radiaČnÍ ochrana v nukleární medicíně

RADIAČNÍ OCHRANA

v nukleární medicíně

Ing. Jaroslav Zimák, CSc.

Klinika nukleární medicíny a endokrinologie

UK 2. LF

Fakultní nemocnice v Motole

ZÁŘENÍ

Z Á Ř E N Í(radiace)

=

Přenos energie prostorem "na dálku"

prostřednictvím fyzikálních

polí nebo mikročástic

Mechanismus přenosu energie:

Časové změny pole Pohyb částic (Vlny - elektromagnetické, gravitační) (elektrony b, a-částice,

protony, neutrony,...)

kospuskulárně-vlnový dualismus

Je to záření, jehož kvanta mají natolik vysokou energii, že jsou schopny vyrážet elektrony z atomového obalu a tím způsobovat ionizaci látek

IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ

Pro běžné druhy záření fotonového (X a g), elektronového (β-) a α se za energetickou hranici ionizujícího záření bere energie 5 keV.

Složitější situace je u neutronového záření, kde i velmi pomalé neutrony vstupují do jader a prostřednictvím jaderných reakcí mohou vyvolávat sekundárně ionizaci (a to i zpožděně či dlouhodoběji - aktivace jader, vznik radionuklidů). Podobně není definována prahová energie u záření b+, kde i velmi pomalé pozitrony anihilují s elektrony za vzniku tvrdého ionizujícího záření g.

IONIZUJICÍ ZÁŘENÍje neviditelné, není cítit,

nemá chuť.Může však škodit,

stejně jako pomáhat lidem.

Vztah veřejnosti je proto irracionální.

Bez potřebných znalostí může být a je využíván (zneužíván?) v politice a

veřejném životě.Náš přístup budiž

racionální.

Čerenkovovo záření způsobené silným zářičempoužívaným pro sterilizaci ponořeným do vody5 m pod hladinou

ZDROJE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ

Přírodní zdroje kosmické záření sluneční záření přírodní radioizotopy

Umělé zdroje cyklotron jaderný reaktor rentgen (rtg, CT, mamograf…) terapeutická zařízení - rtg ozařovače, cesiové

a kobaltové gama ozařovače, Leksellův gama-nůž

radiofarmaka zařízení, pracující s brzdným či rtg zářením

(mimo jiné barevné CRT zobrazovače) CRT=katodová trubice, ve starých televizích, monitorech

NEJDŮLEŽITĚJŠÍ DRUHY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ

Látkové záření - tvořené látkovými částicemi, tj. částicemi s nenulovou klidovou hmotou

Záření beta - látkové záření tvořené elektrony nebo pozitrony vysílané jádry při přeměně beta

Záření elektronové - látkové záření tvořené elektrony

Záření delta - látkové záření tvořené elektrony uvolněnými ionizací

Záření alfa - látkové záření tvořené částicemi alfa tj. jádry helia

Fotonové záření - elektromagnetické záření tvořené fotony

Záření gama - fotonové záření s čárovým spektrem, tvořené foton vysílané atomovými jádry při přeměnách, jaderných reakcích a anihilaci

Brzdné záření - fotonové záření se spojitým spektrem, vznikající bržděním nabitých částic v elektrických polích látkových částic

Charakteristické záření - fotonové záření s čárovým spektrem, vysílané při přechodu elektronu atomového obalu na nižší energetickou hladinu, popř. při rekombinaci iontu s volným elektronem

NEJDŮLEŽITĚJŠÍ DRUHY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ

VELIČINY A JEDNOTKY V RADIAČNÍ OCHRANĚ

charakterizující

zdroje IZ

záření

interakce IZ s hmotou

biologické účinky

VELIČINY A JEDNOTKY CHARAKTERIZUJÍCÍ ZDROJE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ

Definice radioaktivity

schopnost atomových jader samovolně se přeměňovat (včetně účasti elektronových obalů) za současného vzniku ionizujícího záření. Méně stabilní jádra se mění na stabilnější s optimálnějším poměrem p a n. Nicméně dceřinná jádra mohou být také radioaktivní – rozpadové řády – nakonec stabilní izotop.

Známe více než 2000 nuklidů, z toho asi 270 je stabilních.


XA

Z

Nuklidy jsou atomy charakterizované počtem protonů a neutronů.

A = hmotnostní číslo (součet počtu protonů a neutronů)Z = atomové číslo (počet protonů)X = chemický název (prvek)


Každý prvek může mít několik izotopů, které mají stejné atomové číslo ale odlišné hmotové číslo

Např. jod:

I I I I132

53

131

53

125

53

123

53 I

127

53


Aktivita je definována jako podíl počtu dN radioaktivních přeměn z daného energetického stavu v určitém množství radionuklidu za časový interval dt a tohoto časového intervalu:

A= dN/dt

Jednotkou je 1 Bq, tedy jedna přeměna za sekundu (rozměr s-1).

