автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.10, диссертация на тему:Методические и технические аспекты оценки облучения пациентов при рентгенологических исследованиях



^ #

Всероссийский научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники Министерства здравоохранения РФ

на правах рукописи УДК 621.386

Жашпш Татьяна Васильевна

МЕТОДИЧЕСКИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОЦЕНКИ ОБЛУЧЕНИЯ ПАЦИЕНТОВ ПРИ РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 05.11.10

«Приборы для измерения ионизирующих излучений и рентгеновские приборы»

Москва 1999 г.

Работа выполнена в : Областной Клинической больнице Г.Владимир___

Научные руководители :

доктор биологических наук, профессор Ставицкий Р.В. кандидат технических наук Блинов H.H.

Официальные оппоненты :

доктор технических наук Владимиров JI.B. доктор технических наук Чикирдин Э.Г.

Ведущая организация :

ВНИИМП

Защита диссертации состоится В час, на заседании диссертационного с

Д 074.46.01 во ВНИИИМТ МЗ РФ по адресу : 129301 Москва ул. Касаткина, дом 3.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ВНИИИМТ.

Автореферат разослан »

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор В.Г.Веденков

Рз 6 /л / о i

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из актуальных проблем настоящего времени в стране является радиационная безопасность населения - состояние защищенности настоящего и будущего поколения людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения. "Граждане Российской Федерации, иностранные граждане и лица без гражданства, проживающие на территории России, имеют право на радиационную безопасность " - так гласит Статья 22 Федерального Закона "О радиационной безопасности населения". Медицинские рентгенологические исследования создают наиболее существенную часть антропогенной составляющей облучения человека (более 60% - 100%) дополнительно к фоновому облучению населения. Нормы радиационной безопасности (НРБ-96 2.6.054-96) формулируют обязательные требования к защите и контролю доз при рентгенологических исследованиях. С 14 по 17 октября 1997 года в Москве проходил III съезд по радиационным исследованиям стран СНГ (М.Р. N 1, 1998, с.7), главным вопросом которого было: "Существуют ли доказательства большой опасности для здоровья человека низких уровней облучения по сравнению с высокими уровнями?". Ответ на этот вопрос чрезвычайно сложен, т.к. существующие радиобиологические, биохимические и иные средства оценки изменения биологических объектов недостаточно чувствительны, чтобы решить эту задачу. Недаром несколько десятилетий продолжаются теоретические споры и изыскания о форме начального участка (при малых дозах) кривой "доза-эффект" (МКРЗ, публикации 26, 60 и др.). В то же время ответ на этот вопрос имеет колоссальное значение в медицинской практике, т.к. в этом диапазоне доз подвергается облучению практически все население страны в процессе проведения рентгенологических исследований. Следовательно, возникает ряд задач технического характера, которые необходимо решить для установления действительной опасности облучения

населения за счет рентгенологических исследований. Тем более, что с 1977 года (МКРЗ, публикация 26, 1978) введено дозиметрическое понятие, характеризующее неравномерное облучение, наблюдаемое при рентгенологических исследованиях - эффективная доза. Контроля этой расчетной величины в рентгенотехнике до настоящего времени не было. Отсюда следует необходимость разработки методов и средств непосредственного контроля эффективных доз излучения, выявление реакций организма на их воздействие (создание необходимого комплекса аппаратуры и математического оснащения) разработка принципов и создание соответствующих технических средств дооснащения рентгеновской аппаратуры, позволяющих решить поставленную задачу.

Таким образом, не вызывает сомнений необходимость и актуальность настоящей работы.

Цель исследования.

Разработка и внедрение устройства для оценки эффективных доз при рентгенологических исследованиях пациентов разного возраста, оценка состояния организма человека в результате его облучения при рентгенологических исследованиях на базе использования аналитической модели.

Задачи исследования.

1.На базе аналитической модели распознавания образов с нестатистическими исходными данными установить зависимость "доза-эффект" при однократном облучении организма в диапазоне эффективных доз от 0 до 25 мЗв.

2.Разработать, испытать и внедрить в практику регптеноднагностических отделений индикатор эффективной дозы.

Научная новизна.

1.Доказана возможность анализа уровня дозового воздействия по

множеству параметров анализа крови.

2.Получена оценка реакции организма на облучение малыми дозами

после проведения рентгенологических исследований.

3.Построены кривые "доза-эффект" в диапазоне до 25 мЗв на базе аналитической обработки анализов периферической крови пациентов до и после проведения рентгенологических исследований.

