Значения поправочных коэффициентов в зависимости





МЕТОДЫ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ В РАДИОЛОГИИ

Регистрация и измерения ионизирующих излучений

Ознакомившись с понятием и физическими характеристиками радиоактивности, видами ионизирующих излучений, их взаимодействием с веществом, мы переходим к разделу: детектирование радиоактивных излучений, их количественной оценке, т.е. методам и единицам измерения в радиологии.

Все виды ионизирующих излучений делятся на две группы:

Квантовые: тормозное и характеристическое рентгеновское

мегавольтное

гамма-излучение

Корпускулярные: электроны

альфа-частицы

протоны

нейтроны

отрицательные пи-мезоны.

В соответствии с физическими характеристиками и были разработаны методы и оборудование, регистрирующие и измеряющие эти излучения (табл. 3.1. и 3.2):

Табл. 3.1.

Методы регистрации фотонных излучений

Методы Аппаратура
Физические
Ионизационный     Трековый     Люминесцентный Калориметрический ионизационные камеры пропорциональный счетчик счетчик Гейгера-Мюллера камера Вильсона диффузионная камера пузырьковая камера люминесцентная камера калориметр
Химические
Фотоэмульсионный Активных радикалов фотопленочный дозиметр ферросульфатный дозиметр
Биологические
Выживаемость живых объектов Изменение химизма биологических тканей Изменение морфологии биологических тканей (хромосомные аберрации)

Табл. 3.2.

Методы регистрации корпускулярных излучений,

В т.ч. и нейтронов

 

Физические Апаратура
Ионизационный Многоэлектронный Борный   Сцинтилляционый   Активационный Диэлектрический ионизационные камеры деления ионизационная камера пропорциональный счетчик всеволновый счетчик фосфорные счетчики радиаторные счетчики резонансные индикаторные счетчики трековые диэлектрические детекторы

 

Спектрометрия (-графия) – физический метод, позволяющий определить состав и провести сортировку гамма-излучающих радионуклидов по их энергии. Приборы: спектрометры и спектрографы.

Радиометрия (-графия) - измерение активности, т.е. количества радиоактивного вещества по числу распадов в интервал времени. Приборы: радиометры и радиографы.

 

Методы радиометрии: принцип работы однодатчикового счетчика

принцип работы многодатчикового счетчика

сканирование

сцинтиграфия динамическая и статическая

 

Активность – мера количества радионуклида, измеряемая числом распадов его ядер атомов в интервал времени.

Единица измерения – 1 Бк, т.е. один беккерель или один распад в секунду. Внесистемная единица измерения – 1 Ки, т.е. одно кюри или 3,7∙1010 распадов в секунду, что соответствует радиоактивности 1 грамма радия.

Активность в 1 Кюри соответственно содержится в массе радионуклидов: 1 грамме радия-228; ≈ 570 г. урана-235, ≈ 16 г. плутония-239, ≈ 0,001 г. кобальта-60.

Активность радионуклидов в связи с радиоактивным распадом со временем уменьшается. Скорость распада для каждого радиоактивного изотопа характерна и неизменна и подчиняется закону радиоактивного распада.

Согласно этому закону за единицу времени всегда распадается одна и та же часть ядер атомов от исходного количества.

Математическое выражение закона:

или ,

где или - активность исходная,

или - активность в данный момент, т.е. количество ядер атомов радионуклида, оставшееся от исходного через интервал времени;

- поправочный коэффициент;

е – основание натурального логарифма (= 2,72),

λ – постоянная радиоактивного распада, размерность: и – ;

t - интервал времени, в течение которого происходил распад данного радионуклида;

– физический период полураспада данного радионуклида.

Величина, обратная постоянной распада называется продолжительностью жизни ядра.

Между λ и Тфиз существует обратная зависимость:

и .

Отсюда: .

 

Таким образом, кривая радиоактивного распада подчинена экспоненци­альному закону и, следовательно, статистическим закономерностям, т.е. математически может быть определено количество радиоактивных атомов.

Необходимо заметить, что ядра атомов одних и тех же изотопов одних и тех же химических элементов, хотя и подчинены закону радиоактивного распада, распадаются не синхронно, а в разное время. Поэтому при одном и том же времени счёта получаются различные значения количества радиоактивного вещества.

