Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ СПЕКТРОМЕТРОВ ИЗЛУЧЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ СПЕКТРОМЕТРОВ ИЗЛУЧЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА - Патент РФ 2097836
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ СПЕКТРОМЕТРОВ ИЗЛУЧЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ СПЕКТРОМЕТРОВ ИЗЛУЧЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ СПЕКТРОМЕТРОВ ИЗЛУЧЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ СПЕКТРОМЕТРОВ ИЗЛУЧЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ СПЕКТРОМЕТРОВ ИЗЛУЧЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ СПЕКТРОМЕТРОВ ИЗЛУЧЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в области радиационной физики для контроля радионуклидов в организме человека. Сущность изобретения: устройство - фантом человека состоит из имитаторов органов человека, выполненных из тканеэквалентного материала. Использованы три вида материалов: имитаторы тканей легких, мягких тканей и костных тканей с содержанием элементов, максимально близких к реальному содержанию их в тканях человека, причем имитаторы легких выполнены со вспененной структурой относительно альвеолярной части, а в качестве поглотителя радионуклидов использована ионообменная смола. Носители радионуклидов, содержащие поглотитель радионуклидов, совмещены с теми или иными имитаторами органов человека. Для имитации индивидуальных особенностей индивидуумов использованы экраны-поглотители излучения. В результате повышается точность градуировки. Способ изготовления фантома человека включает получение смеси из отобранных компонентов, помещение ее в формы, термоформование под давлением и сборку из полученных имитаторов фантома. Смесь готовят из компонента - основы с компонентами-наполнителями и компонентами-добавками, поглотителем радионуклидов и красителями, причем компоненты-наполнители вводят в состав смеси посредством внесения полученных на их основе фенопласта и/или аминопласта, а альвеолярную часть имитатора тканей легких предварительно вспенивают заданным образом. При этом элементный состав имитаторов и их структура максимально близки к реальным при высокой прочности и технологичности. 2 с. и 5 з.п. ф-лы.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2097836
Класс(ы) патента: G09B23/28
Номер заявки: 95112363/14
Дата подачи заявки: 19.07.1995
Дата публикации: 27.11.1997
Заявитель(и): Товарищество с ограниченной ответственностью "ЭСКИЗ-МИФИ"
Автор(ы): Белоногий П.Н.; Ковтун А.Н.; Костерев В.В.
Патентообладатель(и): Товарищество с ограниченной ответственностью "ЭСКИЗ-МИФИ"
Описание изобретения: Изобретение относится к области радиационной физики и может быть использовано в радиационной безопасности и радиационной гигиене для определения содержания радионуклидов в организме человека. Для их определения используют установки спектрометры (счетчики) излучений человека (СИЧ) [1] которые позволяют определять содержание радионуклидов в человеке преимущественно по фотонному излучению, сопровождающему их распад, или по бета-излучению. Для получения количественных результатов предварительно проводят градуировку СИЧ с использованием фантома человека. Полученное значение коэффициента перехода от зарегистрированных значений скорости счета СИЧ в выбранном энергетическом интервале к фактическому (известному) содержанию радионуклида в форме используется для определения содержания радионуклида, в организме человека по результатам регистрации скорости счета СИЧ в том же энергетическом интервале от человека. Исследуемый в организме человека радионуклид при этом должен иметь в фантоме распределение (локализацию), максимально близкое к реальному. Например, если исследуется содержание в человеке радионуклида цезия-137, практически равномерно распределенного в организме, то и в фантоме его распределение должно быть равномерным. Один из наиболее потенциально опасных радионуклидов - плутоний-239, при его ингаляционном поступление в организм человека в начальный период локализован, в основном, в легких, в более поздний период он поступает в лимфоузлы и т.д. Местом депонирования другого опасного радионуклида стронция-90 можно считать скелет (костную ткань). Соответственно для градуировки СИЧ по плутонию-239 используют, как правило, фантом торса человека с имитатором легких (лимфоузлов), в которые введен этот радионуклид. Для градуировки по стронцию-90 необходим фантом с имитатором скелета, куда введен стронций и т.д.
