения измерений в клинических условиях.

2.3 Процедура проведения измерений в экспериментальных условиях

2.4 ТЛ ридер и методика термолюминесцентных измерений детекторов

2.5 Инструментальная дозиметрия при дистанционной лучевой терапии: материалы и оборудование.

2.6 Инструментальные методы люминесцентной ретроспективной дозиметрии: материалы и оборудование.

2.7 Индивидуальное дозиметрическое расследование с целью получения дополнительной информации для ретроспективных оценок индивидуальных доз у лиц с установленными диагнозами "рак молочной железы": материалы и оборудование.

2.8 Методы статистической обработки и анализа данных.44'

Глава 3 Результаты исследований.

3.1 Результаты дозиметрических исследований в клинических и экспериментальных условиях при брахитерапии микроисточниками I и32Р.

3.2 Результаты оценок локальных доз облучения персонала в экспериментальных условиях при брахитерапии микроисточниками Р

3.3 Дозиметрическое исследование ("ин виво" дозиметрия с применением люминесцентных дозиметров) при проведении дистанционной гамма терапии лимф омы Ходжкина.

3.4 Разработка и применение в полевых условиях инструментальных методов люминесцентной ретроспективной дозиметрии — сравнение с расчетными дозами для лиц с установленным диагнозом "рак молочной железы", проживающих на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области.

3.5 Верификация модели для расчетов средних доз внешнего облучения с использованием данных ЛРД и эмпирической зависимости на основе первичных радиоэкологических данных.

3.6 Результаты оценки индивидуальных доз облучения с целью дозиметрической поддержки радиационной эпидемиологических исследований радиационной зависимости заболеваемости раком молочной железы (Брянская область).

Введение Диссертация по биологии, на тему "Применение методов люминесцентной дозиметрии для верификации расчетных доз при медицинском и аварийном облучении"

Актуальность работы.

Проблема инструментальной верификации расчетных доз облучения пациентов, персонала и населения при медицинском или аварийном облучении актуальна, поскольку расчетные оценки доз осуществляются, в основном, при ряде упрощающих допущений и/или предположений: например, применение математических фантомов "стандартного" человека и моделей расчетов доз в условиях ограниченной первичной экспериментальной информации.

В целом, существуют различные методы терапевтического применения ионизирующего излучения разного вида (фотонное, электронное, протонное, нейтронное, тяжелые заряженные частицы) для лечения злокачественных новообразований:

- лечение открытыми источниками радионуклидов, когда радионуклид в соединении с химическим носителем вводится в организм больного или же непосредственно в опухоль;

- лечение закрытыми (герметичными капсулами) радиоактивными источниками, когда источники излучения вводятся непосредственно в опухоль (такой метод лучевого лечения получил название "брахитерапия");

- дистанционная лучевая терапия, когда источник ионизирующего излучения находится вне тела пациента.

Так, например, при дистанционной лучевой терапии облучении "ин виво" (инструментальная) дозиметрия - это лучшая методика для того, чтобы проверить, была ли пациенту подведена правильная доза облучения, определенная расчетным путем [1—9].

В этом смысле инструментальная дозиметрия является необходимым средством* для обеспечения качества лучевой терапии каждого пациента, поскольку может обнаружить систематические ошибки в подведении дозы. 5

При дистанционной лучевой терапии ошибки в подведении планируемой дозы облучения расчетным путем могут появиться из-за воздействия:

- изменения контура тела пациента при укладке;

- подвижности пациента при сеансе облучения;

- движения и смещения внутренних органов относительно схемы планирования;

- ошибок, связанных с заданием параметров на световом симуляторе поля облучения;

- вариабельности расположения защитных блоков при укладке пациента.

Как правило, для "ин виво" дозиметрии используются термолюминесцентные дозиметры или полупроводниковые диоды. Недостатком последних является то обстоятельство, что полупроводниковые диоды требуют "on line" соединения с электрометрами, что создает большие неудобства для пациента при закреплении дозиметров на его теле [10].

Наряду с этим, при брахитерапии весьма актуальным является инструментальная оценка локальных доз облучения персонала (на пальцы и кисти рук) с помощью миниатюрных термолюминесцентных дозиметров, поскольку, как правило, для такого вида терапии используются радиоактивные источники короткопробежного излучения (например, 1251, 32Р) [11-14], что делает неэффективным обычный дозиметрический контроль (размещение дозиметров на груди персонала или же оценка дозы расчетным путем, исходя из времени работы и результатов измерений мощности дозы в воздухе вблизи мест работы персонала).

