Шишкина Елена Анатольевна – доктор биологических наук, исполняющий обязанности заведующей биофизической лабораторией Уральского научно-практического центра радиационной медицины Федерального медико-биологического агентства России; доцент кафедры радиобиологии Челябинского государственного университета
Адрес для переписки: 454014, Россия, г. Челябинск, ул. Воровского, 68-А
Elena A. Shishkina – Doctor of biology, acting Head of the Biophysical Laboratory of the Urals Research Center for Radiation Medicine; Associate Professor of the Department of Radiobiology of Chelyabinsk State University
68A Vorovsky str., Chelyabinsk, 454141, Russia
Шарагин Павел Алексеевич – младший научный сотрудник биофизической лаборатории
г. Челябинск
Pavel A. Sharagin – junior researcher the Biophysical Laboratory
Chelyabinsk
Толстых Евгения Игоревна – доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник биофизической лаборатории
г. Челябинск
Evgenia I. Tolstykh – Doctor of biology, Leading researcher of the Biophysical Laboratory
Chelyabinsk
Для расчета доз внутреннего облучения красного костного мозга применяется моделирование переноса излучений в тканях костей скелета с использованием вычислительных фантомов. Вычислительные фантомы МКРЗ созданы для стандартного человека с анатомическими характеристиками, типичными для среднестатистического индивидуума. Дозы, рассчитываемые на основе таких фантомов, будут соответствовать неким среднепопуляционным, а индивидуальная изменчивость будет вносить стохастическую компоненту неопределенности в оценку доз. Целью настоящей работы является оценка влияния вариабельности химического состава и плотности кости на результаты дозиметрического моделирования. Использовали вычислительные фантомы фрагментов костей скелета, которые представлены простыми геометрическими фигурами, заполненными трабекулярными структурами и костным мозгом и покрытыми снаружи кортикальным слоем. Перенос излучений имитировался методом Монте-Карло. Рассчитывались коэффициенты перехода от удельной активности радионуклидов к мощности поглощенной дозы в красном костном мозге при их равномерном распределении в объеме трабекулярной либо кортикальной кости. На основе расчетов получены коэффициенты, позволяющие конвертировать удельную активность радионуклида в единицы мощности поглощенной дозы в красном костном мозге. В результате численных экспериментов было показано, что вариации химического состава в пределах физиологических показателей не вносят дополнительной погрешности больше ±4% в значение доз на красный костный мозг. Влияние плотности костной ткани на формирование дозы в красном костном мозге зависит от размера фантома. Для фантомов, чьи линейные размеры превышают две длины свободного пробега электронов (~ 0,44 см), вариабельность плотности костной ткани в пределах ±3% приводит к аналогичной по величине относительной неопределенности коэффициентов перехода. Однако для фантомов меньших размеров вариабельность плотности костной ткани приводит к неопределенностям этих коэффициентов равным 6% или 13%, если источник депонирован в трабекулярной или кортикальной кости соответственно. Полученные результаты будут использованы при оценке суммарной неопределенности поглощенных доз красным костным мозгом с учетом неопределенности всех используемых параметров, включая вариабельность морфометрических характеристик костей, вариабельности распределения красного костного мозга между структурами скелета, а также неопределенность, привносимую модельными приближениями.
Dosimetric modeling of radiation transport in skeletal bone tissues using computational phantoms provides the doses of internal exposure to active marrow. Computational phantoms of ICRP are created for reference people with anatomical and physiological characteristics typical of an average individual. The doses calculated with such phantoms will correspond to certain population-average values. Individual variability will introduce a stochastic component of uncertainty into the dose estimation. The objective of this study is to assess the influence of variability of chemical composition and bone density on the results of dosimetric modeling. The phantoms are represented by simple geometry figures filled with trabecular structures and bone marrow and covered with a cortical layer. Radiation transport was simulated using the Monte Carlo method. The dose factors to convert the radionuclide activity concentration to absorbed dose rates in active marrow were calculated assuming uniform radionuclide distribution in the volume of the trabecular and cortical bone. As a result of the numerical experiments, it has been shown that variations in chemical composition do not introduce an error of more than ± 4% into dosimetric modeling. The effect of bone density on active marrow dose formation depends on the size of a phantom. For computational phantoms with linear dimensions exceeding two electron free path lengths (~ 0.44 cm), variability of bone density within ± 3% leads to a similar relative uncertainty of the dose conversion factor. However, for smaller phantoms, bone density variability leads to uncertainties of 6% or 13% for a source deposited in the trabecular or cortical bone, respectively. The results obtained will be used to assess the uncertainty of bone marrow dosimetry, taking into account the uncertainty of all parameters including the variability of morphometric characteristics of bones, the variability of the active marrow distribution in skeletal sites, as well as the uncertainties introduced by model approximations.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.