Устройство для облучения объектов рентгеновскими лучами

Устройство для облучения объектов рентгеновскими лучами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области радиационных технологий, в частности к облучению объектов рентгеновским излучением. Заявляемое устройство можно использовать для облучения жидких объектов, в частности донорской крови и ее компонентов. Устройство может применяться в тех случаях, когда необходимо произвести переливание крови иммунодепрессивным больным для того, чтобы удалить из переливаемого материала любые возможные чужеродные клетки, которые могут оказаться несовместимыми с реципиентом, в целях исключения реакции "трансплантат против хозяина" (GVHD). Согласно требованиям отраслевого классификатора - «Консервированная кровь человека и ее компоненты» (ОК №91500.18.0001-2001), утвержденным приказом №25 МЗ РФ от 31.01.2002 г., а также рекомендациям экспертов Совета Европы - «Требования к производству, использованию и гарантированию качества компонентов крови» ("GUIDE ТО THE PREPARATION, USE AND QUALITY ASSURANCE OF BLOOD COMPONENTS" RECOMMENDATION №R(95)15), рекомендовано проводить облучение донорской крови и ее компонентов. Метод облучения должен обеспечить поглощенную дозу от 25 до 50 Грей.

В настоящее время для этих целей применяются в основном установки на основе источников гамма-излучения (обычно Cs137), например, установка «BIOBEAM-8000» производства фирмы "MEDIZINNTECHNIK" GMBH - Германия (www.gamma-medical.de). В таких установках облучаемый материал размещают в контейнере, который вращается относительно источника излучения, чтобы получить равномерность дозы облучения. Однако при использовании этих установок возникают следующие проблемы в процессе эксплуатации:

- необходимость создания специально защищенных помещений, обеспечения защиты персонала и его специальное обучение;

- проблемы утилизации радиоактивных источников;

- невозможность регулирования уровня излучения в зависимости от рабочей необходимости;

- невозможность мониторинга процесса облучения в режиме реального времени;

- большая радиационная опасность установки в нерабочем состоянии;

- сложность управления;

- большие габаритные размеры и вес.

Данные установки сложны в эксплуатации и очень дороги (цена до 500000 евро).

Проблемы, возникающие при использовании радиоактивных источников, позволяют решать установки, в которых применяется рентгеновское излучение, например, установка "RADGIL" производства фирмы "GILARDONI" - Италия (www.gilardoni.it). Эта установка содержит блок питания, блок управления и высоковольтный блок с рентгеновской трубкой. Облучаемый объект, например пакеты с донорской кровью, располагают в пределах конуса излучения рентгеновской трубки на лотках различной высоты и диаметра, чем ближе к фокусу рентгеновской трубки, тем меньше диаметр лотка. Однако при таком способе облучения имеет место большая неравномерность дозы облучения в вертикальной плоскости, т.к. величина дозы облучения обратно пропорциональна квадрату расстояния до фокуса рентгеновской трубки. Вследствие этого облучаемый объект должен иметь небольшую толщину, чтобы поглощенная доза по толщине укладывалась в рекомендованный диапазон. При облучении большого количества объектов необходимо удалять их от фокуса рентгеновской трубки, чтобы они размещались в пределах конуса излучения тонким слоем, что приводит к необходимости увеличения времени облучения или мощности рентгеновской трубки. Вследствие этого такая установка тоже имеет большой вес - до 1000 кг и большую потребляемую мощность - до 5.5 кВт, а также требует водяного охлаждения. Цена подобной установки также велика и доходит до 300000 евро. Данная установка является установкой стационарного типа и, в соответствии с принятыми в нашей стране санитарными правилами и нормативами СанПиН 2.6.1.1192-03, может устанавливаться только в рентгеновских кабинетах, что усложняет ее эксплуатацию.

