Размещено на http://allbest.ru

20

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра Биотехнических систем

Реферат

Тема: Методы лечебных воздействий с использованием ионизирующих излучений от радиоактивных веществ

по дисциплине «Технические методы диагностических исследований и лечебных воздействий»

Студент Попов А.Ю.

Преподаватель Семенова Е.А.

Санкт-Петербург

2019



Аннотация

В данном реферате будут рассмотрены понятия о радиоактивных веществах, периоде полураспада, естественных и искусственных радиоактивных веществах.

Рассказано про изготовление искусственных радиоактивных веществ с помощью ядерных реакторов.

Изучены способы применения радиоактивных веществ в медицине:

· брахитерапия

· дистанционная лучевая терапия

· стереотаксическая радиохирургия

· нейтрон-захватная терапия

· радионуклеидная терапия

Рассмотрены вопросы техники безопасности и дозиметрии при работе с радиоактивными веществами.



Annotation

This abstract will examine the concepts of radioactive substances, half-life, natural and artificial radioactive substances.

It is told about the preparation of artificial radioactive substances with the help of nuclear reactors.

Studied from the use of radioactive substances in medicine:

· brachytherapy

· remote radiation therapy

· stereotactic radiosurgery

· neutron-capture therapy

· radionuclide therapy

Considered safety and dosimetry surveys when dealing with radioactive substances.



Содержание

Введение

1. Понятие о радиоактивных веществах, периоде полураспада

2. Естественные и искусственные радиоактивные вещества

3. Изготовление искусственных радиоактивных веществ с помощью ядерных реакторов

4. Брахитерапия

5. Дистанционная лучевая терапия, стереотаксическая радиохирургия

6. Нейтрон-захватная терапия

7. Радионуклидная терапия (РНТ)

8. Вопросы техники безопасности и дозиметрии при работе с радиоактивными веществами

Заключение

Список использованных источников

Введение

К настоящему времени в мире в медицине действуют более сотни тысяч медицинских установок, использующих ионизирующее излучение, не учитывая многомиллионного количества рентгеновских установок. Ядерные технологии в медицине применяются в области лучевой терапии и ядерной медицины, которая традиционно включает радионуклидную диагностику и терапию. Лучевая терапия осуществляется либо дистанционным способом (пучки электронов и фотонов из электронных ускорителей, протонов и ионов из ускорителей протонов и нейтронов из генераторов нейтронов или ядерных реакторов, фотоны из кобальтовых установок и т. д.), либо контактным (источник ионизирующего излучения расположен в непосредственном контакте с облучаемым объемом). В последнее десятилетие из лучевой терапии постепенно выделилось новое самостоятельное направление развития технологий -- стереотаксическая хирургия, использующая такие уникальные установки, как гамма- и кибер-ножи, модифицированные для этих целей линейные ускорители [1]. Структура ядерно-физических технологий, используемых в медицине, представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структура ядерно-физических технологий в медицине



1. Понятие о радиоактивных веществах, периоде полураспада

Радиоактивные вещества - по определению ФЗ «Об использовании атомной энергии» от 20 октября 1995 г. «не относящиеся к ядерным материалам вещества, испускающие ионизирующее излучение» [5].

Радиоактивность - самопроизвольный распад атомных ядер некоторых элементов, приводящий к изменению их атомного номера и массового числа.

Радионуклиды (нестабильные нуклиды) -- это изотопы, ядра которых способны самопроизвольно распадаться. Распад радиоактивных элементов сопровождается потоками ионизирующих излучений, каждый из которых характеризуется своими физико-химическими свойствами.

Мерой активности радионуклида в соответствии с системой измерений СИ, является его активность, которая измеряется в Беккерелях (Бк). Один Бк равен 1 ядерному распаду в секунду [6].

Ионизирующее излучение - это излучение, которое создается при радиоактивном распаде нестабильных нуклидов и представляет собой поток ядерных частиц, квантов энергии или тех и других вместе.

Сходство между разными ионизирующими излучениями состоит в том, что все они обладают высокой энергией и осуществляют свое действие через эффекты ионизации и возбуждения атомов и молекул, дающих начало образованию высокотоксичных радикалов, вступающих затем в реакции с различными биологическими структурами клеток [2].

Ионизирующие излучения по своими физико-химическими свойствам бывают:

- корпускулярное излучение (-б, -в, нейтронное);

- квантовое или электромагнитное излучение (гамма -г, рентгеновское).