4.Разработана модель микропроцессорного управления для определения эффективной дозы, получаемой пациентами при рентгенологическом исследовании.

Практическая значимость.

1.Создана конструкция устройства индикатора эффективной дозы, которую можно использовать для 48 видов рентгенологических исследований и пациентов 5 возрастных групп.

2.Разработана методика подключения индикатора к схеме реттеиодиагностического аппарата и создан алгоритм расчета эффективной дозы при разных рентгенологических исследованиях.

З.Организован промышленный выпуск индикатора эффективной дозы

«ИНДОР-С» , к настоящему времени в лечебной сети функционирует более

200 экземпляров приборов.

4.Установлена реакция состояния здоровья организма в результате

облучения при рентгенологических исследованиях.

Апробация работы.

Материалы диссертации доложены на научно-практических конференциях технического отдела РНЦ рентгено-радиологтш МЗ РФ (11. 3. 1998 г.; 27.08.1998г.), а также на конференции рентгенологов Владимирской области

(17.05.98г.), на 15 Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» (Москва: 25.05.99 г.).

Публикации. По диссертации опубликовано 10 научных работ .

Объем и структура диссертации.

Работа состоит из четырех глав, введения, заключения, выводов, библиографии ( 171 наименование) и приложений с актами внедрения. Содержит 12 рисунков и 18 таблиц.

Основное содержание работы.

I МЕТОДИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ОБЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЗМА ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Реакцию организма человека на однократное облучение в малой дозе обнаружить исключительно трудно, так как существующие методы анализа изменений в отдельных органах и тканях не обладают достаточной чувствительностью (Ильин Л.А., Книжников В.А.; НКДР ООН; МКРЗ Публикация 30; МКРЗ Публикация 60 и др.).

Решение задачи биологической дозиметрии малых доз может быть осуществлено путем исследования показателей крови.

Реализация задачи анализа показателей крови как многопараметрической системы (анализ 13 показателей), объективно отражающих состояние объекта, в данной работе решена с привлечением автоматизированных методов оценки и реализована в виде программного продукта, позволяющего в реальном времени оценить состояние здоровья пациента после облучения при проведении рентгенологических исследований. Данный пакет прикладных программ был разработан в Экспериментальном научном объединении по физике, информатике и технике (ЭНОФИТ) и

получил название «Автоматизированная классифицирующая система» (АКС). Нами впервые применена для оценки действия малых доз на пациента при проведении рентгенологических исследований. В основе «Автоматизированной классифицирующей системы» лежит аналитическая модель, разработанная на основе нестатистических методов распознавания

образов, основанных на алгоритмах вычисления оценок.

В эксперименте, проводимом в данной работе, в качестве объектов

исследования были использованы пациенты, проходившие плановое рентгенологическое обследование желудка. Всего было обследовано 142 пациента.

Цель эксперимента заключалась в том, чтобы численно оценить эффект радиационного воздействия на организм пациента как степень различия между анализами крови, взятой у пациента: - перед рентгеновским исследованием; сразу после завершения обследования; через сутки после завершения обследования. При постановке эксперимента предполагается наличие корреляции между изменениями в аналшах крови пациента и вызывающей их причиной - рентгеновским излучением. Главная идея данного исследования состояла в том, чггобы для определения численной меры степени различия двух анализов крови одного и того же пациента использовать оценки принадлежности исследуемых анализов крови к заданным классам. Оценку степени различия двух анализов крови пациента (эффекта радиационного воздействия на него) будем называть коэффициентом воздействия и обозначать как К. Заметим, что К, как численная мера, обладает следующими основными свойствами: 1) если сравниваемые анализы крови совпадают (или почти совпадают) по всем показателям, то их оценки принадлежности к классам будут одинаковыми и, следовательно, К для них будет близок или равен нулю (т.е. пациент «не откликнулся» на воздействие); 2) если сравниваемые результаты принадлежат различным классам и лежат в центре соответствующих кластеров, то К достигает максимума и принимает значение

100% ( т.е. для заданного класса и дозы эффект радиационного воздействия наибольший); 3) во всех остальных случаях К лежит внутри интервала с границами 0% - 100%. Погрешность вычисления значений К определяется различиями в индивидуальной радиочувствительности организмов обследуемых пациентов.

Данный эксперимент проводился при следующих условиях: 1) выборка нормальных анализов крови была разбита на два хорошо различимых класса;

2) проведена операция обучения по отношению к заданным классам;

3) получены оценки принадлежности ко всем классам для каждого из пациентов до и после рентгенологического обследования ; 4) на базе оценок, полученных на этапе 3, вычислен коэффициент К (%) для каждой пары анализов, характеризующих изменение состояния организма пациента под действием рентгеновского облучения.

