Кристаллы природного кварца для люминесцентной «ин виво» дозиметрии в ядерной медицине: экспериментальное исследование дозиметрических свойств

«Радиация и риск». 2014. Том 23. № 4, с.65-80

Сведения об авторах

Степаненко В.Ф. – зав. лаб., проф., д.б.н., МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «ФМИЦ им. П.А. Герцена» Минздрава России. Контакты: 249036, Калужская обл., Обнинск, ул. Королева, 4. Тел.: +7 (484) 399-70-02, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. .
Петухов А.Д. – м.н.с., МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «ФМИЦ им. П.А. Герцена» Минздрава России.
Колыженков Т.В. – ст.н.с., к.б.н., МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «ФМИЦ им. П.А. Герцена» Минздрава России.
Дубов Д.В. – ст.н.с., к.б.н., МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «ФМИЦ им. П.А. Герцена» Минздрава России.
Анохин Ю.Н. – в.н.с., к.м.н., МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «ФМИЦ им. П.А. Герцена» Минздрава России.
Родичев А.А. – врач-онколог, к.м.н., МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «ФМИЦ им. П.А. Герцена» Минздрава России.
Гарбузов П.И. – в.н.с., к.м.н., МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «ФМИЦ им. П.А. Герцена» Минздрава России.
Крылов В.В. – зав. отделением, д.м.н., МРНЦ им. А.Ф. Цыба – филиал ФГБУ «ФМИЦ им. П.А. Герцена» Минздрава России.

Аннотация

В результате экспериментальных исследований дозиметрических характеристик кристаллов природного кварца (происхождение кристаллов – из проб песка Брянской области) в условиях термостимуляции люминесценции после ионизирующего облучения установлено: а) в диапазоне доз ионизирующего излучения от 1 до 15 Гр имеет место линейная дозовая зависимость люминесцентного отклика кристаллов природного кварца, что открывает перспективы применения природных кристаллов кварца в качестве дозиметров ионизирующего излучения в указанном диапазоне поглощённых доз; б) для обеспечения условий стабильности дозиметрического отклика природных кварцевых дозиметров температура их нагрева не должна превышать 450 °С, поскольку, начиная с этой величины, наблюдается существенная температурная зависимость отклика дозиметров на ионизирующее облучение; в) скорость нагрева кристаллов природного кварца 1 °С/с является оптимальной, так как при увеличении скорости нагрева до 10 °С/с интенсивность люминесцентного свечения снижается до 32% от начальной интенсивности; г) сравнение величин максимальной интенсивности люминесценции при термостимуляции кристаллов природного кварца и стандартных детекторов Al₂O₃:C показывает, что при одинаковых температурах нагрева (до 450 °С) и люминесцентном пике термостимуляции около 210 °С, а также при одинаковой скорости нагрева (1 °С/с), радиационная чувствительность кристаллов Al₂O₃:C в 6,7 раза выше чувствительности природных кристаллов кварца. Вместе с тем стоимость Al₂O₃:C детекторов в сотни раз выше потенциальной стоимости природных кристаллов кварца, что является основанием для дальнейших исследований возможности применения природных кристаллов кварца для «ин виво» дозиметрии в ядерной медицине; д) предпочтительное применение люминесцентных детекторов на основе природных кристаллов кварца в качестве накапливающих дозиметров обусловлено не только их дешевизной, но и удобством использования (т.е. размещения на теле пациента) – ввиду малых размеров (вплоть до микроскопических) при отсутствии проводных соединений с регистрирующей системой; е) накопленная за 24 часа поглощённая доза от гамма-компонента излучения ¹³¹I при измерениях на физическом фантоме взрослого человека, в расчёте на активность источника в области щитовидной железы 3,7·10⁷ Бк, составляет от 27±2 мкГр до 89±4 мкГр, в зависимости от локализации люминесцентных дозиметров (лоб, челюстно-лицевые суставы, шея); ж) из данных клинических измерений следует, что индивидуальная скорость накопления ¹³¹I в щитовидной железе и, соответственно, величина индивидуальной накопленной дозы в органе, может варьировать весьма существенно, в силу этого индивидуальная «ин виво» дозиметрия при радиойодтерапии заболеваний щитовидной железы является весьма актуальной.

