Устройство для определения биологически эффективной интенсивности излучения

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для определения биологически эффективных интенсивностей и доз различных видов излучения. Устройство содержит приемник излучения, преобразователь, индикатор для визуального отображения показателей, блок задания параметров известных величин факторов, влияющих на интенсивность падающего излучения в момент измерения, и микропроцессор, в память которого введены значения биологически эффективных интенсивностей падающего излучения источника с известными спектральными характеристиками для конкретных величин факторов. В качестве приемника для УФ-излучения используют фотоприемник, а в память микропроцессора вводятся значения биологически эффективных интенсивностей падающего излучения Солнца и соответствующие им суммарные величины, измеряемые фотоприемником при различных углах Солнца над горизонтом. В качестве приемника корпускулярного излучения смешанного типа оно может содержать несколько детекторов частиц, выполненных в виде газоразрядных счетчиков, сцинтилляционных спектрометров или полупроводниковых детекторов, имеющих определенную чувствительность. Для определения биологически эффективной интенсивности корпускулярного излучения смешанного типа в память микропроцессора вводятся коэффициенты биологической эффективности, зависящие от типа и энергетического спектра измеряемых частиц, и программа суммирования. 2 з.п.ф-лы, 12 табл., 2 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для определения биологически эффективных интенсивностей различных видов излучения.

Возникновение того или иного медико-биологического эффекта у человека (образование витамина Д, ожоги кожи, канцерогенез, кожные заболевания и т.п. ) зависит как от интенсивности и длительности облучения, так и от относительной спектральной эффективности облучающих его волн.

Для определения дозы излучения, при которой у человека возникает тот или иной медико-биологический эффект, принято использовать величины соответствующих биологически эффективных интенсивностей, определяемых путем умножения спектральной энергетической освещенности на характерную для каждого из эффектов относительную спектральную эффективность с последующим суммированием по всему спектру падающего излучения. При этом эффективность излучения в максимуме спектра действия считают равной единице, а величины биологически эффективных интенсивностей и накопленной дозы выражают в приведенных к максимуму спектра действия значений.

Поскольку спектры действия для многих медико-биологических эффектов от воздействия излучения известны, при измерении необходимо, чтобы спектральная чувствительность приемника измерительного прибора соответствовала спектру действия излучения для выбранного эффекта.

Однако на практике этого соответствия достичь достаточно сложно.

В случае, если спектральная интенсивность излучения может изменяться под воздействием внешних факторов, то добиться соответствия просто невозможно.

Известны устройства для определения интенсивности УФ-излучения (SU 972247, кл. G 01 J 1/58, 1981, патент РФ 2094820, кл. G 01 J 3/42, 1995, патент США 4255665, кл. G 01 J 1/58, 1980). Эти устройства содержат фотоприемник, фотопреобразователь УФ-излучения в электрический сигнал и индикатор для визуального отображения показателей.

Эти устройства позволяют определить наличие УФ-излучения, интенсивность или накопленную дозу, т.е. одну из нескольких составляющих, приводящих к отрицательным последствиям для здоровья человека. Однако эти устройства не позволяют определить биологически эффективную интенсивность излучения.

Известно устройство для определения рекомендуемого времени нахождения человека под воздействием ультрафиолетового облучения, содержащее фотоприемник, светофильтр, фотопреобразователь УФ-излучения в электрический сигнал, приспособление с рекомендуемым временем нахождения человека под воздействием УФ-излучения, средство индикации для визуального отображения информации (RU 2150973 С1, 20.06.2000, кл. A 61 N 5/06).

Однако и это устройство не позволяет определить действительную биологически эффективную интенсивность УФ-излучения в данный момент времени, в данной местности.

Задачей изобретения является определение биологически эффективной интенсивности излучения.

Технический результат - повышение точности определения.

