Сәулелік дозаның сіңірілу бірлігі - Грей (Gy)

Кіріспе

Иондаушы сәулеленудің сіңген дозасының СИ жүйесінен алынған бірлігі.

Грей (символ: Gy) – Халықаралық бірліктер жүйесінде (СИ) иондаушы сәулелену дозасының бірлігі, бір килограмм заттың бір джоуль сәулелену энергиясын сіңіру ретінде анықталады. Ол сәулеленудің сіңірілген дозасының бірлігі ретінде қолданылады, бұл сіңіретін материалдың бірлік массасында иондаушы сәулеленудің энергиясын өлшейді және сәулемен оңалтуда, тағамдарды сәулелендіруде және сәулемен стерилизациялауда берілген дозаны өлшеу үшін пайдаланылады. Жедел сәулелену синдромы сияқты ықтимал жедел денсаулық әсерлерін болжауда маңызды және адам ағзасына стохастикалық әсерін өлшейтін сивертті пайдаланып, эквивалентті дозаны есептеу үшін қолданылады. Грей сәулелену метрологиясында керманың сәулелену шамасының бірлігі ретінде де қолданылады, ол зарядталмаған иондаушы сәулеленудің әсерінен босатылған барлық зарядталған бөлшектердің бастапқы кинетикалық энергиясының масса бірлігіне шаққандағы қосындысы ретінде анықталады. Бұл бірлік рентген және радий сәулелерін және олардың тірі тіндерге тигізетін әсерін өлшеудегі пионер болған британ физигі Луис Гарольд Грейдің құрметіне аталған. Грей 1975 жылы Халықаралық бірліктер жүйесіне қабылданды. Грейге сәйкес келетін cgs бірлігі – рад (0,01 Грей-ге тең), ол көбінесе АҚШ-та қолданылады, бірақ АҚШ Ұлттық стандарттар және технология институтының стильдік нұсқаулығында "қатты ұсынылмаған".

Радиобиология

Тоқымадағы сіңірілген дозаны өлшеу радиобиология және сәулелік терапияда өте маңызды, себебі ол сәулеленудің нысаналы тіндерге жеткен энергия мөлшерін көрсетеді. Сіңірілген дозаны өлшеу шашырау мен сіңіру салдарынан күрделі мәселе болып табылады, сондықтан осы өлшемдер үшін көптеген мамандандырылған дозиметрлер қолжетімді, олар 1D, 2D және 3D салаларында қолданылуы мүмкін. Сәулелік терапияда қолданылатын сәулелену мөлшері емделіп жатқан қатерлі ісіктің түріне және сатысына байланысты өзгереді. Емдеуге болатын жағдайларда қатты эпителиялық ісіктерге әдетте 60-80 Грей, ал лимфомаларға 20-40 Грей доза қолданылады. Алдын алу (көмекші) дозалары әдетте 1,8–2 Грей фракцияларында 45–60 Грей шамасында болады (сүт безі, бас және мойын қатерлі ісіктері үшін). Құрсақ аймағындағы рентген сәулесінің орташа дозасы 0,7 миллизиверт (0,0007 Св), құрсақ аймағындағы КТ-нің орташа дозасы 8 мСв, жамбас аймағындағы КТ-нің орташа дозасы 6 мГрей, ал құрсақ және жамбас аймағының селективті КТ-нің орташа дозасы 14 мГрей құрайды.

Радиациялық қорғау

Сорылатын доза радиациялық қорғауда маңызды рөл атқарады, себебі ол радиацияның төмен деңгейлерінен туындайтын стохастикалық денсаулық тәуекелін есептеудің бастапқы нүктесі болып табылады, ол қатерлі ісікке шақыру және генетикалық зақымдану ықтималдығы ретінде анықталады. Грей радиацияның жалпы сіңген энергиясын өлшейді, бірақ стохастикалық зақымдану ықтималдығы радиацияның түрі мен энергиясына, сондай-ақ қатысты тіндердің түрлеріне де байланысты. Бұл ықтималдылық эквивалентті дозамен, сиверттерде (Sv) өлшенетін, байланысты, оның өлшемдері грейге сәйкес келеді. Ол эквивалентті доза және тиімді доза туралы мақалаларда сипатталған салмақ коэффициенттері арқылы греймен байланысты. Халықаралық салмақтар мен өлшемдер комитеті былай мәлімдейді: "Сіңген доза D және дозаға эквивалентті H арасындағы шатасу қаупін болдырмау үшін, тиісті бірліктердің арнайы атауларын қолдану керек, яғни сіңген доза D үшін килограммға джоульдің орнына «грей» атауын, ал дозаға эквивалентті H үшін килограммға джоульдің орнына «сиверт» атауын қолдану керек".

Қоса берілген схемалар сіңген дозаның (грейлермен) есептеу әдістері арқылы қалай алынатынын және осы мәннен эквивалентті дозалардың қалай туындайтынын көрсетеді. Рентген және гамма сәулелері үшін грейдің мәні сиверттермен көрсетілгенде бірдей болады, бірақ альфа бөлшектері үшін бір грей 20 сивертке тең, және сәулелену салмақ коэффициенті тиісінше қолданылады.