Таким образом, в соответствии с решаемой задачей фантом должен иметь те или иные имитаторы органов человека. Причем специфика измерения плутония-239 и стронция-90 такова, что их распад сопровождается выходом квантов с крайне низкой энергией: у альфа-излучателя Pu-239 это кванты с энергиями 13,6; 17,2 и 20,5 кэВ, у бета-излучателя Sr-90 спектр тормозного излучения с максимумом в области энергий ниже 50 кэВ. Кванты с такой энергией, а также бета-частицы сильно поглощаются тканями человека, поэтому для получения корректных градуировочных коэффициентов необходимо максимально точно имитировать легочную, мягкую и костную ткани человека их элементный состав и структуру, органы депонирования и органы и ткани, экранирующие места депонирования радионуклида от детектора, для каждого конкретного индивидуума.
Известно устройство для градуировки СИЧ фантом грудной клетки для исследования плутония и америция в легких человека, а также способ его изготовления [2] Фантом состоит из 19-ти листов Mix-D тканеэквивалентного материала 30х30х1см. Шестнадцать внутренних листов перфорированы имеют отверстия диаметром 2,5 см, причем их расположение варьируется от листа к листу для имитации полостей с меньшей плотностью. Для размещения позвоночника и ребер из костно-эквивалентного материала (Paris) с добавкой фосфата кальция в листах прорезаны щели. Сверху расположен неперфорированный лист. Толщина грудной клетки 25 см. Недостаток фантома его неадекватность реальной ситуации для измерения америция-241 (60 кэВ) и плутония из-за различий состава тканей человека и их имитаторов, структуры легких и их имитаторов, поскольку моделируется только плотность, но не структура, а также несоответствие конструкции фантома реальному человеку. Подобные фантомы имеют ограниченное применение по диапазону энергий и виду излучения.
Известно также устройство для градуировки СИЧ фантом грудной клетки и способ изготовления [3] Фантом состоит из внешней оболочки и внутренней части. Оболочку изготовляют из листов Perspex толщиной 1,5 мм, накладываемых на изготовленную предварительно форму "слепок" грудной клетки, и нагреваемых газовой горелкой до размягчения и принятия формы шаблона. Имитаторы легких изготовляются из вспененной Temex пластмассы с плотностью 0,27 г/см3. Размер их и внешняя форма в среднем соответствуют легким. Внутри, там где должны быть бронхи, имеются воздушные полости. Имитаторы легких размещаются внутри формы торса и крепятся нейлоновыми нитями. Трахея и верхняя часть бронхов имитируются поливинилхлоридной трубкой соответствующего диаметра. Пищевод изготовляют из полиэтиленовой трубки. Грудная клетка (ребра, лопатка, ключица) также крепятся внутри формы торса нейлоновыми нитями. Затем форма торса заливается 45lb Lincolnshire Bolus, этот раствор имитирует мягкие ткани. К недостаткам фантома следует отнести использование трупной костной ткани, несоответствие имитатора легких и мягких тканей реальным тканям человека, что приводит к большим ошибкам при градуировке; отсутствие возможности учета антропометрических особенностей конкретного индивидуума, сложность изготовления фантома и органов, трудности при необходимости обеспечить равномерное распределение радионуклида в имитаторах органов.
Наиболее близким к изобретению является устройство для градуировки СВЧ - Ливерморский фантом [4] Фантом человеека содержит имитатор костной ткани, легких, печени, сердца и главных лимфатических узлов, а также экраны для грудной клетки, позволяющие имитировать индивидуумов с различными толщинами грудной клетки. Имитаторы мягких тканей, легких и костных тканей выполнены на основе полиуретана, причем для имитатора легких со вспениванием. Имитаторы руг и ног выполнены на основе ацетата целлюлозы с наполнением (например, водой).
