Ультрафиолетовый скальпель и дозиметрия излучений в медицине

Метод ультрафиолетового скальпеля в микрохирургии клетки. Для проведения прецизионных цитологических и биофизических исследований возникает необходимость локального воздействия на отдельные субклеточные структуры. Хирургическое вмешательство на уровне одиночной клетки долгое время считалось технически нереализуемым из-за отсутствия сверхтонких микроинструментов. Решением данной проблемы стала замена традиционных металлических игла микропучками ультрафиолетового излучения. Источником такого излучения служит дуговой разряд между магниевыми электродами. Проходя через специализированную оптическую систему, ультрафиолетовая часть спектра дуги фокусируется в сфокусированный пучок диаметром порядка 10⁻³ мм (60 таких пучков суммарно равны диаметру человеческого волоса) и направляется на предметный столик микроскопа непосредственно на исследуемый биологический объект. Таким образом, световой микроскоп трансформировался из прибора пассивного наблюдения в инструмент активного аналитического эксперимента со «скальпелем нулевой массы». Метод ультрафиолетового скальпеля, особенно при его совмещении с фазово-контрастной микроскопией, открыл возможность селективно инактивировать отдельные органеллы и детально изучать ключевые механизмы внутриклеточной жизнедеятельности.

Физические основы и единицы измерения дозиметрии излучений. Широкое практическое применение инфракрасного, ультрафиолетового и солнечного излучений в терапевтических и диагностических целях вызвало необходимость разработки строгих методов дозиметрии. Доза облучения определяется количеством лучистой энергии, падающей на единицу площади облучаемой поверхности. В зависимости от спектрального диапазона доза выражается в следующих единицах: для инфракрасного и солнечного излучения — в кал/см², а для ультрафиолетового — в эрг/см². Энергетическая величина дозы, отнесенная к единице времени (мощность дозы), называется облученностью и измеряется соответственно в кал/(см²·мин) или эрг/(см²·мин).

Специфические потоки и единицы дозиметрии ультрафиолетового излучения. Вспомним, что лучистая энергия, отнесенная к единице времени, представляет собой лучистый поток, выражаемый в ваттах (Вт). Для оценки специфического биологического действия излучений применяются специализированные физические величины: тепловой поток для инфракрасного излучения (измеряемый в кал/мин), а также эритемный поток и бактерицидный поток для ультрафиолетового спектра:

• ЭР (эритемный поток) — поток ультрафиолетовой радиации, оказывающий такое же эритемное действие, как и поток излучения с длиной волны λ = 297 нм мощностью 1 Вт (в этой точке спектра эритемное действие максимально).
• бакт (бактерицидный поток) — поток ультрафиолетовой радиации, оказывающий такое же бактерицидное действие, как и поток излучения с длиной волны λ = 253,7 нм мощностью 1 Вт (в этой точке бактерицидное действие максимально).

Соответственно, для характеристики облученности в этих диапазонах используются производные единицы: ЭР/м² и бакт/м² (или б/м²).

Аппаратурные методы измерения оптической радиации. Аппаратура для регистрации и дозиметрии электромагнитного излучения основана на различных физических принципах. Ультрафиолетовое излучение измеряется либо по величине фототока (с применением фотоэлементов, оснащенных селективными светофильтрами), либо по интенсивности возникающей люминесценции (свечения люминофоров).

Для измерения интенсивности тепловой радиации (солнечной или инфракрасной) применяются специализированные приборы — актинометры, конструктивно представляющие собой теплоэлементы, биметаллические пластины или плоские зачерненные теплометры.

Рис. 97. Схема простейшего актинометра.

Один из наиболее точных видов актинометров — пиргелиометр Ангстрема (схема прибора представлена на рис. 97). Измеряемый тепловой поток падающего излучения нагревает расположенную открыто манганиновую зачерненную пластину П. Вторая идентичная пластина, расположенная внутри корпуса прибора, нагревается электрическим током от аккумулятора A. При помощи регулировочного реостата R температуры обеих пластин уравниваются. Равенство температур достигается в момент, когда стрелка измерительного прибора ИП (гальванометра), подключенного к дифференциальной термопаре T, устанавливается на нулевую отметку. Шкала измерительного прибора ИП градуируется непосредственно в единицах облученности — кал/(см²·мин).

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Е. А. Безденежных, И. С. Брикман

Источник: Физика в живой природе и медицине

Данные публикации будут полезны учащимся старших классов общеобразовательных школ, учителям физики и биологии, учащимся и преподавателям средних медицинских учебных заведений, а также студентам первых курсов медицинских институтов, биологических факультетов университетов и педагогических институтов.