Содержание к диссертации
Введение
Глава 1, Анализ состояния радиационной защиты в медицинской рентгенологии 8
1.1. Исследование условий облучения пациентов и персонала при рентгенохирургических процедурах 13
1.2. Радиационная обстановка при рентгеноди агностических исследованиях и методы снижения ее опасности 16
1.3. Радиационная обстановка в интервенционной рентгенологии 22
1.4. Анализ аппаратного оснащения интервенционной рентгенологии 22
1.5. Методы снижения дозовых нагрузок на пациентов и персонал при проведении хирургических вмешательств 29
Глава 2. Материал и методы исследований 33
2.1. Дозиметрические исследования характеристик дозных полей в рентгенодиагностических кабинетах 33
2.2. Разработка, изготовление и контроль новых типов защитных материалов 41
Глава 3. Исследование радиационной обстановки при ренгенохирургических исследованиях 43
3.1. Дозиметрический анализ дозных полей и поверхностных доз облучения персонала рентгеновского кабинета 45
3.2. Анализ эффективных доз облучения персонала рентгенохирургических блоков и Программа их контроля 58
Глава 4. Исследование эффективных доз облучения персонала рентгенохирургическихлоков 71
4.1. Рентгенохирургические отделения, оснащенные стационарными рентгенологическими комплексами 71
4.2. Рентгенохирургические отделения, оснащенные передвижными аппаратами типа С-дуга 75
4.3. Контроль за эндопротезированием 76
Глава 5. Разработка, испытание и апробация новых типов индивидуальных защитных средств для персонала рентгенохирургических блоков 86
5.1. Разработка новых защитных материалов 86
5.2. Контроль свинцовых эквивалентов защитных материалов с редкоземельными элементами 91
5.3. Новые защитные материалы с соединениями свинца 97
5.4. Средства защиты от рентгеновского излучения на основе многослойных композитных материалов 99
Заключение 107
Выводы, 111
Список литературы ...112
Приложения
- Радиационная обстановка при рентгеноди агностических исследованиях и методы снижения ее опасности
- Разработка, изготовление и контроль новых типов защитных материалов
- Анализ эффективных доз облучения персонала рентгенохирургических блоков и Программа их контроля
- Рентгенохирургические отделения, оснащенные передвижными аппаратами типа С-дуга
Введение к работе
При всех видах рентгенологических исследований персонал, выполняющий эти исследования, находится в зоне рентгеновского излучения, т.е. относится к категории «А» лиц, подвергающихся профессиональному облучению, В связи с тем, что большая часть первичных диагнозов заболеваний устанавливаются с помощью рентгено-диагностических методов, отказаться от применения рентгеновского излучения в медицине невозможно. Даже появление таких новых методов исследования как УЗИ, ЯМР, и другие не решило эту задачу.
В рентгенологических кабинетах, выполняющих диагностические исследования органов и тканей человека, задача защиты персонала в значительной степени решена организацией двухзонной планировки кабинетов. При проведении рентгеноскопии врач рентгенолог находится вблизи пациента, как под действием рассеянного в нем излучения, так и под излучением от источника рентгеновского излучения. В большинстве случаев и при этих исследованиях защита врача осуществляется стандартными защитными средствами — малая защитная ширма, под-экранный защитный фартук и.т.п.
Иная обстановка складывается при проведении рентгенохирургических исследований, в течение которых персонал рентгенохирургического блока находится в непосредственной близости от пациента длительное время. Фактически, единственным защитным средством в этих случаях являются индивидуальные защитные фартуки. До настоящего времени эти фартуки изготавливаются из просвинцованной резины, обладающей рядом недостатков: тяжестью, отсутствием гибкости и эластичности, недолговечностью работы, связанной с выкрашиванием свинцово-содержащих компонентов, что вызывает появление токсичности от свинца.
