Численное моделирование в дозиметрических задачах ядерной медицины и радиобиологии

15.11.2018 2018 - №04 Ядерная медицина

Э.Н. Денисова А.С. Снегирев Ю.А. Кураченко Г.В. Козьмин В.А. Бударков Н.И. Санжарова

https://doi.org/10.26583/npe.2018.4.12

Современные транспортные коды, позволяющие решать задачи переноса излучений, обычно обладают возможностью задания периодических структур, например, ячеек реактора. Эта возможность открывает путь к прецизионному (воксельному) моделированию предметной области в задачах ядерной медицины и радиобиологии. Рассмотрена задача расчета поглощенной дозы в щитовидной железе крупного рогатого скота при радиационных авариях. Цель исследования – определение согласованных значений критической дозы 131I в щитовидной железе животных, приводящей к серьезной дисфункции железы и ее последующему разрушению. Для этого выполнены комплексные исследования по уточнению параметров камерной модели, опирающиеся на достоверные экспериментальные и теоретические данные. При моделировании щитовидной железы и ее окружения использованы современные технологии. Для решения уравнения переноса излучений 131I применена программа метода Монте-Карло, учитывающая при расчете дозы вклад как γ- и β-излучений источника, так и всей цепочки вторичных излучений вплоть до полной диссипации энергии. Главный теоретический результат – полученный коэффициент конверсии активности 131I, распределенной равномерно по объему щитовидной железы, в среднюю мощность дозы в железе. Коэффициент рассчитан для животных при выбранной конфигурации предметной области и морфологии щитовидной железы. Основной практический результат – оценка нижней границы поглощенной дозы в щитовидной железе, разрушающей ее в короткие сроки при внутреннем облучении 131I.

Ссылки

1. Authors: X5 Monte Carlo Team. MCNP – A General Monte Carlo N-Particle Transport Code, Version 5. Volume I: Overview and Theory // LA-UR-03-1987. – 2003. – 484 p.
2. Кураченко Ю.А., Моисеенко Д.Н. Воксельные фантомы в задачах медицинской физики// Медицинская физика. – 2012. – №3. – С. 27-34.
3. Вознесенский Н.К., Мардынский Ю.С., Кураченко Ю.А. и др. Радионуклидная вертебропластика при метастазах в позвоночнике // Медицинская радиология и радиационная безопасность. – 2012. – Т. 57. – №3 – С. 39-43.
4. Левченко А.В., Забарянский Ю.Г., Головин А.А. и др. Программное обеспечение радионуклидной вертебропластики // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2014. – № 3. – С. 52-61.
5. Гермогенова Т.А. Численные методы решения кинетического уравнения в задачах физики защиты от излучений реактора // Атомная энергия. – 1975. – Т. 38. – Вып. 6. – С. 401-405.
6. Кураченко Ю.А. Реакторные пучки для лучевой терапии. Расчетные модели и вычислительные технологии. – Palmarium Academic Publishing, OmniScriptum GmbH&Co. RG Saarbrьcken, Deutschland (ISBN: 978-3-8473-9842- 4), 2013. – 372 p.
7. ICRP Publication 103. The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection Ann. ICRP 37. – 332 p.
8. Бударков В.А. Обоснование выбора крупного рогатого скота как одного из референтных организмов в системе защиты окружающей среды от радиации // Радиационная биология. Радиоэкология. – 2009 – Т. 49. – № 2. – С. 179-185.
9. France J., Kebreab E. Mathematical Modelling in Animal Nutrition. Centre for Nutrition Modelling University of Guelph. Wallingford: Biddles Ltd, King’s Lynn. 2008. 588 p.
10. Сироткин А.Н., Панченко И.Я., Тюменев Л.Н. и др. Сравнительное поведение 131I у коров при различных источниках поступления его в организм / В сб. Биологическое действие внешних и внутренних источников радиации. М: Медицина. 1972. – C. 72-77.
11. Одейчук А.Н. Обобщенный критерий эффективности моделей прогнозирования временных рядов в информационных системах // Біоніка інтелекту. – 2009. – № 1 (70). – PP. 113-119. Электронный ресурс: http://irbis-nbuv.gov.ua (дата доступа 01.08.2018).
12. Спирин Е.В., Лазарев Н.М., Сарапульцев И.А. Формирование дозы облучения щитовидной железы телят при поступлении 131I с кормом // Докл. РАСХН. – 2004. – № 4. С. 54-55.
13. Peksa Z., Travnichek J., Dushova H. et al. Morphological and histometric parameters of the thyroid gland in slaughter cattle // J Agrobiology. – 2011. – Vol. 28(1). – PP. 79-84.
14. Suuroja T., Jarveots T., Lepp E. Age-related morphological changes of thyroid gland in calves // Veterinarija ir zootechnika. – 2003. – Vol. 23 (45). – PP. 55-59.
15. ICRP Publication 89. 2002 Basic anatomical and physiological data for use in radiological protection: reference values. – Published by Elsevier Science Ltd. Ann. ICRP 32. – 2003. – 277 p.
16. Клепов А.Н., Кураченко Ю.А., Левченко В.А., Матусевич Е.С. Применение методов математического моделирования в ядерной медицине. – Обнинск: ОГТУ АЭ, ООО ЭНИМЦ «Моделирующие системы». 2006 – 206 c.
17. Бударков В.А., Зенкин А.С., Архипов H.И. и др. Влияние йода-131 на овец в зависимости от содержания стабильного йода в рационе // Радиобиология. – 1992. – Т. 32. – Вып. 3. – С. 451-458.
18. Бударков В.А., Архипов Н.Н., Зенкин А.С. и др. Влияние продуктов аварийного выброса Чернобыльской АЭС на щитовидную железу животных // Ветеринария – 1990. – №7. – С. 60-63.
19. A Toxicological Profile for Iodine. Agency for Toxic Substances and Disease Registry Division of Toxicology. USA. Atlanta, Georgia. – 2004. – 517 p.

моделирование предметной области моделирование транспорта излучений вокселизация предметной области базы данных on-line-вычисления радиационная авария сельскохозяйственные животные радиоактивный йод щитовидная железа камерная модель поглощенная доза

Ссылка для цитирования статьи: Денисова Э.Н., Снегирев А.С., Кураченко Ю.А., Козьмин Г.В., Бударков В.А., Санжарова Н.И. Численное моделирование в дозиметрических задачах ядерной медицины и радиобиологии. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2018. – № 4. – С. 138-151. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2018.4.12 .