Что касается ретроспективных оценок доз облучения населения при аварийном радиоактивном загрязнении местности (авария на ЧАЭС, авария на химическом комбинате "Маяк"), то они необходимы для обоснования принятия решений в рамках задач по социально-экономической и 6 медицинской реабилитации населения, проживающего на загрязненных территориях, а также для дозиметрической поддержки эпидемиологических исследований.

В настоящее время все более широкое применение получают новые инструментальные методы ретроспективной дозиметрии, применяемые с целью восстановления накопленных доз внешнего облучения в результате неконтролируемых радиационных воздействий на среду обитания человека. В качестве таких методов используются методы ТЛ и ОСЛ дозиметрии по кварцсодержащим объектам окружающей среды. В частности, для этого возможно использование кварцевых включений в кирпичах строений, находящихся на загрязненных радионуклидами территориях в результате аварии на ЧАЭС [15]. Фактически, кварцевые включения в кирпичах служат естественными накапливающими люминесцентными дозиметрами. Результаты инструментальных измерений величин и распределений накопленных доз внешнего гамма-облучения, могут послужить основой для верификации расчетных величин доз, оцененных с помощью математических методов.

Цель диссертационной работы.

Разработать и применить в клинических и экспедиционных условиях методы люминесцентной дозиметрии для верификации расчетных доз при медицинском и аварийном облучении.

Задачи работы.

1. Разработать и применить метод люминесцентной "инвиво" дозиметрии пациентов и персонала при дистанционной гамма-терапии лимфомы Ходжкина с целью верификации расчетных доз облучения.

2. Разработать высокочувствительный метод люминесцентной дозиметрии, для оценки локальных доз облучения медицинского персонала при брахитерапии злокачественных новообразований' с использованием микроисточников 1251 и 32Р и проверить его в практических условиях.

3. Разработать и применить высокочувствительный метод люминесцентной ретроспективной дозиметрии по кварцевым включениям в объекты окружающей среды для верификации расчетных индивидуальных доз у лиц с установленными диагнозами "рак молочной железы", проживающих на территориях, загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС в Брянской области.

Научная новизна работы.

1. Впервые разработан и успешно применен в клинических условиях (терапевтическое облучение при дистанционной гамма-лучевой терапии злокачественной лимфомы Ходжкина) метод термолюминесцентной дозиметрии с использованием А1203:С дозиметров. Полученные методом ТЛД данные о поглощенных дозах у пациента в торакальной области (на входе и выходе пучка ионизирующего излучения от источника 60Со установки "АГАТ-С"), а также результаты измерений на тканеэквивалентном фантоме торса человека хорошо согласуются с имеющимися данными расчетных оценок доз. Данные о поглощенных дозах в области расположения сердца имеют большую ценность для клиницистов-радиологов, поскольку в сопоставлении с результатами расчетов поглощенных доз, предоставляют информацию об инструментально установленных уровнях облучения этого органа, что важно для интерпретации вклада лучевого воздействия в возможные риски кардиальных осложнений после комбинированной химио-лучевой терапии.

2. Впервые были получены данные о величинах локальных (на пальцы, кисти рук) поглощенных доз облучения^ персонала при» проведении брахитерапии рака предстательной" железы закрытыми' перманентно вводимыми в организм микроисточниками 1251. Установлено, что-даже при самой большой суммарной активности источников (1221 МБк) и наибольшей продолжительности работы персонала с ними, без применения рентгеновских защитных перчаток, максимальная доза (с вычетом естественного фона) составляет 0,18±0,01 мГр (большой палец правой руки - наибольший уровень облучения) и 0,01± 0,0004 мГр (внешняя сторона ладони левой руки -наименьший уровень облучения), что не представляет какой-либо радиационной опасности даже при многократной работе с источниками и открывает широкие перспективы внедрения этого метода радиотерапии.

Для данных исследований хорошо подходят высокочувствительные детекторы ТЛД-500К а-А120з:С и отработанная нами методика их измерений и калибровки.