Все 142 пациента были амбулаторными больными и являлись мужчинами в возрасте 37-46 лет. Результат определения коэффициента К, в качестве примера, для 45 пациентов по данным их анализов крови, взятых перед экспозицией и сразу же после нее, приведены в табл. 1 наряду с эффективной дозой Е, полученной каждым пациентом. Результирующие данные табл. 1 свидетельствуют об индивидуальном разбросе степени проявления ответных реакций организма на малые дозы радиационного воздействия.

Аппроксимированные данные обобщены в виде полинома третьей степени, полученного методом наименьших квадратов .

Несмотря на столь малые дозы и большой разброс реакций организма на лучевое воздействие, четко прослеживается тенденция к возрастанию К по мере роста эффективной дозы Е. При этом, влияние индивидуальных особенностей организма имеет тенденцию к уменьшению,

В результате и на этой кривой фактически получен горизонтальный усредненный участок (плато) в диапазоне эффективных доз 1- 5 мЗв.

Погрешность оценки эффективной дозы в этом диапазоне доходит до 200%-250%, определяемой различием в индивидуальной чувствительности каждого облученного (рис. 1 ). Можно считать, что такая величина ошибки при столь малых дозах однократного облучения фактически возможна и, молено отметить, допустима. Т.к. она существенно ниже, чем возможная ошибка определения взвешивающего фактора в определении эффективной дозы.

Таблица 1.

Коэффициент воздействия К и эффективная доза Е для каждого из обследуемых пациентов.

Номер пациента Е, мЗв К, % Номер пациента Е, мЗв К,%

1 0,85 4,4 22 2,50 26,0

2 0,95 1,7 23 2,50 28,5

3 1,15 28,5 24 2,55 82,9

4 1,15 65,5 25 2,60 25,7

5 1,25 81,0 26 2,75 Ю,2

6 1,30 20,0 27 2,90 42,2

7 1,35 0,5 28 3,00 0,9

8 1,40 13,4 29 3,05 3,6

9 1,40 25,5 30 3,05 22,7

10 1,45 19,3 31 3,20 3,7

11 1,55 14,5 32 3,30 17,8

12 1,70 14,1 33 3,45 1,1

13 1,70 44,2 34 3,60 71,3

14 1,70 45,4 35 3,70 16,0

15 1,85 41,3 36 4,00 47,0

16 2,00 2,0 37 4,75 21,0

17 2,00 14,0 38 5,25 3,9

18 2,00 15,3 39 5,25 81,5

19 2,00 44,7 40 5,35 0,0

20 2,45 7,5 41 5,60 86,0

21 2,45 79,3 42 6,80 72,2

к.%

Рис 2 Кривая «доза-эффект» для исследования N2

Особый интерес представляют данные по динамике поведения коэффициентов К во времени. 7 пациентов через сутки после облучения восстанавливают состояние здоровья приблизительно к состоянию, которое было у них перед обследованием. У остальных пациентов через 24 часа эффект, вызванный рентгеновским облучением, возрастает, при этом у 12 из них такое возрастание оказывалось весьма существенным и только у одного пациента возрастание составило всего 11%.

Полученные данные свидетельствуют: 1) малые дозы облучения (до 7 мЗв) небезразличны для организма человека; 2) реакция на облучение каждого пациента различна и индивидуальна при примерно равной эффективной дозе облучения.

Проводились также исследования влияния радиационного воздействия в более широком диапазоне эффективных доз (от 1 мЗв до 25 мЗв) (рентгенохирургические сложные исследования, исследования сердца и сосудов и т.п.). На рис.2 приведена обобщенная кривая доза-эффект в данном диапазоне. Всего было проведено 183 рештенологических исследования. Средние значения эффективных доз показаны на рис 39 в виде темных треугольников. Особенностью кривой является наличие сформированного плато при эффективной дозе 22-23 мЗв. Наличие плато свидетельствует о гомеостазе организма Различие в диапазонах плато (рис. 1 и 2) может объясняться тем, что рентгенологические исследования, отраженные на рис.2

проводятся при местной и, в большинстве случаев, при общей анестезии.

