Оценка коллективных доз и рисков здоровью связанных с проведением массовой флюорографии населения

Эффективная доза облучения природными источниками  излучения всех работников, включая  персонал, не должна превышать 5 мЗв/год.При  проведении профилактических медицинских  обследований годовая эффективная доза не должна превышать 1 мЗв. Этот норматив может быть превышен только в случае неблагополучной эпидемиологической обстановки по решению областного здравотдела или при необходимости лечения пациента с его согласия.

Рис.2. Летальные дозы

Перейдем теперь к другому крайнему случаю – летальным дозам. Если доза облучения достаточно велика, облученный человек погибнет. Во всяком случае, очень большие дозы облучения порядка 100 Гр вызывают настолько серьезное поражение центральной нервной системы, что смерть, как правило, наступает в течение нескольких часов или дней (Рис.2). При дозах облучения от 10 до 50 Гр при облучении всего тела поражение ЦНС может оказаться не настолько серьезным, чтобы привести к летальному исходу, однако облученный человек скорее всего все равно умрет через одну-две недели от кровоизлияний в желудочно-кишечном тракте.

При еще меньших  дозах может не произойти серьезных  повреждений желудочно-кишечного  тракта или организм с ними справится, и тем не менее смерть может  наступить через один-два месяца с момента облучения главным образом из-за разрушения клеток красного костного мозга - главного компонента кроветворной системы организма: от дозы в 3-5 Гр при облучении всего тела умирает примерно половина всех облученных.

Рассмотрим теперь важный для ядерной медицины случай – «допустимые» дозы в лучевой терапии. На Рис.3 указаны «допустимые» дозы облучения при лучевой терапии, т. е. такие дозы, которые пациент без особого вреда для себя может получить за пять сеансов в течение недели. Диаграмма дает примерное представление о том, насколько различается чувствительность к облучению разных органов и тканей организма человека.

3. Взаимодействие ионизирующих  излучений с живыми  тканями

Вид преобразований в облученном веществе зависит от типа ионизирующего излучения. Поток заряженных альфа- и бета- частиц, проходя через вещество, взаимодействует, в основном, с электронами атомов и передает им свою энергию, которая расходуется на отрыв электрона от атома (ионизация) и возбуждение атома (переход одного из электронов с ближних орбит на более удаленную от ядра оболочку). При этом энергия частиц распределяется на эти два процесса примерно пополам. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис.3 «Допустимые» дозы в лучевой терапии 
 

Табл.7 Пробег альфа- и бета- частиц в мышечной ткани.

Из таблицы  видно, что если радиоактивный элемент не находится внутри организма, альфа- частицы через неповрежденную кожу практически проникнуть не могут.

Число ионизированных и возбужденных атомов, образуемых a- частицей на единице длины пути в среде, в сотни раз больше, чем у ?- частицы. Это обусловлено тем, что масса b- частицы примерно в 7000 раз больше массы a- частицы (электрона) и, следовательно, при одной и той же энергии ее скорость значительно ниже (в воздухе - порядка 20000 км/с и 220000-270000 км/с соответственно). Очевидно, что чем меньше скорость частицы, тем больше ее вероятность взаимодействия с атомами среды, следовательно, и больше потери энергии на единице пути и меньше пробег. Из Таб.7 следует, что пробег b- частиц в мышечной ткани в 1000 раз меньше, чем пробег a- частиц той же энергии. Из этой же таблицы ясно, что альфа- и бета- излучения значимый вред живому организму приносят при попадании внутрь его, а при попадании на кожу – при высокой концентрации и длительном времени воздействия.

Нейтрино, возникающие  при каждом b- распаде ядра, не имеют массы покоя и заряда и со средой не взаимодействуют. Гамма- кванты, являющиеся очень высокочастотным электромагнитным излучением, производят в среде и живом организме ионизацию, в сотни раз меньшую, чем бета- частицы. Их проникающая способность, в отличие от заряженных частиц, очень велика. Принципиально по иному происходит взаимодействие нейтронов с веществом. Они взаимодействуют не с электронными оболочками атома, а с ядром,  
 

передавая ему  часть энергии. Вылетевшее положительно заряженное ядро производит ионизацию среды. Кроме этого, часть нейтронов малой энергии может захватываться ядром с мгновенным излучением гамма- кванта или же с образованием новых радиоактивных элементов в облучаемой среде.

Таким образом, для любого вида ионизирующих излучений, первичными процессами, которые происходят в среде, являются ионизация и возбуждение. Поэтому биологические эффекты, наблюдаемые под воздействием заряженных частиц, нейтронов и гамма- квантов, обусловлены не их физической природой, а тем более их источником (различные естественные и техногенные радионуклиды, генераторы излучений), а количеством поглощенной энергии и ее пространственным распределением (микрогеометрией), характеризуемыми линейной плотностью ионизации. Чем выше линейная плотность ионизации или, иначе, линейная передача энергии (ЛПЭ), тем больше степень биологического повреждения. Эта степень определяет относительную биологическую эффективность (ОБЭ) различного рода излучений (см. выше).