Известно устройство для облучения крови рентгеновскими лучами (патент США №6212255, МПК G21K 5/08, приоритет 26.08.99, опубликован 03.04.2001), содержащее блок питания, две рентгеновские трубки, конусное излучение которых направлено встречно с одинаковой мощностью, а также полый контейнер для размещения облучаемого материала, расположенный симметрично между фокусами рентгеновских трубок. В этом устройстве дозы облучения от каждой рентгеновской трубки суммируются. При удалении от фокуса одной рентгеновской трубки уменьшается расстояние до фокуса второй рентгеновской трубки, и по толщине облучаемого материала суммарная доза изменяется в меньшей степени, чем доза облучения, полученная от одной трубки. Благодаря такой конструкции возможно облучение объектов с большей толщиной по сравнению с односторонним облучением и, следовательно, устройство имеет большую производительность при работе.

Однако недостатком известного технического решения является то, что неравномерность облучения имеет место не только в вертикальной плоскости контейнера, но и в горизонтальной плоскости. Это обусловлено тем, что излучение от фокуса рентгеновской трубки, которая является точечным источником, происходит под различными телесными углами относительно оси рентгеновской трубки в зависимости от ее конструкции. При этом расстояние от фокуса рентгеновской трубки до различных частей объекта облучения в горизонтальной плоскости изменяется, а следовательно изменяется доза облучения и некоторые участки объекта облучения могут не получить дозу облучения в рекомендованном диапазоне.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для облучения крови рентгеновскими лучами (патент США №6614876, МПК G21K 5/00, приоритет 16.09.2002, опубликован 02.09.2003), содержащее блок питания, две рентгеновские трубки, конусное излучение которых направлено встречно с одинаковой мощностью, а также полый контейнер для размещения облучаемого материала, расположенный симметрично между фокусами рентгеновских трубок, укрепленный внутри кольца из материала с низким атомным числом и высокой плотностью, чтобы отражать рентгеновские лучи. При такой конструкции устройства переотраженное от стенок кольца рентгеновское излучение в большей степени попадает на периферийную часть контейнера и выравнивает общую суммарную дозу излучения в горизонтальной плоскости контейнера.

Однако известное устройство не позволяет проводить облучение таких компонентов крови, как тромбоциты, в связи с тем, что они требуют постоянного помешивания при хранении в соответствии с техническим регламентом «Требования безопасности крови, ее продуктов, кровезамещающих растворов и технических средств, используемых в трансфузионно-инфузионной терапии» - Приложение №2 Постановления Правительства РФ от 26 января 2010 г. N29. Кроме того, в известном техническом решении переотраженное излучение невозможно контролировать и направить таким образом, чтобы оно в сумме с основным излучением создало равномерность дозы облучения по всему объему облучаемого объекта в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Поэтому поглощенная доза облучения в объеме облучаемого объекта останется неравномерной, что может привести к недостаточному или избыточному облучению отдельных его участков.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей устройства для облучения объектов, а также повышение равномерности дозы облучения по всему объему объекта.

Техническим результатом при реализации предлагаемого устройства является обеспечение перемешивания крови и ее компонентов при облучении, что обеспечивает полную равномерность поглощенной дозы облучения для всего объема облучаемого объекта, а также исключение возможности выхода объекта облучения из зоны облучения трубок.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для облучения объектов рентгеновскими лучами, содержащем источник питания, соединенный с двумя рентгеновскими трубками, конусное излучение которых направлено встречно с одинаковой мощностью, а также полый контейнер для размещения облучаемого материала, расположенный симметрично между фокусами рентгеновских трубок, контейнер представляет собой симметрично усеченную сферическую фигуру, вписанную в конусы излучения рентгеновских трубок, и расположен с возможностью колебаний с равной амплитудой относительно горизонтальной плоскости вокруг оси, находящейся в плоскости симметрии контейнера и пересекающейся с осью, соединяющей фокусы рентгеновских трубок.

При колебании контейнера происходит приближение периферийных частей контейнера к фокусам рентгеновских трубок, где доза излучения больше, что увеличивает поглощенную дозу излучения для периферийных частей облучаемого материала и выравнивает дозу поглощенного излучения с центральной частью. Одновременно при колебании контейнера происходит постоянное перемешивание донорской крови или ее компонентов, что обеспечивает всему объему облучаемого материала полностью одинаковую поглощенную дозу облучения. Колебания контейнера также позволяют поддерживать клетки крови и ее компонентов во взвешенном состоянии и проводить облучение всех без исключения компонентов крови, например тромбоцитов, требующих постоянного помешивания при хранении. Сферическая форма боковой поверхности контейнера исключает возможность выхода объекта из зоны облучения в процессе колебаний. При этом используется вся область излучения рентгеновской трубки, что позволяет облучать единовременно максимальный объем материала и использовать всю энергию рентгеновских трубок.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема привода для контейнера.

