авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Удк 616.314:614.876 дубовский сергей васильевич развитие метода оценки индивидуальных дозовых нагрузок по спектрам электронного парамагнитного резонанса эмали зубов

ИНСТИТУТ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ «БЕЛРАД» УДК 616.314:614.876 ДУБОВСКИЙ Сергей Васильевич РАЗВИТИЕ МЕТОДА ОЦЕНКИ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ДОЗОВЫХ НАГРУЗОК ПО СПЕКТРАМ ЭЛЕКТРОННОГО ПАРАМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА ЭМАЛИ ЗУБОВ 05.26.02 — безопасность в чрезвычайных ситуациях (при воздействии ионизирующих излучеений) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук МИНСК – 2003 Работа выполнена в Научно-исследовательском клиническом институте радиационной медицины и эндокринологии Министерства здравоохране ния Республики Беларусь Научный руководитель: доктор биологических наук КИРИЛЛОВ Вла димир Андреевич. Белорусский государственный медицинский универси тет. Заведующий лабораторией ЭПР-дозиметрии и цитологии.

Научный консультант: кандидат технических наук УГОЛЕВ Игорь Ива нович. Государственное научное учреждение Институт физико-органичес кой химии Национальной академии наук Беларуси. Заведующий лаборато рией радио- и масс-спектрометрии.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, старший научный сотрудник ЖЕМЖУРОВ Михаил Леонидович. Объединенный институт энергетических и ядерных исследований — Сосны Национальной академии наук Беларуси. Отделе ние «Институт радиоэкологических проблем». Заведующий лабораторией радиационно-химических исследований окружающей среды;

кандидат технических наук ЛАПТЕНОК Сергей Антонович. Белорус ский центр медицинских технологий, информатики, управления и эконо мики здравоохранения Министерства здравоохранения Республики Бела русь. Ведущий научный сотрудник лаборатории мониторинга материаль но-технического обеспечения организации здравоохранения.

Оппонирующая организация:

Международный государственный экологический университет им. А. Д. Сахарова Защита состоится " 27 " января 2004 г. в 14 ч. 00 мин.

на заседании Совета по защите диссертаций Д29.01.01 Института радиа ционной безопасности «БЕЛРАД» по адресу:

220114, г. Минск, Староборисовский тракт, 11.

Телефон ученого секретаря Совета: 237-03-89.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института радиацион ной безопасности «БЕЛРАД».

Автореферат разослан " 19 " декабря 2003 г.

Ученый секретарь Совета по защите диссертаций, кандидат технических наук Н.А. Корбут -1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы диссертации. Авария на ЧАЭС привела к за грязнению 24% территории республики Беларусь, что составляет 70% всех загрязненных территорий бывшего Советского Союза. Около 2,2 миллио нов людей (22% от всей популяции) подверглись радиационному воздей ствию. Для изучения влияния внешнего облучения на состояние здоровья лиц, пострадавших в результате аварии на ЧАЭС, прогноза течения забо левания, научного анализа ситуации, прогноза последствий аварии и выяв ление группы риска, нуждающейся в первоочередном углубленном меди цинском обследовании, необходимо знание индивидуальных поглощенных доз.

В настоящее время по прошествии более десяти лет после аварии на Чернобыльской АЭС ретроспективная оценка индивидуальных дозовых нагрузок крайне затруднена. Одним из наиболее перспективных методов определения индивидуальных поглощенных доз является ЭПР-дозиметрия по эмали зубов.

Возникновение радиационно-индуцированного сигнала в спектрах ЭПР эмали зубов впервые отмечено в работе [Bredy et al., 1968]. Способ определения индивидуальной поглощенной дозы с помощью ЭПР спектроскопии развивался в ряде последующих работ [Ikeya et al., 1984;

Pass et al., 1985;

Rodas-Duran et al., 1985;

Ikeya et al., 1986;

Ikeya, 1994].

Суть метода заключается в том, что, во-первых, в эмали зубов под дейст вием радиации образуются стабильные долгоживущие (время жизни 106– 107 лет) радикалы [Grn et al., 1987];

во-вторых, количество радикалов, об разующихся при радиационном воздействии, находится в линейной зави симости от дозы облучения в широком интервале 0-300 Гр [Wieser et al., 1988]. Эти два принципа позволяют использовать эмаль зубов в качестве природного дозиметра. Считывание информации о суммарной накоплен ной дозе в таком индивидуальном дозиметре осуществляется методом ЭПР-спектроскопии, регистрирующим радикалы, образовавшиеся на дан ный момент в эмали зубов.

Несмотря на значительное развитие этого метода в последние годы, до сих пор не выработано единого подхода к определению дозовых нагру зок.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Дис сертационная работа выполнена в соответствии с госпрогаммой по мини мизации и преодолению последствий катастрофы на ЧАЭС на 1996- гг. в рамках раздела "Изучение влияния радиологических последствий Чернобыльской катастрофы на здоровье людей, разработка методов и средств диагностики, лечения и профилактики у различных категорий по страдавших", номер госрегистрации — 1996505;

государственной про -2 граммой Республики Беларусь по преодолению последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС на период 2001-2005 гг. и на период до 2010 г. в рамках раздела "Радиационная защита и дозовый мониторинг населения", номер госрегистрации — 20013281.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является разра ботка методики оценки индивидуальных дозовых нагрузок на основе изу чения спектральных характеристик парамагнитных центров, возникающих в эмали зубов при радиационном и механическом воздействиях.

Цель будет достигнута в результате решения следующих задач:

Разработать алгоритм и компьютерную программу для определения индивидуальных поглощенных доз при разложении экспериментальных спектров ЭПР эмали зубов на фоновую и радиационно-индуцированную компоненты путем их нелинейного моделирования.



Оценить зависимость величины рассчитываемой индивидуальной по глощенной дозы от точности учета формы фонового сигнала, присущего спектру ЭПР эмали зубов отдельного индивидуума.

Установить связь между параметрами интегральной свертки первых производных функций Лоренца и Гаусса и параметрами аппроксимации суммой этих функций.

Выявить парамагнитные центры, формирующиеся при различных ви дах механического воздействия на эмаль зубов.

Оценить вклад механо-индуцированных сигналов в величину рассчи тываемой дозовой нагрузки и разработать компьютерную программу учета этого вклада.

Разработать протокол для унификации метода ЭПР-дозиметрии по эмали зубов.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являлась эмаль зубов, удаленных по стоматологическим показаниям, а предметом исследования — спектры ЭПР эмали зубов при радиационном и механи ческом воздействиях.