4. Поглощенные дозы  в медицине

Человек получает радиационную дозу от различных источников. Дополнительный природный радиационный фон от космического излучения и радиоактивных материалов, находящихся в земле и внутри нашего тела, составляет примерно 30-40%. Оставшиеся 10-20% приходятся на облучение от деятельности человека, в основном это медицинские исследования при рентгенографии и радиационной терапии. Вклад от последствий ядерных взрывов, работы АЭС и ТЭС на углях количественно составляет всего 0,2-1,0% (Рис.4). 

Медицинские процедуры  вносят существенный вклад в дозовую нагрузку на население. В качестве примера в Табл 8. приведены дозы облучения от различных источников фотонного излучения.

Табл.8. Дозы облучения  от источников рентгеновского и гамма- излучения

4.1 Дозы в лучевой  терапии

В практике лучевой  терапии используются дополнительные характеристики доз излучений, учитывающие  основные клинические условия. Так, под понятием входная доза понимают дозу излучений, измеренную в воздухе на определенном расстоянии между источником излучения и поверхностью тела. Особый клинический интерес представляют показания о величине дозы, которая проявляет свое действие в определенных участках тканей. Такая эффективная доза с физической точки зрения определяется как величина энергии, которая поглощается в определенном участке тела. Эффективная доза, измеренная на поверхности тела, называется поверхностной дозой, а измеренная в определенных слоях ткани – глубинной (локальной). Величина поверхностной дозы определяется не только входной дозой, но также и рассеянным излучением, которое возникает в тканях. Величина поверхностной дозы зависит от природы излучений, их энергии и объема облучаемого участка тела. Объем облучаемого участка определяется величиной поля облучения и толщиной данного участка тела.

Для определения  эффективной дозы в том или  ином участке тела важно знать  данные о пространственной, объемной и интегральной дозах, т. е. о суммарной величине энергии, поглощенной в определенном объеме тела. Терапевтическая эффективность излучений определяется в первую очередь очаговой дозой, т.е. эффективной дозой в патологическом очаге. Если ее сопоставить с дозой в облученном объеме тела, то можно получить величину относительной очаговой пространственной дозы.

Различия в  распределении дозы при воздействии обычных рентгеновых лучей и корпускулярных излучений (протоны, a-частицы и др.) высокой энергии становятся особенно отчетливыми при учете относительных глубинных доз, т. е. отношения глубинной к максимальной или поверхностной дозе. При воздействии излучений высокой энергии, учитывая особенности распределения дозы, отношение глубинной к максимальной дозе выражают в виде относительной глубинной дозы. В противоположность этому при воздействии обычных рентгеновых лучей под относительной глубинной дозой чаще понимают отношение глубинной дозы к поверхностной. Сопоставление этих двух величин относительных доз вполне возможно, так как в случае применения обычных рентгеновых лучей поверхностная доза почти совпадает с максимальной.

Особенности действия корпускулярных излучений высокой энергии в тканях определяются специфическим распределением дозы каждого вида излучений, которое отличается от такового при воздействии обычных рентгеновых лучей. За исключением нейтронов, все другие виды излучений высокой энергии, в том числе протоны и дейтроны, характеризуются следующими особенностями распределения дозы по глубине облучаемого объекта: 1) увеличением относительной глубинной дозы; 2) уменьшением поверхностной дозы; 3) уменьшением объемной дозы. Увеличение относительной глубинной дозы для лучевой терапии имеет большое значение, так как патологический очаг, находящийся на большой глубине, благодаря этому может получить большую дозу излучений без одновременного увеличения поверхностной дозы. В то время как при воздействии обычных рентгеновых лучей максимум дозы лежит близко к поверхности тела и резко падает, в подлежащих тканях при применении излучении высокой энергии максимум дозы смещен в глубину тканей; при этом отмечается значительно меньшая потеря величины дозы с глубиной.

При воздействии  излучений высокой энергии и  быстрых электронов (по сравнению  с воздействием равных доз обычных  рентгеновых лучей с энергией 200 кв.) в ткани на глубине 8 см отмечается чрезвычайно выгодное для лучевой  терапии распределение доз. В частности, уже при использовании современных установок для телегамматерапии - достигается значительное увеличение глубинных доз и уменьшение неблагоприятного действия излучений на кожу. Применение корпускулярных излучений по сравнению с телегамматерапией дает еще более выгодное распределение глубинных доз.

Корпускулярные  излучения особенно пригодны для  лечения глубоко расположенных  опухолей, так как в глубоких слоях  тканей при воздействии этого  вида излучений создается чрезвычайно  высокая относительная глубинная доза. В противоположность этому быстрые электроны с энергией от 10 до 20 Мэв в связи с особенностями распределения дозы применяются для лучевой терапии при поверхностной локализации опухолей. Быстрое падение дозы в глубине тела, которое наблюдается при воздействии электронов, положительно сказывается на относительной пространственной дозе в очаге и приводит лишь к очень незначительному облучению подлежащих здоровых тканей. Изменение величины глубинных доз в воде различных видов излучений; дозы выражены в процентах эквивалентным дозам в опухоли на глубине 8 см.