Таким образом, можно констатировать, что при малых дозах

однократного радиационного воздействия (эффективные дозы от 0.04 мЗв до 25 мЗв) очень велико влияние индивидуальной чувствительности облученных. Нам представляется, что из-за выраженной частоты отрицательного эффекта облучения, следует считать воздействие на организм человека малыми дозами негативным явлением. В связи с этим следует, что при всех видах рештенологических исследованиях необходимо стремиться к

уменьшению эффективных доз как за счет усовершенствования методики исследования, так и путем экранирования пациента. Указанное еще раз подтверждает необходимость регистрации, контроля и нормирования дозовых нагрузок на пациентов в ходе проведения рентгенологических исследований.

II ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОЦЕНКИ ОБЛУЧЕНИЕ ПАЦИЕНТОВ ПРИ РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ..

Одной из основных проблем радиационной безопасности является контроль и регистрация эффективных доз в процессе проведения рентгенологических исследований. Радиационному воздействию подвергается практически все население нашей страны в процессе проведения рентгенологических исследований. Тем не менее, отказ от них невозможен, так как 70%-80% диагнозов устанавливается по их результатам (Линденбра-тен Л.Д., 1999). Отрицательный эффект, как было показано выше, даже низких уровней облучения диктует необходимость уменьшения эффективных доз получаемых пациентами в рентгеновских кабинетах. А один из основных критериев данной проблемы, это жесткий контроль за дозами с помощью аппаратных средств, определяющих эффективную дозу в процессе исследования (Федеральный Закон «О радиационной безопасности населения», НРБ-96 и др.).

По существу эффективная доза характеризует степень неравномерного облучения, которое способно вызвать такую же вероятность появления отдаленных последствий, как и данная величина (НЕ) равномерного облучения организма. Для определешш эффективных доз при разных рентгенологических исследованиях необходима информация об эквивалентных дозах, получаемых органами и тканями пациентов при этих исследованиях. В настоящее время накоплен достаточно большой материал, характеризующий эффективные дозы в медицинской рентгенологии. В процессе настоящей работы на основе обобщения материала был создан

индикатор дозы «ИНДОР-С». Индикатор дозы позволяет автоматически регистрировать эффективную дозу практически при любом ( всего 48) виде рентгенологического исследования. Распределение эквивалентных доз по эрганам и тканям было получено экспериментально на тканеэквивалентных фантомах, опубликовано и утверждено в публикации Госстандарта (РД-25645.209-85, 1986). В основу разработки прибора легли следующие тредпосылки. Эквивалентная доза облучения любого органа, во-первых, тропорциональна дозе облучения приемника рентгеновского излучения, во-)тормх, сравнительно мало зависит от напряжения (при постоянных значениях жспозиции), так как кривые ослабления рентгеновского излучения, юрмировашше к постоянной дозе на приемнике излучения, близки.

Физико-технические условия генерирования рентгеновского излучения напряжение, экспозиция, фильтрация, размер поля облучения и др.) >тносителыю мало сказываются на значении эффективной дозы по сравнению : ошибкой коэффициентов, учитывающих риск появления отдаленных юследствий облучения.

В результате этих предпосылок установлено, что Не= я х Н'е , (1)

Где я - экспозиция ( ц = 1 х 1, мАс ); Н'Е _ удельное значение эффективной дозы, т.е. значение эффективной дозы, приведенное к q' = 1 М.с.

На этой основе сконструирован прибор - индикатор дозы рентгеновский ШДОР-С (рис.3), в котором объединены два блока - измеритель экспозиции 1) и процессор (4) , в память которого заложены значения удельной эффективной дозы (Н'е ) для 48 видов рентгенологических исследований с :истемой перемножения (8) и регистрации (10). По мнемонической схеме вбираются исследуемая область, проекция (прямая, боковая) и вид ^следования (рентгеноскопия, рентгенография). В специальной таблице геречислены все виды исследований соответствующие им индексы. Каждый

индекс на приборе оснащен световым индикатором. Прибор позволяет учесп возраст пациента по пяти группам: I ~ новорожденные, II -1 год, III ~ 5 лет IV - 10 лет, V - 15 лет и старше, которые выбраны с учетом анатомо топометрических изменений пациента с возрастом. Возрастная групп; устанавливается нажатием специальной кнопки и фиксируется световыл индикатором.

Кроме вида исследования, проекции и возраста, прибор позволяет учест влияние размера поля облучения. На лицевой панели имеются установк размера ноля, оснащенные световыми индикаторами. Среднее положен* соответствует условно выбранному стандартному размеру поля для данног вида рентгенологического исследования, согласно рекомендациям основны руководств и атласов укладок.

Структурная схема прибора изображена на рис.4.

