2) полиэтилен
3) парафин
4) вода (+)
Вода наиболее близка к мышечной ткани по условиям переноса гамма-излучения, поскольку мышца содержит преимущественно воду и имеет сходную электронную плотность и эффективный атомный состав. Для фотонов мегавольтного диапазона основным механизмом взаимодействия является комптоновское рассеяние, вероятность которого в значительной степени определяется числом электронов на единицу объёма. Поэтому близость плотности и электронной плотности воды к соответствующим параметрам мягких тканей обеспечивает сопоставимые ослабление, рассеяние и поглощение энергии гамма-квантов.
В медицинской физике вода принята в качестве стандартной референтной среды для дозиметрии и моделирования прохождения фотонного излучения. Водные фантомы применяют при калибровке дозиметрической аппаратуры, определении поглощённой дозы и измерении распределений дозы в пучке. Плексиглас, полиэтилен и парафин также могут использоваться как имитаторы тканей, однако отличаются от мышцы по плотности, элементному составу и соотношению процессов поглощения и рассеяния, поэтому являются лишь приближёнными эквивалентами.
| Среда или критерий | Основные характеристики | Соответствие мышечной ткани при переносе гамма-излучения | Практическое применение |
|---|---|---|---|
| Мышечная ткань | Высокое содержание воды; плотность около 1,04–1,06 г/см³; содержит водород, углерод, кислород и азот | Исходная биологическая среда для сравнения | Оценка тканевых доз и распределения поглощённой энергии |
| Вода | H2O; плотность около 1,00 г/см³; электронная плотность близка к мягким тканям | Наиболее близкий стандартный эквивалент | Водные фантомы, референтная дозиметрия, калибровка и верификация расчётов |
| Плексиглас | Полиметилметакрилат, C5H8O2; плотность около 1,18 г/см³ | Приближённое соответствие; более высокая плотность и иное соотношение элементов | Твёрдые фантомы и конструкционные элементы дозиметрических систем |
| Полиэтилен | Полимер углеводородного состава (CH2)n; плотность около 0,92–0,96 г/см³ | Отличается отсутствием кислорода и меньшей плотностью | Фантомы, модификаторы пучка, материалы для моделирования мягких тканей |
| Парафин | Смесь высших углеводородов; плотность обычно около 0,85–0,95 г/см³ | Менее точный эквивалент из-за углеводородного состава и меньшей плотности | Учебные и специализированные фантомы, моделирование рассеяния |
| Критерий тканевой эквивалентности | Сходство массового и линейного коэффициентов ослабления, электронной плотности и коэффициента поглощения энергии | Чем ближе эти параметры к мышце в заданном энергетическом диапазоне, тем точнее имитация | Выбор материала для расчёта и экспериментального контроля дозы |
Выбор воды особенно обоснован для фотонных пучков, где необходимо воспроизвести не только первичное ослабление, но и вклад рассеянного излучения. При низких энергиях возрастает роль фотоэлектрического поглощения, зависящего также от эффективного атомного номера вещества, однако вода всё равно сохраняет статус базовой референтной среды. Использование других материалов требует учёта их энергетически зависимых коэффициентов ослабления и поглощения энергии. Поэтому среди перечисленных веществ именно вода обеспечивает наиболее универсальное приближение к переносу гамма-излучения в мышечной ткани.