Радиационная обстановка при рентгеноди агностических исследованиях и методы снижения ее опасности
Материалы по клиническим проявлениям профессионального хронического облучения сравнительно малыми дозами достаточно широко представлены в работах прошлых лет [22, 23, 25]. В указанных работах приводятся данные по дозам облучения и состоянию здоровья лиц различных профессий, включая рентгенологов. При суммарных дозахоблучения порядка 0,25—0,3 Зв, полученных за 10 лет профессиональной деятельности, достоверных отличий исследуемых показателей от эквивалентных в контроле не наблюдается. При увеличении суммарной дозы свыше 0,5 Зв выявляются некоторые сдвиги в основных органах, системах и их функциях. После длительного радиационного воздействия, приводящего к суммарным дозам облучения 1,5 Зв и выше, наблюдается астенический синдром, характеризующийся истощением функциональных возможностей ряда систем и их регуляторных механизмов. В работе [67], посвященной анализу влияния доз профессионального облучения на смертность врачей, показано, что наибольший уровень смертности наблюдается в возрасте от 60 до 64 лет, причем среди рентгенологов лейкемия является наиболее выраженной формой злокачественных заболеваний. Оценка состояния здоровья группы медицинских работников, выполняющих сложные рентгенологические исследования, проведенная в клинике НИИ гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР показала: в обследованной группе {80 человек) и контроле (30 человек) не обнаружены достоверные изменения величин артериального давления, показателей периферической крови, заболеваний желудочного тракта, неврологических синдромов, капиллярного кровотока в болевой чувствительности. Однако полученные результаты не являются убедительным доказательством отсутствия изменений в состоянии здоровья лиц, подвергающихся хроническому воздействию, ионизирующего излучения. Необходимо отметить, что методы излучения перечисленных клинических показателей, возможно, обладают недостаточной чувствительностью. В то же время, установление патологического воздействия малых доз хронического облучения весьма затруднительно из-за восстановительных и адаптационных процессов на всех уровнях жизнедеятельности. В связи с этим для установления опасности облучения персонала малыми дозами возникает необходимость в рассмотрении материалов по оценке возможных отдаленных неблагоприятных последствий воздействия ионизирующего излучения на людей.
Несмотря на то, что дозы 0,1—0,5 Зв и ниже, выявленные современными методами, непосредственных клинических эффектов не вызывают, среди специалистов в настоящее время распространено мнение, что даже самые малые дозы облучения могут приводить к возникновению злокачественных новообразований и генетических нарушений. В докладе Научного комитета Организации Объединенных Наций по действию атомной радиации [43] отмечается: «Накапливается все больше данных, подтверждающих, что возникновение злокачественных новообразований является наиболеесерьезным результатом действия излучения на организм человека в малых дозах». Ведущими международными организациями: Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ), Международной Комиссией по радиологичееской защите (МКРЗ), Научным комитетом по действию атомной радиации (НКДАР) при ООН в качестве медико-биологической основы практической оценки действия ионизирующих излучений признается линейная беспороговая концепция [31,43,48]. В соответствии с рекомендациями МКРЗ (Публикация № 26) для оценки последствий облучения в малых дозах проводится линейная экстраполяция данных об отдаленных последствиях, обусловленных большими дозами, в область малых доз в предположении линейной зависимости между дозой и биологическим эффектом.
Следует подчеркнуть, что за основу оценки биологического действия ионизирующих излучений и нормирования радиационных факторов взяты статистические сведения о смертности облученных от злокачественных заболеваний. Именно из-за отсутствия методов оценки состояния здоровья, обладающих высокой чувствительностью, используются статистические данные о канцерогенезе. В то же время, существует мнение (Книжников В. А.) о промоторном действии малых доз, вызывающих появление и осложнение обычных соматических заболеваний. Это подтверждается последними аналитическими исследованиями изменений комплексов показателей периферической крови [55]. Общепринятые представления по проблеме канцерогенного действия ионизирующих излучений и оценке последствий облучения на основе концепции биологического риска сводятся к следующему. Опухоли являются моноклоновыми [31] т.е развиваются из одной клетки. Энергия ионизирующих излучений во много раз (106 и более) выше энергии связи электронов и атомов в молекулах ткани. При взаимодействии ионизирующего излучения с тканью возникают неспецифические поломки (виды мутаций или хромосомных аберраций), приводящие к злокачественному перерождению клетки. Отсюда следует, что теоретически порога для действия ионизирующей радиации на атомно-молекулярном уровне не существует. Получение фактических данных, подтверждающих способность малых доз (на уровне естественного радиационного фона) вызывать отдаленные последствия, в силу статистических закономерностей, является затруднительным, по следующим причинам: эффекты малых доз носят стохастический характер, т.е. проявляются не у каждого члена контингента, подвергавшегося радиационному воздействию, а лишь у какой-то его части. Распространенность злокачественных новообра зований достовернее регистрируется по показателям смертности, а не заболеваемости. Возможные отдаленные последствия воздействия на население основных радиационных факторов (индуцированных облучением канцерогенных эффектов) рассматривают в виде риска возможного учащения случаев смерти от раковых заболеваний (табл.2), В таблице 2 принято, что латентный период возникновения опухолей Тл = 20 лет, а период жизни, в течение которого они могут появиться — 50 лет. Несмотря на отсутствие прямых доказательств опасности малых доз, существуют косвенные аргументы, основанные на представлениях о физическом взаимодействии излучений с веществом, а также о механизме лучевого канцерогенеза на молекулярном, клеточном и популяционном уровнях, свидетельствующие в пользу отсутствия порога канцерогенного действия излучений [31].