б-излучение (а-распад) представляет собой поток тяжелых положительно заряженных частиц (атомов гелия - ⁴H_e), которые в следствии большой массы при взаимодействии с веществом быстро теряют свою энергию, но обладают большим ионизирующим действием.

в-излучение - это поток электронов или протонов, которые испускаются при радиоактивном распаде. Ионизирующее действие в-излучения значительно ниже, чем б-излучения, но проникающая способность гораздо выше.

Нейтронное облучение - представляет собой нейтральное не несущие электрического заряда поток частиц.

Нейтронное излучение непосредственно взаимодействует с ядрами атомов и вызывает ядерную реакцию.

Гамма-излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение, которое испускается при ядерных превращениях.

По свой природе г - излучение аналогично световому, ультрафиолетовому, рентгеновскому, оно обладает большой проникающей способностью.

Рентгеновское излучение - основным источником является -солнце, однако рентгеновские лучи, приходящие из космоса, поглощаются полностью земной атмосферой. Рентгеновские лучи могут создаваться специальными приборами и аппаратами и используются в медицине, биологии.

Радиоактивный распад не может быть остановлен или ускорен, он осуществляется со строго определенной скоростью. Последняя измеряется периодом полураспада.

Период полураспада - время, в течение которого распадается половина ядер радионуклида. Эта величина, обозначаемая T_1/2, является константой для данного радиоактивного ядра (изотопа).

Величина T_1/2 наглядно характеризует скорость распада радиоактивных ядер и эквивалентна двум другим константам, характеризующим эту скорость: среднему времени жизни радиоактивного ядра и вероятности распада радиоактивного ядра в единицу времени (л) [2].

2. Естественные и искусственные радиоактивные вещества

Естественная радиоактивность: Естественная радиоактивность существует миллиарды лет, она присутствует буквально повсюду.

Ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли.

Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее рождения. Любой человек слегка радиоактивен: в тканях человеческого тела одним из главных источников природной радиации являются калий-40 и рубидий-87, причем не существует способа от них избавиться [8].

Естественными источниками радиации являются:

- земная радиация;

- космические лучи;

- радон;

- внутреннее облучение.

Искусственные радиоактивные вещества: В конце 20-х -- начале 30-х гг. XX в. были построены первые ускорители заряженных частиц: каскадный генератор, циклотрон и линейный ускоритель. На них были осуществлены ядерные реакции по превращению химических элементов, получены первые искусственные радиоактивные изотопы.

Первые искусственные изотопы получили в 1934 г. Ф. и И. Жолио-Кюри.

Последующие опыты по бомбардировке атомных ядер стабильных изотопов альфа-частицами, протонами, нейтронами и другими частицами показали, что искусственные радиоактивные изотопы могут быть получены практически у всех элементов [8].

3. Изготовление искусственных радиоактивных веществ с помощью ядерных реакторов

Производство радиоизотопов в реакторах основано на захвате нейтронов в материале мишени путем либо активации, либо образования радиоизотопов в результате деления материала мишени при ее бомбардировке тепловыми нейтронами.

Исследовательские реакторы и ускорители также используются для получения новых радиоизотопов для диагностики и терапии в ядерной медицине, неразрушающих испытаний и промышленных применений радиоиндикаторов, а также для радиоиндикаторных исследований в рамках научных исследований [3].

Несмотря на то, что с момента открытия до настоящего времени проведено более десятка тысяч различных ядерных реакций, все они могут быть объединены в три группы:

1. Реакции, при которых заряд ядра не меняется

2. Реакции вынужденного деления

3. Реакции, при которых меняется заряд ядра

Самыми распространенными являются реакции радиационного захвата, которые особенно эффективно протекают на медленных и тепловых нейтронах и позволяют получить радиоактивные изотопы почти всех элементов Периодической системы Д. И. Менделеева.

Основным недостатком этих реакций является то, что синтезируемый радиоактивный изотоп оказывается сильно разбавленным материнским изотопом.

Процесс деления возможен под действием нейтронов, протонов, дейтронов, альфа-частиц. Однако наибольшее значение для получения радионуклидов имеют реакции деления, вызванные нейтронами [3].

4. Брахитерапия

Брахитерапия -- это вид лучевой терапии, в которой небольшой, герметично упакованный источник излучения помещается внутрь ткани организма или рядом с зоной, требующей лечения.

Радиоактивные вещества в этом случае не попадают непосредственно в организм, а облучают окружающие ткани через стенки капсулы [1].

Радионуклид помещается внутри или в непосредственной близости от опухоли. Изотопы размещают таким образом, чтобы при достижении границы здоровых тканей и опухоли доза излучения спадала.

