Ключові слова
лінійний прискорювач
гальмівне випромінювання
масовий коефіцієнт ослаблення
Як цитувати
Анотація
Актуальність. Гарантія радіаційного захисту пацієнтів під час лікування із застосуванням лінійних прискорювачів електронів, базується на забезпеченні сталості параметрів обладнання, встановлених під час введення в експлуатацію. Тому вивчення можливості оперативного оцінювання стабільності спектральних характеристик сформованого гальмівного випромінювання є досить актуальною задачею поряд із процедурами контролю стандартних дозиметричних параметрів. Мова перш за все йде про визначення середньої зваженої енергії гальмівного випромінювання, яка дає об’єктивну оцінку сталості всього хвильового тракту прискорювача. Однак, спеціального діагностичного обладнання для визначення цього параметра не існує. У той же час дані літератури свідчать про зростаючий інтерес до застосування СdTe-датчиків для аналізу високоенергетичного випромінювання, в тому числі і у медичних прискорювачах. Мета роботи – розробити та опробувати спеціальну діагностичну апаратуру на основі напівпровідникових СdTe-датчиків, яка б реалізовувала оцінку середньої зваженої енергії гальмівного випромінювання медичного прискорювача 6 МеВ, шляхом порівняння масових коефіцієнтів ослаблення у свинці та алюмінії. Матеріали та методи. У роботі проведена експериментальна оцінка спектральних характеристик медичного прискорювача Varian Clinac 600C (США) відділення радіаційної онкології Державної установи «Інститут медичної радіології та онкології ім. С.П. Григор’єва Національної академії медичних наук України» шляхом визначення середньої зваженої енергії гальмівного випромінювання. Визначення серед ньої зваженої енергії гальмівного випромінювання прискорювача здійснювалось на основі порівняння двох масових коефіцієнтів ослаблення випромінювання матеріалами з суттєво різними атомними номерами – Аl та Pb. Оцінка масових коефіцієнтів ослаблення здійснювалась на основі вимірювання середніх амплітуд сигналів СdTe-датчика, який працював у імпульсному режимі сумісно з 16-розрядним аналоговим цифровим перетворювачем (АЦП). Імпульси гальмівного випромінювання від лінійного прискорювача були зареєстровані піковим детектором протягом 10 секунд вимірювання апаратно-програмним комплексом при 400 моніторних одиницях CdTe-датчиком з алюмінієвим та свинцевим поглиначем. Дослідження проводилось на відстані «джерело-поверхня» 100 см з площею поля опромінення 20х20 см. Досліджено спектральний профіль енергії сформованого поля гальмівного випромінювання. Результати та їх обговорення. Проведена апробація розробленої апаратури з СdTe-датчиком, яка була створена з урахуванням як енергетичної чутливості самого датчика, так і зі спектрально-часовими характеристиками імпульсного випромінювання прискорювача. Експериментально підтверджений підхід до оцінки середньої зваженої енергії гальмівного випромінювання лінійного прискорювача електронів, який базується на залежності ослаблення випромінювання шаром поглинача від енергії випромінювання. Отримана теоретична залежність середнього значення зваженої енергії гальмівного випромінювання лінійного прискорювача від відношення масових коефіцієнтів ослаблення свинцю та алюмінію. Енергетичному діапазону від 0,1 до 6 МеВ відповідає відношення масових коефіцієнтів поглинання свинцю до алюмінію, які змінюються нелінійно від 33,8 до 1,639. Середній зваженій енергії лінійного прискорювача у 0,8 МеВ відповідає відношення масових коефіцієнтів близько 1,23 для даних матеріалів. Оцінена абсолютна похибка (від встановленого значення під час введення в експлуатацію лінійного прискорювача) визначеної середньої зваженої енергії гальмівного випромінювання, яка не перевищує 12% (0,72 МеВ), що відповідає відношенню масових коефіцієнтів ослаблення – 1,340. Висновки. Обґрунтована та практично реалізована спеціальна діагностична апаратура реєстрації спектральних характеристик лінійного прискорювача Varian Clinac 600C (США) на основі напівпровідникових СdTe-датчиків, які сумісно з 16-розрядним АЦП дозволяють оцінити середню зважену енергію гальмівного випромінювання, шляхом порівняння масових коефіцієнтів ослаблення у Аl та Pb. Оцінка масових коефіцієнтів ослаблення здійснюється на основі вимірювання середніх амплітуд імпульсів СdTe-датчиків, працюючих у імпульсному режимі.
Посилання
Titovich EV, Tarutin IG, Kiselev MG. Method for determining the error in the reference dose value when calibrating the radiation output of a linear accelerator. Instruments and methods of measurement. 2016;7(2):203–10. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.21122/2220-9506-2016-7-2-203-210
Lye JE, Butler DJ, Ramanathan G, Franich RD. Spectral differences in 6 MV beams with matched PDDs and the effect on chamber response. Physics in medicine and biology. 2012;21,57(22):7599–614. (In English). DOI: https://doi.org/10.1088/0031-9155/57/22/7599
Jeraj R, Mackie TR, Balog J, Olivera G, Pearson D, Kapatoes J, Ruchala K, Reckwerdt P. Radiation characteristics of helical tomotherapy. Medical physics. 2004;31(2):396–404. (In English). DOI: https://doi.org/10.1118/1.1639148. PMID: 15000626
Determination of absorbed dose in a patient irradiated by beams of x- or gamma-rays in radiotherapy procedures. ICRU. 1976;24. (In English).