Для достижения технического результата в устройство для определения биологически эффективной интенсивности излучения, включающее приемник излучения, преобразователь и индикатор для визуального отображения показателей, введен блок задания параметров известных величин факторов, влияющих на интенсивность падающего излучения в момент измерения, и микропроцессор, в память которого введены значения биологически эффективных интенсивностей источника излучения с известными спектральными характеристиками для конкретных величин факторов, влияющих на интенсивность излучения источника, и соответствующие значения интегральных интенсивностей, измеряемые приемником при тех же величинах факторов, влияющих на интенсивность излучения источника, при этом микропроцессор соединен с преобразователем, индикатором и блоком задания параметров.

В качестве приемника корпускулярного излучения смешанного типа устройство содержит несколько детекторов частиц, выполненных в виде газоразрядных счетчиков, сцинтилляционных спектрометров, полупроводниковых детекторов и др., имеющих определенную чувствительность, а для определения биологически эффективной интенсивности корпускулярного излучения смешанного типа в память микропроцессора введены коэффициенты биологической эффективности, зависящие от типа и энергетического спектра измеряемых частиц и программа суммирования.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг.1 - общая блок-схема электронного устройства согласно изобретению для определения биологически эффективных интенсивностей падающего волнового излучения, изменяющегося под воздействием внешних факторов; на фиг.2 - общая блок-схема электронного устройства согласно изобретению для определения биологически эффективных интенсивностей падающего корпускулярного излучения.

Устройство для определения биологически эффективной интенсивности волнового излучения содержит приемник излучения 1, преобразователь 2, микропроцессор 3, индикатор 4 для визуального отображения информации и блок 5 задания параметров соответствующих факторов.

Устройство для определения биологически эффективной интенсивности падающего корпускулярного излучения содержит блок детекторов - приемников излучения 1, блок электроники - преобразователь 2, микропроцессор 3 и индикатор 4 для визуального отображения информации.

Заявленное устройство на примере измерения эритемной биологически эффективной интенсивности от воздействия солнечного УФ-излучения содержит фотоприемник для измерения интенсивности УФ-излучения, содержащий камеру, снабженную светофильтрами и фотодиодом - преобразователем излучения в электрический сигнал, а также микропроцессор и блок задания параметров. Сигнал преобразуют в код и подают в микропроцессор. В память микропроцессора введены значения эритемных эффективных интенсивностей падающего излучения Солнца и соответствующие им суммарные величины, измеряемые фотоприемником при различных углах Солнца над горизонтом для различного содержания озона, а из блока задания параметров в микропроцессор вводятся значения углов Солнца над горизонтом в момент измерения. Измеренную интегральную величину падающего УФ-излучения микропроцессор пересчитывает в биологически эффективную интенсивность по конкретному медико-биологическому эффекту - эритеме.

Относительная спектральная эффективность эритемного действия у человека и относительная спектральная чувствительность используемого фотоприемника даны в табл.1.

Посчитаем суммарную эритемную эффективную интенсивность облучения и результат измерения фотоприемником при спектральной интенсивности излучения Солнца, приведенной в табл.2, по формуле где J - суммарная интенсивность диапазона 295-330 nm (мВт/кв.м); j - спектральная интенсивность (мВт/кв.м нм).

J_эp= (0,511+0,659+0,2276+0,074122+0,025311+0,0086430+0,0029487+0,50,0014650)5= 227,19 мВт/кв.м.

Фотоприемник даст следующий результат: J_фп= (0,50,00351+0,05579+0,355476+0,7631122+1311+0,6516430+0,1951487+0,50,0105650)5= 4051,13.

Следовательно, для того чтобы определить биологически эффективную интенсивность облучения необходимо использовать коэффициент пересчета измеренной интенсивности в биологически эффективную интенсивность. Для нашего примера коэффициент пересчета будет равен 0,05608 (227,19/4051,13) мВт/кв.м.

Постоянный коэффициент пересчета возможно использовать при неизменной спектральной интенсивности источника излучения (в соляриях, при использовании ламп УФ-излучения).

При естественном облучении Солнцем спектральная интенсивность его излучения меняется в зависимости от значения угла Солнца над горизонтом. В вышеприведенном примере спектральная интенсивность дана для угла Солнца над горизонтом - 90 градусов.