Сәулеленуден улану

Сұр түс, әдетте, жоғары деңгейдегі иондаушы сәулеленуге тікелей түсу нәтижесінде алынған дозалардың "тінге тигізетін әсерінің" ауырлығын көрсету үшін қолданылады. Бұл әсерлер міндетті түрде пайда болады, ал төмен деңгейдегі сәулеленудің әсері керісінше, зақымдануға әкелу ықтималдығымен сипатталады. Бүкіл денеге 5 Грей немесе одан жоғары дозадағы жоғары энергиялы сәулеленудің тікелей түсуі көбінесе 14 күн ішінде өлімге алып келеді. LD1 – 2,5 Грей, LD50 – 5 Грей және LD99 – 8 Грей. LD50 дозасы 75 кг салмақтағы ересек адам үшін 375 джоульге тең.

Затқа сіңген доза

Сұр түс радиациялық қатайту, тамақ өнімдерін сәулелендіру және электрондық сәулелендіру сияқты процестер үшін тіндер емес материалдардағы сіңірілген дозаның қарқынын өлшеуге қолданылады. Осы процестердің дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін сіңірілген дозаның шамасын өлшеу және бақылау маңызды.

Керма

Керма ("масса бірлігіне түсетін кинетикалық энергия") сәулелену метрологиясында сәулеленудің нәтижесінде туындаған иондалу энергиясының мөлшерін өлшеу үшін қолданылады және грейлермен (сұр түс) өрнектеледі. Керма дозасы сіңірілген дозадан өзгеше, себебі иондалуға жұмсалатын энергия ескерілмейді. Төмен энергияда шамамен тең болғанымен, керма жоғары энергияда сіңірілген дозадан әлдеқайда жоғары болады, өйткені энергияның бір бөлігі сіңіретін көлемнен тормоздық сәулелену (Х-сәулелер) немесе жылдам қозғалатын электрондар түрінде шығып кетеді. Керма ауаға қатысты қолданылғанда, бұрынғы рентген бірлігімен тең, бірақ осы екі бірліктің анықтамаларында айырмашылық бар. Грей кез келген материалға тәуелсіз анықталады, ал рентген құрғақ ауадағы иондалу әсері арқылы анықталды, бұл басқа орталардағы әсерді толық көрсетпейді.

Сорылатын дозаның тұжырымдамасын және сұр түсті

Вильгельм Рентген 1895 жылғы 8 қарашада рентген сәулелерін ашты, олар медициналық диагностикада, әсіресе сынған сүйектер мен денеге енген шетелдік заттарды анықтауда тез тарады. Бұл бұрынғы әдістерге қарағанда революциялық жақсарту болды. Рентген сәулелерін кеңінен қолдану және иондаушы сәулеленудің қауіптілігін түсінудің артуына байланысты сәулелену қарқындылығын өлшеу стандарттары қажет болды. Әртүрлі елдер өздерінің анықтамалары мен әдістерін енгізді. Халықаралық стандарттауды ілгерілету үшін 1925 жылы Лондонда өткен бірінші Халықаралық радиология конгресі (ICR) өлшем бірліктерін қарастыру үшін жекелеген орган құруды ұсынды. Бұл орган – Радиациялық бірліктер мен өлшемдер жөніндегі халықаралық комиссия (ICRU) деп аталды және 1928 жылы Стокгольмде өткен екінші ICR-де Манне Зигбанн төрағалығымен құрылды. Рентген сәулелерінің қарқындылығын өлшеудің алғашқы әдістерінің бірі – ауаға толы иондық камера арқылы ауадағы иондау әсерін өлшеу болды. ICRU-дың бірінші отырысында бір рентгендік сәуле дозасы – 0 °C температурада және 1 стандартты атмосфера қысымда бір кубикалық сантиметр құрғақ ауада бір эсу зарядты тудыратын рентген сәулелерінің мөлшері ретінде анықталуы керек деп ұсынылды. Бұл сәулелену бірлігі бес жыл бұрын қайтыс болған Вильгельм Рентгеннің құрметіне рентген деп аталды. 1937 жылы ICRU отырысында бұл анықтама гамма сәулеленуіне де қолданылды. Бұл қадам стандарттауда үлкен жетістік болғанымен, ол сәулеленудің сіңірілуін тікелей өлшемейтін еді, сондай-ақ адам тіндері сияқты әртүрлі материалдардағы иондау әсерін де өлшемейтін. Ол тек нақты жағдайдағы рентген сәулелерінің әсерін – құрғақ ауадағы иондау әсерін ғана өлшейтін. 1940 жылы нейтронның адам тіндеріне тигізетін зақымдауын зерттеген Луис Гарольд Грей, Уильям Валентин Мейнорд және радиобиолог Джон Рид бірлесіп жаңа өлшем бірлігін ұсынды, ол «грамм-рентген» (символы: gr) деп аталды. Ол былай анықталды: «бірлік көлемдегі тіндердегі энергияның өсімін бірлік көлемдегі судың бір рентген сәулелену арқылы тудыратын энергия өсіміне тең қылатын нейтрон сәулеленуінің мөлшері». Бұл бірлік ауада 88 эргке тең болды және сіңірілген дозаны, кейін белгілі болғандай, сәулеленудің әсерінен немесе қарқындылығынан емес, сәулеленудің сәулеленген материалмен өзара әрекеттесуіне байланысты етті. 1953 жылы ICRU сіңірілген сәулеленудің жаңа өлшем бірлігі ретінде 100 эрг/г-қа тең радты ұсынды. Рад когерентті cgs бірліктерімен берілді. CCU сіңірілген сәулеленудің SI бірлігін сіңіретін материалдың бірлік массасына сіңірілген зарядталған бөлшектерден жиналған энергия ретінде анықтауға шешім қабылдады, бұл радтың анықтамасына ұқсас еді, бірақ MKS бірліктерінде ол килограммға джоульге тең болар еді. Бұл 1975 жылы 15-ші CGPM растады және бірлік Луис Гарольд Грейдің құрметіне «сұр» деп аталды, ол 1965 жылы қайтыс болды. Сұр 100 радқа тең болды. Айта кетейік, сантигрэй (саны жағынан радқа тең) сәулелену терапиясында сіңірілген абсолютті дозаларды сипаттау үшін бүгінгі күнге дейін кеңінен қолданылады. 1975 жылы 15-ші жалпы салмақтар мен өлшемдер конференциясында сұрды иондаушы сәулеленудің сіңірілуінің, меншікті энергия сіңіруінің және керманың өлшем бірлігі ретінде қабылдау – иондаушы сәулеленудің табиғатын түсіну және бірізді сәулелену шамалары мен бірліктерін құру бойынша жарты ғасырдан астам жұмыстың нәтижесі болды.