Гипотеза. Существует предположение о наличии в спектрах ЭПР эмали зубов скрытого сигнала, локализованного в спектральной области радиационно-индуцированного сигнала, который дает вклад в реконструи руемую поглощенную дозу и повышает нижний порог чувствительности метода ЭПР-дозиметрии. Природа этого сигнала неизвестна. Мы предпо лагаем, что источником такого сигнала могут быть парамагнитные центры, формирующиеся в образцах эмали при механическом воздействии на зу бы, как в процессе лечения, так и препарирования.

Методология и методы проведенного исследования. Исследования проводились с помощью метода ЭПР-спектроскопии.

-3 Научная новизна и значимость полученных результатов. Выявле ны и изучены два типа механо-индуцированных парамагнитных центров.

Одни, стабильные, возникают в эмали при обработке зубов стоматологиче скими борами. Другие, нестабильные, — в процессе дробления эмали на мелкие гранулы. Проведена оценка вклада механо-индуцированных пара магнитных центров в величину реконструированной индивидуальной до зовой нагрузки. Показана важность учета индивидуальной формы фоново го сигнала в ЭПР-дозиметрии по эмали зубов. Разработан алгоритм и ком пьютерная программа для нелинейного моделирования эксперименталь ных спектров ЭПР, позволяющие разделять сложные спектры на фоновую, радиационно- и механо-индуцированную компоненты, и исследовать влияние различных параметров модели на конечный результат.

Практическая значимость полученных результатов. Создана ком пьютерная программа для нелинейного моделирования эксперименталь ных спектров ЭПР эмали зубов, с помощью которой можно проводить ис следования по спектральному составу сложных сигналов. Найденные за кономерности и разработанная компьютерная программа позволяют полу чить адекватные результаты измерения дозовых нагрузок, делать это в ав томатическом режиме без вмешательства оператора, что крайне важно для унификации метода ЭПР-дозиметрии по зубам.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Модель аксиально-анизотропных парамагнитных центров адекват но описывает компоненты и спектры ЭПР облученной эмали зубов в це лом.

2. Величина реконструируемой дозовой нагрузки зависит от формы модели фонового сигнала, применяемой при математической обработке экспериментальных спектров ЭПР эмали зубов.

3. Линейная комбинация первых производных функций Лоренца и Гаусса с высокой степенью точности аппроксимирует интегральную свертку этих функций.

4. Образцы эмали зубов, подвергавшихся стоматологическому лече нию и препарированию, содержат стабильные и нестабильные механо индуцированные парамагнитные центры.

5. Стабильные механо-индуцированные радикалы вносят вклад в оп ределяемые индивидуальные поглощенные дозы.

Личный вклад соискателя. Весь материал получен, обработан и проанализирован лично автором.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссер тации докладывались на "4th International Symposium on ESR Dosimetry and Applications" (Munich, Germany, May 15-19, 1995);

"First International Conference of The European Commission, Belarus, Russian Federation and -4 Ukraine on The Radiological Consequences of The Chernobyl Accident" (Minsk, March 18-22, 1996);

"3rd Workshop on Dose Reconstruction" (Bad Honnef, Germany, November 18-21, 1996);

"Sixth Symposium on Chernobyl related Health Effects" (Tokyo, Japan, December, 1997);

"International Conference on Biodosimetry and 5th International Symposium on ESR Dosimetry and Applications" (Obninsk, Russia, June 22-26, 1998);

"First Research Coordinated Meeting of International Atomic Agency's Co-ordinated Research Project on EPR Biodosimetry" (Budapest, Hungary, 2-3 July, 1998);

международном симпозиуме "Актуальные проблемы дозиметрии" (Минск, Беларусь, 27-29 октября 1999г.);

"Second Research Coordinated Meeting of International Atomic Agency's Co-ordinated Research Project on EPR Biodosimetry" (Vienna, Austria, 26-30 November, 2001).

Опубликованность результатов. Результаты исследований опубли кованы в 16 печатных работах, из которых 1 — монография, 7 — статьи в научных периодических журналах, 1 — статья в сборнике, 2 — материалы конференций и 5 — тезисы докладов различных научных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация написана на русском языке, содержит введение, общую характеристику работы, три главы (об зор литературы, материалы и методы, результаты и обсуждение), за ключение, выводы и список использованных источников.

Работа изложена на 121 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок и 5 таблиц. Библиография включает 131 источник.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Первая глава посвящена обзору развития и применения метода ЭПР дозиметрии. В ней обсуждаются существующие методы реконструкции поглощенных доз, возможности и практическое использование метода ЭПР-дозиметрии по эмали зубов.

Во второй главе рассмотрены материалы и методы, примененные при проведении исследований.

Материалы исследования. В работе исследовались зубы, собранные в стоматологических кабинетах центральных областных больницах гг. Го меля, Могилева, Витебска и Минска, а также специализированной клини ки НИКИ радиационной медицины и эндокринологии. Собранные зубы хранились в 40 % растворе формалина или 10 % растворе спирта. При этом на каждый зуб, удаленный по стоматологическим показаниям, запол нялся специальный паспорт.

При препарировании образцов зубы предварительно очищали от ос татков органических веществ, зубного камня, пигментированных вкрапле ний, пораженных кариесом участков и последовательно промывали в -5 спирте, воде и ацетоне. Затем коронку зуба отделяли от корня и кололи по полам с помощью кусачек.

Механическое отделение эмали от дентина и пульпы осуществляли с помощью обработки зубов сменными стальными или твердосплавными борами различной величины на низких оборотах вращения ( об/мин) с водяным охлаждением. Чтобы минимизировать механический эффект, вызванный трением боров о поверхность эмали зубов, обработка проводилась кратковременными воздействиями менее 1 с.

Моделирование механо-индуцированных сигналов, возникающих в процессе отделения эмали от дентина при препарировании и лечении зу бов осуществлялось путем отделения эмали от дентина стальными или твердосплавными борами на высоких оборотах вращения ( 300 об/мин). В этих экспериментах время механического воздействия боров на эмаль составляло 1-2 с.





При механическом препарировании образцов чтобы избежать воз можных ошибок при оценке дозовых нагрузок необходимо исключить ис пользование алмазных боров. Такие боры, как показало специально про веденное исследование, содержат парамагнитные центры, инициирующие сигналы в спектре ЭПР в диапазоне между 3-ей и 4-ой линиями эталон ного образца Mn2+ в MgO.

Очищенную эмаль дробили в агатовой ступке на мелкие гранулы раз мером около 1 мм. После этого их выдерживали в течение одних суток в термостате при температуре +40 °С для устранения нестабильных механо индуцированных сигналов.

