Способ определения степени воздействия ионизирующих излучений и устройство для его осуществления

 

((()79!ОО6

ОПИСАНИЕ

ИЗОЬРЕтЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Со)оз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 03.08.79 (21) 2800811/18-25 с присоединением заявки Ме (23) Приоритет (43) Опубликовано 23.10.82. Бюллетень Хе 39 (45) Дата опубликования описания 23.10.82 (51) М. Кл

G 01Т 1/161

Государстеекный комитет ссср (53) УДК 621.387.42 (088.8) оо лолам изобретеиий и открытий (72) Авторы изобретения

Д. П. Осанов и А. И. Шакс (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ВОЗДЕЙСТВИЯ

ИОНИЗИРУ10ЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области технической физики, конкретно, к способам дозиметрического контроля, и предназначено для определения степени лучевого поражения кожи, обусловленного соответствующими уровнями облучения.

Лучевые поражения кожи являются одним из существенных компонентов радиационного пора>кения организма. Опасность облучения кожи реальна при следующих типичных для настоящего времени видах человеческой деятельности: при работе на энергетических и исследовательских ядерных реакторах; при выполнении производственных операций по переработке и выделешпо радиоактивных веществ; при работе на ускорителях, рентгеновских установках технического назначения н на установках для рентгено-структурного анализа и дефектоскопии; при рентгенологи:еских исследованиях н лучевой терапии в лечебных учреждениях.

Особыми случаями являются облучения кожи людей при инцидентах и авариях на ядерно-энергетических установках и в условиях гражданской обороны, Во всех этих случаях необходимо не только определять и контролировать уровни облучения кожи, но и прогнозировать его последствия, Для этой цели нужно установить зависимость между дозпметрнческими данными и биологическими эффектами в коже, выраженными в количественной форме.

Известен способ оценки воздействия ионизирующих излучений на костный мозг, основанный на использовании существующей строгой связи между дозой излучения и общим количеством клеток в некотором его объеме (1).

Известен также способ оценки степени лучевого поражения по количеству клеток (лейкоцитов, лимфоцитов и тромбоцитов) в периферической крови (2). Согласно этим

)5 способам выделяют некоторый объем биологической ткани (пунктат костного мозга нлн небольшой объем жидкой крови) и сосчитывают в нем количество клеток, сохранившихся после облучения. Сравнение это"() го количества с нормальным, исходным количеством клеток позволяет определить степень тяжести лучевого поражения. Возможность получения достоверных оценок обоими этими способами обусловлена тем, гто клетки в объеме костного мозга и крови распределены равномерно.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения степени воздействия ионизирующих излучений на

3() кожу, основанный на измерении поглощен791006 (D (х)) dx о (х) = о ной дозы в слое кожи толщиной 100 мг/см4 под покровным слоем 7 мг/ем (31. Определение дозы именно в этом слое кожи производится потому, что в нем находятся родоначальные базальные клетки эпидермиса, способные к активному делению и наиболее радиочувствительные.

Указанный способ оценки степени лучевого поражения кожи характеризует только среднюю поглощенную дозу в слое ткани толщиной 100 мг/см и никаким образом не характеризует биологические последствия облучения. Установить связь между результатом применения этого способа оценки степени лучевого поражения кожи, т. е. между средней поглощенной дозой в слое 100 мг/см и биологическими последствиями облучения невозможно, так как базальные клетки, ответственные за поражение, распределены по глубине кожи резко неоднородно и поэтому получают различные дозы в зависимости от глубины залегания. В то же время поглощение дозы в коже также сильно изменяются с глубиной, особенно при воздействии на кожу излучений, состоящих из зараженных частиц с энергией несколько МэВ. В связи с этим, коррекция между средней поглощенной дозой в указанном выше слое и клиническими последствиями облучения кожи отсутствует.