В этом случае воздействие ионизирующего излучения (ИИ) на раковые клетки приводит к их гибели, при этом здоровые ткани получают значительно более низкую дозу и их функциональность сохраняется.

Одним из достоинств брахитерапии по сравнению с дистанционной терапией является быстрый спад дозы облучения при удалении от радиоактивного источника, поэтому меньший объем здоровых тканей подвергается облучению.

Это позволяет использовать более высокие дозы при облучении опухоли без опасности превысить дозовую нагрузку на здоровые ткани.

Брахитерапия назначается практически при любых злокачественных поражения внутренних анатомических структур и кожи.

Показаниями к проведению процедуры является поражение:

• шейки маточного тела;

• наружных половых органов;

• молочной железы;

• мочевого пузыря;

• предстательной железы;

• прямой кишки;

• легких.

Наибольшая эффективность методики отмечается при отсутствии метастазирования в лимфатические узлы и другие органы.

Брахитерапия не проводится при метастазировании. Кроме того, процедура противопоказана в том случае, если после хирургического вмешательства, по прогнозам, продолжительность жизни больного составляет менее пяти лет[9].

В таблице 1 приведены характеристики изотопов, распадающихся с испусканием фотонов и электронов, применявшихся в различные периоды при проведении брахитерапии [1].

Таблица 1. Характеристики основных изотопов для брахитерапии.

5. Дистанционная лучевая терапия, стереотаксическая радиохирургия

Дистанционная лучевая терапия. Радионуклиды с 50-х гг. XX в. стали широко использоваться и в дистанционной лучевой терапии. В этих установках применялись радиоактивные изотопы Со-60, испускающие фотоны с энергиями 1.17 и 1.33 МэВ [1].

Идея использования изотопа Со-60 заключалась в том, что энергия и интенсивность пучков фотонов, возникающих при распаде изотопа Со-60, была сравнима с той, которую получали на ускорителях, но кобальтовая установка имела меньшие габариты.

При этом принципы воздействия пучка фотонов от Со-60 на вещество такие же, как и у тормозного пучка фотонов из ускорителя электронов. Они базируются на существовании радиотерапевтического интервала -- разницы в радиочувствительности опухоли и окружающих ее здоровых тканей.

Это означает, что при воздействии на ткани ионизирующих излучений существует разность между дозой, допустимой для нормальных тканей, и дозой, необходимой для гибели опухолевых клеток.

Выживаемость клеток здоровых тканей при воздействии излучения оказывается выше, чем онкологических, из-за разницы в радиочувствительности клеток, действие пучка приводит к их гибели при сохранении функциональности или возможности восстановления клеток здоровых тканей.

Для разных видов тканей величина терапевтического интервала различна, и дозы облучения должны рассчитываться для каждого конкретного случая с учетом предельно допустимой дозы для окружающих нормальных тканей и органов риска.

Существуют так называемые критические органы и ткани, которые поражаются сильнее, чем онкологические клетки [1].

Стереотаксическая радиохирургия. Использование изотопа Со-60 легло в основу установок для стереотаксической радиохирургии. Физическая идея заключалась в том, что распределение дозы от источника 60Со уменьшается с глубиной.

Это позволяло успешно облучать опухоли, залегающие на нескольких сантиметрах от поверхности.

Глубокозалегающие опухоли облучать на кобальтовых источниках было сложно, поскольку поверхностные ткани получали излишнюю дозовую нагрузку. Если же в одну точку навести множество кобальтовых источников одновременно, то доза в ней во много раз превысит дозу на поверхностных тканях [1].

В 1951 г. Л.Лексел предложил концепцию стереотаксической хирургии без вскрытия черепа человека с использованием радиоактивных источников Со-60. Эта концепция была реализована им совместно с радиобиологом Б.Ларссоном в установках, получивших название, «гамма-нож».

Достоинство методики заключается в том, что множество пучков от радиоактивных источников направляется в одну точку, где накапливаемая доза во много раз превышает дозу на поверхности тела человека.

В этом случае доза до 10 Гр подводится непосредственно к опухоли, что приводит к ее гибели, а здоровые ткани получают незначительную дозу облучения.

Точность наведения пучков гамма-излучения достигает 0.3 мм. Гамма-нож позволяет лечить сосудистые новообразования, опухоли головного мозга, включая метастазы, различные функциональные заболевания без хирургического вмешательства и длительного многонедельного облучения головного мозга [1].