Методы исследования. Измерение спектров эмали зубов проводилось на ЭПР-спектрометре Bruker ECS модель 106 (Германия) в Х-диапозоне с использованием прямоугольного резонатора 4102 ST. Регистрация спек тров эмали проводилась при следующих характеристиках спектрометра:

мощность СВЧ-поля — 10 мВт, частота модуляции магнитного поля — 100 кГц, амплитуда модуляции магнитного поля — 0.25 мТл, ширина раз вертки магнитного поля — 10 мТл, центр развертки магнитного поля — 345.8 мТл, время развертки поля — 10.49 с, постоянная времени приемни ка — 10.24 мс, коэффициент усиления — 105, число точек спектра — 1024, число накоплений спектра — 100, температура — комнатная.

Для оценки истинной ширины линии механо-индуцированных сигналов, возникающих при отделении эмали от дентина с помощью стальных или твердосплавных боров на высоких оборотах вращения, и пиковой амплитуды App линии амплитуду модуляции уменьшали до Aм=0.08 мТл, а число накоплений увеличивали до 200-400, не изменяя ос тальных характеристик регистрации. Для определения значения g факторов использовали стандарт Mn2+ в MgO.

-6 При изучении кинетики затухания сигнала, возникающего в процессе дробления, цельный кусок эмали, полученный из половины зуба с помо щью стальных или твердосплавных боров на низких оборотах вращения ( 30000 об/мин), дробили в агатовой ступке на гранулы размером около мм и помещали в кварцевую ампулу. После регистрации спектра ампулу с образцом инкубировали в термостате при температуре 40 °С в течение 2, 6, 12, 24 и 48 ч и повторяли процедуру регистрации. В случае исследова ния кинетики затухания сигнала при комнатной температуре ампула с об разцом не извлекалась из резонатора.

Для построения калибровочной прямой дополнительное облучение эмали зубов проводили суммарными дозами -излучения 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0 и 4.0 Гр с погрешностью 6 % от образцового источника 60Co мощ ностью 0.2 мГр/с. При этом, образцы помещались между двумя пластина ми плексигласа толщиной 6 мм. После каждого сеанса облучения образцы инкубировали при 50 °С в течение суток для устранения нестабильной ра диационно-индуцированной компоненты.

Обработка спектров ЭПР, результатов исследования и формирование базы данных осуществлялись на компьютере типа IBM PC/AT. Специаль ные компьютерные программы "Зубная эмаль", "Зубная эмаль-2" и "Зуб ная эмаль-3" для реконструкции дозовых нагрузок разработаны в интегри рованной среде "Borland Pascal 7.0".

В третьей главе приводятся и обсуждаются результаты проведенных исследований.

Изучение радиационно-индуцированных парамагнитных центров в эмали зубов. Спектры ЭПР необлученных образцов эмали зубов содер жали только, так называемый, фоновый сигнал от органической матрицы эмали — изотропный синглет с g=2.0048 и пиковой шириной Hpp0. мТл.

Под воздействием радиационного излучения в образцах эмали фор мировались парамагнитные центры, которые в спектрах ЭПР в высоко польной части фонового сигнала проявлялись в виде линии анизотропной формы с gg| |. При этом факторы спектроскопического расщепления имели значения 2.0027 и 1.9973 соответственно.

Одной из важнейших задач в ЭПР-дозиметрии по эмали зубов являет ся разделение сложных спектров на составляющие сигналы. Сложность задачи обусловлена тем, что форма фонового сигнала неизвестна. Она мо жет зависеть от индивидуальных особенностей особи (возраст, географи ческий район проживания, рацион питания, наличие заболеваний зубов).

Для решения этой задачи нами использовался процесс нелинейного моде лирования экспериментальных спектров на основе физических представ -7 лений о происходящих процессах в образцах эмали зубов. При моделиро вании спектров решающую роль играет выбор формы отдельных спек тральных линий.

Для определения формы спектральных линий за основу принималась известная из теории модель аксиально-анизотропных парамагнитных цен тров для сигнала радикалов как органической, так и радиационно индуцированной природы без учета сверхтонкой структуры. При неболь шой анизотропии g-фактора форму отдельной спектральной линии такой модели можно с большой точностью представить в виде интегральной свертки 3-х функций распределения: Лоренца, Гаусса и анизотропии:

+ + F ( H ) = L G fan = dH 1 dH 0 L( H H 0 )G ( H 0 H 1 )fan ( H 1 ). (1) где H — внешнее магнитное поле, L(H)— функция Лоренца, G(H) — функция Гаусса, fan(H) — функция анизотропии.

Непосредственное вычисление свертки, выполненное многократно, приводит к неприемлемым затратам времени. Разработанный алгоритм, реализованный в программе по обработке экспериментальных спектров ЭПР, позволяет с высокой степенью точности заменить первую производ ную интегральной свертки функций Лоренца и Гаусса линейной комбина цией их первых производных:

( ) { }, F ' h l, h g, x a F F L' (h, x) + (1- F F ) G' (c h, x) (2) где a, FF и h — параметры аппроксимации, имеющие смысл кор ректирующего амплитуду множителя, фактора формы (коэффициента смешивания лоренцевой и гауссовой составляющих) и эффективной по луширины соответственно. Эти параметры взаимно однозначно связаны с исходными полуширинами hl, hg. Значение коэффициента c определено из требования совпадения экстремумов первых производных функций L(h, x) и G(ch, x): c = 2 ln 2 6 = 0,6798.

Использование такой линейной комбинации при расчете модельных сигналов дает выигрыш в скорости вычислений на 1-2 порядка.

Функция (1) определяется пятью параметрами, характеризующими каждую спектральную линию: амплитуда, смещение центра линии, сте пень анизотропии — =(H| | -H)/H, ширина спектральной линии и фактор формы — коэффициент, отражающий вклад в спектральную линию функ ций Лоренца и Гаусса. Реальные спектры ЭПР эмали зубов имеют смеще ние базовой линии, поэтому к вышеизложенной модели добавляли поли ном 1-4 степени, учитывающий этот процесс.

-8 Разработанная компьютерная программа "Зубная эмаль-2" по линиям эталона Мn2+ в MgO совмещает экспериментальные спектры ЭПР таким образом, что одинаковые компоненты спектров находятся в одних и тех же местах массива данных. Исходя из того, что при дооблучении образцов эмали зубов изменяется общая форма спектра за счет увеличения ам плитуды радиационно-зависимой компоненты и, предположив, что форма линий составляющих спектр с ростом поглощенной дозы не изменяется, алгоритм программы предусматривает обработку, как отдельного спектра, так и группы спектров (исходного и пяти дооблученных) каждого зуба.