Получены, величины нормализованных поглощенных доз (на единицу суммарной активности источников и единицу времени работы оператора с источниками) для различных локализаций - пальцев и ладони, поверхности торса оператора. Эти данные, в сочетании с расчетными дозами, могут быть востребованы для оценок ожидаемых доз облучения медицинского персонала при использовании источников различной активности и при работе с ними в течение различных периодов времени.

3. Новым является установленный с помощью методов люминесцентной дозиметрии факт радиационной безопасности персонала при проведении брахитерапии с применением микроисточников. 32Р. В пересчете на суммарную активность источников 32Р 100 МБк и шестичасовую продолжительность работы оператора, в условиях имитации введения препарата в область печени фантома человека и без применения 9 рентгеновских защитных перчаток, максимальная локальная доза облучения рук оператора тормозным гамма-излучением, с вычетом естественного фона, (кожа среднего и большого пальца левой руки), составляет 0,54±0,0016 мГр, минимальная (кожа ладони правой руки) - 0,1±0,014 мГр, облучение торса, живота и глаз не превышают 0,12 мГр. Согласно НРБ-99/2009, это не представляет радиационной опасности даже при многократной работе с источниками и открывает широкие перспективы реализации этого метода радиотерапии.

Полученные данные о величине нормализованной поглощенной дозы (на единицу суммарной активности источников и времени работы оператора с источниками) для различных локализаций - пальцев и ладони, глаз, поверхности торса и живота оператора могут быть использованы в сочетании с расчетными величинами, для оценки ожидаемой дозы облучения медицинского персонала при использовании источников различной активности и работе с ними в течение разных периодов времени.

4. Разработана и применена в реальных экспедиционных условиях методика люминесцентной ретроспективной дозиметрии по кварцевым включением в объекты окружающей среды. Показана адекватность используемых методов расчетной индивидуальной дозиметрии — для когорты лиц с установленным диагнозом "рак молочной железы", на территориях загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС.

Практическая значимость работы.

1. Данные о поглощенных дозах, при дистанционной лучевой терапии, в области расположения сердца имеют большую ценность для клиницистов-радиологов. Сопоставление расчетных поглощенных доз, с инструментально установленными уровнями облучения этого органа весьма важно для интерпретации вклада лучевого воздействия в возможные риски

10 кардиальных осложнений после комбинированной химио-лучевой терапии.

2. Экспериментально установленные величины нормализованных поглощенных доз при проведении брахитерапии с применением микроисточников 1251 и 32Р для различных локализаций - пальцев и ладони, поверхности торса оператора в сочетании с расчетными дозами могут быть использованы в дальнейшем для оценок ожидаемых доз облучения персонала при использовании источников различной активности и при работе с ними в течение различных периодов времени. Установлен факт радиационной безопасности медицинского персонала при проведении брахитерапии с использованием микроисточников 1251 и 32Р, что открывает широкие перспективы практического использования этих методов радиотерапии злокачественных новообразований.

3. Полученные в работе данные о величинах индивидуальных накопленных поглощенных доз внутреннего и внешнего облучения молочной железы и всего тела для когорты лиц с установленным диагнозом "рак молочной железы", проживающими на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области, позволили обеспечить дозиметрическую поддержку радиационно-эпидемиологических исследований зависимости частоты этого заболевания от уровня загрязнения радионуклидами этих территорий.

Основные положения, выносимые на защиту.

Ь Разработан, адаптирован и применен в клинических условиях (сеанс терапевтического облучения пациента при дистанционной гамма-лучевой терапии злокачественной лимфомы-Ходжкина) высокотехнологичный метод ТЛД с использованием А1203:С дозиметров. Полученные методом ТЛД данные о поглощенных дозах у пациента в торакальной области (на входе и

11 выходе пучка ионизирующего излучения от источника 60Со • установки "АГАТ-С"), а также результаты измерений на тканеэквивалентном фантоме торса человека хорошо согласуются с имеющимися немногочисленными архивными данными измерений поглощенных доз полупроводниковыми диодными дозиметрами и с расчетными оценками- доз. Данные о поглощенных дозах в области расположения сердца, полученные при измерениях на фантоме торса человека, имеют большую ценность для клиницистов-радиологов, поскольку в сопоставлении с результатами измерений поглощенных доз у пациента, предоставляют информацию об инструментально установленных уровнях облучения этого органа. Это важно для интерпретации вклада лучевого воздействия в возможные риски кардиальных осложнений после комбинированной химио-лучевой терапии.

