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 рукинаименьший 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 оценкамидоз. 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 локализацийпальцев 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 группыповышенного 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: 0120.0 407 145, 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 инаселения» (номер гос. регистрации: 0120.0 804 972- 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.
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 неравномерноимеется 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 рукинаименьший 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.