При этом программа итерационным методом рассчитывает параметры мо дели, при которых достигается минимум функции:

), n ( Q = P jk (x) + A 1j F1 (x) + A 2j F 2 (x) S jx (3) j=1 x где Pk(x) — полином k-ой степени;

А1 — амплитуда фоновой состав ляющей спектра;

F1(x) — функция распределения (1) для фоновой состав ляющей спектра;

А2 — амплитуда радиационной составляющей спектра;

F2(x) — функция распределения (1) для радиационной составляющей спектра;

Sx — интенсивность экспериментального спектра в канале x, n — число одновременно обрабатываемых спектров.

На рис. 1 представлены экспериментальный, модельный (полученный при последней итерации) и разностный спектры исходного и дополни тельно облученного дозой 4 Гр образца эмали зуба. На рис. 2 представле ны экспериментальный и рассчитанные программой модельные линии 3 2 344 345 346 347 348 349 344 345 346 347 348 H, мТл H, мТл Рис. 2. Экспериментальный (1) и Рис. 1. Экспериментальный (1), синтезированные программой модельный (2) и разностный (3) составляющие модельного спектра ЭПР-спектры эмали зубов. Мо эмали зубов: фоновая (2) и делирование проводилось с учетом радиационная (3) компоненты.

двух компонент: фоновой и радиационно-индуцированной.

-9 фонового и радиационно-индуцированного сигналов исходного и допол нительно облученного образца эмали зуба. Как видно из приведенных ри сунков модель аксиально-анизотропных парамагнитных центров хорошо описывает и разделяет на составные компоненты сложные спектры ЭПР эмали зубов.

Результатом такой математической обработки ЭПР-спектров является выделение "чистого" радиационно-индуцированного или "дозиметриче ского" сигнала. По конкретным значениям амплитуд "дозиметрического" сигнала программа строит калибровочную прямую, рассчитывает погло щенную дозу и стандартную ошибку в абсолютных единицах и процентах (рис.3).

Обработка данных, полученных при изучении с помощью компь Рис. 3. Калибровочная прямая и 1. расчетная индивидуальная по глощенная доза D, Гр.

Амплитуда 0. D=0, -1 0 1 2 3 D, Гр ютерной программы "Зубная эмаль-2" спектров ЭПР более 500 образцов эмали зубов, показала, что параметры формы линий фоновой компоненты изменялись в следующих интервалах: фактор формы в интервале — 0-0.3, степени анизотропии — 0-1.5 и ширине линии — 0.55-0.65 мТл. Так, па раметры модельной линии фонового сигнала, рассчитанные программой при их оптимизации (оптимальные параметры) для трех образцов эмали зубов, взятых в качестве примера, составляли: FF1=0, 1=0.95, H1=0. мТл;

FF2=0.17, 2=0.99, H2=0.60 мТл и FF3=0, 3=0.99, H3= 0.58 мТл.

При этом индивидуальная поглощенная доза, рассчитанная программой для каждого из этих трех образцов, составляла D1=146, D2=80 и D3= мГр.

Проводилось две серии экспериментов по определению зависимостей Q (формула 3) и D (поглощенная доза) от фактора формы, степени анизо тропии и ширины модельной линии фоновой компоненты спектра ЭПР эмали зубов. Эти зависимости определялись при изменении с определен ным шагом величины исследуемого параметра (в одной серии — при не изменных в процессе моделирования двух остальных параметрах, значе - 10 ния которых принимались равными оптимальным (фиксированные пара метры), а в другой те же два параметра заново подбирались компьютерной программой (нефиксированные параметры)).

Кривые зависимости суммы Q от фактора формы FF, степени анизо тропии (рис. 4а и 4б) и ширины H линии расчетного фонового сигнала, как при нефиксированных, так и при фиксированных параметрах достига ли минимального значения в случае равенства исследуемых и оптималь ных параметров.

Рис. 4. Зависимости суммы Q D, мГр Q 1.0 (а, б) и дозовой нагрузки D (в, а 3 в г) от степени анизотропии модельной линии фонового 0. сигнала спектров ЭПР эмали зубов. Образцы эмали зубов с 0. различными индивидуальны ми поглощенными дозами, рассчитанными программой:

0. - 1 — 146;

2 — 80;

3 — - мГр. Минимальное значение 0.2 - Q соответствует рассчитан 1.2 ной программой величине б г 1. (стрелка);

а, в — нефиксиро ванные параметры;

б, г — 0.8 фиксированные параметры 400 (фиксировались FF и H).

0. 0. 0.0 0.5 1.0 1.5 2. - 0. 3 - 0. 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 - Анализ дозовых зависимостей D от фактора формы FF, степени ани зотропии (рис. 4в и 4г) и ширины H модельной линии фоновой компо ненты показал, что при изменении фактора формы в интервале 0-0.3 мак симальная величина диапазона колебаний (размах) дозовой нагрузки дос тигала 210 мГр при нефиксированных и 150 мГр при фиксированных па раметрах;

при изменении степени анизотропии в интервале 0-1.5 макси мальный размах дозовой нагрузки составлял 530 при нефиксированных и 1300 мГр при фиксированных параметрах;

при изменении ширины линии - 11 в интервале 0.55-0.65 мТл максимальный размах величины реконструиро ванной поглощенной дозы достигал 200 мГр как при нефиксированных, так и при фиксированных параметрах. Другими словами, ошибка в оп ределении формы модельной линии фоновой компоненты может приво дить более чем к пятикратному отклонению величины реконструируемой дозовой нагрузки.

Изучение механо-индуцированных парамагнитных центров эмали зубов. Процесс препарирования зубной эмали состоял из двух по следовательных механических операций: отделение эмали от дентина с помощью стоматологических боров и дробление очищенной эмали на мелкие гранулы.

Отделение эмали от дентина с помощью стоматологических боров на высоких оборотах вращения ( 300 000 об/мин), используемых при лече нии зубов, приводило к образованию в эмали парамагнитных центров.

Сигнал ЭПР таких механо-индуцированных парамагнитных центров имел вид симметричного синглета и характеризовался резонансным переходом с g=2.0029. Ширина синглета при Ам=0.25 мТл (оптимальной для регистра ции радиационно-индуцированного сигнала) составляла Hpp=0.2 (рис. 5б и 5д), а при Ам=0.08 мТл (оптимальной для регистрации механо индуцированного сигнала) — Hpp=0.094 мТл. Повторная регистрация спектров таких образцов после дробления эмали на мелкие гранулы не выявила изменения интенсивности "механического" сигнала.