Устройство для облучения объектов, в частности донорской крови и ее компонентов, содержит источник питания 1, соединенный с рентгеновскими трубками 2 и 3. Контейнер 4 для размещения облучаемого материала расположен симметрично между фокусами 5 и 6 рентгеновских трубок 2 и 3, конусное излучение которых направлено встречно с одинаковой мощностью. Контейнер 4 представляет собой полую симметрично усеченную сферическую фигуру, вписанную в конусы 7 и 8 излучения рентгеновских трубок 2, 3, и укреплен с возможностью колебаний с равной амплитудой относительно горизонтальной плоскости вокруг оси 9, расположенной в горизонтальной плоскости симметрии контейнера 4 и пересекающейся с осью, соединяющей фокусы 5, 6 рентгеновских трубок 2, 3. Для обеспечения возможности колебаний контейнера 4 устройство содержит направляющие 10, тягу 11, эксцентрик 12 и двигатель вращения 13.

Устройство работает следующим образом.

При помощи источника питания 1 рентгеновские трубки 2 и 3 создают встречное конусное излучение 7, 8 равной мощности, которое облучает донорскую кровь или ее компоненты, расположенные в контейнере 4, а сам контейнер 4, имеющий максимальные горизонтальные размеры внутри области излучения конусов 7, 8, совершает колебательные движения равной амплитуды относительно горизонтальной плоскости вокруг оси 9, приближая периферийную часть контейнера 4 поочередно к фокусам 5, 6 рентгеновских трубок 2 и 3, что позволяет более полно использовать мощность рентгеновских трубок 2, 3 и более равномерно проводить облучение. При этом контейнер 4 не выходит за область излучения конусов 7, 8 рентгеновских трубок 2, 3 вследствие сферической боковой поверхности. Кроме того, в процессе колебаний осуществляется перемешивание компонентов крови. В этом случае поглощенная доза облучения, полученная компонентами крови, будет одинакова для всего облучаемого объема, и при этом сохраняются необходимые свойства крови, не допуская слипания ее компонентов.

Высота контейнера 4, при которой обеспечивается рекомендованный диапазон поглощенной дозы облучения 25-50 Гр, определяется мощностью используемых рентгеновских трубок и расстоянием между их фокусами. Например, при создании конкретного устройства на основе данного предложения использовались рентгеновские трубки типа 03БПМ25-150 производства фирмы «СВЕТЛАНА» Россия при расстоянии между фокусами трубок 514 мм, при анодном напряжении 150 кВ и анодном токе 1,56 мА. Чтобы обеспечить диапазон дозы облучения в частном случае в пределах не менее 25 Гр и не более 32 Гр по высоте в центральной части контейнера, его высота должна быть равна 80 мм. При угле расхождения конусов излучения этих трубок, равном 60°, диаметр сферы контейнера должен быть равен 256 мм. При колебаниях контейнера с частотой 60 циклов в минуту относительно вертикальной оси, соединяющей фокусы рентгеновских трубок, в пределах не более ±15° для указанных выше условий работы рентгеновских трубок уровень дозы излучения, поглощенной облучаемым материалом на периферии контейнера, составляет не менее 25 Гр и не более 32 Гр по толщине контейнера. Частота колебаний, равная 60 циклам в минуту, также обеспечивает поддержание клеток крови и ее компонентов во взвешенном состоянии.

