В медицинской физике подсчет всего тела относится к измерению радиоактивности в организме человека. Этот метод в первую очередь применим к радиоактивным материалам, которые испускают гамма- лучи. Распады альфа-частиц также могут быть обнаружены косвенно по их сопутствующему гамма-излучению. В определенных обстоятельствах можно измерить бета- излучатели, но с ухудшенной чувствительностью. Используемый прибор обычно называют счетчиком всего тела.
Его не следует путать с «монитором всего тела», который используется для контроля выхода персонала, что является термином, используемым в радиационной защите для проверки внешнего загрязнения всего тела человека, покидающего зону контролируемого радиоактивного загрязнения. [1]
Если гамма-луч испускается радиоактивным элементом в организме человека из-за радиоактивного распада , и его энергии достаточно для выхода, то его можно обнаружить. Это можно сделать с помощью сцинтилляционного детектора или полупроводникового детектора, размещенного в непосредственной близости от тела. Радиоактивный распад может привести к возникновению гамма-излучения, которое не может покинуть тело из-за поглощения или другого взаимодействия, в результате которого оно может потерять энергию; поэтому это необходимо учитывать при любом анализе измерений. Подсчет всего тела подходит для обнаружения радиоактивных элементов, которые испускают нейтронное излучение или высокоэнергетическое бета-излучение (путем измерения вторичного рентгеновского излучения или гамма-излучения) только в экспериментальных приложениях. [2]
Существует много способов позиционирования человека для этого измерения: сидя, лежа, стоя. Детекторы могут быть одиночными или множественными и могут быть как стационарными, так и подвижными. Преимущества подсчета всего тела в том, что он измеряет содержимое тела напрямую, не полагаясь на косвенные методы биологического анализа (такие как анализ мочи ), поскольку он может измерять нерастворимые радионуклиды в легких.
С другой стороны, недостатки подсчета всего тела заключаются в том, что, за исключением особых обстоятельств, его можно использовать только для гамма-излучателей из-за самоэкранирования человеческого тела, и он может ошибочно интерпретировать внешнее загрязнение как внутреннее. Чтобы предотвратить этот последний случай, сначала необходимо провести тщательную дезактивацию человека. Подсчет всего тела может не позволить различить радиоизотопы, имеющие схожую энергию гамма-излучения. Альфа- и бета-излучение в значительной степени экранируется телом и не будет обнаружено снаружи, но может быть обнаружено совпадающее гамма-излучение от альфа-распада, а также излучение от родительских или дочерних нуклидов.
Любой детектор излучения является относительным прибором, то есть измеренное значение может быть преобразовано в количество присутствующего материала только путем сравнения ответного сигнала (обычно количества импульсов в минуту или секунду) с сигналом, полученным от стандарта, количество (активность) которого хорошо известно.
Счетчик всего тела калибруется с помощью устройства, известного как «фантом», содержащего известное распределение и известную активность радиоактивного материала. Принятым отраслевым стандартом является фантом Bottle Manikin Absorber (BOMAB). Фантом BOMAB состоит из 10 контейнеров из полиэтилена высокой плотности и используется для калибровки систем подсчета in vivo , которые предназначены для измерения радионуклидов, испускающих высокоэнергетические фотоны (200 кэВ < E < 3 МэВ).
Поскольку для калибровки систем подсчета in vivo использовалось множество различных типов фантомов , важность установления стандартных спецификаций для фантомов была подчеркнута на международной встрече профессионалов по подсчету in vivo, состоявшейся в 1990 году в Национальном институте стандартов и технологий (NIST). [3] Участники встречи пришли к единому мнению, что для фантома BOMAB необходимы стандартные спецификации. Стандартные спецификации для фантома BOMAB обеспечивают основу для последовательной конструкции фантома для калибровки систем измерения in vivo . Такие системы предназначены для измерения радионуклидов, которые испускают высокоэнергетические фотоны и которые, как предполагается, равномерно распределены в организме.
Хорошо спроектированная система подсчета может обнаружить уровни большинства гамма-излучателей (>200 кэВ) на уровнях, намного ниже тех, которые могут вызвать неблагоприятные последствия для здоровья людей. Типичный предел обнаружения для радиоактивного цезия ( Cs-137 ) составляет около 40 Бк. Годовой предел поступления (т. е. количество, которое даст человеку дозу, равную рабочему пределу, составляющему 20 мЗв) составляет около 2 000 000 Бк. Количество естественного радиоактивного калия, присутствующего во всех людях, также легко обнаружить. Риск смерти от дефицита калия приближается к 100%, поскольку количество калия во всем теле приближается к нулю.
Причина, по которой эти приборы настолько чувствительны, заключается в том, что они часто размещаются в низкофоновых счетных камерах. Обычно это небольшая комната с очень толстыми стенами из низкофоновой стали (~20 см) и иногда облицованная тонким слоем свинца (~1 см). Такая защита может снизить фоновое излучение внутри камеры на несколько порядков.
В зависимости от геометрии счета системы, время счета может составлять от 1 минуты до 30 минут. Чувствительность счетчика зависит от времени счета, поэтому чем дольше счет для одной и той же системы, тем лучше предел обнаружения . Предел обнаружения, часто называемый минимальной обнаруживаемой активностью (MDA), определяется по формуле:
...где N — количество отсчетов фона в интересующей области; E — эффективность подсчета; T — время подсчета.
Эта величина примерно в два раза превышает предел принятия решения — еще одну статистическую величину, которую можно использовать для определения наличия какой-либо активности (т. е. точку отсчета для дальнейшего анализа).
В 1950 году Леонидас Д. Маринелли разработал и применил низкоуровневый гамма-счетчик для измерения уровня радиации у людей, которым в начале 1920-х и 1930-х годов вводили радий, которые были заражены в результате атомных взрывов, а также случайных облучений в промышленности и медицине [4] [5] Разработанные Маринелли чувствительные методы дозиметрии и спектрометрии позволили получить общее содержание природного калия в организме человека. [6] [7] [8] [9] [10] [11] Счетчик уровня радиации Маринелли впервые был использован в больнице Биллингса Чикагского университета в 1952 году . [12]