Способ изготовления фантома [5] заключается в том, что из предварительно отобранных компонентов: полиуретана (98% ), карбона кальция (1,8%), воды (0,15%), ацетона (0,15%), нитрата лантана и радионуклида готовят смесь. Причем для имитатора легких смесь вспенивают. После чего отливают в заранее приготовленные формы. К недостаткам следует отнести то, что используемые компоненты (пять основных элементов) не обеспечивают воспроизведения всего элементного состава тканей человека, включающих около 15 основных элементов. Не обеспечивается воспроизведение структуры легких. Указанные обстоятельства приводят к ошибкам калибровки, которые для бета-излучателей или радионуклидов с низкими энергиями испускаемых квантов (меньше 100 кэВ) могут быть значительными превышать 100%
Задача изобретения разработка устройства для градуировки спектрометров излучений человека фантома человека и способа его изготовления, лишенного указанных недостатков. Основные усилия были направлены на разработку тканеэквивалентных материалов, адекватно имитирующих состав и структуру тканей человека легочной, мягкой и костной и способа их получения. Было установлено, что решению задачи градуировки СИЧ по любому радионуклиду, инкорпорированному в организме человека произвольным образом, наиболее полно отвечает устройство для градуировки спектрометров излучений человека фантом человека, состоящий из заданного набора определенным образом расположенных в фантоме имитаторов органов человека. Необходимые органы выбирают и изготавливают в соответствии с решаемой задачей характером и локализацией инкорпорированных в человеке радионуклидов. Например, при необходимости градуировки СИЧ по радионуклиду (радионуклидам), локализованному в легких, - это, прежде всего легкие, а также другие органы, которые экранируют легкие от детектора СИЧ. Фантом преимущественно включает имитаторы легких со вспененной структурой относительно альвеольной части, мягкой ткани, костной ткани, бронхов, лимфоузлов и экраны-поглотители излучения. Имитаторы органов человека выполнены из тканеэквивалентного материала с поглотителем радионуклидов и установлены в анатомических позициях. Фантом содержит также носители радионуклидов. Поглотитель радионуклидов, который вносит в состав носителей радионуклидов и на который предварительно осаждают заданное количество исследуемого радионуклида, позволяет обеспечить удобным образом необходимую локализацию его точного количества в органе и фантоме от равномерного с высокой степенью однородности до "точечной" с различными промежуточными вариантами. Экраны-поглотители излучения заданной толщины, конфигурации и состава (имитирующие мягкую ткань с тем или иным процентом жировой ткани) дополнительно экранируют фантом, например, "стандартного" человека, для учета различий телосложений индивидуумов. Наиболее актуальны экраны для области грудной клетки. Носители радионуклидов совмещены с выбранными имитаторами органов человека в соответствии с решаемой задачей для случая локализации радионуклида в легких носитель радионуклида совмещен с имитатором легких и т.д. Следует отметить, что в частном случае в фантоме нет радионуклидов, т.е. носитель радионуклидов не совмещен ни с одним из имитаторов органов. Фантом без радионуклидов необходим для проведения фоновых измерений при калибровке СИЧ. Кроме того, подобный фантом используется для решения задач, не связанных с калибровкой СИЧ например, как измерительный фантом в поля ионизирующих излучений и как фантом-свидетель. В качестве тканеэквивалентного материала для соответствующих имитаторов выбраны составы со следующим содержанием элементов ингредиентов, мас.
для имитатора тканей легких:
H (9.1-10.3), C (60.0-75.0), N (2.3-3.9), O (13.0-25.0), F (0.07-0.10), Na (0.10-0.20), Mg (0.10-0.20), Si (0.01-0.02), P (0.30-0.96), S (0.30-0.60) Cl (0.10-0.20), K (0.30-0.60), Ca (0.80-2.00), Ti (до 0.01), Zn (до 0.005), Ba (до 0.05), Al (0.05-0.20), остальное 100%
для имитатора мягких тканей:
H (9.5-10.3), C (65.6-69.0), N (2.5-2.7), O (15.0-18.0), F (до 0.07), Na (0.10-0.20), Mg (0.09-0.30), Si (до 0.01), P (0.40-0.69), S (0.50-0.69), Cl (0.10-0.15), К (0.40-0.63), Ca (0.80-1.46), Ti (до 0.01), Zn (до 0.018), Ba (до 0.037), остальные до 100%
для имитатора костной ткани:
H (6.7-8.2), C (48.0-54.0), N (3.80-4.13), O (21.0-26.0), F (0.3-0.4), Na (0.3-0.4), Mg (0.11- 0.30), Si (до 0.01), P (3.32-3.82), S (0.43-0.52), Cl (0.6-0.7), K (0.18-0.20), Ca (7.11-8.30), Ti (до 0.012), Zn (до 0.027), Ba (до 0.057), остальные до 100%
В качестве признаков, отличительных от наиболее близкого аналога, выступают составы тканеэквивалентных материалов-имитаторов тканей человека, структура имитаторов легких и используемый носитель радионуклидов. Проведенные исследования позволили получить составы этих имитаторов, максимально приближенные по элементному (качественному) и их количественному составу к тканям человека, что обеспечивает адекватное проведение калибровки СИЧ для любых радионуклидов обеспечивает достижение наивысшей точности. Следует отметить уникальность подобного фантома и для решения других задач, например, использования его как измерительного фантома и фантома-свидетеля в полях гамма, нейтронов, протонов, электронов и других частиц. Что касается структуры легочной ткани, то во всех известных аналогах имитаторах легочной ткани ее фактически не имитируют. Вспенивание всей массы смеси в известных аналогах дает, в основном, эффект уменьшения плотности до значений, соответствующих плотности легких 0.25 г/см3. Было установлено, что вспенивание не всей смеси, а одной, или нескольких компонент альвеольной части, при определенных условиях обеспечивает имитацию и структуру легких. При этом получены альвеолы-сфероиды диаметром 0.25-1.5 мм с плотностью 0.01-0.001 г/см3. Пространство между альвеолами-сфероидами в имитаторе легочной ткани заполнено имитатора легочной ткани с плотностью 1 г/см3, что обеспечивает получение общей плотности 0.25 0.5 г/см3 в зависимости от того, какую конкретно легочную ткань необходимо имитировать (ребенка, взрослого, спортсмена). Наилучшие результаты достигаются, когда в качестве поглотителя радионуклидов использована ионообменная смола, например, марки КУ-2-8. С ее применением получено значение однородности удельной активности радионуклида плутониния-239 в имитаторе легких равное 4% В случае, когда носители радионуклидов совмещены с имитатором легких и/или имитаторами лимфоузлов, расположенными на поверхности бронхов, а поглотитель радионуклидов является поглотителем плутония (носители радионуклидов плутония совмещены с имитаторами легких), т.е. другими словами, плутоний локализован в имитаторах легких и/или лимфоузлов, фантом может быть использован для градуировки СИЧ при определении содержания плутония в легких и/или лимфоузлах человека. При этом распределение плутония в имитаторах легких и лимфоузлов выбиралось равномерным, имитаторы лимфоузлов изготавливали из имитаторов мягких тканей. Для градуировки использовалась часть фантома, соответствующая торсу (грудной части). В качестве плутония использовали плутоний-239. В случае, когда носители радионуклидов совмещены с имитаторами костных тканей, а поглотитель радионуклидов является поглотителем стронция (носители радионуклидов стронция совмещены с имитаторами костных тканей), фантом используется для градуировки СИЧ при определении стронция в костях человека, причем наибольшую значимость представляет стронций-90.
Задача изобретения по разработке способа изготовления фантома человека с имитаторами органов и тканей, имеющих элементный состав и структуру максимально приближенные к реальности, отвечающие требованиям эксперимента (по прочности, долговечности и т.д.) была решена. Проведенные исследования позволили, во-первых, установить максимально возможные достижимые значения каждого элемента-ингредиента в имитаторах тканей (например, кислорода, содержание которого в имитаторах-неживых тканях принципиально ограничено) и выбрать оптимальные их соотношения, обеспечивающие как учет реальных вариаций элементов в тканях человека и реализацию требований, предъявляемых к конкретному фантому, так и близость значений эффективного атомного номера и коэффициентов взаимодействия излучения с веществом в первую очередь коэффициента ослабления излучения для реальных тканей человека и их имитаторов. Именно это в значительной степени обеспечивает адекватность градуировочных измерений с использованием фантома измерениям с реальным человеком. Во-вторых, наметить пути реализации подобного элементного состава в имитаторах тканей путем выбора соответствующих веществ-компонентов, и, в-третьих, разработать технологию получения из этих компонентов имитаторов тканей с заданным элементным составом и структурой.