Радикалы, формирующиеся в процессе механического снятия денти нового слоя с помощью боров на высоких оборотах вращения, сохраня лись в течение длительного промежутка времени. Так, интенсивность сиг нала механо-индуцированных центров в спектрах ЭПР при повторных из мерениях не изменялась в течение 8 лет с момента обработки образцов вы сокоскоростными борами.

Дальнейшее изучение показало, что количество механо-ин дуцированных радикалов возрастало с увеличением площади поверхности эмали, обработанной стоматологическими борами. В этом эксперименте одна половина зуба обрабатывалась бором на высоких оборотах вращения только с одной стороны — дентиновой, а другая с двух — дентиновой и эмалевой сторон зуба. При увеличении площади обработки поверхности эмали примерно в два раза интенсивность механо-индуцированного сиг нала возрастала более чем в два раза.

При препарировании зубной эмали с помощью стоматологических боров на низких оборотах вращения, механо-индуцированный сигнал, как показали наши исследования, был слабо выражен из-за его перемодуляции при параметрах регистрации, ориентированных на запись радиационно - 12 Рис. 5. Спектры ЭПР образцов эмали зубов, подвергнутых разли а чным воздействиям (а, б, в, г) и сигналы парамагнитных центров, индуцированные этими воздей б ствиями (д, е, ж). Ам=0,25 мТл.

а — образец, препарированный с в помощью стоматологических боров на низких оборотах г вращения ( 30 000 об/мин);

б — образец, препарированный с по мощью стоматологических боров д на высоких оборотах вращения ( 300 000 об/мин);

в — образец, е препарированный с помощью боров на низких оборотах вращения и облученный дозой ж Гр;

г — образец, препарированный с помощью боров на высоких 344 345 346 347 348 H, мТл оборотах вращения и облученный дозой 1 Гр;

д — механо-ин дуцированный сигнал, полученный вычитанием спектра а из спектра б;

е — радиационно-индуцированный сигнал, полученный вычитанием спектра а из спектра в;

ж — суперпозиция “механической” и “радиационной” линий спектра, полученная вычитанием спектра а из спектра г.

индуцированного сигнала. В этих экспериментах один и тот же образец исследовался при амплитудах модуляции 0.25 и 0.08 мТл. Оказалось, что "механический" сигнал, неразрешенный за счет перемодуляции при Ам=0.25 мТл, достаточно отчетливо проявлялся при Ам=0.08 мТл.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в эмали зубов при обработке стоматологическими борами формируются долгоживущие ме хано-индуцированные парамагнитные центры. Интенсивность механо индуцированного сигнала зависит от особенностей препарирования эмали, скорости вращения стоматологических боров и от величины кариозной полости, подвергнутой обработке высокоскоростными бормашинами при лечении зубов.

- 13 Дробление эмали зубов на мелкие гранулы на следующей стадии ме ханического препарирования вызывало формирование радикалов, что при водило к увеличению интенсивности фонового сигнала. В наших экспери ментах отделение эмали от дентина осуществляли с помощью стоматоло гических боров на низких оборотах вращения. При этом старались полу чить максимально возможные по размерам куски эмали. Затем получен ную таким образом эмаль дробили на гранулы размером около 1 мм и сра зу регистрировали на ЭПР-спектрометре при комнатной температуре.

Формирующиеся при дроблении эмали радикалы являлись короткоживу щими и затухали практически в течение суток. Были построены кине тические кривые затухания (усредненные по результатам нескольких опы тов) ЭПР-сигнала, обусловленного этими радикалами, при инкубации об разцов при 40 °С и комнатной температуре. Изучение спектров ЭПР эмали зубов, записанных сразу после дробления и через сутки после инкубации, показало, что механический сигнал, индуцированный дроблением, был близок по форме к фоновой компоненте.

Сравнение образцов эмали зубов, подвергнутых обработке стоматоло гическими борами на высоких оборотах вращения, с облученными образ цами эмали показало, что "механический" и "радиационный" сигналы рас положены в одной достаточно узкой области спектра ЭПР, а g-факторы их максимумов имели одинаковое значение 2.0031 (рис. 5д и 5е).

Учитывая наличие в образцах эмали зубов механо-индуцированных радикалов, образующихся в результате лечения зубов и препарирования эмали, а также близость расположения спектральных линий механо- и ра диационно-индуцированных парамагнитных центров, можно сделать вы вод о том, что на практике мы, по сути, имеем дело с суперпозицией ра диационно- и механо-индуцированного сигналов. Так, сигнал, полученный сложением "механического" и "радиационного" сигналов одинаковой ин тенсивности, несмотря на незначительное уменьшение соотношения ам плитуд пиков, обусловленных параллельной и перпендикулярной ориента цией g-факторов, по внешнему виду и спектральным характеристикам (g, g||, H||-H) практически не отличался от "радиационной" компоненты спек тра ЭПР эмали зубов (рис. 5г и 5ж). Такая суперпозиция двух сигналов бу дет приводить к возрастанию "дозиметрического" сигнала и, как следст вие, к существенным ошибкам в расчете величины дозовой нагрузки. При этом средний вклад постоянной "механической" компоненты в "дозимет рический" сигнал будет возрастать с уменьшением количества радиаци онно-индуцированных свободных радикалов.

Для подтверждения этого предположения был проведен эксперимент.

Было выбрано 4 образца у которых поглощенные дозы, оцененные с по мощью нашей компьютерной программы, составляли 83.1, 208.2, 416.1 и - 14 831.0 мГр. Экспериментальные спектры каждого из образцов складыва лись с чистым механо-индуцированным сигналом с помощью стандартной программы обработки спектров спектрометра. Полученные таким образом суммарные спектры обсчитывались повторно нашей компьютерной про граммой по оценке дозовой нагрузки. Анализ результатов показал, что ис кусственное добавление "механического" сигнала приблизительно одина ковой интенсивности с "радиационным" к спектру ЭПР облученных об разцов эмали приводило к завышению величины расчетной дозы на 33- %. В случае, если амплитуда была в два раза меньше, величина дозовой нагрузки возрастала на 15-21 %.

Параметры регистрации спектров ЭПР эмали зубов выбирались опти мальными для радиационно-индуцированного сигнала, как наиболее важ ного при расчете индивидуальных поглощенных доз. Однако запись спек тров при таком наборе параметров приводила к существенному измене нию формы очень узкого изотропного "механического" сигнала в спектрах ЭПР эмали зубов. Основным искажающим фактором в этом случае явля ется амплитуда модуляции магнитного поля, т.е. сигнал оказывается пере модулированным. Для учета влияния модуляции на форму спектральных линий применяли выражение + M (H ) = 1f0 (H H1H m ) 1 H1 dH1. (4) где f0(H) — интегральная свертка функций Лоренца и Гаусса;

H — внешнее магнитное поле;

Hm — амплитуда модуляции магнитного поля.