Разработка, изготовление и контроль новых типов защитных материалов
Как уже отмечалось ранее, до настоящего времени основным материалом для производства индивидуальных защитных средств была просвинцо-ванная резина. Основные недостатки данного материала очевидны. В связи с быстрым (1,5—2 года) старением и потерей эластичности связующего материала (натуральный каучук) происходит выкрашивание рентгенозащитного наполнителя (свинцовый глет) обладающего очень высоким уровнем токсичности. Именно это, а также низкие эргономические показатели (большой вес при недостаточной гибкости) делают практически непригодными данные защитные средства при проведении рентгено-хирургических процедур.
В связи с этим для разработки новых индивидуальных рентгенозащитных средств для рентгенохирургии, были применены защитные материалы, которые условно можно разделить на два направления:1. Рентгенозащитная резина, защитным наполнителем которой является смесь оксидов редкоземельных элементов (далее РЗЭ) (р = 6,6 г/см3, содержащая:остальные РЗЭ меньше 1 % и меньше 5 % иттрия). Смеси связующего с наполнителями приготовлялись в заводской лаборатории Ярославского завода РТИ на вальцах и при 15 % связующего материала (синтетический каучук) были получены приемлемые параметры соотношения эластичность/защитные свойства. Далее на коландерах РТИ была получена промышленная партия данного материала в виде техпластин двух типов:2. Свинцовый винил. В России не производится. Импортный рулонный материал для производства рентгенозащитной одежды на основе смеси ПХВ и мелкодисперсного свинцового порошка. При толщине 0,7 мм свинцовый эквивалент составляет 0,175 ммРЬ.
На производственных мощностях ООО «Рентгенкомплект» г. Москва был произведен пошив индивидуальных защитных средств специально для рентгенохирургических отделений. Причем из защитного материала на основе РЗЭ удалось создать нетоксичные средства защиты, а из материала 2 облегченный вариант фартуков за счет применения многослойного эластичного материала и дифференцированной защиты по органам.
Дозиметрический контроль разработанных и изготовленных индивидуальных защитных средств производился в соответствии с международными [61, 66] и отечественными [51] стандартами в узком и широком пучках рентгеновского излучения [55]. В общей сложности проведено более 180 дозиметрических исследований индивидуальных защитных средств.
Рентгеновское излучение, используемое в медицине с целью диагностики и терапии различных заболеваний, является одним из наиболее активных факторов лучевого воздействия на организм человека. При решении проблемы защиты от рентгеновского излучения необходимо знать дозиметрические характеристики радиационного воздействия.
В настоящее время вследствие использования современной защитной аппаратуры и мер предосторожности почти полностью исключена возможность появления у персонала непосредственных лучевых поражений (дерматиты, ожоги и т. п.). Отдельные случаи появления рентгеновской эритемы у рентгенологов, занятых рентгенохирургической или ортопедической практикой, служат не показателем общего лучевого воздействия, а скорее иллюстрацией пренебрежительного или подчас неграмотного обращения с рентгеновским излучением.
Значимость оценки облучения пациента и персонала при рентгенохирургических процедурах подтверждается принятым в 2000 году международным стандартом МЭК IEC60601-2-43-01. «Изделия медицинские электрические». Часть 2-43 «Частные требования к рентгеновским аппаратам для интервенционных процедур». Стандарт распространяется на рентгеновские аппараты, предназначенные для продолжительных интервенционных процедур под рентгеновским контролем и содержит в частности требования к эксплуатационной документации и указания по методам радиационной безопасности в условиях рентгеноскопически контролируемых хирургических вмешательств.