Суммарная эритемная биологически эффективная интенсивность облучения для других углов Солнца над горизонтом приведена в табл.3.

Посчитаем, какую величину сигнала даст фотоприемник с указанной в вышеприведенном примере спектральной чувствительностью. Данные отразим в табл. 4.

Следовательно, коэффициенты пересчета в зависимости от угла Солнца над горизонтом, будут следующими (табл.5).

Но спектральная характеристика УФ-излучения Солнца изменяется также от влияния других факторов: общего содержания озона в атмосфере, ее прозрачности, высоты места над уровнем моря и др.

В опубликованных результатах исследований определено, что суммарная УФ-радиация в основном зависит от высоты Солнца над горизонтом и от общего содержания озона. В примерах мы ограничимся этими двумя внешними факторами. Хотя и другие факторы устройством могут учитываться.

Пример интенсивности для различных длин волн (табл.2) и результаты расчета суммарной эритемной биологически эффективной интенсивности (табл.3) и суммарной величины, измеренной фотоприемником (табл.4), соответствуют общему содержанию озона 300 ДЕ.

Рассмотрим пример величин интенсивности различных длин волн при угле Солнца над горизонтом, равном 60^o, для различного содержания озона в диапазоне 260 - 420 ДЕ (табл.6).

Посчитаем эритемную биологически эффективную интенсивность (табл.7).

Рассчитаем интегральную величину, измеряемую нашим фотоприемником (табл. 8), и соответствующие коэффициенты пересчета (табл.9).

В табл. 3-5, 7, 8 и 9 показан принцип ввода данных в запоминающее устройство микропроцессора. Микропроцессор, получив из блока задания параметров значение угла Солнца над горизонтом, и с учетом результатов измерения фотоприемником значения интегральной падающей УФ-радиации определяет содержание озонового слоя в момент измерения, коэффициент пересчета и эритемную биологически эффективную интенсивность падающего излучения Солнца (табл.10-12).

Устройство для измерения биологически эффективного корпускулярного излучения содержит несколько детекторов частиц (газоразрядные счетчики, сцинтилляционные спектрометры, полупроводниковые детекторы и др.), имеющих определенную чувствительность к различным типам частиц и участкам энергетического спектра, что позволяет разделить радиацию по типам и энергетическим спектрам. Микропроцессор пересчитывает полученные результаты измерений на соответствующие величины биологических эквивалентов излучения и выдает результат суммарной биологически эффективной интенсивности.

Формула изобретения

1. Устройство для определения биологически эффективной интенсивности излучения для конкретного биологического эффекта, включающее приемник излучения, преобразователь и индикатор для визуального отображения показателей, отличающееся тем, что в него введен блок задания параметров известных величин факторов, влияющих на интенсивность падающего излучения в момент измерения, и микропроцессор, в память которого введены значения биологически эффективных интенсивностей падающего излучения источника с известными спектральными характеристиками для конкретных величин факторов, влияющих на интенсивность падающего излучения, и соответствующие значения интегральных интенсивностей, измеряемые приемником при тех же величинах факторов, влияющих на интенсивность падающего излучения, при этом микропроцессор соединен с преобразователем, индикатором и блоком задания параметров.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве приемника для УФ-излучения используют фотоприемник, а в память микропроцессора введены значения биологически эффективных интенсивностей падающего излучения Солнца и соответствующие им суммарные величины, измеряемые фотоприемником при различных углах Солнца над горизонтом для различного содержания озона, а из блока задания параметров вводятся значения углов Солнца над горизонтом в момент измерения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве приемника корпускулярного излучения смешенного типа оно содержит несколько детекторов частиц, имеющих определенную чувствительность, а для определения биологически эффективной интенсивности корпускулярного излучения смешанного типа в память микропроцессора введены коэффициенты биологической эффективности, зависящие от типа и энергетического спектра измеряемых частиц, и программа суммирования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12