Функционально прибор состоит из следующих основных блоков:

-блок центрального процессора;

-блок индикации и клавиатуры;

-блок обработки входных данных. 1 .Блок центрального процессора.

1.1. Тактовый генератор, рабочая частота 4МГц, выполнен на элементах ZQ1, С1.С2.

1.2. Сигналы процессора D21 AD0...AD7 буферируются элементом DD22 в шину данных и защелкиваются в регистре DD23 сигналом ALE CPU. Гак образуются 8-разрядная шина данных и 8-младших адресов шиш адреса. Э стальные 8-старших адресов защелкиваются в регистре DD24 сигналом ALE ÜPU. Элемент DD25 буферирует и инвертирует сигналы микропроцессора.

1.3. Память.

Оперативная память DD35- статическое ОЗУ емкостью 2К. Постоянная тамять DD34, DD29- перепрограммируемые с ультрафиолетовым стиранием 13У емкостью по 2К. Адресное пространство: ОЗУ 8000H...87FFH, ПЗУ 1000H...07FFH, 4000H...47FFH. Элемент DD26 декодирует сигналы »бращения микропроцессора к памяти и внешним устройствам. Дешифратор дресов памяти выполнен на элементах DD36, DD37, DD27.

2.Внеппше устройства.

Дешифратор портов выполнен на элементе DD28.

2.1.Последовательный порт (Стык 2).

Выполнен на основе БИС универсального синхронно-асинхронного фиемопередатчика серии КР580 и преобразователей уровней DD 19, DD20.

2.2.Таймер ВИ53 делит тактовую частоту и выдает необходимые гастоты для последовательного порта и счетчика дозы.

2.3.Динамическая индикация.

Выполнена на основе светодиодов VD1...VD32 и семисегментпых шдгасаторов HL1...HL10, транзисторных ключей, резистора DDI.

2.4.Клавиатура.

Работает по принципу программного опроса. Состоит из кнопок > 1... S12, регистра DD2 и резисторов R47... R68.

3.Устройство ввода измеряемых данных.

ADRESS BUS

CONTROL BBS

ROM 4K

AO.,.AID

D0...D7

MEMR,CE,OE

RAM2K

A0...A10 D0...D7

MEMRJiffiMW. CE

DC

VDU

VDU

>

Входной сигнал поступает на операционные усилители DA3, DA4. Сигналы с выходов усилителей поступают на "+" входы компараторов

DA8...DA10) и сравниваются с заданными опорными напряжениями.

В регистр DD38 записываются расчетные дачные, затем они

греобразуются в аналоговую форму (DA6, DA7) и усиливаются (DAI, DA2). 'езультат сравнения с выходов компараторов поступает на входы регистра DD38 и считывается микропроцессором. Таким образом осуществляется вмерение амплитуды входного сигнала.

Апробация опытного образца прибора "Индор-С" позволила составить |бщую схему его подключения и рекомендовать точки подключения в лектрических схемах рентгенодиагностических аппаратов разного типа Таблица 2). Прибор подключается к пульту управления 1ентгенодиагностического аппарата в разрыв цепи измерения анодного тока 1ентгеновской трубки. Индикатор подключается в среднюю точку любого ентгенодиагаостического аппарата (кроме маммологических и дентальных).

После завершения испытаний индикатор дозы "Индор-С" был ассмотрен и утвержден на комиссии по аппаратам и техническому снащешпо, применяемыми в рентгенологии. Одновременно был налажен ерийный выпуск прибора, который был поставлен в Брянскую область (10 от.), во Владимирскую область (25 шт.). Индикатор эффективной дозы Индор-С" внесен в государственный реестр медицинских изделий. (№ '3/199-60).

На первой стадии эксплуатации приборов, они были поставлены в агрязненные территории Брянской области ( тема «Разработка и (спользовшше программной классифицирующей системы показателей крови (ля выявления группы риска онкологических заболеваний») для контроля и ограничения облучения населения подвергающегося постоянному вдиационному воздействию после аварии на ЧАЭС. С помощью приборов ИНДОР-С» была проведена калибровка по эффективной дозе основных

рентгенологических исследований, при которых проводилось определеш реакции организма пациента на облучение при рентгснологичесю исследованиях.

Таблица

Рекомендуемые точки подключения индикатора «Индор-С» на нанболс« распространенные типы рентгеновских аппаратов.