Следовательно, для избежания или уменьшения ошибки, необходимо такие расчёты и измерения производить несколько раз и пользоваться их средней.

На практике для характеристики скорости радиоактивного распада вместо постоянной распада используют понятие продолжительность жизни радиоактивных изотопов, которую оценивают по периоду физического полураспада - , т.е. время, за которое остаётся их половина.

Табл. 3.3.

Периоды физического полураспада радионуклидов – Т1/2.

Изотоп Период полураспада Ізотоп Период Полураспада
Тритий Углерод-14 Натрий-24 Фосфор-32 Сера-35 Калий-40 Калий-42 Кальций-45 Железо-59 Кобальт-60 Стронций-89 Стронций-90 Рутений-106 Йод-125 Йод-131 Цинк-65 12,35 года 5730 лет 14 часов 14,3 суток 87,4 суток 1,248 109 лет 12,32 часа 163 суток 44,5 суток 5,3 года 50,5 суток 28,6 года 1 год 60 суток 8,06 суток 243,9 суток Цезий-134 Цезий-137 Барий-140 Церий-143 Радий-226 Золото-198 Сурьма-124 Теллур-127 Полоний-210 Уран-235 Иттрий-90 Тритий-3 Плутоний-238 Свинец-210 Америций-241 Бром-82 2 года 30 лет 12,7 суток 33,4часа 1600 лет 64 часа 60,1 суток 9,3 часа 139 суток 7,1·108 лет 2,6 суток 12,35 года 87,74 года 22,3 года 432,2 года 36 часов

 

При оценке количественного содержания (концентрации) данного радионуклида в массе какого-либо вещества, взвеси или растворе жидкости в практической работе используются удельная и объёмная активность:

Аудельная - активность данного радионуклида в массе вещества, в котором он находится. Единица измерения: в СИ - 1Бк/кг, в СГС - 1 Ки/г, а на практике - 1Бк/кг и 1 Ки/кг.

Аобъёмная - активность данного радионуклида в объёме раствора или взвеси вещества, в котором он находится. Единица измерения в СИ - 1Бк/м3, в СГС - 1 Ки/см3, а на практике - 1Бк/л и 1 Ки/л.

Аповерхностная - поверхностная активность, применяется для оценки степени загрязнённости поверхности объекта. Единица измерения в СИ – 1 Бк/м2 и в СГС – 1 Ки/см2, а на практике - 1Бк/км2 и 1 Ки/км2.

Дозиметрия – метод измерения количества (дозы) энергии ионизирующего излучения. Приборы – дозиметры.

Способы клинической дозиметрии: биологические

физические

химические

математические

Для измерения кинетической энергии излучений используется внесистемная единица электрон-вольт (эВ или eV).

За 1 эВ принята кинетическая энергия движения от катода к аноду элементарной заряженной частицы, а именно электрона, находящегося в электрическом поле при разности потенциалов в 1 вольт.

В системе СИ энергия и совершаемая при её передаче веществу работа измеряются в джоулях.

1 Дж = 6,25∙1018 эВ или 1 эВ = 1,6∙10-19 Дж.

Дозиметрия позволяет определить дозы экспозиционную и поглощённую.

Экспозиционная доза - количество энергии ионизирующего излучения, испускаемого источником.

Прямого метода её измерения нет и поэтому она определяется косвенно по поглощённой энергии в воздухе.

Единица измерения в СИ – 1 Кл/кг, когда в массе воздуха в 1 кг под воздействием ионизирующего излучения образуются положительно и отрицательно заряженные частицы с суммарным зарядом в 1 Кл.

1 Кл (кулон) = 3∙109 элементарных зарядов.

Внесистемная единица измерения – 1 Р (рентген), когда в массе воздуха 0,001293 г, содержащегося в 1 см3 при температуре 0º Цельсия и давлении 760 мм ртутного столба, образуется 2,08·109 пар ионов обеих знаков.

1 Кл/кг = 3876 Р.

1 Р = 2,58∙10-4 Кл/кг.

Мощность экспозиционной дозы – интенсивность, т.е. количество ионизирующего излучения, испускаемого источником в единицу времени.