Предложенный способ изготовления фантома человека заключается в том, что из предварительно отобранных компонентов приготовляют исходную смесь, которую подвергают обработке. Исходную смесь готовят путем смешения компонента-основы, в качестве которой могут быть использованы синтетические полимеры-полиолефины (наиболее известным из них является полиэтилен) с компонентами-наполнителями: древесной мукой и/или целлюлозой, а также компонентами-добавками: апатитом и/или меламином и/или серными и/или сернистыми солями и/или иными соединениями натрия, калия и магния. Перечисленные компоненты обеспечивают наличие необходимых элементов в составе имитаторов. Добавляется также компонента-поглотитель радионуклидного источника и компоненты-красители. В силу того, что при введении определенных количеств компонент-наполнителей (более 50% по массе в компоненту-основу полученные из смеси изделия становятся неконструкционными из-за снижения прочности, была разработана технология, при которой компоненты-наполнители вводят в состав смеси посредством внесения полученных на их основе известных путем с выбранными ингредиентами фенопласта и/или аминопласта. Для точного воспроизведения легких важен не только такой же элементный состав у имитатора, но и аналогичная структура. Известно, что легкие имеют ячеистую структуру благодаря наличию легочных пузырьков-альвеол. Элементный состав имитаторов легочной ткани и мягкой ткани почти одинаков, основное отличие в структуре. В отличие от известного способа, когда выбранный состав вспенивается целиком, было предложено вспенивать только часть имитатора легочной ткани альвеольную часть. При этом до смешивания один или несколько компонентов смеси имитатора ткани легких или дополнительно вводимый компонент вспенивают с использованием вспенивателя. Установлено, что при этом структура имитатора ткани легких наиболее соответствует реальной. Причем изменением количества вводимой альвеолярной части легко регулируются изменения структуры (например, возрастные). Отработана и техника регулирования диаметров альвеол-сфероидов. Далее на поглотитель радионуклидов, вносимый в состав носителей радионуклидов, предварительно осаждают заданное количество выбранного исходя из решаемой задачи радионуклидов. Если фантом используется для фоновых измерений (или как измерительный фантом), то радионуклид не осаждается. После чего требуемые количества компонент, рассчитанные предварительно, смешивают до состояния однородности, анализируют и корректируют, если нужно, состав. Помещают смесь в заранее приготовленные формы имитатор легочной ткани в формы легких, костной в формы соответствующих костей, мягкой в форме требуемых органов и т.д.
герметизируют формы и проводят термоформование под давлением при 140-200oC. Конкретные параметры формования смесей определяются составом и решаемой задачей. Наилучшие результаты были получены, когда в качестве ингредиентов фенопласта были использованы фенол, формальдегид, уротропин. В качестве ингредиентов аминопластов мочевина, формальдегид, уротропин. А также, когда вспенивался только дополнительно вводимый компонент - фенол-формальдегидная смола, а в качестве вспенивателя использовался азодиизобутилонитрил. Проведенные исследования показали, что выбор элементных составов имитаторов тканей человека в указанных интервалах обеспечивает возможность их вариации, близкую к вариациям в реальных тканях человека при удовлетворении требованиям конкретных экспериментальных условий (прочность, эластичность и т.д.). При этом показатель тканеэквивалентности имитаторов - эффективный атомный номер Zэфф равняется для имитатора легочной ткани: 7.3-7.8 (реальная легочная ткань 7.5), для имитатора мягкой ткани: 7.27-7.53 (реальная мягкая ткань: 7.48), для имитатора костной ткани: 10.0-10.8 (реальная костная ткань 10.85). Реализация предлагаемого способа позволяет получать имитаторы с указанными составами, параметрами и структурой имитатора легочной ткани, при обеспечении требований, предъявляемых к фантому (по прочности и т.д.). Таким образом, фантомы с имитаторами органов, выполненных в соответствии с указанными элементными составами с использованием указанного способа обеспечивают наибольшую близость по Zэфф, а также по структуре легких к реальному человеку для всего мыслимого класса задач, решаемых с использованием фантомов.
В процессе проводимых работ были получены имитаторы тканей с использованием различных компонентов, отвечающих различному количественному составу элементов. Ниже приведен один из возможных составов каждого из имитаторов, которые были реализованы при изготовлении фантомов.
Имитатор костной ткани.
Используемые компоненты: компоненты основы (полиолефины) в мас. полиэтилен 37,8 и винилацетат 4,2. Компоненты-добавки апатит 18,2, тяжелая фракция магнезии жженой 0,2, сернокислый натрий 1,0, кислый сернокислый калий 0,6; аминопласт 18,0 и фенопласт 20,0, в состав которых входят компоненты-наполнители.