Целью изобретения является обеспечение количественного определения степени лучевого поражения кожи.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения степени воздействия ионизирующих излучений на кожу, основанном на измерении поглощенной дозы, измеряют распределения поглощенной дозы в коже, определяют долю базальных клеток, выживших после облучения по формуле

Х и по величине этой доли судят о степени лучевого поражения. Здесь q (х) — доля базальных клеток, сохранившихся в слое толщиной х (отсчет ведется от поверхности кожи). Значение q(х) является количественной характеристикой лучевого поражения кожи, учитывающей гибель базальных клеток в результате облучения их самих, а также капилляров и сосудов, обеспечивающих их нормальное функционирование;

No — число базальных клеток под единичной площадкой на поверхности необлученной кожи (Np=2 10 кл/см );

dN(xj

dx плотность их глубинного распределения в

Ь коже; — — функция, описывающая выжило ваемость базальных клеток в зависимости )

)О

Зо

65 от полученной дозы; D (х) — глубинное распределение поглощенной дозы в коже.

Меняя в приведенной формуле верхний предел интегрирования в диапазоне 0<х< (oo, можно найти как полную долю базальных клеток, выживших после облучения во всей коже, так и распределение их по ее глубине. Эти данные позволяют количественно оценивать степень лучевого поражения кожи, прогнозировать его клинические последствия и продолжительность времени, необходимого для восстановления ее исходного состояния.

Предложенный способ не может быть реализован известными устройствами. Известен дозиметр ИКС, состоящий из чувствительного к излучению элемента толщиной 100 мг/см, покрытого экраном толщиной 7 мг/см (4). Указанный дозиметр позволяет измерять только среднюю поглощенную дозу в слое ткани толщиной

100 мг/см2.

Для реализации предлагаемого способа определения степени воздействия ионизирующего излучения на кожу применяется устройство на основе чувствительного к излучению элемента, отличающееся тем, что оно имеет толщину, равную толщине кожи и содержит не менее двух тонких чувствительных элементов, разделенных имитатором ткани.

Один из вариантов устройства изображен на чертеже и содержит три чувствительных элемента 1 из пленки фтористого лития толщиной ) 2 мг/см и диаметром

15 мм, которые расположены между тремя поглощающими тканеэквивалентными слоями 2 такого же диаметра. Первый из них (считая от поверхности, имитирующий поверхность кожи) имеет толщину 7 мг/см, второй — 70 мг/см и третий — 100 мг/см .

Чувствительные элементы, расположенные между поглощающими слоями, заключены в цилиндрический контейнер 3 диаметром

25 мм с толщиной дна =-100 мг/см, изготовленный из тканеэквивалентного материала.

Для оценки степени лучевого поражения кожи предлагаемым способом поступают следующим образом. B тканеэквивалентном имитаторе кожи с помощью чувствительных элементов толщиной 2 — 3 мг/см измеряют поглощенную дозу на глубине

7 мг/см, соответствующей максимуму распределения базальных клеток, и в нижней части дермы на глубине 150 — 170 мг/см2, соответствующей спадающему участку распределения базальных клеток и уровню расположения глубокой сосудистой сети в коже. В отдельных случаях, когда требуется более высокая точность, тем ке детектором измеряют поглощенную дозу в имитаторе кожи в слое, расположенном приблизительно по середине между 7-ю и

170-ю мг/см . Результаты измерений ис791006 х о

d N(x) Ch пользуют для нахождения глубинного распределения поглощенной дозы в коже. 3атем по формуле вычисляют полную долю выживших базальных клеток и, если это необходимо для оценки сроков восстановления, их распределения по глубине кожи. По этим данным судят о степени поражения кожи после облучения.

Пример. Для количественного сравнительного анализа степени лучевого поражения кожи при воздействии на нее р-излучения с энергией Е,„,,=230 кэВ ("Pm) и р-излучения с энергией Е„„„,=2200 кэВ ("$г+ оY) измерили поглощенные дозы в фантоме кожи, изготовленном из полиэтилена. Дозы измерили на глубинах 7,50 и