2. Впервые установлен факт полной радиационной безопасности медицинского персонала при проведении брахитерапии с использованием микроисточников "I и Р. Установлено, что величины нормализованных поглощенных доз (на единицу суммарной активности источников и единицу времени работы оператора с источниками) при проведении брахитерапии с применением микроисточников 1251 и 32Р для различных локализаций -пальцев и ладони, поверхности торса медицинского персонала, в сочетании с расчетными дозами, могут быть использованы в дальнейшем для оценок ожидаемых доз облучения медицинского персонала при использовании источников различной активности и при работе с ними в течение различных периодов времени.

3. Разработан и апробирован в полевых условиях метод ретроспективной оценки индивидуальных доз облучения молочной железы и их погрешностей с целью ретроспективной оценки индивидуальных накопленных доз внешнего и внутреннего облучения молочной железы у женщин, проживающих на территориях, загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС. Метод предназначен, для дозиметрической' поддержки радиационно-эпидемиологических исследований. С использованием этого метода в ходе экспедиционных работ выявлены группы- повышенного радиационного риска у лиц с диагнозами "рак молочной железы", проживающих на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области. Верификация расчетного метода оценок величинах индивидуальных накопленных поглощенных доз внутреннего и внешнего облучения молочной железы и всего тела для когорты лиц с установленным диагнозом "рак молочной железы", проживающими на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области, с помощью метода ЛРД по кварцевым включениям в объекты окружающей среды, позволили обеспечить дозиметрическую поддержку радиационно-эпидемиологических исследований зависимости частоты этого заболевания от степени загрязненности данных территориях радионуклидами.

Связь с научно-исследовательской работой МРНЦ РАМН.

Работа выполнялась в рамках тематики НИР МРНЦ РАМН:

1. "Обоснование, разработка и апробация методов реконструкции индивидуальных накопленных доз облучения молочной железы для случаев рака молочной железы на территориях Брянской области, загрязненных радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС" (номер гос. регистрации: 0120.0 407145, 2004-2007 гг.);

2. НИР по гранту Президента России - "Ведущие научные школы РФ в области медицины", направление "Ретроспективная дозиметрия в медицинской радиологии, радиационной медицине и радиационной безопасности" (2008 г.);

3. "Разработка комплекса новых высокотехнологичных методов физической дозиметрии для задач обеспечения радиационной безопасности пациентов, медицинского персонала и- населения" (номер гос. регистрации: 0120.0 804972; 2008-2011 г.)

Апробация работы.

Основные положения диссертационной1 работы изложены на Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции "Актуальные вопросы диагностики и лечения лимфомы Ходжкина" 15-17 апреля 2010 г., г. Обнинск, МРНЦРАМН.

Апробация работы состоялась 15 сентября 2010 г. (протокол № 253) на научной конференции радиологического экспериментального сектора Учреждения Российской академии медицинских наук Медицинский радиологический научный центр.

Реализация результатов работы.

Результаты проведенных исследований внедрены в практику МРНЦ РАМН и Брянского клинико-диагностического Центра - в виде базы данных, содержащей информацию об индивидуальных накопленных дозах внешнего и внутреннего облучения молочной железы и всего тела для когорты лиц с установленным диагнозом "рак молочной железы", проживающими на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области, используемой для обеспечения дозиметрической поддержки радиационно-эпидемиологических исследований радиационной зависимости частоты этого заболевания на загрязненных радионуклидами территориях, а также в клинику МРНЦ РАМН в виде отчетов и рекомендаций, содержащих данные о результатах инструментальных измерений методов' люминесцентной дозиметрии индивидуальных доз облучения пациентов и медицинского персонала при проведении лучевой дистанционной терапии лимфомы Ходжкина и брахитерапии злокачественных новообразований с использованием микроисточников ,251 и 32Р. Результаты работы

14 опубликованы в шести научных работах, в том числе две статьи опубликованы в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов ВАК МО и Н РФ.