6. Нейтрон-захватная терапия

В результате исследований Голдхабера (1934 г.) было установлено, что некоторые изотопы обладают большим сечением захвата тепловых нейтронов. Данное свойство нашло свое применение в нейтрон-захватной терапии [1].

Сущность метода заключается в том, что перед облучением пучком тепловых нейтронов в клетки опухолевой ткани вводят препарат, содержащий изотоп бора В-10 или гадолиния Gd-157.

Нейтроны захватываются изотопом, происходит ядерная реакция с большим выделением энергии в клетке, в результате чего чувствительность опухоли к потоку нейтронного излучения возрастает.

В пораженной раком клетке возникает вторичное излучение, выделяется энергия, достаточная для ее последующей гибели.

Вводимый в клетки препарат имеет свойство накапливаться только в опухоли, а пробеги альфа-частицы и иона отдачи в ткани сопоставимы с размерами самих клеток (до 12-13 мкм), поэтому окружающие здоровые ткани практически не подвергаются воздействию излучения.

Метод нейтрон-захватной терапии позволяет лечить крупные, множественные и радиорезистентные злокачественные опухоли, а также применяется для облучения глубоколежащих опухолей и опухолей головного мозга, порой не поддающихся операбельному лечению [1].

7. Радионуклидная терапия (РНТ)

Введение радиоактивных веществ в кровеносные сосуды или радионуклидная терапия (РНТ) основана на использовании различных химических соединений, содержащих конкретный радионуклид, -- радиофармпрепарат (РФП) [1].

Сначала выбирается оптимальный РФП, его активность рассчитывается по данным о его распределении в биологических тканях, в патологических новообразованиях и в окружающих их тканях больного. Основным критерием выбора РФП для радионуклидной терапии является отношение количества накопленного радионуклида в опухоли и в здоровых тканях. Чем больше это отношение, тем больше доза внутреннего облучения патологического очага, по сравнению с дозой, приходящейся на окружающие нормальные ткани организма.



В таблице 2 представлены характеристики изотопов, уже применяемых и исследуемых с целью медицинского использования [1].

Таблица 2. Изотопы для радионуклидной терапии

В РНТ применяют в основном радионуклиды, излучающие в ? - и существенно реже б-излучения, которые поглощаются и оставляют всю энергию в тканях, где они накопились.

Энергия электронов и б-частиц в РНТ может быть практически любой, а период полураспада радионуклида не должен быть большим, так как это может привести к нежелательному чрезмерному облучению нормальных органов и тканей, в которые он может попасть после введения в организм.

Оптимальными считаются радионуклиды с периодом полураспада от нескольких часов до нескольких суток.

При подборе радионуклидов для РНТ физики руководствуются и дополнительным условием. Это наличие, наряду с потоками электронов и б-частиц, малоинтенсивного г-излучения. Это позволяет осуществлять дополнительный визуальный контроль распределения РФП в теле больного, используя приборы радионуклидной диагностики, а также контролировать дозы облучения в патологических очагах и корректировать их в динамике.

Несмотря на то, что весь организм будет получать небольшую дополнительную дозу облучения, это условие важно при подборе нуклидов для РНТ. Важными требованиями к РФП, используемыми в терапии, также являются отсутствие химической токсичности, стерильность, надежность закрепления радиоактивной метки в молекулах препарата.

8. Вопросы техники безопасности и дозиметрии при работе с радиоактивными веществами

В самом общем виде в соответствии с «Основными санитарными правилами работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений» (ОСПОРБ-99/2010) можно указать следующие основные принципы техники радиационной безопасности[4]:

1. К работе с радиоактивными веществами и ионизирующими излучениями допускаются только лица, достигшие 18 лет, которые прошли специальное медицинское обследование состояния здоровья и были признаны по результатам этого обследования пригодными к указанной работе. Беременные женщины к такого рода работам не допускаются.

2. Перед началом работы с радиоактивными веществами и ионизирующими излучениями в зависимости от технического и научного уровня и характера работ каждый работник должен пройти специальное обучение и сдать соответствующий экзамен по технике радиационной безопасности.

3. Все работы с радиоактивными веществами и ионизирующими излучениями должны проводиться в условиях строжайшего соблюдения правил радиационной безопасности и при наличии постоянного контроля со стороны лиц, ответственных за радиационную безопасность в данном учреждении.