Для учета вклада "механического" сигнала в общую форму спектров 1 Рис. 7. Экспериментальный (1) и Рис. 6. Экспериментальный (1), синтезированные программой со модельный (2) и разностный (3) ставляющие модельного спектра ЭПР-спектры эмали зубов. Моде эмали зубов: фоновая (2), радиа лирование производилось с уче ционно-индуцированная (3) и ме том трех компонент: фоновой, ра хано-индуцированная (4) компо диационно- и механо-индуциро ненты.

ванной.

- 15 ЭПР эмали зубов в формуле (3) к двум спектральным компонентам, фоно вой и радиационно-индуцированной, добавлена третья — M(H). Такой ал горитм реализован в разработанной компьютерной программе "Зубная эмаль-3".

На рис. 6 представлены экспериментальный, модельный (полученный при последней итерации) и разностный спектры образца эмали зуба, не подвергнутого дополнительному облучению. На рис. 7 представлены экс периментальный и рассчитанные программой модельные линии фонового, радиационно- и механо-индуцированного сигналов образца эмали зуба, не подвергнутого дополнительному облучению. Как видно из приведенных рисунков рассчитанная модель хорошо описывает и разделяет на состав ные компоненты сложные спектры ЭПР эмали зубов.

Верификация разработанных подходов к разложению спектров ЭПР эмали зубов на компоненты. Для проверки точности и сопоставле ния получаемых методом ЭПР-дозиметрии результатов различных иссле дователей было выполнено два международных сравнения (интерсравне ния). Исследователям необходимо было в течение определенного времени реконструировать поглощенные дозы нескольких образцов зубов, облу ченных в IAEA Dosimetry Laboratory (Siebersdorf, Austria) неизвестными участникам программы номинальными дозами.

Первое интерсравнение выявило, что реконструированные при помо щи компьютерной программы "Зубная эмаль-2" дозы хорошо коррелиро вали с величинами номинальных доз, но среднее квадратичное отклонение имело большую величину 332 мГр, причем с ростом номинальной дозы отклонения имели тенденцию к увеличению. Это обусловлено несовер шенством существующей на тот момент компьютерной программы "Зуб ная эмаль-2", которая разделяла сложные спектры на две компоненты.

Коэффициент корреляции реконструированных для второго интер сравнения при помощи компьютерной программы "Зубная эмаль-3" доз был очень близок к единице. Небольшое значение среднего отклонения определенных поглощенных доз от приложенных в дозиметрической ла боратории МАГАТЭ также свидетельствует о хорошем согласовании с ис тинными дозами облучения.

Для оценки вклада механо-индуцированного сигнала в определяемые дозовые нагрузки были взяты образцы эмали зубов ликвидаторов аварии на ЧАЭС и отселенных с прилегающих загрязненных территорий. Мате матическую обработку спектров для реконструкции поглощенных доз производили двумя способами. В одном случае применяли компьютерную программу "Зубная эмаль-2", разделяющую спектр на две составляющие:

фоновую и радиационно-индуцированную. В другом — компьютерную - 16 программу "Зубная эмаль-3", которая разделяет спектр на три составляю щие: фоновую, радиационно- и механо-индуцированную. Были построены гистограммы частотного распределения значений рассчитанных таким об разом индивидуальных поглощенных доз. Анализ гистограмм показал, что расчетные дозы, полученные с учетом механо-индуцированного сигнала, как правило, ниже, чем расчетные дозы, полученные с помощью модели рования спектров двумя линиями (линии фонового и радиационно индуцированного сигналов). Так, доля поглощенных доз, попавших в ин тервал 0-100 мГр при использовании компьютерной программы "Зубная эмаль-2" составляла 40 %, а в случае применения компьютерной програм мы "Зубная эмаль-3" — более 60 %.

Таким образом, учет вклада механо-индуцированного сигнала в об щую форму спектров приводит к смещению "центра тяжести" гистограм мы частотного распределения определяемых значений индивидуальных поглощенных доз в сторону меньших доз.

Следует отметить, что в случае отсутствия механо-индуцированных парамагнитных центров в эмали зубов, результаты (величина дозовой на грузки, параметры формы линий фоновой и радиационной компонент), полученные компьютерными программами "Зубная эмаль-2" и "Зубная эмаль-3", были одинаковыми.

На основании проведенных исследований разработан протокол для реконструкции индивидуальных поглощенных доз с помощью ЭПР спектроскопии эмали зубов. Этот протокол включает шесть последова тельных этапов: сбор и хранение зубов;

препарирование образцов эмали зубов;

регистрация спектров ЭПР;

дополнительное облучение образцов;

математическая обработка спектров ЭПР эмали зубов;

реконструкция до зовых нагрузок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Установлено, что реконструированная поглощенная доза зависит от формы модельной линии фоновой компоненты, используемой для выделе ния из сложного спектра ЭПР эмали зубов дозиметрического сигнала [1, 5].

Выявлено, что в эмали зубов при механическом воздействии форми руются два типа парамагнитных центров. Одни, долгоживущие, возникают в процессе лечения и отделения эмали от дентина борами, другие, корот коживущие — при дроблении эмали на мелкие гранулы [1, 6, 8, 15].

2. Показано, что интегральную свертку первых производных функций Лоренца и Гаусса можно аппроксимировать их линейной комбинацией [3].

При этом возможен однозначный переход от параметров аппроксимации к - 17 параметрам свертки и обратно. Использование такой линейной комбина ции при расчете модельных сигналов дает выигрыш в скорости вычисле ний на 1-2 порядка.

Разработаны алгоритм и программное обеспечение для определения индивидуальных поглощенных доз, основанные на математическом нели нейном моделировании трех компонент спектров ЭПР эмали зубов, что позволит учесть вклад механо-индуцированного сигнала в величину ре конструированных поглощенных доз [1, 3, 4, 13, 14].

Достоверность оценки дозовых нагрузок с использованием разрабо танных методических подходов подтверждена результатами международ ного сравнения различных методик определения поглощенных доз по зу бам [2, 7, 10, 12]. На основании проведенных исследований разработан протокол для ЭПР-дозиметрии по эмали зубов, который включает шесть последовательных этапов: сбор и хранение зубов;

препарирование образ цов эмали зубов;

регистрация спектров ЭПР;

дополнительное облучение образцов;

математическая обработка спектров ЭПР эмали зубов;

реконст рукция дозовых нагрузок [1, 9, 11, 16].