Заключение Диссертация по теме "Радиобиология", Дубов, Денис Вячеславович

Выводы

1. Результаты инструментальной ТЛ дозиметрии при проведении дистанционной лучевой терапии хорошо согласуются с, величинами^ расчетных поглощенных доз в области сердца, что позволяет в дальнейшем с использовать эти данные для оценки вклада лучевого воздействия в возможные риски кардиальных осложнений при комбинированной химио-лучевой терапии лимфомы Ходжкина.

2. Установлен факт полной радиационной безопасности медицинского персонала при проведении брахитерапии с использованием микроисточников 1251 и 32Р. Это открывает широкие перспективы практического использования этих методов радиотерапии злокачественных новообразований.

3. Верификация расчетного метода оценок величин индивидуальных накопленных поглощенных доз облучения молочной железы для лиц с установленным диагнозом "рак молочной железы", проживающих на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области, с помощью метода ЛРД по кварцевым включением в объекты окружающей среды, позволила обеспечить дозиметрическую поддержку радиационно-эпидемиологических исследований.

4. Установлено, что отсутствует значимое различие между средними величинами доз у обследованных "случаев" (заболевания раком молочной железы на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области) и "контролей" (10 мГр и 9,8 мГр, соответственно). Однако подтверждено что статистическое распределение индивидуальных доз очень неравномерно -имеется относительно небольшая группа лиц с индивидуальными дозами более 50 мГр, что указывает на необходимость продолжения исследований в данном направлении.

Заключение

1. Представлены результаты измерений локальных (на пальцы, кисти-рук) поглощенных доз облучения персонала при проведении брахитерапии рака предстательной железы закрытыми перманентно вводимыми в организм микроисточниками 1251. Установлено, что даже при самой большой суммарной активности источников (1221 МБк) и наибольшей продолжительности работы персонала с ними, без применения рентгеновских защитных перчаток, максимальная доза (с вычетом естественного фона) составляет 0,18±0,01 мГр (большой палец правой руки - это наибольший уровень облучения) и 0,01±0,0004 мГр (внешняя сторона ладони левой руки -наименьший уровень облучения), что не представляет какой-либо радиационной опасности даже при многократной работе с источниками.

Показана хорошая применимость для этих целей высокочувствительных детекторов ТЛД-500К а-А12Оз:С и отработанной в МРНЦ РАМН методики их измерений и калибровки.

Статистическая достоверность полученных данных и высокая степень корреляции трех сеансов независимых измерений свидетельствует о надежности полученной дозиметрической информации.

Получены величины нормированных величин поглощенных доз (на единицу суммарной активности источников и единицу времени работы оператора с источниками) для различных локализаций - пальцев и ладони, поверхности торса оператора. Эти данные могут быть использованы в дальнейшем для оценок ожидаемых доз облучения оператора при использовании источников различной активности и при работе с ними в течение различных периодов времени.

2. Экспериментально установлено, что при пересчете на суммарную активность микроисточников 32Р 100 МБк и шестичасовую

126 продолжительность работы оператора, в условиях имитации введения препарата в область печени фантома человека и без применения рентгеновских защитных перчаток, максимальная локальная доза облучения рук оператора тормозным гамма-излучением, с вычетом естественного фона, (кожа среднего и большого пальца левой руки), составляет 0,54±0,0016 мГр, минимальная (кожа ладони правой руки) - 0,1±0,014 мГр, облучение торса, живота и глаз не превышают 0,12 мГр. Согласно НРБ это не представляет радиационной опасности даже при многократной работе с источниками.

Полученные данные о величине нормализованной поглощенной дозы (на единицу суммарной активности источников и времени работы оператора с источниками) для различных локализаций - пальцев и ладони, глаз, поверхности торса и живота оператора могут быть использованы для оценки ожидаемой дозы облучения оператора при использовании источников различной активности и работе с ними в течение разных периодов времени.

3. Получено хорошее совпадение между результатами измерений поглощенных доз ТЛ дозиметрами в фантоме торса человека, имеющимися архивными данными (результаты измерений дозиметрами фирмы "ТЪегасЬз" в 1986-1987 гг.) и данными ТЛ дозиметрии пациента, проведенной в рамках данной работы.

Имеет место хорошее совпадение между тремя сериями инструментальных измерений по величинам поглощенных доз на входе и выходе пучка. Естественно, что поглощенные дозы в области расположения сердца пациента не могли быть измерены дозиметрами "ТЬегаёоБ", а также

ТЛ дозиметрами при измерениях на пациенте в рамках данной работы.

