Медицинские измерения
В медицине измеряют множество разных величин, например концентрации каких-либо веществ в каких-либо средах, механические величины (вес, линейные размеры, перемещение, давление, силу, объем выдыхаемого воздуха), частоты (пульса, дыхания), электрические величины (потенциалы). С точки зрения метрологии в большинстве случаев эти измерения не представляют сложности — требования к точности и скорости измерений обычно вполне умеренны. В некоторых случаях, естественно, возникают специфические трудности, например при измерении потенциалов (ЭКГ) есть проблема обеспечения хорошего и стабильного контакта.
Все виды томографии, в том числе рентгенография, ультразвуковая (УЗ) «дефектоскопия», магниторезонансная томография и другие, сводящиеся к изучению либо прошедшего через объект электромагнитного или звукового излучения, либо в тех или иных условиях испускаемого объектом электромагнитного излучения. С точки зрения метрологии сами решаемая задача — восстановление трехмерной картины по двумерным изображениям — не тривиальна. В некоторых случаях проблемой является и обеспечение чувствительности метода, в частности для уменьшения воздействия метода исследования на объект.
Общей проблемой медицинской метрологии является обеспечение неразрушающих и по возможности мало влияющих на объект методов измерения, а также сильная зависимость значения измеряемых параметров от прочих параметров объекта. В некоторых случаях применяется принудительная стабилизация параметров (…а это, голубчик, только натощак), в иных — измерения с усреднением. Если параметры объекта существенно изменяются со временем суток, состоянием сна-бодрствования и родом занятия, именно эти изменения становятся информативны.
В этом случае применяется длительное (сутки) наблюдение значений этих параметров. Его называют «мониторирование», потому что слово мониторинг медики используют как синоним наблюдения вообще, а для этого наблюдения им захотелось иметь отдельное слово. Реально чаще всего применяется мониторирование ЭКГ — электрокардиограммы и АД — артериального давления, реже — внутричерепного давления, концентрации сахара в крови, температуры тела.
Аргументы за такое наблюдение очевидны: получение данных в реальных условиях, при всех обычных для данного человека жизненных факторах, с выявлением обычной суточной периодичности, с экономией времени, в отсутствие пугающего некоторых белого халата и вообще…
Измерение мощности излучения, доз облучения, активности нуклида
Эти измерения в быту применяются, к счастью, редко. В нормальной жизни — собственно, никогда. Но нам их производить приходилось, и будь люди в этой сфере компетентнее — и трупов, и страхов было бы меньше. Наверное, не на всех планетах Вселенной история складывается именно так, но на планете Земля, на которой вы, скорее в данный момент находитесь, открытие радиоактивности сыграло весьма большую роль в истории. В цивилизациях технологического типа и агрессивного подтипа, все время занимающихся превращением носителей разума в прах и пепел, а как минимум — в удобрение, все естественнонаучные открытия, и физические, и химические, и биологические рано или поздно начинают служить этому великому делу. Но почему-то сложилось так, что именно радиоактивность оказалась наиболее эмоционально насыщенна для людей. Будем надеяться, что социопсихологи далекого будущего и другой планеты, разгребая кочергой сухие останки великой (по ее нескромной самооценке) земной цивилизации, поймут, почему так случилось. Химическое и биологическое оружие, которое разрабатывалось и разрабатывается, могут похоронить цивилизацию не столь театрально, но не менее надежно, чем бомба. Однако люди больше боятся того, чем их пугали, а не того, что от них всерьез прячут.
Да и гриб атомного взрыва много зрелищнее простой трубы печи Освенцима, простой ямы простого пересылочного лагеря «Вторая речка» под Владивостоком…
Радиоактивное излучение — это α-, β-, γ-частицы и нейтроны (n). Поток частиц любого сорта в смысле опасности полностью характеризуется спектром, зависимостью потока (частиц/м2с) от энергии. Степень опасности зависит от способности этих частиц проникать сквозь преграды, отделяющие источник от человека и от способности повреждать человека. Поэтому к радиоактивному излучению не относят, например, нейтрино, которые человека не повреждают. Для метрологии также важна проникающая способность, поскольку активная, «чувствующая» часть датчика во многих случаях чем-то, например, корпусом прибора, отделена от «среды». Реально важно только то, что α-излучение поглощается слоем воздуха толщиной несколько сантиметров, слоем воды толщиной около 0,1 мм или листом бумаги, а β-излучение — слоем алюминия в несколько миллиметров.