Единица измерения в СИ – 1 Кл/кг·с = 1 А/кг.

Внесистемная единица измерения – 1 Р/с.

Поглощённая доза - количество энергии ионизирующего излучения, поглощённой облучаемым объектом.

Единица измерения в СИ – 1 Гр (1 грей), когда в массе облучаемого вещества в 1 кг образуются положительно и отрицательно заряженные частицы с суммарным зарядом в 1 Кл и, следовательно, совершается работа по передаче энергии в один джоуль: 1 Гр = 1 Дж/кг.

Внесистемная единица измерения – 1 рад (абревиатура - рентген-абсорбированная доза), т.е. энергия ионизирующего излучения в 100 эрг, поглощённая (абсорбированная) 1 г вещества облучаемого объекта.

Эрг - единица работы и энергии в системе единиц СГС. 1 эрг равен работе силы в 1 дин.

1 дина - единица измерения силы в системе единиц СГС, равна силе, которая, воздействуя на тело массой в 1 г, сообщает ему ускорение при перемещении точки приложения силы на расстояние 1 см в направлении действия силы: 1 см/с2.

1 дин = 1 г · см/с2 = 10−5 Н.

1 эрг = 1 г·см22 = 10-7 Дж (точно) = 6,24150965(16)·1011 эВ.

1 Гр = 100 рад и 1 рад = 0,01 Гр.

Поглощённая доза определяется величиной переданной энергии при взаимодействии носителей этой энергии с веществом.

Поглощённая доза (Драд) у живых организмов в основном зависит от плотности облучаемой ткани и определяется по формуле:

Драд = Др∙к,

где Др – экспозиционная доза в рентгенах,

к – коэффициент перехода от рентген к радам (Р/рад) в зависимости от энергии квантов (от 10 до 10000 кэВ):

воздух – 0,83

жировая ткань – от 0,44 до 0,97

мышечная ткань – от 0,84 до 0,93

костная ткань – от 0,82 до 4,75.

В среднем для живого организма он составляет 0,93 и для удобства в расчётах округлённо принимается за 1.

Мощность поглощённой дозы – интенсивность, т.е. количество поглощённой энергии ионизирующего излучения облучаемым объектом в единицу времени.

Единица измерения в СИ: 1 Гр/с = 1 Дж/кг∙с = 1 Вт/кг.

Внесистемная единица измерения в СГС – 1 рад/с.

Эквивалентная доза - поглощенная доза с поправкой на коэффициент биологической эффективности.

Эквивалентная доза - неодинаковое по величине биологическое действие, которое оказывают различные виды ионизирующих излучений одной и той же поглощённой дозой, т.е. является биологическим эквивалентом поглощённой дозы. Она определяется с помощью коэффициента относительной биологической эффективности – k. Последний зависит от энергии излучения, массы и скорости носителя энергии излучения, а также от плотности облучаемого объекта.

 

Иначе, эквивалентная поглощённая доза - одинаковое биологическое действие, полученное вследствие поглощения различного количества энергии ионизирующих излучений переносимых различными корпускулами и фотонами.

Единица измерения эквивалентной дозы в СИ - 1 Зиверт (Зв), равный 1 Гр∙k, т.е. биологический эквивалент Гр, где k - поправочный коэффициент, учитывающий плотность ионизации в зависимости от ионизирующей способности различных видов излучений, т.е. носителей энергии, обусловленной их массой, зарядом и скоростью:

И.С. = mI2-5/u,

где m - масса,

I - энергия,

u - скорость.

Следовательно, ионизирующая способность или, иначе, линейная потеря энергии (ЛПЭ) пропорциональна массе, заряду и обратно пропорциональна скорости носителя этой энергии.

Она также обусловлена плотностью и толщиной структур облучаемого объекта и с их возрастанием увеличивается.

Таким образом, плотность ионизации для тяжелых частиц очень большая с пробегом в тканях до нескольких десятков (30-50-70) мкм, для легких частиц - умеренная с пробегом в тканях 2-3 и до 10-20 мм, фотонов - рыхлая с пробегом в тканях на десятки см.