Starenky VP, Averyanova LO. Devices of remote radiation therapy. Planet Print. 2015;160. (In Ukrainian). URL: http://openarchive.nure.ua/handle/document/2514
International atomic energy agency. Design and Implementation of a Radiotherapy Programme: Clinical, Medical Physics, Radiation Protection and Safety Aspects, IAEA-TECDOC-1040. IAEA. Vienna. 1998. (In English). URL: https://www.iaea.org/publications/5337/design-and-implementation-of-a-radiotherapy-programme-clinical-medical-physics-radiation-protection-and-safety-aspects
Kutcher GJ, Coia L, Gillin M, Hanson WF, Leibel S et al. Comprehensive QA for radiation oncology: report of AAPM Radiation Therapy Committee Task Group 40. Medical physics. 1994;21(4):581–618. (In English). DOI: https://doi.org/10.1118/1.597316. PMID: 8058027
Taneja S, Bartol LJ, Culberson W, De Werd LA. Measurement of the Energy Spectrum of a 6 MV Linear Accelerator Using Compton Scattering Spectroscopy and Monte Carlo-Generated Corrections. International Journal of Medical Physics, Clinical Engineering and Radiation Oncology. 2020;9:186–200. (In English). DOI: https://doi.org/10.4236/ijmpcero.2020.94017
Mironov NK, Lazarev SA, Grunin AV, Zalyalov AN. Measurement of the average energy of the bremsstrahlung quanta of the LIU-30 accelerator by the method of detectors with linear spectral characteristics. Proceedings of RFNC-VNIIEF. 2010;15:332–8. (In Russian).
Mironov NK. Method for measuring the average energy of the bremsstrahlung quanta of the LIU-30 accelerator. Proceedings of RFNC-VNIIEF. 2015;20(1):161–72. (In Russian). URL: https://rucont.ru/efd/556569
Gerasimov AI, Gordeev VS, Gornostay-Polsky SA et al. Measurement of characteristics of high-intensity radiation fields during radiation research on simulating installations and complexes. RFNC-VNIIEF. Instruments and shades of experiment. 2006;73–80. (In Russian).
Odintsov YuM, Kryzhanovskiy AA, Maslov GN, Koshelev AS et al. Determination of the bremsstrahlung spectrum of the LIU-30 accelerator by the activation method. Physics of nuclear reactors. 1999;3–4:35–42. (In Russian).
Ovchinnikova LYu, Shvedunov VI. Influence of the energy spectrum of an electron beam on the estimation of its energy by the method of attenuation of bremsstrahlung by an absorbing barrier. Scientific Notes of the Physics Faculty of Moscow University. 2018;1:1–4. (In Russian).
Nemets OF, Hoffman YuV. Nuclear Physics Handbook. Kiev. Naukova dumka. 1975. (In Russian).
Choi HJ, Park H, Yi CY, Kim B-C et al. Determining the energy spectrum of clinical linear accelerator using an optimized photon beam transmission protocol. International Journal of Medical Physics Research and Practise. 2019;46(7):3285–97. (In English). DOI: https://doi.org/10.1002/mp.13569
Takagi H, Murata I. Energy Spectrum Measurement of High Power and High Energy (6 and 9 MeV) Pulsed X-ray Source for Industrial Use. Journal of Radiation Protection and Reseasrch. 2016;41(2):93–9. (In English). DOI: https://doi.org/10.14407/jrpr.2016.41.2.093
Chernyavsky IYu, Tyutyunik VV, Kalugin VD, Pudlo IV. Using ionizing radiation dosimetry methods to assess the impact of low-energy gamma radiation on living organisms in a radioactively contaminated local area within the framework of radiation monitoring in Ukraine. Kharkiv National University of the Powers of the Im. Ivana Kozheduba. 2017;3(149):169–79. (In Russian).
Rybka AV, Davydov LN, Shlyakhov IN, Kutny VE, Prokhoretz IM, Kutny DV, Orobinsky AN. Gamma-radiation dosimetry with semiconductor CdTe and CdZnTe detectors. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2004;531(1–2):147–56. (In English). DOI: https://doi.org/10.1016/j.nima.2004.05.107
Berger M, Hubbell J, Seltzer S et al. XCOM: Photon cross sections database. NIST Standard Reference Database 8 (XGAM). (In English). URL:http://physics.nist.gov/PhysRefData/Xcom/Text/XCOM.html
Elyash SL, Rodigin AV, Loiko TV, Polyakov AI, Kapitanov SV. CdTe detectors for recording X-ray pulses with subnanosecond resolution. PTE. 2011;4:86–8. (In Russian).
Scheiber C. CdTe and CdZnTe detectors in nuclear medicine. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2000;448(3):513–24. (In English). DOI: https://doi.org/10.1016/S0168-9002(00)00282-5
Scheiber C, CGiakos G. Medical applications of CdTe and CdZnTe detectors. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2001;458(1–2):12–25. (In English). DOI: https://doi.org/10.1016/S0168-9002(00)01032-9
Nagarkar V, Squillante M, Entine G, Stern I, Sharif D. CdTe detectors in nuclear radiation dosimetry. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 1992;322(3):623–7. (In English). DOI: https://doi.org/10.1016/0168-9002(92)91242-2
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.