При приготовлении фенопласта бралось, мас. частей: 100 фенола, 28 формальдегида, 14,2 уротропина, 118.5 древесной муки компонента-наполнителя (70% хвойных пород и 30% лиственных) и 2.64 нигрозина. Компонент-краситель черного цвета нигрозин в данном случае вводится в фенопласт. При приготовлении аминопласта бралось, мас. частей: 451,7 мочевины, 343 формальдегида, 44,8 уротропина, 384,8 целлюлозы или древесной муки - компонента-наполнителя (или того и другого). Добавлялись также красители, мас. частей: 2 стеарата цинка, 2 окиси титана, 1 сернокислого цинка, 1 сернокислого аммония и 9 сернокислого бария.
Получение фенопласта и аминопласта по стандартным технологиям, например, в виде пресс-порошков. Реализация смеси указанных компонентов обеспечивало получение имитатора костной ткани со следующим элементным составом, мас.
H (8,050), C (53,565), N (4,009), O (21,688), F (0,337), Na (0,344), Mg (0,119), Si (0,001), P (3,326), S (0,436), Cl (0,640), K (0,186), Ca (7,118), Ti (0,012), Zn (, 027), Ba (0,057), другие элементы остальные (0,068).
Для него Z эфф. 10,015, плотность ρ 1.25 кг/см3, однородность по плотности 5%
Имитатор мягкой ткани.
Используемые компоненты те же, что и для имитатора костной ткани, мас. полиэтилен (51,3), винилацетат (5,7), апатит (2,793), тяжелая фракция магнезии жженой (0,172), сернокислый натрий (0,416), кислый сернокислый калий (1,519), аминопласт (11,1), фенопласт (27,0). При этом имитатор мягкой ткани имел следующий элементный состав, мас.
H (10,105), C (67,555), N (2,601), O (16,563), F (0,051), Na (0,145), Mg (0,102), Si (0,001), P (0,534), S (0,542), Cl (0,111), K (0,444), Ca (1,094), Ti (0,007), Zn (0,016), Ba (0,035), другие элементы остальные (0.094).
Zэфф. 7.497, плотность r 1.05 г/см3, однородность по плотности 3%
Имитатор легочной ткани.
Используемые компоненты, мас. фенолформальдегидная смола, вспененная с использованием азодиизобутилонитрила 25, фенопласт 16.5, ионообменная смола КУ-2-8 5, полиэтилен 44, меламин 3.4, апатит 4.46, тяжелая фракция магнезии жженой 0.2, сернокислый натрий 0.44, кислый сернокислый калий 1. При этом имитатор легочной ткани имел следующий элементный состав, мас.
H (9,516), C (69,564), N (3,021), O (13,733), F (0,082), Na (0,147), Mg (0,117), Si (0,0159), P (0,820), S (0,386), Cl (0,167), K (0,304) Ca (1,827), Al (0,151), другие элементы остальные (0,006).
Zэфф. 7,49, плотность r 0.255 г/см3, однородность по плотности 3% Было изготовлено устройство для градуировки спектрометров излучений человека фантом торса (туловища) человека взрослого мужчины 18-20 лет, состоящий из имитаторов органов человека, выполненных из тканеэквивалентного материала с поглотителем радионуклидов. В соответствии с решаемотй задачей определением количества плутония-239, инкорпорированного в легких и/или лимфоузлах, фантом включает имитаторы легких левого и правого со вспененной альвеолярной частью, бронхи, лимфоузлы, костные ткани ребра, мягкие ткани и экраны-поглотители излучения, а также носители радионуклидов, совмещенные при калибровочных измерениях с имитаторами легких и/или лимфоузлов. Поглотитель радионуклидов является поглотителем Pu-239. В качестве тканеэквивалентного материала выбраны приведенные выше составы для соответствующих имитаторов. Габариты фантома: 290 мм (высота) х 190 мм (глубина) х 300 мм (ширина). Антропометрические характеристики левого и правого легких: объем (мл) 1820 и 1970, масса (г) 463 и 503, высота (см) - 26 и 25, толщина (см) 16 и 17, ширина (см) 12 и 13. Имитатор лимфотических узлов на бронхе выполнен в виде 4-х идентичных имитаторов моделей лимфотических узлов (10х12 мм), расположенных на цилиндрической поверхности бронха диаметром 12 мм. Экраны поглотители излучения, размерами 120х160 мм из пластин 20х40 мм толщиной 3 и 6 мм. Активности радионуклида Pu-239 в имитаторах правого и левого легких и лимфоузлов составили 96, 89 и 84 кБк соответственно с относительной погрешностью 6% Радионуклид распределен равномерно в объемах органов (равномерность 4%). Модель переднебоковой стенки туловища (груди) выполнена в виде