Ключевые слова
«Ин виво» дозиметрия, природный кварц, люминесцентная дозиметрия, термостимулированная люминесценция, накопленные дозы, внутреннее облучение, фантом человека, ядерная медицина, рак щитовидной железы, радиотерапия.

Список цитируемой литературы

1. AAPM American Association of Physicists in Medicine, Task Group 40 of the Radiation Therapy Committee. Comprehensive QA for Radiation Oncology (AAPM Report No. 46) //Med. Phys. 1994. V. 21. P. 581-618.

2. IAEA 2008. Setting up a Radiotherapy Programme: Clinical, Medical Physics, Radiation Protection and Safety Aspects. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2008.

3. IAEA 2011. Development of procedures for in vivo dosimetry in radiotherapy. Vienna: International Atomic Energy Agency, 2011.

4. Huyskens D., Bogaerts R., Verstraete J., Lööf M., Nystrom H., Fiorino C., Broggi S., Jornet N., Ribas M., Thwaites D.I. Practical Guidance for the Implementation of In Vivo Dosimetry. Physics for Clinical Radiotherapy ESTRO. Booklet no. 5. Brussels: ESTRO, 2001.

5. Akselrod M.S., Bøtter-Jensen L., McKeever S.W.S. Optically stimulated luminescence and its use in medical dosimetry //Radiat. Meas. 2006. V. 41. P. 78-99.

6. Alecu R., Loomis T., Alecu J., Ochran T. Guidelines on the implementation of diode in-vivo dosimetry programs for photon and electron external beam therapy //Med. Dosim. 1999. V. 24. P. 5-12.

7. Aznar M.C., Andersen C.E., Bøtter-Jensen L., Bäck S.A.J., Mattsson S., Kjær-Kristoffersen F., Medin J. Realtime optical-fibre luminescence dosimetry for radiotherapy: physical characteristics and applications in photon beams //Phys. Med. Biol. 2004. V. 49. P. 1655-1669.

8. Bøtter-Jensen L.G., McKeever S.W.S., Wintle A.G. Optically stimulated luminescence dosimetry. Amsterdam: Elsevier, 2003.

9. Essers M., Mijnheer B.J. In vivo dosimetry during external photon beam radiotherapy //Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys. 1999. V. 43. P. 245-259.

10. Jornet N., Ribas M., Eudaldo T. In vivo dosimetry: Intercomparison between p-type based and n-type based diodes for the 16-25 MV energy range //Med. Phys. 2000. V. 27. P. 1287-1293.

11. Jursinic P.A. Implementation of an in vivo diode dosimetry program and changes in diode characteristics over a 4-year clinical history //Med. Phys. 2001. V. 28. P. 1718-1726.

12. Jursinic P.A. Characterization of optically stimulated luminescent dosimeters, OSLDs, for clinical dosimetric measurements //Med. Phys. 2007. V. 34. P. 4594-4604.

13. Millwater C.J., MacLeod A.S., Thwaites D.I. «In vivo» semiconductor dosimetry as part of routine quality assurance //Br. J. Radiol. 1998. V. 71. P. 661-668.

14. Bailiff I.K., Stepanenko V. Retrospective dosimetry and dose reconstruction. Brussels-Luxembourg: ECSC-EC-EAEC, 1996. 115 p.

15. Bailiff I.K., Stepanenko V.F., Göksu H.Y., Bøtter-Jensen L., Brodski L., Chumak V., Correcher V., Delgado A., Golikov V., Jungner H., Khamidova L.G., Kolizshenkov T.V., Likhtarev I., Meckbach R., Petrov S.A., Sholom S. Comparison of retrospective luminescence dosimetry with computational modelling in two highly contaminated settlements downwind of the Chernobyl NPP //Health Physics. 2004. V. 86, N 1. P. 25-41.

16. Bailiff I.K., Stepanenko V.F., Göksu H.Y., Bøtter-Jensen L., Correcher V., Delgado A., Jungner H., Khamidova L.G., Kolizshenkov T.V., Meckbach R., Petin D.V., Orlov M.Yu., Petrov S.A. Retrospective luminescence dosimetry: development of approaches to application in populated areas downwind of the Chernobyl NPP //Health Physics. 2005. V. 89, N 3. P. 233-246.