Поэтому в заключение следует еще раз подчеркнуть, что данные о поглощенных дозах в области расположения сердца, полученные при измерениях на фантоме торса человека, имеют большую ценность для клиницистов-радиологов, поскольку в сопоставлении с результатами

127 измерений поглощенных доз у пациента, дают информацию об инструментально установленных уровнях облучения этого органа, что важно для интерпретации вклада лучевого воздействия в возможные риски кардиальных осложнений после комбинированной химио-лучевой терапии [38].

4. Разработанная и примененная в реальных экспедиционных условиях методика люминесцентной ретроспективной дозиметрии по кварцевым включениям в объекты окружающей среды показала адекватность используемых методов расчетной индивидуальной дозиметрии для когорты лиц с установленным диагнозом "рак молочной железы", проживающих на загрязненных радионуклидами территориях Брянской области.

5. Установлено что отсутствует значимое различие между средними величинами доз у обследованных "случаев" и "контролей" (10 мГр и 9,8 мГр, соответственно). Однако подтверждено, что статистическое распределение индивидуальных доз очень неравномерно - имеется относительно небольшая группа лиц с индивидуальными дозами более 50 мГр. Это указывает на необходимость продолжения исследований в данном направлении.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Дубов, Денис Вячеславович, Обнинск

1. Kirby T.N., Hanson W.F., Cates D.A. Verification of total body irradiation dosimetry techniques. Med. Phys., 1988, Vol. 15, p. 364-369.

2. Tapper P.B., Davis F.M. Physical aspects of total body irradiation at the Middlesex Hospital (UCL group of hospitals). London, 1988-1993: In-vivo planning and dosimetry . Phys. Med. Biol. 1996, Vol. 41, p. 2327-2343.

3. AAPM. The physical aspects of total and half body irradiation. AAPM Report 1986, Vol. 17, p. 15-16.

4. Dutreix B.E., Bridier A. Dosimetry for total body irradiation. Radiotherepy and Oncology, Vol. 18, Suppl. 1, 1990, p. 16-29.

5. Vitar M., Kovacevic N. A model of in vivo dosimetry and quality assurance analysis of total body irradiation in Zagreb. Acta Medica Croat. 1998, Vol. 52, p. 15-26.

6. Calandrino R., Cattaneo G.M., Fiorino C. et al. Detection of systematic errors in external radiotherapy before treatment delivery. Radither. Oncol., Vol. 45, 1997, p. 271-274.

7. Leunens G., Van Dam J.D., Van der Schueren E. Quality assurance in Radiotherapy by in vivo dosimetry: 1. Entrance dose measurements, a reliable procedure. Radither. Oncol. Vol. 17, 1990, p. 141-151.

8. Nilson B., Ruden B.I., Sorcini B. Characteristics of silicon diodes as patient dosimeters in external beam therapy. Radiother. Oncol. Vol. 11, 1988, p. 279-288.

9. Gebbaulet A., Potter R., Mazeron. J.-J. et al. GEC ESTRO Handbook of brachytherapy: AGCO, Brussels, 2002, 678 p.

10. Панарина H.T., Свиридов П.В., Володина^ T.B. Технология брахитерапии рака предстательной железы микроисточниками 1251. Медицинская физика, 2005, No 4, с. 24-29.

11. Radiation safety aspects of brachytherapy for prostate cancer using permanently implanted sources. ICRP Publication 98. Annals of the ICRP, Elsevier Ltd., 2005, 55 p.

12. Zhang K., Loong S., Connor S. Complete tumor response following intratumoral P Biosilicon on human hepatocellular and pancreatic carcinoma xenografts in nude mice. Clinical Cancer Research, 2005, v. 11, p. 7532-7537.

13. Bailiff I.K., Stepanenko Y.F. Retrospective dosimetry and dose reconstruction. International scientific collaboration on the consequences of the Chernobyl accident (1991-1995). ECP10. Brussels ; Luxembourg: European Community, 1996. - 115 p.

14. Цыб А.Ф., Нестайко Т.О., Богатырева Т.И., Гусева З.А. Кардиальная функция больных лимфомой Ходжкина в отдаленные сроки после химиолучевого лечения с различным фракционированием дозы при облучении средостения. Радиация и Риск, 2010 г. (в печати).

