Internal Bone Marrow Dosimetry: the Effect of the Exposure Due to 90sr Incorporated in yhe Adjacent Bone Segments

Настоящая работа посвящена дозиметрическому моделированию внутреннего облучения красного костного мозга (ККМ) человека от бета-излучателя 90Sr, инкорпорированного в губчатой кости. Расчет дозового коэффициента (мощности поглощенной дозы от единичной удельной активности 90Sr) основан на моделировании транспорта излучений в сегментах костей скелета с активным гемопоэзом. Сегментация существенно упрощает моделирование, но может приводить к занижению результатов из-за эмиссии электронов от соседних, прилегающих к рассматриваемому сегменту, участков кости. Целью настоящего исследования является определение влияния перекрестного облучения от соседних участков кости на поглощенную дозу в ККМ. Для этой цели были проанализированы результаты численного эксперимента по моделированию дозообразования в костных сегментах разных форм и размеров, которые входили в вычислительные фантомы скелетов людей разного пола и возраста. Были проанализированы зависимости дозовых коэффициентов от площади поверхности губчатой кости и соотношения масс костной ткани и ККМ. Найдено, что если площадь поверхности губчатой кости (SS) > 6 см^2, то эффект облучения соседними участками кости пренебрежимо мал. Для меньшей SS приращение линейных размеров губчатой кости на 2 средние длины свободного пробега электронов приводит к увеличению дозового коэффициента пропорционально отношению увеличенной площади поверхности губчатой кости к исходной в степени 0,28. Для вычислительных фантомов человека эти значения варьируют от 1,03 до 1,21 и могут быть использованы как поправочные коэффициенты для дозовых коэффициентов. Относительная стандартная неопределенность поправочного коэффициента равна 5%.

Ключевые слова

численное моделирование; вычислительные фантомы; 90; красный костный мозг; губчатая кость.

Литература

1. Loke, K.S. Dosimetric Considerations in Radioimmunotherapy and Systemic Radionuclide Therapies: A Review / K.S. Loke, A.K. Padhy, D.C. Ng, A.S. Goh, C. Divgi // World Journal of Nuclear Medicine. - 2011. - V. 10, № 2. - P. 122-138.
2. Дёгтева, М.О. Современное представление о радиоактивном загрязнении реки Теча в 1949-1956 годах / М.О. Дёгтева, Н.Б. Шагина, М.И. Воробьева, Е.А. Шишкина, Е.И. Толстых, А.В. Аклеев // Радиационная биология, радиоэкология. - 2016. - Т. 56, № 5. - С. 523-534.
3. Degteva, M.O. Enhancements in the Techa River Dosimetry System: TRDS-2016D Code for Reconstruction of Deterministic Estimates of Dose from Environmental Exposures / M.O. Degteva, E.I. Tolstykh, E.A. Shishkina, N.B. Shagina, A.Yu. Volchkova, N.G. Bougrov, B.A. Napier, M.A. Smith, L.R. Anspaugh // Health Physics. - 2019. - V. 117, № 4. - P. 378-387.
4. Дёгтева, М.О. Методологический подход к разработке дозиметрических моделей скелета человека для бета-излучающих радионуклидов / М.О. Дёгтева, Е.И. Толстых, Е.А. Шишкина, В.И. Заляпин, П.А. Шарагин, М.А. Смит, Б.А. Напье // Радиационная гигиена. - 2019. - Т. 12, № 2. - С. 66-75.
5. Degteva, M.O. Stochastic Parametric Skeletal Dosimetry Model for Humans: General Approach and Application to Active Marrow Exposure from Bone-Seeking Beta-particle Emitters / M.O. Degteva, E.I. Tolstykh, E.A. Shishkina, P.A. Sharagin, V.I. Zalyapin, A.Yu. Volchkova, M.A. Smith, B.A. Napier // PLos One. - 2021. - V. 16, № 10. - Article ID: e0257605. - 32 p.
6. Shishkina, E.A. Parametric Stochastic Model of Bone Structures to be Used in Computational Dosimetric Phantoms of Human Skeleton / E.A. Shishkina, V.I. Zalyapin, Yu.S. Timofeev, M.O. Degteva, M.A. Smith, B.A. Napier // Radiation and Applications. - 2018. - V. 3, № 2. - P. 133-137.
7. Zalyapin, V.I. Parametric Stochastic Model of Bone Geometry / V.I. Zalyapin, Yu.S. Timofeev, E.A. Shishkina // Вестник ЮУрГУ. Математическое моделирование и программирование. - 2018. - V. 11, № 2. - P. 44-57.
8. Sharagin, P.A. Segmentation of Hematopoietic Sites of Human Skeleton for Calculations of Dose to Active Marrow Exposed to Bone-Seeking Radionuclides / P.A. Sharagin, E.A. Shishkina, E.I. Tolstykh, A.Yu. Volchkova, M.A. Smith, M.O. Degteva // Medical Physics. - 2018. - V. 3. - P. 154-158.
9. Шишкина, Е.А. Аналитическое описание дозообразования в костном мозге от ^{90}Sr, инкорпорированного в кальцифицированных тканях / Е.А. Шишкина, П.А. Шарагин, А.Ю. Волчкова // Вопросы радиационной безопасности. - 2021. - № 3. - С. 72-82.
10. ICRP, 1995. Basic Anatomical and Physiological Data for Use in Radiological Protection - The Skeleton. ICRP Publication 70. Annals of the ICRP. - 1995. - V. 25, № 2. - P. 1-80.
11. Shishkina, E.A. Trabecula: A Random Generator of Computational Phantoms for Bone Marrow Dosimetry / E.A. Shishkina, Yu.S. Timofeev, A.Yu. Volchkova, P.A. Sharagin, V.I. Zalyapin, M.O. Degteva, M.A. Smith, B.A. Napier // Health Physics. - 2020. - V. 118, № 1. - P. 53-59.
12. Шарагин, П.A. Дозиметрическое моделирование кости для остеотропных бета-излучающих радионуклидов: размерные параметры и сегментация / П.A. Шарагин, Е.И. Толстых, Е.А. Шишкина, Б.А. Напье, М.А. Смит, М.О. Дёгтева // Современные проблемы радиобиологии: материалы международной научной конференции. - Минск, 2021. - С. 200-203.
13. Толстых, Е.И. Формирование доз облучения красного костного мозга человека от ^{89,90}Sr, оценка параметров трабекулярной кости для дозиметрического моделирования / Е.И. Толстых, П.A. Шарагин, Е.А. Шишкина, М.О. Дёгтева, Б.А. Напье, М.А. Смит // Современные проблемы радиобиологии: материалы международной научной конференции. - Минск, 2021. - С. 176-179.
14. Soppera, N. JANIS 4: An Improved Version of the NEA Java-Based Nuclear Data Information System / N. Soppera, M. Bossant, E. Dupont // Nuclear Data Sheets. - 2014. - V. 120. - P. 294-296.