экрана, накладываемого на модель легких, свойства которого по ослаблению фотонного излучения с энергией порядка 20 кэВ эквивалентны покровным тканям легких человека. В состав имитатора переднебоковой стенки туловища входят имитаторы ребер (костная ткань) и мышц (мягких тканей). Каркас моделирует совокупность окружающих легкие тканей и выполнен в виде остова с двумя нишами для вкладывания в них имитаторов легких и для крепления имитаторов переднебоковой стенки груди. В собранном виде фантом позволяет воспроизводить после фотонного излучения Pu-239 в пространстве и отвечает телосложению условного мужчины типа "худощавый". Экраны-поглотители излучения (дополнительные) толщиной 3 и 6 мм позволяют моделировать человека с более плотными типами телосложения. Способ изготовления фантома включал предварительный отбор компонентов для имитатора костных тканей, мягких тканей и тканей легких, как это приведено выше, из которых готовилась исходная смесь путем смешивания компоненты-основы: полиолефина (полиэтилен, винилацетат) с компонентами-наполнителями, компонентами-добавками, компонентом-поглотителем радионуклидного источника (ионообменной смолой КУ-2-8) и компонентами красителями. Причем компоненты-наполнители вводились в состав смеси посредством внесения полученных на их основе фенопласта и/или аминопласта, полученных известным путем с указанными выше инградиентами. Альвеолярная часть имитатора тканей легких до смешивания вспенивалась с использованием вспенивателя (дополнительно вводимый компонент фенолформальдегидная смола вспенивалась с использованием вспенивателя азодиизобутилонитрила). На поглотитель радионуклидов (кроме случая изготовления фантома для фоновых измерений, а также измерительного фантома) предварительно осаждалось заданное количество радионуклида, необходимого для решения конкретной задачи, и этот поглотитель радионуклида с осажденным на нем радионуклидом вносился в состав носителей радионуклидов - использовался для приготовления имитатора соответствующей ткани, из которой впоследствии изготавливался орган, соответствующим органу человека, в котором этот радионуклид локализован (носитель радионуклидов совмещался с выбранным имитатором органа человека). Для остальных используемых в фантоме имитаторов органов и тканей радионуклид в их состав не вводился. Указанные для каждого вида смеси количества компонент смеси смешивались до состояния однородности. После чего состав каждого вида смеси анализировался и, если нужно, корректировался. Затем каждый вид смеси помещался в заранее приготовленные формы. Смесь, имитирующая легочную ткань в формы легких, костную ткань в формы ребер, а смесь, имитирующая мягкую биологическую ткань в формы для элементов каркаса и т.д. Формы герметизировались и проводилось термоформование под давлением при 140-200oC. После выдержки из готовых имитаторов органов и других элементов проводилась сборка фантома.
Предложенное устройство для градуировки СИЧ позволяет получить следующие технико-экономические преимущества: обеспечить максимально-возможную близость элементных составов имитаторов костной, мягкой и легочной тканей; близость структуры имитатора легочной ткани к реальной структуре легких, которая достигается в интервале значений содержания каждого элемента, что обеспечивает наличие вариантов при изготовлении фантомов. Фантомы из этих имитаторов обеспечивают проведение калибровочных измерений, адекватных измерениям человека для различных видов излучений и любых энергетических диапазонов, что дает повышение точности определения инкорпорированного в человеке радионуклида. При использовании фантома в качестве измерительного или фантома-свидетеля повышается точность определения поглощенных доз.
Источники информации
1. Assessment of Radioactive Contamination in Man, IAEA, Vienna, 1972, p. 698.
2. Assessment of Radioactivity in man, vol.1, IAEA, Vienna, 1964, p. 117.
3. Там же, с. 125-127.
4. Phantoms and Computational model in Radiaction Therapu, Diagnosis and Protection. Table B. 2 Specifications of selected phantoms. Livermore Chest/Whole Body Calibration Phantoms.
