Progetto di un irraggiatore per sangue umano

Come si può notare la geometria è semplice, non presenta particolari difficoltà strutturali né di funzionamento: ciò che fa davvero funzionare il dispositivo è il calcolo dosimetrico che, una volta stabilite distanze e geometria relativa tra fonte e tubo di passaggio, stabilisce quanto tempo il sangue deve scorrere all'interno del tubo, quindi implicitamente quale deve essere la velocità da fornire tramite la pompa. In questa sezione si presentano quindi i calcoli effettuati con un modello costruito al foglio elettronico, che ci permettono di fare questo tipo di valutazione.

La tecnica adottata per la costruzione del modello di calcolo è stata quella inizialmente di determinare quale fosse l'energia prodotta dalla fonte (la scelta è stata l'Iridio 192), che data la vicinanza tra fonte e tubo è stata assunta pari a quella che arriva fino alla superficie del tubo stesso. Per conoscere però l'energia che riceve effettivamente il sangue è necessario conoscere i coefficienti di attenuazione del materiale plastico con cui è fatto il tubo e del sangue, e relazionare questi tre parametri per sapere, ad ogni giro di spirale, quanta dose riceve la parte di fluido in esso presente.
Le semplificazioni adottate sono state le seguenti:
- la radiazione incide direttamente sul supporto plastico, quindi sul tubo;
- i giri di spirale cono considerati come circonferenze piane, dato il passo molto piccolo;
- non si considerano fattori dovuti al movimento del sangue durante il calcolo di assorbimento di dose, ovvero nell'istante in cui la radiazione gamma incide sulle molecole è come se il sangue fosse fermo;
- si adotta il principio di sovrapposizione degli effetti, secondo il quale la dose totale è chiamata dose integrata perché somma delle varie dosi ricevute nei singoli tratti.

Fatte queste considerazioni, nel foglio elettronico (che è inserito in appendice 2) si inseriscono dapprima i dati della fonte come il tempo di dimezzamento, tipo di emissioni gamma e loro percentuali, caratteristiche geometriche della fonte e sua attività iniziale in Ci, da cui il modello già ricava l'attività in GBq; dopo ciò è necessario inserire i dati sui coefficienti di attenuazione dei vari materiali in gioco, le densità, le distanze tra fonte e tubo e la geometria della spirale; il modello ricava così tutti i dati relativi al moto del sangue del circuito, il tempo di residenza in ogni tratto della spirale e il tasso di dose, sia per il livello interno che per quello esterno, e tramite la somma dei vari tratti ricava la dose integrata.

Tutto ciò è valido nel momento in cui la fonte viene inserita nel dispositivo “fresca”, a poco tempo dalla sua produzione. C'è bisogno di un modello aggiuntivo che determini qual è la velocità corretta da applicare al fluido una volta che è passato un determinato tempo dal collocamento della fonte fresca: questo modello utilizza l'equazione del decadimento esponenziale per determinare l'attività della fonte dopo un dato numero di giorni, e ricalcola l'attività della stessa, fornendo la velocità necessaria in quel determinato momento. Il calcolo è stato eseguito fino ad un tempo pari al doppio del tempo di dimezzamento del Ir, che corrisponde ad una velocità un poco inferiore ad un terzo della velocità iniziale.