В соответствии со стандартом отрицательные эффекты облучения за счет его длительности в первую очередь определяются следующими процедурами: иссечения с помощью высокочастотного сердечного зонда; внутрипеченочный портосистемный шунт, вводимый через яремную вену; эмобилизация; реконструкция сердечных и других сосудов.
Обязательным условием для соответствия стандарту является создание изодозных распределений. В данном стандарте изодозные кривые приведены в относительных значениях, при которых рассеянное излучение приведено к 1мкГрхм, т.е. предусматривается измерение произведения дозы на площадь с помощью проходной ионизационной камеры, установленной на излучателе. Используются фантомы из полиметилметакрилата 25x25 см толщиной 20 и 30 см при номинальном напряжении.
Международный стандарт в рамках деятельности рабочей группы технического комитета ТК 411 Госстандарта «Аппаратура для лучевой диагностики и дозиметрические приборы» был гармонизирован в проект отечественного стандарта «Частные требования безопасности к рентгеновским аппаратам для интервенционных процедур» с участием автора в 2002 году. Однако отечественная редакция этого документа утверждена, но практика не внедрена из-за ряда сложностей. Это относится, прежде всего, к весьма условному делению интервенционных процедур на более опасные, на которые стандарт должен распространяться, и менее опасные. По нашим представлениям рентгеновские исследования при интервенционных процедурах охватывают в настоящее время значительно более широкий круг методик, включающих эндопротезирование суставов, извлечение многочисленных инородных тел, литотрипсию, лапороскопию и ряд других. По нашему мнению форма представления изодозных распределений, указанная в стандарте, также не является оптимальной. В частности не оговаривается место размещения детектора произведения «доза на площадь», исследуемая зона облучения, не предусмотрена иная форма представления удельных доз, кроме приведенных к 1мкГрхм , что существенно ограничивает производителя. Не указанно в стандарте и распределение рассеянного излучения в плоскости расположения персонала при интервенционных процедурах.
Правильно оценить радиационную опасность для персонала рентгено-диагностического кабинета, можно только при наличии достаточной информации о дозах облучения и условиях, определяющих эти дозы. К этим условиям необходимо отнести: вид рентгенологического исследования и рациональность его проведения, использование индивидуальных защитных средств, соблюдение норм приема больных и т. д.Наибольшая вероятность облучения рентгенолога имеет место при таких видах исследований, когда он оказывается в непосредственной близости
Анализ эффективных доз облучения персонала рентгенохирургических блоков и Программа их контроля
Представление об эффективной дозе (Еэф) сформулировано для оценки степени радиационного воздействия на человека неравномерным излучением [42, 48, 50]. Учитываются эквивалентные дозы (Нт) облучения тринадцати органов и тканей (т=13) и вероятность негативных последствий облучения (смертность от индуцированных злокачественных заболеваний) этих органов и тканей с помощью взвешивающих факторов (глава 1). Наличие эффективной дозы потребовало определения эквивалентных доз при всех методах рентгенологических исследований и режимах их проведения. По существу это самостоятельная, очень емкая работа, которая была выполнена в нашей стране [55, 58, 38, 23, 40].
В международной практике [52] принято осуществлять переход от поглощенной дозы в воздухе (Do) к эффективной дозе (ЕЭф) с помощью специального коэффициента 5 (рис.19).
Для использования коэффициента 5 необходимо учитывать геометрические условия облучения: переднее-заднее; заднее-переднее;
При этом считается, что в процессе любого направления облучения ему подвергается все тело облученного.
В дальнейшем для расчета эффективной дозы с помощью специальной программы необходимо оцифровать данные кривых {рис.19).Для этой цели нами получены аналитические выражения, описывающие ход кривых:
В практике рентгенохирургии преимущественно имеет место передне-заднее направление облучения, так как персонал находится лицом к пациенту. В этом случае кривая зависимости коэффициента 6 от энергии излучения будет выглядеть так, как показано на рис. 19.