5. Advances in Radiation Protection Monitor, IAEA, Stockholm, 1979, p. 493.
Формула изобретения: 1. Устройство для градуировки спектрометров излучений человека, выполненное в виде фантома человека и содержащее набор расположенных в нем в анатомических позициях с возможностью раздельного съема имитаторов внутренних органов, имитаторов тканей и имитаторов индивидуальной толщины тканей, выполненных из тканеэквивалентных материалов с поглотителями радионуклидов, и носители радионуклидов, совмещенные с одним или несколькими имитаторами внутренних органов человека, отличающееся тем, что имитаторы легких вспенены относительно альвеолярной части, в качестве носителей радионуклидов иcпользована ионообменная смола, а в качестве тканеэквивалентных материалов - составы со следующим содержанием элементов, мас.
Для имитаторов легких:
Водород 9,1 10,3
Углерод 60,0 75,0
Азот 2,3 3,9
Кислород 13,0 25,0
Фтор 0,07 0,10
Натрий 0,10 0,20
Магний 0,10 0,20
Кремний 0,01 0,02
Фосфор 0,30 0,96
Сера 0,30 0,60
Хлор 0,10 0,20
Калий 0,30 0,60
Кальций 0,80 2,0
Титан До 0,01
Цинк До 0,005
Барий До 0,05
Алюминий 0,05 0,20
Остальное До 100%
Для имитаторов мягких тканей:
Водород 9,5 10,3
Углерод 65,6 69,0
Азот 2,5 2,7
Кислород 15,0 18,0
Фтор До 0,7
Натрий 0,10 0,20
Магний 0,09 0,30
Кремний До 0,01
Фтор 0,40 0,69
Сера 0,50 0,69
Хлор 0,10 0,15
Калий 0,40 0,63
Кальций 0,80 1,46
Титан До 0,01
Цинк До 0,018
Барий До 0,037
Остальное До 100%
Для имитаторов костной ткани:
Водород 6,7 8,2
Углерод 48,0 54,0
Азот 3,8 4,13
Кислород 21,0 26,0
Фтор 0,30 0,40
Натрий 0,30 0,40
Магний 0,11 0,30
Кремний До 0,01
Фосфор 3,32 3,82
Сера 0,43 0,52
Хлор 0,60 0,70
Калий 0,18 0,20
Кальций 7,11 8,30
Титан До 0,012
Цинк До 0,027
Барий До 0,057
Остальное До 100%
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве ионообменной смолы используется смола марки КУ-2-8.
3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что носители радионуклидов представляют собой носители радионуклидов плутония и совмещены с имитаторами легких и/или имитаторами лимфоузлов, расположенных на поверхности бронхов.
4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что носители радионуклидов представляют собой носители радионуклидов стронция и совмещены с имитаторами костных тканей.
5. Способ изготовления устройства для градуировки спектрометров излучений человека, заключающийся в смешивании компонентов, имитирующих составы тканей и органов, вспенивании смеси для имитатора легких, формовании смесей под давлением в индивидуальных формах и последующей сборке фантома, отличающийся тем, что смеси готовят путем смешивания основы полиолефина с наполнителями, в качестве которых используют древесную муку и/или целлюлозу, добавками, в качестве которых применяют любое сочетание или отдельные компоненты апатит, меламин, серные, сернистые, другие соединения натрия, калия, магния, поглотителем радионуклидов и красителями, при этом наполнители вводят в смесь посредством внесения выполненных на их основе фенопласта и/или аминопласта, один или несколько компонентов для альвеолярной части имитатора легких или дополнительно вводимые компоненты до смешивания вспенивают с использованием вспенивателя, на поглотитель радионуклидов, вносимый в состав носителей радионуклидов, осаждают радионуклид, смешивание всех составляющих производят до однородного состояния, а затем каждую смесь подвергают анализу, по результатам которого корректируют ее состав.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в качестве полиолефина используют полиэтилен.
7. Способ по п. 5 или 6, отличающийся тем, что в качестве ингредиентов фенопласта используют фенол, формальдегид, уротропин, в качестве дополнительно вводимого компонента фенолформальдегидную смолу, а в качестве вспенивателя азодиизобутилонитрил.