Ανάπτυξη και εφαρμογή μεθόδων μέτρησης ραδιονουκλιδίων με μετρητή ολόσωμης ακτινοβολίας
Authors: Βαλάκης Στράτος 
Published: August 2021

ΕισαγωγήΟι Μετρητές Ολόσωμης Ακτινοβολίας (ΜΟΑ) χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιοϊατρικές εφαρμογές και στην ακτινοπροστασία, με σκοπό την ανίχνευση και ποσοτικοποίηση ραδιονουκλιδίων που εντοπίζονται στο σώμα και εκπέμπουν γ ακτινοβολία και ενίοτε για τον προσδιορισμό της βιοκατανομής τους. Τα ανιχνευόμενα ραδιονουκλίδια εντοπίζονται ως φυσικά συστατικά, ως αποτέλεσμα ιατρικών πράξεων ή ως στοιχεία ραδιενεργού ρύπανσης, εισερχόμενα στον οργανισμό μέσω διαφόρων οδών όπως π.χ. μέσω ενδοφλέβιας χορήγησης, εισπνοής ή κατάποσης. Στο Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων (ΕΙΦΠΙ) βρίσκεται εγκατεστημένος πρότυπος ΜΟΑ τύπου εγγύς θωράκισης με σάρωση κλίνης. Η ανίχνευση της ακτινοβολίας γίνεται μέσω δεκατεσσάρων κυλινδρικών ανιχνευτών NaI(Tl), ονομαστικών διαστάσεων 15.7 cm × 5.0 cm, που βρίσκονται τοποθετημένοι σε δύο ομάδες επάνω και κάτω από την εξεταστική κλίνη καθώς και δύο κυλινδρικών ανιχνευτών NaI(Tl), ονομαστικών διαστάσεων 29.2 cm × 10.2 cm, που είναι τοποθετημένοι σε ειδικές εσοχές δεξιά και αριστερά της κινούμενης κλίνης. Αντικείμενο εργασίαςΣκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η λεπτομερής διερεύνηση των παραμέτρων που επηρεάζουν την αξιοπιστία και την ακρίβεια των μετρήσεων του ΜΟΑ και η ανάπτυξη και εφαρμογή μεθόδων για τη βελτίωση τους. Αναπτύχθηκε μέθοδος βαθμονόμησης, η οποία βασίστηκε σε μαθηματική προσομοίωση του μετρητή και των ομοιωμάτων. Η βελτιωμένη λειτουργικότητα του ΜΟΑ ελέγχθηκε μέσω μετρήσεων σε εθελοντές.ΜέθοδοςΔιενεργήθηκαν μετρήσεις σε ανθρωπόμορφα ομοιώματα, τα οποία δομήθηκαν από πλαστικά δοχεία που περιείχαν υδατικά διαλύματα 40Κ, 137Cs και 99mTc, καθώς επίσης και σε 50 περίπου ενήλικους εθελοντές διαφόρων ηλικιών και σωματικών δομών. Οι μετρήσεις υποστηρίχθηκαν από προσομοίωση Monte Carlo με χρήση του κώδικα MCNP. Η ακρίβεια των υπολογισμών του κώδικα ελέγχθηκε έναντι αποτελεσμάτων που προέκυψαν από πειραματικές μετρήσεις σε φυσικά ομοιώματα. Παρατηρήθηκε συμφωνία μεταξύ πειραματικών και θεωρητικών αποτελεσμάτων.ΑποτελέσματαΠροκαταρκτικές μετρήσεις σε υγιείς εθελοντές με εκτιμώμενη ποσότητα ολόσωμου καλίου 143 g, παρουσίασαν βραχύχρονο συντελεστή μεταβλητότητας 5.3%, ο όποιος ήταν περίπου δύο φορές μεγαλύτερος από τον αναμενόμενο θεωρητικά. Βρέθηκε ότι η χαμηλή αξιοπιστία των μετρήσεων συσχετίζεται με τη μεταβλητότητα της συγκέντρωσης ραδονίου και των θυγατρικών του προϊόντων στον αέρα του δωματίου του μετρητή. Αναπτύχθηκαν δύο μέθοδοι για την βελτίωση της αξιοπιστίας. Εφαρμόστηκε διορθωτικός συντελεστής στο καταγραφόμενο σήμα των αντίστοιχων περιοχών ενδιαφέροντος, ο οποίος βασίστηκε στους μετρούμενους παλμούς που καταγράφονται στην ενεργειακή περιοχή των 1764 keV (υπό την παρουσία 214Bi). Εγκαταστάθηκε σύστημα αερισμού στο δωμάτιο του μετρητή στοχεύοντας στη μείωση και τη σταθεροποίηση των επιπέδων ραδονίου στο χώρο. Ο συντελεστής μεταβλητότητας των μετρήσεων σε ομοιώματα και εθελοντές μειώθηκε στο 2.96%.