Следует отметить, что кривая рис. 19 представлена для спектра рентгеновского излучения, генерируемого при U=100KB. Кривые (рис.19) заимствованы из рекомендаций Международной комиссии по радиационной защите МКРЗ [48].
Кривые (рис. 19) построены при энергии рентгеновского излучения, начиная с 40—50 кэВ. Это соответствует эффективной энергии при напряжении на рентгеновской трубке порядка 100 кВ. При рентгенохирурги-ческих исследованиях чаще всего используется напряжение порядка 70 кВ.
Спектрометрические исследования проводились по методике подробно описанной в монографии [52] (рис. 20).
Энергетический спектр излучения [N(E)] в энергетическом интервале dE (отЕ до E+dE) может быть представлен в виде: где ф(Е) — энергетическая плотность потока фотонов;N — число фотонов, проникающих в элементарную сферу с площади поперечного сечения dS за время dt;dE — энергетический интервал от Е до E+dE.
Известно, что спектр рентгеновского излучения рентгенодиагностических аппаратов состоит из непрерывного распределения тормозного излучения и дискретных линий характеристического излучения анода. Разрешение спектрометра определяется как отношение ширины пика полного поглощения на половине высоты, выраженной в единицах энергии, к значению энергии, соответствующей максимуму пика. На рис. 21 приведены результаты оценки разрешения сцинтилляционного спектрометра, полученные с помощью экспериментальной установки. Видно, что разрешение спектрометра для энергии 60 кэВ составляет 1,33%, т.е. данный спектрометр дает возможность различать линии, отстоящие друг от друга на 800 кэВ.
Измеренный (аппаратурный) спектр излучения отличается от истинного энергетического спектра фотонов. Это обусловлено тем, что в процессе прохождения через вещество детектора фотон теряет или всю энергию (поглощение) или часть своей энергии (рассеяние) в зависимости от вида взаимодействия. Следовательно, фотон, имеющий энергию Е может быть зарегистрирован как фотон, имеющий энергию Е\ причем 0 Е Е. Вероятность такого события определяется функцией отклика данного детектора К(Е , Е). Функция отклика детектора дает возможность связать истинный спектр с аппаратурным посредством уравнения Фредгольма 1-го рода [55]. где N(E ) — аппаратурный спектр; Ф(Е) — истинный спектр; К(Е , Е) — функция отклика. Чтобы получить истинный энергетический спектр необходимо решить уравнение относительно Ф(Е). Для восстановления истинного спектра используются различные методы в зависимости от типадетектора. При работе с полупроводниковыми детекторами, имеющими хорошее энергетическое разрешение, для восстановления истинного спектра обычно применяется метод «обдирки». Данный метод основан на том, что в высокоэнергетической части спектр искажается только за счет отличной от единицы фото-эффективности. Затем, по мере уменьшения энергии, заметным становится вклад утечки характеристического излучения и комптоновского распределения. Таким образом, интервал с энергией от 0 до Емахі где Ена - максимальная энергия в спектре, условно делится на 3 части: емах
Здесь Е — энергия характеристического излучения материала детектора, Есыах — граничная энергия комптоновского распределения для энергии Емах.
Обработка спектра рентгеновского излучения начинается с энергии Емах. Для первого интервала энергийГде ЄФ(Е) — фотоэфсрективность. Во втором энергетическом интервале уже необходимо учитывать утечку характеристического излучения, т.е.Где Рх(Е) — коэффициент утечки характеристического излучения из детектора. Гораздо сложнее ввести поправку на комптоновское распределение. Однако, в работе [55] было показано, что в исследуемом диапазоне энергий комптоновское распределение близко к прямоугольному. Поэтому для третьего интервала можно записать.Здесь fK(E) — коэффициент, учитывающий вклад комптоновского распределения, Ео — энергия такого моноэнергетического излучения, граница комптоновского распределения которого равна Е, т.е следует, что Соответственно: ДЕ — энергетический интервал, равный ширине канала анализатора. Проведенный [59] анализ показал, что описанный способ обработки позволяет восстанавливать спектры рентгеновского излучения с погрешностью не более 3 % от максимума распределения. Для обработки спектров рентгеновского излучения, измеренных с помощью сцинтилляционного Nal(TI) детектора была создана программа обработки OBR1. Использовался многоканальный анализатор импульсов фирмы NOK!A(pnc 23) с Nal(Tl) детектором (рис. 24).
