2) идентичной по своим свойствам поглощения и рассеяния излучения легким человека
3) гетерогенным материалом с высокой дифференциацией плотностей
4) наиболее доступным материалом, обладающим хорошей воспроизводимостью поглощения и рассеяния излучения (+)
Измерения поглощённой дозы проводят в водном фантоме, поскольку вода является однородной, стабильной и легко воспроизводимой средой, близкой по радиационным свойствам к мягким тканям. При плотности около 1 г/см³ и сходной электронной плотности она обеспечивает сопоставимые условия поглощения энергии и рассеяния фотонов и электронов. Это позволяет корректно оценивать распределение дозы в тканях организма и сравнивать результаты, полученные на разных установках.
Физической основой служит взаимодействие излучения с электронами вещества. В диапазоне мегавольтных энергий основную роль играет комптоновское рассеяние, вероятность которого тесно связана с электронной плотностью; поэтому вода адекватно моделирует мягкие ткани. При прохождении пучка в водном фантоме формируются вторичные электроны и рассеянное излучение, определяющие реальную дозу в облучаемом объёме. В отличие от костного эквивалента или лёгочной ткани вода не предназначена для моделирования выраженной неоднородности организма.
Вода используется как референтная среда в международных протоколах дозиметрии, включая TRS-398 и AAPM TG-51: калибровка ионизационных камер и определение основных параметров пучка выполняются в терминах поглощённой дозы в воде. Для клинической практики применяют также твёрдые водоэквивалентные материалы, однако их свойства должны быть подтверждены относительно воды и при необходимости скорректированы. Такое единообразие повышает точность контроля качества и обеспечивает сопоставимость дозиметрических данных.
| Среда или материал | Основные радиационные свойства | Применение в дозиметрии | Ограничения |
|---|---|---|---|
| Вода | Однородна, плотность близка к 1 г/см³, электронная плотность сходна с мягкими тканями | Референтное измерение поглощённой дозы, построение профилей и кривых глубинной дозы | Требует защиты от протечек, контроля температуры и точного позиционирования |
| Твёрдый водоэквивалентный материал | Имитирует ослабление и рассеяние в воде в заданном диапазоне энергий | Повседневные измерения, контроль качества, быстрые проверки параметров пучка | Не всегда эквивалентен воде для всех видов и энергий излучения; возможны поправочные коэффициенты |
| Мягкие ткани | Близки воде по составу и электронной плотности, но неоднородны по анатомическим областям | Клиническое моделирование распределения дозы в организме | Не могут служить стандартизованной и удобной калибровочной средой |
| Кость или костный эквивалент | Более высокая плотность и эффективный атомный номер, чем у воды | Оценка влияния костных структур на ослабление и рассеяние излучения | Не моделирует средние условия облучения мягких тканей |
| Лёгочная ткань или лёгочный эквивалент | Низкая физическая плотность, выраженная неоднородность среды | Расчёт дозы при облучении грудной клетки и оценка прохождения пучка через лёгкие | Результаты нельзя непосредственно использовать вместо стандартной дозы в воде |
| Воздух в измерительной камере | Низкая плотность; регистрируется ионизация воздуха, а не доза непосредственно в ткани | Работа ионизационных камер с последующим пересчётом в поглощённую дозу в воде | Требуются калибровочные коэффициенты и учёт влияния стенки камеры |
Таким образом, вода является не заменой всех тканей организма, а унифицированной референтной средой для радиотерапевтической дозиметрии. Её однородность снижает неопределённость измерений, а близость к мягким тканям обеспечивает клиническую значимость результатов. Дозу, измеренную в воде, затем используют для верификации планов лечения и оценки соответствия параметров пучка установленным стандартам.