№ п/п Тип рентгеновского аппарата Точки подключения

1. ШЖ-750 (все модификации) Контакты «О» - «9420» в блоке питания

2. Контакты "ХвО/МО" - "Земля" на пульте управления

3. Сименс - (Тп(1огск-58) или югославские аппараты типа Увдистат или Суперикс Снять перемычку с точек подключения контрольного миллиамперметра и подключить «Идор-С» к контактам «N1(118)» и «N,(119)»

4. тт-эвоо Т1Ж-0800-1 Т1Ж-0800-2 ТШ-0800-3 Т1Ж-0800-4 ТШ-ОвООБ Контакты «97» - «98» на высоковольтном трансформаторе

5. Палатные, операционные аппараты типа 'ПЖ-018, ТЖ-Ш9 В разрыв средней точки на моноблоке трансформатора

6. Флюрограф 12Ф-7 Сериомегга-5 Сериомета-7 В разрыв средней точки на высоковольтном трансформаторе наличие разрядника обязательно

7. РУМ-20М В блоке А-2 разъем Х25, провод 24 (в разрыв) или в пульте управления последовательно между сопротивлением И-153 и одним из проводов № 88

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования позволили решить ряд пробле радиационной безопасности населения при проведении рентгенологически исследований, оценить состояние организма человека после облучеш малыми дозами. Экспериментальные исследования на базе использован]

(Автоматизированной классифицирующей системы» (АКС) позволили юстроить кривые «доза-эффект» в диапазоне до 25 мЗв, используя в качестве гритического органа анализы периферической крови пациентов до и после гроведения рентгенологических исследований. Была доказана возможность тализа дозового воздействия на организм человека по множеству параметров га базе аналитической модели основанной на нестатистических методах »аспознавания образов, алгоритмах вычисления оценок и динамического ластерного анализа (АКС).

Данные исследования позволили сделать вывод о необходимости :онтроля за эффективной дозой пациентов при проведении юнтгенологических исследований. Таким образом, возникла идея создания стройства индикатора эффективной дозы. Была разработана конструкция (рибора, которую можно использовать при 48 видах рентгенологических [сследований для пациентов 5 возрастных групп. Установление зависимости ффекгивной дозы от экспозиции позволило создать индикатор эффективной ;озы, в котором объединены два блока - измеритель экспозиции и процессор , память которого заложены значения удельных эффективных доз. 'азработана методика подключения индикатора к схеме ештенодиагностического аппарата и создан алгоритм расчета эффективной ;озы при разных рентгенологических исследованиях. Организован ромышленный выпуск приборов «Индор-С». В настоящее время в лечебной ети функционирует более 200 экземпляров приборов.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие ВЫВОДЫ:

1 .Одной из основных проблем радиационной биологии и радиационной «опасности является определите эффективных доз при

ентгенологических исследованиях, и оценка влияния их на здоровье еловека.

2.0сновой для проведения эксперимента по оценке реакции организма на слабое радиационное воздействие стала «Автоматизированная классифицирующая система» (АКС). В качестве критического органа, высокочувствительного к облучению, принята периферическая кровь.

3. На базе системы АКС проведен эксперимент по оценке эффективны* доз и реакции организма на полученное облучение. Эксперимент показал, что у 16% пациентов через сутки после облучения происходит восстановления состояния здоровья приблизительно к состоянию, которое было перед обследованием. У 84% пациентов через 24 часа эффект, вызванные рентгеновским облучением, возрастает, при этом у 12% из них тако<, возрастание оказывалось весьма существенным и только у одного пациент; возрастание составило всего 11%. Полученные данные свидетельствуют с следующем:

1) любые дозы облучения, получаемые пациентами щ» рентгенологических исследованиях, негативно воздействуют на человека;

2) реакция на облучения каждого пациента различна и индиввдуалык даже при примерно равной эффективной дозе облучения;

3) реакция организма зависит от индивидуальной чувствительносп облученных;

4) необходима разработка программ контроля эффективной дозы I прибора для их регистрации при рентгенологических исследованиях.

4.Для установления относительно отдаленных последствий облученю пациентов, прошедших рентгенологические исследования, были проведень анализы у пациентов, находящихся в клинике по поводу заболеваний органо] грудной клетки, травм черепа, нижних конечностей и поясничного отдел! позвоночника. Для всех четырех видов рентгенологических исследование зафиксирован отрицательный эффект облучения.

5.Используя полином третьей степени, методом наименьших квадраш построена кривая «доза - эффект». Графическая интерпретации

свидетельствует о большом разбросе реакций организма именно за счет различия в индивидуальной радиочувствительности пациентов. В диапазоне эффективных доз 1 мЗв - 5 мЗв получен горизонтальный участок (плато). Наличие плато можно объяснить существованием в биологических системах регуляторных механизмов, позволяющих поддерживать значите внутренних параметров практически неизменными в широком спектре условий внешней среды в течении продолжительных периодов времени.