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Bougai A., Brik A., Chumak V., Desrosiers M., Dubovsky S., Fattibene P., Haskell E., Ivannikov A., Kirillov V., Onori S., Romanyukha A., Sholom S., Shortt K., Skvortzvov V., Stepanenko V., Turai I., Vatnitsky S., Wieser A.

Use of electron paramagnetic resonance Dosimetry with tooth enamel for retrospective dose assessment / Vienna: IAEA, 2002.— 57 р.

2. Chumak V., Bailiff I., Baran N., Bugai A., Dubovsky S., Fedosov I., Finin V., Haskell E., Hayes R., Ivannikov A., Kenner G., Kirillov V., Khamidova L., Kolesnik S., Liidja G., Likhtarev I., Lippmaa E., Maksimenko V., Mei jer A., Minenko V., Pasalskaya L., Past J., Puskar J., Radchuk V., Sholom S., Skvortzov V., Stepanenko V., Vaher U., Wieser A. The first interna tional intercomparison of EPR-dosimetry with teeth: first result // Applied radiation and isotopes.— 1996.— V.47, №11/12.— P.1281–1286.

3. Дубовский С.В., Людчик А.М., Финин В.С., Кириллов В.А. Эффектив ный способ представления первых производных смешанных контуров линий в задачах моделирования и интерпретации сложных спектров // Журнал прикладной спектроскопии.— 1997.— Т.64, №1.— С.42–44.

4. Dubovsky S., Kirillov V. Reconstruction of individual absorbed doses by tooth enamel on the base of non-linear simulation of their EPR-spectra // Appl. Radiat. Isot.— 2000.— V.54.— P.833–837.

- 18 5. Дубовский С.В., Кириллов В.А. Учет индивидуальной формы фоново го сигнала в ЭПР-дозиметрии по эмали зубов // Журнал прикладной спектроскопии.— 2000.— Т.67, №5.— С.636–639.

6. Кириллов В.А., Дубовский С.В., Толстик С.В. Особенности формиро вания механо-индуцированных радикалов в эмали зубов // Доклады НАН Беларуси.— 2000.— T.44, №5.— С.73–76.

7. Wieser A., Mehta K., Amira S., Aragno D., Bercea S., Brik A., Bugai A., Callens F., Chumak V., Ciesielski B., Debuyst R., Dubovsky S., Duliu O.G., Fattibene P., Haskell E.H., Hayes R.B., Ignatiev E.A., Ivannikov A., Kirillov V., Kleschenko E., Nakamura N., Nather M., Nowak J., Onori S., Pass B., Pivovarov S., Romanyukha A., Scherbina O., Shames A.I., Sholom S., Skvortzov V., Stepanenko V., Tikounov D.D., Toyoda S. The second in ternational intercomparison on EPR tooth dosimetry // Radiation Measure ment.— 2000.— V.32.— P.549–557.

8. Kirillov V., Dubovsky S., Tolstik S. Artefacts of electron paramagnetic resonance dosimetry caused by a mechanical effect on samples of tooth enamel // Radiation protection dosimetry.— 2002.— V.102, №1.— P.41– 48.

9. Wieser A., Egersdorfer S., Brik A., Matyash M., Radchuk V., Kirillov V., Dubovsky S., Bugai A., Baran N., Maksimenko V., Kolesnik S., Skvortzov V., Stepanenko V., Ivannikov A., Сhumak V., Sholom S., Pasalakaya L., Pavlenko J. Individual dosimetry by EPR // Retrospective dosimetry and dose reconstruction. Final report. / ESSC-EC-EAEC, editors I. K. Bailiff and V. Stepanenko.— Brussels, 1996.— P.57–76.

10. Wieser A., Chumak V., Bailiff I., Baran N., Bugai A., Brik A., Dubovsky S., Finin V., Haskell E., Hayes R., Ivannikov A., Kenner G., Kirillov V., Kolesnik S., Liidja G., Lippmmaa E., Maksimenco V., Matyash M., Meijer A., Minenko V., Pasalskaya L., Past J., Pavlenco J., Puskar J., Radchuk V., Scherbina O., Sholom S., Skvortsov V., Stepanenko V., Vaher U. Interna tional intercomparison of dose measurements using EPR spectrometry of tooth enamel // The radiological consequences of the Chernobyl accident.

Processing of the first international conference.— Minsk, 1996.— P.957– 964.

11. Kenigsberg Y., Buglova E., Drozdovith V., Dubovsky S., Kirillov V., Kruk J., Melnov S., Minenko V., Mirchaidarov A., Shevchuk V. Dose reconstruc tion of childhood thyroid and liquidator in Belarus // Sixth Symposium on Chernobyl-related Health Effects.— Tokyo, 1998.— P.4–62.

12. Chumak V., Baran N., Bugai A., Dubovsky S., Fedosov I., Finin V., Haskell E., Hayes R., Ivannikov A., Kenner G., Kirillov V., Khamidova L., Kolesnik S., Liidja G., Lippmaa E., Maksimenko V., Meijer A., Pasalskaya L., Past J., Puskar J., Sholom S., Skvortzov V., Vaher U., Wieser A. The - 19 first international intercomparison of EPR-dosimetry with teeth: first results // 4th International Symposium on ESR Dosimetry and Applications.— Munich, 1995.— P.197.

13. Дубовский С.В., Кириллов В.А. Моделирование спектров в решении задач реконструкции индивидуальных поглощенных доз методом ЭПР-дозиметрии // Десять лет после Чернобыльской катастрофы (на учные аспекты проблемы). Тез. докл. конф.— Минск, 1996.— с.96.

14. Kirillov V., Dubovsky S. The use of simulation process in EPR spektra of tooth enamel for reconstruction of individual absorbed doses // International Conference on Biodosimetry and 5th International Symposium on ESR Do simetry and Applications.— Obninsk, 1998.— P.98.

15. Кириллов В.А., Дубовский С.В., Толстик С.В. Изучение формирования механо-индуцированных парамагнитных центров в эмали зубов // Ак туальные проблемы дозиметрии. Материалы международного симпо зиума.— Минск, 1999.— С.79.

16. Кириллов В.А., Дубовский С.В., Остапенко В.А. Реконструкция инди видуальных поглощенных доз у ликвидаторов аварии на ЧАЭС ме тодом ЭПР эмали зубов // Пятнадцать лет Чернобыльской катастрофы.

Опыт преодоления: Сборник тезисов.— Киев, 2001.— С.З-107.

