Способ определения степени воздействия ионизирующих излучений и устройство для его осуществления

О П И С А Н И Е цц 79 ЮО 6ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Совотскнх Сациалистическнх Республик(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ВОЗДЕЙСТВИЯОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ области техниспособам дозипредназначено чевого поражеоответств ю иГосударстеенный комитет (23) Приорите СССР Изобретение относится кческой физики, конкретно, кметрического контроля, идля определения степени луния кожи, обусловленного с Щ ми уровнями облучения.Лучевые поражения кожи являются одним из существенных компонентов радиационного поражения организма. Опасность облучения кожи реальна при следующих типичных для настоящего времени видах человеческой деятельности:при работе ца энергетических и исследовательских ядерных реакторах;при выполнении производственных операций по переработке и выделешцо радиоактивных веществ;при работе ца ускорителях, рентгеновских установках технического назначения ц на установках для рентгецо-структурцого анализа и дефектоскопии;при рентгенологи:еских исследованиях ц 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 этои цели нужно установить зависимость между дозцметрцческими данными и биологическими эффектами в коже, выраженными в количественной форме.Известен способ оценки воздействияионизирующих излучений на костный мозг, основанный на использовании существующей строгой связи между дозой излучения ц общим количеством клеток в некотором 1 п его объеме (11.Известен также способ оценки степенилучевого поражения по количеству клеток (лейкоцитов, лимфоццтов и тромбоцитов) в периферической крови 2. Согласно этим 1,-, способам выделяют некоторый объем биологической ткани (пуцктат костного мозга цлц небольшой объем жцдкой крови) и сосчитывают в цем количество клеток, сохранившихся после облучения. Сравнение этоо. го количества с нормальным, исходным количеством клеток позволяет определить степень тяжести лучевого поражения. Возможность получения достоверных оценок обоимц этими способами обусловлена тем, что клетки в объеме костного мозга и крови распределены равномерно.Наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения степени воздействия ионизирующих излучений на 3 О кожу, основанный на измерении поглощенЙ (х) дхо ной дозы в слое кожи толщиной 100 мг/см под покровным слоем 7 мг/см 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 формулеХ и по величине этой доли судят о степени лучевого поражения. Здесь т 1 (х) - доля базальных клеток, сохранившихся в слое толщиной х (отсчет ведется от поверхности кожи). Значение т 1(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;Яо - число базальных клеток под единичной площадкой на поверхности необлученной коки (УО=2 10 кл/см);ил" (х)Их плотность их глубинного распределения вЬкоже; -- функция, описывающая выжиловаемость базальных клеток в зависимости)1 О 15 :о 5 зо 35 4 О 45 50 дд ьо 65 от полученной дозы; Й (х) - глубинное распределение поглощенной дозы в коже.Меняя в приведенной формуле верхний предел интегрирования в диапазоне 0 х( (ос, 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.Предложеш 1 ый способ не может быть реализован известными устройствами. Известен дозиметр ИКС, состоящий из чувствительного к излучению элемента толщиной 100 мг/см, покрытого экраном толщиноп 7 мг/см 4, Указанный дозиметр позволяет измерять только среднюю поглощенную дозу в слое ткани толщиной 100 мг/см 2.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 коки) 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. В 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/см 2, соответствующей спадающему участку распределения базальных клеток и уровню расположения глубокой сосудистой сети в коже, В отдельных случаях, когда требуется более высокая точность, тем же детектором измеряют поглощенную дозу в имитаторе кожи в слое, расположенном приблизительно по середине между 7-ю и 170-ю мг/см. Результаты измерений ис 791006х о пользуют для нахождения глубинного распределения поглощенной дозы в коже. Затем 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.П р и м е р, Для количественного сравнительного анализа степени лучевого поражения кожи при воздействии на нее р-излучения с энергией Е,ак,=230 кэВ (4 Ргп) и р-излучения с энергией Еиакс=2200 кэВ ("Ьг+фТ) 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 1.1 Р фторопласт толщиной 2 мг/см 2. Активность плоских аппликаторов с 4 Ргп и 9 оЬг+9 оТ, 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 Емакс=230 кэВ, составляет 63% от исходного числа, а при воздействии излучения с Еа 1 акс 2200 кэВ - 32%. Это показывает, что в случае воздействия на кожу Р-излучения с Емакс=2200 кэВ степень поражения будет больше чем при воздействии Р-излучения с Е,ако=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 (Емакс= =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,акс=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 111 уровню поражения и проявилось в виде влажного эпидермита с отторжени 10 15 20 о 5 Зо 35 40 45 50 55 60 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 Х.г (х) .=Й(х) Ыхо .1ао где 1(х) - доля базальных клеток, сохранившихся в слое толщиной х;Ло - число базальных клеток подединичной площадкой на поверхности необлученной кожи;- плотность их глубинного распределения в коже;/о - функция, описывающая выживаемость базальных клеток взависимости от полученной дозы;0(х) - глубинное распределение поглощенной дозы в коже,и по величине этой дозы судят о степенилучевого 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 толщинекожи и содержит не менее двух тонкихчувствительных элементов, разделенныхимитатором ткани,Заказ 1674/15 Изд. ЛЪ 237 Тираж 798НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретени 113035, москва, Я(-35, Раушская наб., д. 4/5 Подписно открытий пографии, пр Са ва 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. 83. 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 1 прототип).