150 мг/см под поверхностью фантома спомощью тканеэквивалентных термолюминесцентных детекторов LiF фторопласт толщиной 2 мг/см2. Активность плоских аппликаторов с " Pm и gcSr+9 Y использованных для облучения, подбирали так, чтобы за одно и то же время поглощенные дозы в слое на глубине 7 мг/см, который соответствует максимуму распределения базальных клеток, были одинаковыми. По результатам измерений дозы в трех слоях нашли глубинные дозовые распределения, а затем, по приведенной выше формуле, вычислили дозы базальных клеток, выживших после облучения в обоих случаях. Оказалось, что при дозе на глубине 7 кг/см, равной

1800 рад количество выживших базальных клеток в случае воздействия Р-излучения с

Е. асс=230 кэВ, составляет 63% от исходного числа, а при воздействии излучения с

Е„,,=2200 кэ — 32%. Это показывает, что в случае воздействия на кожу р-излучения с Е„„,=2200 кэВ степень поражения будет больше чем при воздействии р-излучения с Е,„„. =230 кэВ, несмотря на равенство поглощенных доз на глубине

7 мг/см в обоих случаях.

Действительно, клинические показатели лучевого поражения на 4-ой неделе после облучения кожи в первом случае (Еаакс=

=230 кэВ) соответствовали 1 уровню поражения и выражались в сухом шелушении кожи при нормальной окраске. Через месяц после этого наступило полное восстановление, и клинических проявлений на коже обнаружено более не было.

Во втором случае (Е,„,„,=2200 кэВ) в тот же срок на 4-ой неделе на коже было установлено значительно более сильное повреждение, обусловленное большей долей погибших базальных клеток. Оно соответствовало III уровню поражения и проявилось в виде влажного эпидермита с отторжени10

20 25 зо

65 ем участков облученной поверхности и гиперкератозе. Через год после облучения была установлена атрофия кожи на облученном участке.

Использование способа определения и прогнозирования степени воздействия ионизирующего излучения на кожу по величине выживших базальных клеток и глубинному распределению их в толще кожи позволяет: в случае аварийного облучения кожи— принимать обоснованные медико-биологические решения о методах и тактике лечения пострадавших (терапия, хирургия, пересадка кожи и др.); при лучевой терапии больных — целенаправленно планировать методы и сеансы облучения с таким расчетом, чтобы сопутствующие лучевые повреждения кожи не ограничивали возможности продолжения облучения основного очага болезни; в условиях гражданской обороны — прогнозировать масштабы кожных поражений, их тяжесть и продолжительность и связанную с ними потерю трудоспособности.

Формула изобретения

1. Способ определения степени воздействия ионизирующих излучений на кожу, основанный на измерении поглощенной дозы, отличающийся тем, что, с целью обеспечения количественного определения степени лучевого поражения кожи, измеряют распределения поглощенной дозы в коже, определяют долю базальных клеток, выживших после облучения, по формуле где q(x) — доля базальных клеток, сохранившихся в слое толщиной х;

Nc — число базальных клеток под единичной площадкой на поверхности необлученной кожи; — плотность их глубинного распределения в коже.

5(Зо — функция, описывающая выживаемость базальных клеток в зависимости от полученной дозы;

D(x) — глубинное распределение поглощенной дозы в коже, и по величине этой дозы судят о степени лучевого поражения.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1 на основе чувствптельного к излучению элемента, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно имеет толщину, равную толщине кожи и содержит не менее двух тонких чувствительных элементов, разделенных имитатором ткани, 791006

С оста в и тель С. П ростов

Тскред О. Павлова

Корректор Л. Слепая

Редактор Е. Зубиетова

Заказ 1674/15 Изд. ¹ 237 Тираж 798 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, &i1осква, Я(-35, Раугнская наб., д. 4/5

Типография, пр Сапунова, 2

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ярмоненко С. П. «Радиобиология человека и животных», М., «Высшая школа», 1977, с. 149.

2. «Руководство по медицинским вопросам противорадиационной защиты» под ред.

А. И. Бурназена, М., 1975, с. 113.

3 Нормы радиационной безопасности

НРБ — 76, М., Атомиздат, 1978, с. 12 (прототип).

4. Бочвар И. А. и др. Метод дозиметрии

ИКС, М., Атомиздат, 1977, с. 113 — 122 (прототип) .