- 20 РЕЗЮМЕ Дубовский Сергей Васильевич Развитие метода оценки индивидуальных дозовых нагрузок по спектрам электронного парамагнитного резонанса эмали зубов Ключевые слова: ЭПР-дозиметрия, эмаль зубов, нелинейное модели рование спектров ЭПР, радиационно- и механо-индуцированный сигналы.

Объект исследования: эмаль зубов.

Цель исследования: разработка методики оценки индивидуальных до зовых нагрузок на основе изучения спектральных характеристик парамаг нитных центров, возникающих в эмали зубов при радиационном и меха ническом воздействиях.

Метод исследования: ЭПР-спектроскопия эмали зубов.

Использованная аппаратура: ЭПР-спектрометр Bruker ECS 106.

Разработаны алгоритм и компьютерная программа для расчета погло щенных доз по экспериментальным спектрам ЭПР эмали зубов путем их нелинейного моделирования двумя линиями, описывающими фоновую и радиационно-индуцированную компоненты на основании теоретической модели аксиально-анизотропных парамагнитных центров.

Установлено, что реконструированная поглощенная доза зависит от формы модельной линии фоновой компоненты, используемой для выделе ния из сложного спектра ЭПР эмали зубов дозиметрического сигнала.

Показано, что интегральную свертку первых производных функций Лоренца и Гаусса можно аппроксимировать их линейной комбинацией.

При этом возможен однозначный переход от параметров аппроксимации к параметрам свертки и обратно.

Выявлено, что в эмали зубов при механическом воздействии форми руются два типа парамагнитных центров. Одни, долгоживущие, возникают в процессе лечения и отделения эмали от дентина борами, другие, корот коживущие — при дроблении эмали на мелкие гранулы.

Разработаны алгоритм и программное обеспечение для определения индивидуальных поглощенных доз, основанные на математическом нели нейном моделировании трех компонент спектров ЭПР эмали зубов, что позволит учесть вклад механо-индуцированного сигнала в величину ре конструированных поглощенных доз.

Разработан протокол для ЭПР-дозиметрии по эмали зубов.

- 21 РЭЗЮМЭ Дубоўскi Сяргей Васiльевiч Развiццё метаду ацэнкi iндывiдуальных дозавых нагрузак па спектрах электроннага парамагнiтнага рэзанансу эмалi зубоў Ключавыя словы: ЭПР-дазiметрыя, эмаль зубоў, нелiнейнае мадэлiра ванне спектраў ЭПР, радыяцыйна- i механа-iндуцыраваныя сiгналы.

Аб’ект даследвання: эмаль зубоў.

Мэта даследвання: распрацоўка методыкi ацэнкi iндывiдуальных до завых нагрузак на аснове даследвання спектральных характэрыстык пара магнiтных цэнтраў, узнiкаючых у эмалi зубоў пры радыяцыйным i ме ханiчным уздеяннях.

Метад даследвання: ЭПР-спектраскапiя эмалi зубоў.

Выкарыстаная апаратура: ЭПР-спектрометр Bruker ECS 106.

Распрацаваны алгарытм i камп’ютэрная праграма для разлiку паглы нутых доз па эксперыментальных спектрах ЭПР эмалi зубоў шляхам iх не лiнейнага мадэлiравання двума лiнiямi, апiсываючымi фонавую i радыя цыйна-iндуцыраваную кампаненты на аснове тэарэтычнай мадэлi аксi яльна-анiзатропных парамагнiтных цэнтраў.

Вызначана, што рэканструiраваная паглынутая доза залежыць ад формы мадэльнай лiнii фонавай кампаненты, выкарыстоўваемай для вы дзялення з складанага спектра ЭПР эмалi зубоў дазiметрычнага сiгнала.

Паказана, што iнтэгральную звертку першых вытворных функцый Лорэнца i Гауса можна апраксiмiравать iх лiнейнай камбiнацыяй. Пры гэ тым магчымы адназначны пераход ад параметраў апраксiмацыi да пара метраў зверткi i назад.

Выяўлена, што ў эмалi зубоў пры механiчным уздеяннi фармiруюцца два тыпы парамагнiтных цэнтраў. Адны, доўгажывучыя, узнiкаюць у пра цэсе лячэння i аддзялення эмалi ад дэнцiна борамi, iншыя, кораткажыву чыя — пры драбленнi эмалi на дробныя гранулы.

Распрацаваны алгарытм i праграмнае забяспячэнне для вызначэння iндывiдуальных паглынутых доз, заснаваныя на матэматычным нелiней ным мадэлiраваннi трох кампанентаў спектраў ЭПР эмалi зубоў, што даз волiць вызначыць уклад механа-iндуцыраванага сiгнала ў велiчыню рэкан струiраваных паглынутых доз.

Распрацаваны пратакол для ЭПР-дазiметрыi па эмалi зубоў.

- 22 SUMMARY Sergey V. Dubovsky Development of the individual dose load estimate method by electron paramagnetic resonance spectra of tooth enamel Key words: EPR dosimetry, tooth enamel, non-linear simulation of EPR spectra, radiation- and mechanically induced signals.

Object of study: tooth enamel.

Aim of study: Development of the individual dose load estimate method on the base of spectrum characteristics study of paramagnetic centers occurring in tooth enamel during the radiation and mechanical effects.

Method of study: EPR spectroscopy of tooth enamel.

Used equipment: Bruker ECS-106 EPR-spectrometer.

The algorithm and the software to estimate the absorbed doses by experi mental EPR spectra of tooth enamel have been developed. They are based on the theoretical model of axial-anisotropic paramagnetic centers, and simulate spectra by two lines describing the background and radiation-induced compo nents.

It has been ascertained that the reconstructed absorbed dose depends on the shape of the background component simulation line used to separate a dosimet ric signal from the complex EPR tooth enamel spectrum.

It was shown that the integral convolution of first derivative Lorenz and Gauss functions can be approximated by their linear combination. It should be noted that definitive transformation from the parameters of approximation to the parameters of convolution is possible and vice versa.

It was revealed that two types of paramagnetic centers are formed in tooth enamel during the mechanical effect. The first, long-living centers, appear in the process of clinical treatment and separation of enamel from dentin with the help of dental borers. The other, short-living centers, occur while crushing enamel into small granules.

The algorithm and the software were developed to determine individual absorbed doses, based on mathematical non-linear simulation of three compo nents of the EPR tooth enamel spectrum. This will allow taking into account the contribution from the mechanically induced signal to the value of reconstructed absorbed doses.

The protocol for EPR-dosimetry by tooth enamel was developed.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.