Рентгенохирургические отделения, оснащенные передвижными аппаратами типа С-дуга
В рентгенохирургическом отделении ГКБ № 1 установлен аппарат С-Дуга фирмы Дженерал Электрик (США) типа ОЕС 9800. Размещение аппарата и расположение работающего персонала представлено на рис. 29. опорное значение эффективной дозы для рентгенолога-хирурга составляет Dn-0,5-0,7 мкГр/мАс, а для операционной медсестры Е =0,ЗмкГр/мАс. Коэффициент 5 будет равен в обоих случаях 5=0,3 как и для стационарного аппарата.
В рентгенооперационной, оснащенной аппаратом типа С-дуга, набор рентгенологических исследований, как в примере 1.
Режимы рентгенологических исследований:Опираясь на cj=4000 мАс получили:Для врача ЕЭф=0 пх5 xq=840 мкЗв для операционной медсестры;ЕЭф=0 пх 6 xq =360 мкЗв.
В результате при проведении 2—3 исследований в рабочую смену эффективная доза облучения персонала составляет Еэф=2,0—3,5 мЗв, что требует применения индивидуальной защиты. Соображения по этому поводу изложены в предыдущем разделе.Более сложная картина, характеризующаяся условиями облучения персонала рентгенохирургических кабинетов, наблюдается при контроле эндопротезирования (ГКБ № 13). Это определяется несколькими обстоятельствами: большим числом персонала, принимающего участие вэндопротезировании;« увеличением времени проведения исследований и увеличением числа контрольных рентгенограмм; повышенной физической нагрузкой, сопровождающейся сменойположения рентгенохирурга в процессе эндопротезирования.
Рассмотрим условия формирования дозовых нагрузок при этих процедурах. Типичный план рентгенохирургического кабинета представлен на рис, 20. Одновременно при проведении эндопротезирования вокруг больного находится порядка пяти человек. Исходя из дозного распределения, представленного на рис.9 можно определить ориентировочные значения опорных мощностей на поверхности каждого сотрудника:3. Анестезиолог: 0,2 мкГр/мАс.4. Операционная сестра: 0,1—0,2 мкГр/мАс.
Следует оговорить, что указанные опорные значения мощности дозы в вертикальной плоскости меняются в незначительных пределах (рис. 12 и рис. 13), поэтому приведенные данные могут быть использованы.Режим проведения исследования:
При рентгенографии указаны пределы экспозиции 20—бОмАс, т.к. могут быть использованы полупроводниковые и пленочные(с усиливающими экранами)приемники рентгеновского изображения. В результате эффективная доза за одно исследование для персонала рентгенохирургического блока составит:
В расчете приняты во внимание максимальные значения всех сомножителей. Это соответствует гигиеническим принципам оценки воздействия вредных факторов.
Таким образом, можно считать, что указанные четыре категории персонала рентгенохирургического блока, выполняющего эндопротезирование с рентгеноскопическим контролем, находятся в неблагоприятных условиях радиационного воздействия. Перечисленная группа выполняет в течение года порядка 100—150 хирургических вмешательств. Это означает, что годовая доза облучения может составить:
В результате приведенных примеров в настоящем разделе работы можно отметить высокую необходимость применения индивидуальных защитных средств. При этом в ряде случаев фактически невозможно использовать стационарную индивидуальную защиту, как это сделано в кабинете, оснащенные аппаратом типа Philips Integris Allura. В процессе проведения хирургической процедуры персонал вынужден смещаться относительно первоначального положения. При этом постепенное перемещение стационарной индивидуальной защиты практически невозможно. В связи с этим можно с уверенностью отметить необходимость создания носимых персоналом индивидуальных защитных средств, удовлетворяющих следующим требованиям: наличием необходимых защитных свойств (по свинцовому эквиваленту); легкость, мягкость, удобство использования в процессе хирургических процедур; отсутствие токсичности; достаточно длительный срок службы.
При проведении рентгенохирургических исследований, как неоднократно было отмечено выше, важнейшим элементом защиты является контроль за индивидуальными эффективными дозами облучения всех сотрудников, участвующих в процессе проведения процедур. При этом необходим контроль в процессе, после каждой процедуры и за рабочий период времени.