О радиоактивности написано много. В сети, например, довольно короткое и внятное изложение основных сведений имеется в:
http://www.csgi.ru/gi/gi5/02.htm
http://dbserv.pnpi.spb.ru/hepd/events/announcement/zaschita_ot_radiatsii.pdf
более подробное, например в:
http://www.twirpx.com/file/39115/
http://profbeckman.narod.ru/MED8.htm
Единицы измерения радиоактивности таковы.
Экспозиционная доза — мера энергии гамма-излучения, определяемая по ионизации воздуха. Выражается Рентгенами (Р) в единицу времени: Рентген в час (Р/ч) или микроРентген в час (мкР/ч). 1 рентген — доза, образующая ионы в 1 ед. заряда СГСЭ (1/3)·10-9 Кулон на 1 см3 воздуха при нормальном атмосферном давлении и 0 RС.
Поглощенная доза — количество энергии любого вида ионизирующего излучения, поглощенной единицей массы облучаемого вещества (основная дозиметрическая величина). Единица поглощенной дозы 1 Грей (Гр). Поглощенная доза равна 1 Гр, если вещество получило 1 Дж энергии в расчёте на 1 кг массы. Иногда используется единица поглощённой дозы «рад» 1 рад = 0,01 Гр.
Эквивалентная доза — поглощенная доза для разных видов излучения (то есть умноженная на коэффициент для разных видов ионизирующего излучения), вызывающая тот же биологический эффект (основная дозиметрическая величина для оценки ущерба здоровью человека от хронического воздействия излучения произвольного состава). Коэффициент для бета-, гамма-, и рентгеновского излучения равен 1, для альфа-излучения — 20, для нейтронов — от 5 до 20 в зависимости от энергии. По системе СИ эквивалентная доза измеряется в Зивертах (сокращенно — Зв). Название этой единице измерения дано в память о Зиверте, шведском радиологе. Используется также единица бэр (биологический эквивалент Рентгена), 1 Зв равен 100 бэрам.
Производной от эквивалентной дозы является эффективная эквивалентная доза — Зиверт в единицу времени. Например, миллиЗиверт/год (сокращенно — мЗв/год), микроЗиверт/год (сокращенно мкЗв/год).
Активность радионуклидного источника или препарата есть количество радиоактивных превращений в нем в единицу времени. Единицей активности является беккерель (Бк) — активность источника, в котором происходит в среднем одно радиоактивное превращение за 1 секунду. Используется и единица активности — Кюри (Ки). 1 Ки соответствует активности 1 г радия-226 в равновесии с дочерними продуктами распада 1 Ки = 37 ГБк. Радиационное загрязнение выражается в Кюри на квадратный километр или в Беккерелях на квадратный километр. Радиоактивное загрязнение жидкости, продуктов и других веществ выражается в Беккерелях на литр или килограмм (Бк/л, Бк/кг).
Как видно, четкие физические определения имеют Грей, Беккерель, Кюри и Рентген, но именно поэтому они менее показательны, если речь идет о биологических применениях. Единицы Зиверт и Бэр — искусственные параметры, предназначенные именно для оценки воздействия на биологические объекты.
Кроме всего перечисленного существует понятие «горячие частицы» (не путать с элементарными частицами). Это микрочастички, пылинки, порошинки вещества, содержащие нуклид в количестве, опасном для человека при попадании внутрь. Для измерения их эффективности можно было бы ввести новую единицу измерения «труп», принимающую два значения — 0 и 1, и полагать, что эффективность составляет 1 Труп, если частица попала внутрь организма. Для некоторых горячих частиц возможны забавные эффекты, например из практики работы с радиоактивными веществами известно, что частицы изотопа полония 210Po могут перемещаться по помещению на макроскопические расстояния.