17. Bailiff I.K., Stepanenko V.F. Retrospective dosimetry for population in areas affected by fallout from the Semipalatinsk Nuclear Test Site: Report IC15-CT98-0216. EU Brussels, 2001. 186 p.

18. Bailiff I.K., Stepanenko V.F., Göksu H.Y., Jungner H., Balmukhanov S.B., Balmukhanov T.S., Khamidova L.G., Kisilev V.I., Kolyado I.B., Kolizshenkov T.V., Shoikhet Y.N., Tsyb A.F. The application of retrospective luminescence dosimetry in areas affected by fallout from the Semipalatinsk nuclear test site: An evaluation of potential //Health Physics. 2004. V. 87, N 6. P. 625-641.

19. Bøtter-Jensen L. Development of Optically Stimulated Luminescence Techniques Using Natural Minerals and Ceramics, and their Application to Retrospective Dosimetry. Roskilde: RISøE Nat. Lab, 2000. 186 p.

20. Bøtter-Jensen L.G. Luminescence techniques: instrumentation and methods //Radiat. Meas. 1997. V. 17. P. 749-768.

21. Bøtter-Jensen L., Murray A.S. Developments in optically stimulated luminescence techniques for dating and retrospective dosimetry //Radiat. Prot. Dosim. 1999. V. 84. P. 307-316.

22. Stepanenko V.F., Hoshi M., Bailiff I.K., Ivannikov A.I., Toyoda S., Yamamoto M., Simon S.L., Matsuo M., Kawano N., Zhumadilov Z., Sasaki M.S., Rosenson R.I., Apsalikov K.N. Around Semipalatinsk nuclear test site: progress of dose estimations relevant to the consequences of nuclear tests //J. Radiation Research. 2006. V. 47, Suppl. A. P. A1-A13.

23. Stepanenko V.F., Bailff I.K., Hoshi M. Instrumental and modeling methods of retrospective dosimetry: application for dose reconstruction in high irradiated settlements following Chernobyl accident and nuclear tests in Semipalatinsk nuclear test site //J. Radiation Research. 2007. V. 4, N 4. P. 1-9.

24. Stepanenko V.F., Hoshi M., Yamamoto M., Sakaguchi A., Takada J., Sato H., Iaskova E.K., Kolyzshenkov T.V., Kryukova I.G., Apsalikov K.N., Gusev B.I., Jungner H. International intercomparison of retrospective luminescence dosimetry method: Sampling and distribution of brick samples from Dolon’ village, Kazakhstan //J. Radiation Research. 2006. V. 47, Suppl. A. P. A15-A21.

25. Stepanenko V.F., Hoshi M, Ivannikov A.I., Bailiff I.K., Zhumadilov K., Skvortsov V.G., Argembaeva R., Tsyb A.F. The 1st nuclear test in the former USSR of 29 August 1949: Comparison of individual dose estimates by modeling with EPR retrospective dosimetry and luminescence retrospective dosimetry data for Dolon village, Kazakhstan //Radiation Measurements. 2007. V. 42, N 6-7. P. 1041-1048.

26. Akselrod M.S., Kortov V.S., Kravetsky D.J., Gotlib V.I. Highly sensitive thermoluminescent anion-defective alpha-Al2O3:C single crystal detectors //Radiation Protection Dosimetry. 1990. V. 33, N 4. P. 119-122.

27. Lamart S., Bouville A., Simon S.L., Eckerman K.F., Melo D., Lee C. Comparison of internal dosimetry factors for three classes of adult computational phantoms with emphasis on I-131 thyroid //Phys. Med. Biol. 2011. V. 56, N 22. P. 7317-7335.

28. McDougall I.R. The importance of obtaining thyroid uptake measurement in patients with hyperthyroidism //Nucl. Med. Commun. 1990. V. 11. P. 73-76.

29. Oddie T.H., Myhill J., Pirnique F.G. Effect of age and sex on the radioiodine uptake in euthyroid subjects //J. Clin. Endocrinol. Metab. 1968. V. 28. P. 776-782.

Полная версия статьи