Wilhelm Röntgen discovered X rays on November 8, 1895, and their use spread very quickly for medical diagnostics, particularly broken bones and embedded foreign objects where they were a revolutionary improvement over previous techniques. Due to the wide use of X rays and the growing realisation of the dangers of ionizing radiation, measurement standards became necessary for radiation intensity and various countries developed their own, but using differing definitions and methods. Eventually, in order to promote international standardisation, the first International Congress of Radiology (ICR) meeting in London in 1925, proposed a separate body to consider units of measure. This was called the International Commission on Radiation Units and Measurements, or ICRU, and came into being at the Second ICR in Stockholm in 1928, under the chairmanship of Manne Siegbahn. One of the earliest techniques of measuring the intensity of X rays was to measure their ionising effect in air by means of an air filled ion chamber. At the first ICRU meeting it was proposed that one unit of X ray dose should be defined as the quantity of X rays that would produce one esu of charge in one cubic centimetre of dry air at 0 °C and 1 standard atmosphere of pressure. This unit of radiation exposure was named the roentgen in honour of Wilhelm Röntgen, who had died five years previously. At the 1937 meeting of the ICRU, this definition was extended to apply to gamma radiation. This approach, although a great step forward in standardisation, had the disadvantage of not being a direct measure of the absorption of radiation, and thereby the ionisation effect, in various types of matter including human tissue, and was a measurement only of the effect of the X rays in a specific circumstance; the ionisation effect in dry air. In 1940, Louis Harold Gray, who had been studying the effect of neutron damage on human tissue, together with William Valentine Mayneord and the radiobiologist John Read, published a paper in which a new unit of measure, dubbed the gram roentgen (symbol: gr) was proposed, and defined as "that amount of neutron radiation which produces an increment in energy in unit volume of tissue equal to the increment of energy produced in unit volume of water by one roentgen of radiation". This unit was found to be equivalent to 88 ergs in air, and made the absorbed dose, as it subsequently became known, dependent on the interaction of the radiation with the irradiated material, not just an expression of radiation exposure or intensity, which the roentgen represented. In 1953 the ICRU recommended the rad, equal to 100 erg/g, as the new unit of measure of absorbed radiation. The rad was expressed in coherent cgs units. The CCU decided to define the SI unit of absorbed radiation as energy deposited by reabsorbed charged particles per unit mass of absorbent material, which is how the rad had been defined, but in MKS units it would be equivalent to the joule per kilogram. This was confirmed in 1975 by the 15th CGPM, and the unit was named the "gray" in honour of Louis Harold Gray, who had died in 1965. The gray was thus equal to 100 rad. Notably, the centigray (numerically equivalent to the rad) is still widely used to describe absolute absorbed doses in radiotherapy. The adoption of the gray by the 15th General Conference on Weights and Measures as the unit of measure of the absorption of ionizing radiation, specific energy absorption, and of kerma in 1975 was the culmination of over half a century of work, both in the understanding of the nature of ionizing radiation and in the creation of coherent radiation quantities and units.

Сәулеленумен байланысты мөлшерлер

Төмендегі кестеде радиация шамалары SI және SI емес бірліктерде келтірілген.