Отсюда вытекает, что биологический эфффект при воздействии ионизирующего излучения зависит не только от поглощенной дозы, но и от распределения энергии излучения в микрообъеме, что напрямую связано с плотностью ионизации и возрастает по мере увеличения последней.

В зависимости от типа излучения и величины энергии механизм взаимодействия различен. Но в конечном итоге это приводит к ионизации облучаемого вещества, а для биологического объекта - к деструкции или частичному изменению структуры с полной или частичной потерей ее функции, а также извращению последней.

Внесистемная единица измерения - бэр (биологический эквивалент рада): 1 бэр = 1 рад∙k.

В качестве стандарта, принятого условно за 1 - единицу относительной биологической эффективности, при воздействии на живой объект ионизирующего излучения, берётся соответствующее рентгеновскому с энергией в 180-250 кэВ. Это и есть коэффициент качества или коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) - k.

Иначе, эквивалентная доза показывает одинаковое биологическое действие, вызванное неодинаковой поглощённой дозой при облучении различными носителями энергии ионизирующего излучения, биологическим эквивалентом взаимодействия которых с облучаемым веществом является поправочный коэффициент k.

 

Табл. 3.4.

Значения поправочных коэффициентов в зависимости

от вида ионизирующего излучения kэквив.

Тип излучения Диапазон энергий kэквив.
Фотоны гамма-лучей Широкий
Фотоны рентгеновых лучей Широкий
Электроны (кроме Оже-электронов) и мюоны До 10 эВ
Нейтроны 10…100 эВ
100 кэВ…2 МэВ
2 МэВ…20 МэВ
более 20 МэВ
Протоны (кроме протонов отдачи) более 2 МэВ
Альфа-частицы, обломки деления, тяжёлые ядра более 2 МэВ

 

Мощность эквивалентной дозы - 1 Зв/с (СИ) и 1 бэр/с (СГС).

Эффективная доза – интегральная эквивалентных доз отдельных тканей, органов и систем организма в целом.

Относительная биологическая эффективность излучения – это коэффициент, который характеризует относительную эффективность действия радиации с разными значениями линейной передачи энергии (ЛПЭ) относительно определённого биологического эффекта.

Эффективная доза Deff – поглощённая доза с поправкой на коэффициент поглощения тем или иным видом биологической ткани.

Эффективная эквивалентная доза (ЭЭД) является основной дозиметрической величиной для оценки возможного ущерба здоровью в результате хронического воздействия ионизирующего излучения произвольного состава. Она характеризуется опасностью возникновения стохастических эффектов и зависит от учитываемого тканевого фактора, а также средней эквивалентной дозы в органах и тканях.

Ожидаемая эквивалентная доза – сумма эквивалентных доз облучения, полученная за определённый период жизни. Эта величина является интегральной по интервалу времени и мощности эквивалентной дозы или, если не указан интервал времени, за 50 лет для взрослых и 70 лет для детей.

Ожидаемая эффективная доза – интегральная мощность эффективной дозы, определяемая по интервалу времени и мощности эффективной дозы или, если не указан интервал времени, то за 50 лет для взрослых и 70 лет для детей.

Коллективная эквивалентная доза и эффективная доза определяются для той или иной популяции людей или отдельных её групп. Единица измерения эквивалентной, эффективной и эквивалентной эффективной дозы – 1 зиверт (1 Зв).

Табл. 3.5.

Органы и ткани kэффект
Гонады 0,20
Красный костный мозг 0,12
Ободочная кишка 0,12
Лёгкие 0,12
Желудок 0,12
Мочевой пузырь 0,05
Молочная железа 0,05
Печень 0,05
Пищевод 0,05
Щитовидная железа 0,05
Кожа 0,01
Кости (поверхностный слой) 0,01
Другие органы 0,05

Значения поправочных коэффициентов в зависимости от типа тканей и органов - kэффект

 

С целью унифицированной в сопоставлении оценки единиц измерения в радиологии используются кратные и дольные. Кратные составляют целое число раз больше, а дольные – меньше (часть) от установленной единицы физической величины. В международной системе единиц (СИ) приняты приставки для образования наименований кратных и дольных (см. табл. 3.6.).

Табл. 3.6.






Дата добавления: 2016-07-05; просмотров: 1188; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2017 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.016 сек.