6. Анализ экспериментов, проведенных в работе, показал, что воздействие на организм человека даже малыми дозами является негативным явлением. В связи с этим, необходимо стремиться к максимальному уменьшению эффективных доз и к созданию технических средств контроля за эффективными дозами непосредственно при проведении рентгенологических исследований.

7.Разработан алгоритм микропроцессорного управления и схема прибора для определения эффективных доз при рентгенологических исследованиях.

8. Индикатор эффективных доз «ИНДОР-С» рекомендован к постановке на производство, организован серийный выпуск прибора. В настоящее время в лечебной сети РФ функционирует более 200 приборов.

Работы, опубликованные по теме диссертации.

1. Р.В.Ставицкий, В.П. Гуслистый, Т.В.Жанина, И.Е.Сергеев, А.А.Ковальчук, Анализ реакции организма на химиотерапевтическое лечение рака молочной железы. Маммология № 2, 1998 г.

2. Р.В.Ставицкий, Л.А.Лебедев, А.А.Селиверстов, Т.В.Жанина, А.Л.Мурашов. Оценка эффективной дозы облучения пациентов при рентгенологических исследованиях. Медицинская радиология и радиационная безопасность №6, 1998 г.

3. Р.В.Ставицкий, В.П.Гуслистый, В.В.Кешелава, A.A. Селиверстов, Т.В.Жанина, A.B. Михеичев, И.Е.Сергеев. Использование показателей

периферической крови для оценки состояния здоровья и эффективное! лечения. Международный медицинский журнал №7, 1998 г,

4. Р.В.Ставицкий, Т.В. Жанина, А.И.Мурашов, А.СКовалев. Контрол эффективных доз при рентгенологических исследованиях. Медицинска техника № 2 1999 г.

5. Т.В. Жанина. Рентгеновский индикатор дозы «ИНДОР-С» и использовани его в условиях Владимирской Областной клинической больницы Медицинский вестник, 1999 г.

6. Р.В.Ставицкий, В.П. Гуслистый, И.В.Ковальчук, Т.В.Жанина С.А.Мухортов. Оценка реакции орга!Шзма человека на однократно облучение в малой дозе. Медицинская радиология и радиационна безопасность №3,1999 г.

7. Р.В.Ставицкий, Т.В.Жанина, А.И.Мурашов, А.С.Ковалев, Л.А.Лебедев С.В.Мамаев. Аппаратурное определение эффективной дозы пр] рентгенологических исследованиях. Медицинская техника №4 1999 г.

8. Доклад на 15 Российской научно-технической конференцш «Нерузрушающий контроль и диагностика» (Москва: 25.05.99 г.).

9. «Кровь - индикатор состояния организма и его систем» , М., 1999 г (Редактор Р.В.Ставицкий). Глава 2 «Автоматизированна) классифицирующая система (АКС)», стр.21-35. Глава 5 «Контрол) состояния организма при радиационном воздействии», стр. 60 -139.

10.Р.В.Ставицкий, Л.А.Лебедев, Т.В.Жанина, А.А.Селиверстов, И.М Лебеденко, А.С.Михеечев Формирова1ше дозовых нагрузок и кривы; доза-эффект для пациентов, подвергающихся рентгенологически» исследованиям. Медицинская техника №5, 1999 г.

Введение

Глава I. Методы контроля дозовых нагрузок и реакции организма на облучение малыми дозами.

1.1. Методы и средства контроля дозовых нагрузок.

1.2. Определение малых доз радиационного воздействия по реакции организма.

1.3. Обоснование программы и задач исследования.

Глава II. Аналитическая модель оценки степени облучения человека.

2.^Автоматизированная классифицирующая система . 26 2.2.Обоснование выбора математической модели анализа.

2.3 Этап обучения.

2.4.Этап принятия решения.

2.5.Основные особенности работы АКС при анализе степени облучения малыми дозами.

Глава III. Оценка степени облучения методом АКС.

Глава IV. Создание индикатора дозы "ИНДОР-С".

4.1 Аналитическая модель индикатора эффективной дозы. 55 4.2.Разработка электрической схемы прибора и изготовление макета.

4.3.Эксперементальные исследования макета и опытного образца прибора "ИНДОР-С".