На основе предлагаемого технического решения был спроектирован и изготовлен аппарат рентгеновский для облучения донорской крови и ее компонентов «АРДОК-1» ТУ 9444-003-75249059-2009. Данный аппарат выполнен с минимальными массогабаритными показателями и минимальным потреблением мощности от сети как аппарат передвижного типа. Это позволяет использовать его, согласно санитарным правилам и нормативам СанПиН 2.6.1.1192-03 п.7.24, вне рентгеновского кабинета, например, в тех медицинских учреждениях, где отсутствуют такие кабинеты, использовать его непосредственно на донорских пунктах, в отделениях трансплантации костного мозга, отделениях реанимации, операционных и т.п. Данный аппарат успешно прошел технические и медицинские испытания. В таблице 1 приведены сравнительные характеристики аппаратов «АРДОК-1» и «RADGIL».

Таблица 1
Параметры	Аппарат «RADGIL» фирмы «GILARDONI» - Италия	Аппарат «АРДОК-1» фирмы ООО «НПП «ВЭЛИТ» - Россия
Классификация конструктивного исполнения	Стационарный аппарат	Передвижной аппарат
Классификация по виду радиационных объектов	Радиационный объект VI категории	Радиационный объект VI категории
Требования к помещению при эксплуатации	Согласно СанПиН 2.6.1.1192-03 может работать только в рентгеновском кабинете	Согласно СанПиН 2.6.1.1192-03 п.7.24 может использоваться вне рентгеновского кабинета
Уровень мощности поглощенной дозы в камере облучения	1,10 Гр/мин на расстоянии 30 см от фокуса рентгеновской трубки; 0,65 Гр/мин на расстоянии 40 см от фокуса рентгеновской трубки	0,62 Гр/мин в центре камеры облучения; 0,72 Гр/мин на расстоянии 35 мм симметрично вверх и вниз от центра камеры облучения
Количество лотков различной высоты	2	1
Время облучения до уровня поглощенной дозы 25 Гр - 32 Гр	23 мин на расстоянии 30 см; 38,5 мин на расстоянии 40 см	45 мин

Продолжение таблицы 1
Максимальный объем облучаемого материала	До 0,4 л на расстоянии 30 см; до 0,8 л на расстоянии 40 см	До 3,0 л
Колебания лотка	отсутствует	Колебания 60 циклов в минуту
Количество рентгеновских трубок	1 шт.	2 шт.
Наличие дозиметра на выходе рентгеновского излучателя	Имеется	Имеется
Суммарная фильтрация рентгеновского излучения по поглощенной способности, не менее	0,3 мм AL	0,3 мм AL
Экранирование камеры облучения	12 мм свинца	12 мм свинца
Доза облучения на расстоянии 5 см от поверхности аппарата в любой точке, не более	0,25 мР/час	0,25 мР/час
Анодное напряжение на рентгеновской трубке	200 кВ	150 кВ
Анодный ток	12 мА	1,5 мА
Возможность регулировки анодного напряжения и тока	Имеется	Имеется
Охлаждение	Водяное	Воздушное
Потребляемая от сети мощность, не более	5,5 кВА	0,8 кВА
Сила тока при максимальной нагрузке	25 A	3,6 A
Количество фаз, напряжение, частота питающей сети	Однофазное, 220 B, 50 Гц	Однофазное, 220 B, 50 Гц
Габаритные размеры	2015×860×660 мм	1600×610×570 мм
Вес	1000 кг	350 кг

Из таблицы видно, что по сравнению с аналогами созданный аппарат «Ардок-1» имеет меньшие массогабаритные показатели, меньшее потребление энергии и большую производительность. Низкое потребление энергии дало возможность применить воздушное охлаждение, что позволило создать аппарат передвижного типа и упростить его эксплуатацию.

Устройство для облучения объектов рентгеновскими лучами, содержащее источник питания, соединенный с двумя рентгеновскими трубками, конусное излучение которых направлено встречно с одинаковой мощностью, а также полый контейнер для размещения облучаемого материала, расположенный симметрично между фокусами рентгеновских трубок, отличающееся тем, что контейнер представляет собой симметрично усеченную сферическую фигуру, вписанную в конусы излучения рентгеновских трубок, и расположен с возможностью колебаний с равной амплитудой относительно горизонтальной плоскости вокруг оси, находящейся в плоскости симметрии контейнера и пересекающейся с осью, соединяющей фокусы рентгеновских трубок.