Μελετήθηκαν εναλλακτικές μέθοδοι ανάλυσης φασμάτων για τον προσδιορισμό των καταγραφόμενων παλμών στις περιοχές των κορυφών των 661 keV και 1460 keV. Βρέθηκε ότι για μετρήσεις χαμηλών επιπέδων ραδιενέργειας, η βέλτιστη αξιοπιστία επιτεύχθηκε με απλή άθροιση των παλμών στις περιοχές ενδιαφέροντος με χρήση συμμετρικών παραθύρων πλάτους 1.23 φορές το FWHM και 1.28 φορές το FWHM για τις δύο κορυφές, αντίστοιχα. Βρέθηκε πειραματικά ότι η ανιχνευτική απόδοση του μετρητή μειώνεται όταν ο νεκρός χρόνος του συστήματος είναι μεγαλύτερος από 25%. Προσομοιώσεις που διενεργήθηκαν για τη μελέτη της εξάρτησης της ανιχνευτικής απόδοσης του ΜΟΑ από το σωματότυπο και ελέγχθηκαν με πειραματικές μετρήσεις σε ομοιώματα, έδειξαν διαφορές στη ανιχνευτική απόδοση φωτονίων 662 keV και 1460 keV σε σχέση με το σωματότυπο ως και 35% και 24% αντίστοιχα. Βρέθηκε επίσης ότι ακραίες μεταβολές της πυκνότητας του σώματος οδηγούν σε μεταβολή της απόδοσης της τάξης του 4.5% κατά την ανίχνευση φωτονίων ενέργειας 1460 keV.Οι μέθοδοι που αναπτύχθηκαν, εφαρμόστηκαν σε in vivo μετρήσεις 50 ενηλίκων εθελοντών για τον προσδιορισμό της ολόσωμης ποσότητας 40Κ και 214Bi, σε δύο ασθενείς στους οποίους είχε χορηγηθεί ενδοφλέβια ποσότητα 153Sm για τον προσδιορισμό των μακρόβιων ραδιενεργών προσμίξεων στο ραδιοφάρμακο και σε μετρήσεις ακτινοπροστασίας σε επαγγελματικά εκτιθέμενους εργαζόμενους.Συμπεράσματα Προσομοιώσεις χρησιμοποιήθηκαν για την διερεύνηση της επίδρασης στην απόδοση ανίχνευσης, που οφείλεται στις διαστάσεις και την σύσταση του σώματος. Βρέθηκε το βέλτιστο ενεργειακό παράθυρο για την επεξεργασία φασμάτων 137Cs και 40K. Επίσης βρέθηκε ότι η απόδοση ανίχνευσης μειώνεται όταν ο νεκρός χρόνος είναι μεγαλύτερος από 25%.Βρέθηκε ότι η αξιοπιστία των μετρήσεων επηρεάζεται από την μεταβλητότητα των επιπέδων ενεργότητας του ραδονίου και των θυγατρικών προϊόντων στον αέρα. Η εφαρμογή μεθόδου αερισμού και της ημι-εμπειρικής μεθόδου διόρθωσης που αναπτύχθηκε βελτίωσαν την αξιοπιστία των μετρήσεων.Ο ΜΟΑ χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση της ολόσωμης ποσότητα καλίου σε ενήλικες εθελοντές, για την ανίχνευση και ποσοτικοποίηση ραδιενεργών προσμίξεων σε ασθενείς στους οποίους χορηγήθηκε 153Sm. και για την εκτίμηση των επιπέδων ρύπανσης σε επαγγελματικά εκτιθέμενους εργαζόμενους.