4.4. Совмещение прибора «ИНДОР-С» с измерителями поверхностной дозы на площадь поля.

Одной из актуальных проблем настоящего времени в стране является радиационная безопасность населения - состояние защищенности настоящего и будущего поколения людей от вредного для их здоровья воздействия ионизирующего излучения. «Граждане Российской Федерации, иностранные граждане и лица без гражданства, проживающие на территории России, имеют право на радиационную безопасность» - так гласит Статья 22 Федерального Закона «О радиационной безопасности населения». Медицинские рентгенологические исследования создают наиболее существенную часть антропогенной составляющей облучения человека (более 60% дополнительно к фоновому облучению населения). Нормы радиационной безопасности (НРБ-96 2.6.1.05496) формулируют обязательные требования к защите и контролю доз при рентгенологических исследованиях. С 14 по 17 октября 1997 года в Москве проходил III съезд по радиационным исследованиям стран СНГ (М.Р. N 1, 1998, с.7), главным вопросом которого было: "Существуют ли доказательства большой опасности для здоровья человека низких уровней облучения по сравнению с высокими уровнями?". Ответ на этот вопрос чрезвычайно сложен, т.к. существующие радиобиологические, биохимические и иные средства оценки изменения биологических объектов недостаточно чувствительны, чтобы решить эту задачу. Недаром несколько десятилетий продолжаются теоретические споры и изыскания о форме начального участка (при малых дозах) кривой "доза-эффект". В то же время ответ на этот вопрос имеет колоссальное значение в медицинской практике, т.к. в этом диапазоне доз подвергается облучению практически все население страны в процессе проведения рентгенологических исследований. Следовательно, возникает ряд задач, которые необходимо решить для установления действительной опасности облучения населения за счет рентгенологических исследований. Тем более, что с 1977 года [103,105] введено дозиметрическое понятие, характеризующее неравномерное облучение, наблюдаемое при рентгенологических исследованиях - эффективная доза. Контроля этой расчетной величины в рентгенотехнике до настоящего времени не было. Отсюда следует необходимость разработки методов и средств непосредственного контроля эффективных доз, выявления реакций организма на их воздействие (создание необходимого комплекса аппаратуры и математического оснащения), разработка принципов и создание соответствующих технических средств дооснащения рентгеновской аппаратуры, позволяющих решить поставленную задачу.

Таким образом, отсутствие в настоящее время доказательств опасности для здоровья человека низких уровней облучения, а также технических средств контроля дозовых нагрузок на пациентов, рентгенологические исследования, обуславливает необходимость и актуальность настоящей работы.

Цель исследования.

Оценка состояния организма человека в результате его облучения при рентгенологических исследованиях с использованием аналитической модели, разработка и внедрение устройства для оценки эффективных доз при рентгенологических исследованиях пациентов разного возраста.

Задачи исследования.

1.На базе аналитической модели распознавания образов с нестатистическими исходными данными установить зависимость "доза-эффект" при однократном облучении организма в диапазоне эффективных доз от 0,8 до 25 мЗв.

2. Разработать, испытать и внедрить в практику рентгенодиагностических отделений индикатор эффективной дозы.

Научная новизна.

1.Доказана возможность анализа уровня дозового воздействия при малых дозах по множеству параметров анализа крови.

2.Получена оценка реакции организма на облучение малыми дозами после проведения рентгенологических исследований.

3.Построены кривые "доза-эффект" в диапазоне до 25 мЗв на базе аналитической обработки анализов периферической крови пациентов до и после проведения рентгенологических исследований.

4. Разработана модель микропроцессорного управления для определения эффективной дозы, получаемой пациентом при рентгенологическом исследовании.

Практическая значимость.

1.Создана конструкция индикатора эффективной дозы, который можно использовать для 48 видов рентгенологических исследований и пациентов 5 возрастных групп.

2.Разработана методика подключения индикатора к схеме рентгенодиагностического аппарата и создан алгоритм расчета эффективной дозы при разных рентгенологических исследованиях. 6

3.Организован промышленный выпуск индикатора эффективной дозы «ИНДОР-С», к настоящему времени в лечебной сети функционирует более 200 экземпляров приборов.

4. Установлена реакция организма человека в результате его облучения при рентгенологических исследованиях.

Апробация работы.

Материалы диссертации доложены на научно-практических конференциях технического отдела РНЦ рентгенорадиологии МЗ РФ (11.3.1998г.; 27.08.1998г.), на конференции рентгенологов Владимирской области ( 17.05.98 ), на 15-ой Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» (Москва: 25.05.99 г.).