4. В помещениях, где проводятся работы с радиоактивными веществами, запрещается:

· пребывание работников без необходимых средств индивидуальной защиты;

· хранение пищевых продуктов, табачных изделий, косметики, домашней одежды и других предметов, не имеющих прямого отношения к выполняемым работам;

· прием пищи, курение, пользование косметикой;

В зависимости от величины предельно допустимой концентрации (ПДК) радиоизотопов в воздухе рабочих помещений (так как основной путь возможного попадания радиоизотопов в тело человека -- через дыхательные пути) установлены четыре группы изотопов по их радиотоксичности:

· группа А -- изотопы с Особо высокой радиотоксичностью: Sr-90, Pb-210, актиниды (кроме U);

· группа Б -- изотопы с Высокой радиотоксичностью: Na-22, Са-45, Со-60, Sr-89, I-131, 134, Cs-137, U (естественный);

· группа В -- изотопы со Средней радиотоксичностью: Na-24, Р-32, S-35, СL-36, К-42;

· группа Г -- изотопы с Наименьшей радиотоксичностью: Н-3.

По степени возможной радиационной опасности работы с открытыми радиоактивными веществами делятся на три класса, в зависимости от активности на рабочем месте (см. таблицу 3) [4].



Таблица 3. Подразделение работ с радиоактивными веществами в открытом виде на три класса, в зависимости от активности на рабочем месте (в мкюри).

Группа радиотоксичности	Класс работ
	I	II	III
A	>10	0,01 -- 10	0,0001 - 0,01
Б	>100	0,1 - 100	0,001 - 0,1
В	>1000	1 - 1000	0,01 - 1
Г	>10000	10 -- 10000	0,1 -- 10

В зависимости от годового потребления радиоактивных веществ в открытом виде лаборатории и другие учреждения подразделяются на три категории [5]:

I категория -- с годовым потреблением более 100 Кюри;

II категория -- с годовым потреблением от 100 до 10 Кюри;

III категория -- с годовым потреблением менее 10 Кюри.

В учреждении осуществляется личный и общий дозиметрический контроль, для чего во всех помещениях, где это нужно, устанавливаются стационарные и переносные дозиметрические приборы. Для проведения общего дозиметрического контроля в лаборатории специально выделяется ответственное лицо. радиоактивный диагностика медицина терапия

Все места, в которых ведутся радиоактивные работы, должны быть отмечены знаками радиационной опасности, а все радиоактивные растворы и препараты должны быть надписаны.

Работающие с радиоактивными источниками обязаны обеспечивать надежную защиту от облучения для окружающих [5].



Заключение

Достижения ядерных технологий в медицине привели к широкому распространению установок с использованием радионуклидов: кобальтовых установок, комплексов радиохирургии типа гамма-нож, диагностической и исследовательской техники. В свою очередь, для производства изотопов используется большое количество ядерных реакторов и ускорителей.

В данном реферате описаны типы и области применения таких установок, техника безопасности при работе с источниками ионизирующего излучения.

Можно отметить, что данные методы лечения одни из самых малоинвазивных и безопасных, особенно в отношении патологических образований локализованных в областях, труднодоступных для традиционных методов лечения. Но нельзя не заметить, что происходит неизбежное лучевое воздействие в отношении окружающих зону лечения тканей, хотя оно и минимизировано.

Список использованных источников

1. Вестник Московского Университета. Серия 3.Физика. Астрономия // http://vmu.phys.msu.ru/file/2016/4/16-4-003.pdf (29.11.19)

2. Читальный зал // http://chitalky.ru/?p=49573 (05.12.19).

4. Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 26.04.2010 N 40 (ред. от 16.09.2013) "Об утверждении СП 2.6.1.2612-10 "Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99/2010)" (вместе с "СП 2.6.1.2612-10. ОСПОРБ-99/2010. Санитарные правила и нормативы"). (Зарегистрировано в Минюсте России 11.08.2010 N 18115)

5. Дозиметрия и техника безопасности в радионуклидной терапии https://studme.org/135791/matematika_himiya_fizik/dozimetriya_tehnika_bezopasnosti_radionuklidnoy_terapii

6. Федеральный закон от 21 ноября 1995 г. N 170-ФЗ "Об использовании атомной энергии" Система ГАРАНТ: http:// base.garant.ru/10105506/#ixzz67oNQ2O5o.

7. Радиоактивность и единицы её измерения. http://portal.tpu.ru/files/personal/rikhvanov/AutoPlay/Docs/index.files/glav.files/oglav.files/glava2.htm

8. Естественная и искусственная радиоактивность

9. Брахитерапия рака https://onkologia.ru/lechenie/brahiterapiya

Размещено на Allbest.ru

...