15. Akselrod M.S., Kortov Y.S., Kravetsky D.J. e. a. Highly sensitive thermoluminescent anion-defective alpha-Al203:C single crystal detectors. Rad. Prot. Dos., 1990,v. 33, № 4, p. 119-122.

16. Radiation safety aspects of brachytherapy for prostate cancer using permanently implanted sources. ICRP Publication 98. Annals of the ICRP, Elsevier Ltd., 2005, 55 p.

17. Retrospective assessment of exposures to ionizing radiation / ICRU Report 68 // Journal of ICRU. 2002. - Vol. 2, N2. - 100 p.131

18. The ICRP Database of Dose coefficients: Workers and members of the Public (Electronic resource. Oxford: Elsevier, 1999. — CD-ROM.

19. Sources and effects of ionizing radiation / UNSCEAR 2000 Report to the , General Assembly. Annex J. Exposures and effects of the Chernobyl accident. -New York: United Nations, 2000. 109 p.

20. Результаты дозиметрического и медицинского обследования населения ряда районов Калужской области, оказавшихся в зоне выпадения радиоактивных осадков вследствие аварии на ЧАЭС / Под ред. А.Ф.Цыба. -Обнинск: МРНЦ РАМН, 1986. 345 с.

21. Stepanenko V.F., Voilleque P.G., Gavrilin Yu.I. et al. Estimating.individual thyroid doses for a case-control study of childhood thyroid cancer in Bryansk Oblast, Russia // Radiation Protection Dosimetry. 2004. - Vol. 108, № 2. - p. 143-160.

22. Dillman L.T., Von der Lage F.C. Radionuclide decay schemes and nuclear parameters for use in radiation-dose estimation. NM/MIRD Pamphlet No 10, Medical Internal Radiation Dose Committee, Society of Nuclear Medicine, N.Y., 1975, 119 p.

23. Dose reconstruction / Project Protocol IPHECA. Geneva: WHO, 1996.- 341. P

24. Porter P. "Westernizing" women's risks? Breast cancer in lower-income countries // The New England Journal of Medicine. 2008. - Vol. 358, № 3. - p. 213-216.

25. Bailiff I.K., Stepanenko V.F., Goksu H.Y., et al. Comparison of retrospective luminescence dosimetry with computational modelling in two highly contaminated settlements downwind of the Chernobyl NPP. Health' Physics, Vol. 86, Nol, 2004, p. 25-41.

26. Bailiff I.K., Stepanenko V.F., Goksu H.Y. et al. Retrospective luminescence dosimetry: development of approaches to application in populated areas downwind of the Chernobyl NPP. Health Physics, Vol. 89, No 3, 2005, p. 233-246.

27. Olko P., Bilski P., El-Faramawy N.A et al. On the relationship between dose-, energy- and LET- response of thermoluminescent detectors. Radiation Protection Dosimetry, Vol. 119, No 1-4, 2006, p. 15-22.

28. Нормы Радиационной Безопасности (НРБ-99). СЦ 2.6.1. 758 -99. 2.6.1. Ионизирующее излучение, радиационная безопасность. Издание официальное. Минздрав России, 1999, с. 115.

29. Богатырева Т.И. Комбинированное и лучевое лечение первичной и рецидивной лимфомы Ходжкина на основе интенсивных режимов фракционирования дозы. Диссертация на соискание ученой степени доктора медицинских наук. Обнинск. МРНЦ РАМН. 2006 г. 267 с.

30. Akselrod M.S. et al Radiation Protection Dosimetry. 1990,V. 33, № 4, p. 119-122.

31. Колобашкин B.M., Рубцов П.М., Ружанский П.А., Сидоренко В.Д. Справочник. Радиационные характеристики облученного ядерного топлива. М., Энергоатомиздат. 1983г., с. 265.

32. Данные по радиоактивному загрязнению населенных пунктов РСФСР 137Сз и 90 Бг (на март 1990 г.). Обнинск: Госкомгидромет СССР, 1990. - 230 с.

33. Орлов М.Ю., Степаненко В.Ф. Расчет характеристик внешнего облучения человека при загрязнении почвы Сэ // Атомная Энергия. 2007. -Т. 104, №2.-с. 111-115.