Stará jednotka 1 Ci = 3,7.1010 Bq = 37 GBq

1 mCi = 37 MBq


ln2T

t

21

0eAA

Zákon radioaktivity: A = A0e

-t

čas t pro který A= A0/2 označíme T1/2

pak platí λ = ln2/ T1/2 a lze tedy zákon přepsat do tvaru:

• Aktivita hmotnostní A/m [ Bq.kg-1]• Aktivita objemová A/V [ Bq.m-3 ]• Aktivita plošná A/S [ Bq.m-2 ]


100

50

25

12,56,25 3,125 0,0980

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

počet poločasů

% a

kti

vit

y

Graf poklesu aktivity v čase


Radionuklid aplikovaný biologickému objektu je vylučován exponenciálně:

Biologický poločas Tb a konstanta b , λln2

T

Efektivní poločas Tef

Celková eliminace ef = + b b1/2ef T

1T

1T1

Tef < T1/2 Tef < Tb

VELIČINY A JEDNOTKY CHARAKTERIZUJÍCÍ IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ

Jednotka energie v jaderné a subjaderné fyzice je elektronvolt ( eV )1 eV = 1,602 ×10 – 19 J

Je to malá jednotka, používají se násobky: keV, MeV …

Používá se pro všechny druhy záření

Energie částic a fotonů

VELIČINY A JEDNOTKY CHARAKTERIZUJÍCÍ IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ

Lineární přenos energie – LET

jednotka keV/cm

Udává ztrátu energie částice na jednotku délky její dráhy ionizačními procesy

S tím souvisí pronikavost, dosah a biologické účinky

DOLET ČÁSTIC

částice částice

E[MeV]

Vzduch[cm]

Tkáň [µm]

Al [µm]

4 2,5 31 16

5 3,5 43 23

6 4,6 56 30

8 7,4 91 48

10 10,6 130 69

E[MeV]

Vzduch[mm]

Tkáň[mm]

Al[mm]

0,01 1,3 0,002 0,0006

0,1 101 0,158 0,05

1 3 060 4,8 1,52

5 19 000 29,8 9,42

10 39 000 60,8 19,2

INTERAKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S HMOTOU

Dominantní způsob předávání energie

excitatace atomů

ionizace atomů


Excitace

přechod elektronu z nižší na vzdálenější slupku v důsledku interakce

eexcitovaný stav je nestabilníxcitovaný stav je nestabilní::

elektron se vrací na původní slupku, přebytečná energie je emitována


Ionizace

Energie předaná elektronu nabitou částicí je dostatečně velká k jeho odtržení z atomu

Událost: předaná energie > vazebná energie elektronu

Důsledek: vzniká pár elektron – kladně nabitý iont


Záření:

přímo ionizující – nabité částice (+, -, p, )

těžké nabité částice – při interakci s elektrony zanedbatelné změny směru, dráha přímočará

lehké částice – dráha klikatá

větší náboj – větší hustota ionizace

nepřímo ionizující – částice bez náboje ( X, , brzdné záření)

NEPŘÍMO IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ

Fotonové záření X a g

Interakce závisí na energii částice a materiálu 1. Fotoelektrický jev

2. Comptonův rozptyl 3. Tvorba elektron-pozitronových párů


Interakce s hmotou


Expozice

Absorbovaná dávka

Ekvivalentní dávka

Efektivní dávka


Expozice X – nyní se nepoužívá v radiační ochraně

definována jako množství náboje vytvořeného ionizačním zářením ve vzduchu

definována jen pro vzduch a X a gamma záření měří se v C(coulomb)/kg stará jednotka rentgen R = 2.58 x 10-4 C/kg air


Absorbovaná dávka D

Definována jako střední hodnota energie sdělená látce o jednotkové hmotnosti v terči z libovolného materiálu

Používá se pro všechny druhy záření

Jednotkou je Gray (Gy) = 1 Joule/kg

Stará jednotka byla rad = 0.01 Gy

INTERAKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S ŽIVOU HMOTOU

Fáze Proces Trvání

FyzikálníAbsorbce energie,

ionizace10-16 s

Fyzikálně-chemická

Interakce iontů s molekulami, tvorba

volných radikálů10-6 s

Chemická

Interakce volných radikálů s

molekulami, buňkami a DNA

Sekundy

Biologická

Smrt buněk, změny v genetických datech buněk,

mutace

desítky minut

až desítky let

RADIAČNÍ ÚČINKY

Dva základní účinky :

Deterministické: k biologickému poškození dochází až po překročení prahové dávky – s dávkou narůstá míra poškození

Stochastické : pravděpodobnost účinků narůstá s dávkou – účinky jsou bezprahové

DETERMINISTICKÉ ÚČINKY

Tkáň ÚčinekPrahová

dávka [Gy]

ovaria sterilita 2,5 – 6

varlata

dočasná sterilita 0,15

trvalá sterilita 3,5 – 6

čočkaopacita 0,5 - 2

katarakta 5

kůže erytém 3 - 5

nekróza 5

Ex. prahová dávka pro vyvolání účinků Intenzita účinků je závislá na dávce Akutní nemoc z ozáření, nausea,

katarakta, epilace, erythema, nekrózy, poškození plodu, sterilita….


Muž, 40let, 1 koronární angiografie, 1 PTCA, další koronární angiografiepro komplikace a nakonec bypass chirurgie. To vše v jednom dni …

6 týdnů 20 týdnů


20 měsíců

ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ NA EMBRYO A FETUS

StáříPráh letálních

účinků(mGy)

Práh rychlosti růstu

(mGy)

Práhmalformací

(mGy)

1 den 100 žádný efekt žádný efekt

14 dní 250 250 -

18 dní 500 250-500 250

28 dní >500 500 250

50 dní >1000 500 500

50 dní - narození >1000 500 >500

EKVIVALENTNÍ DÁVKA HT

bere v úvahu účinek konkrétního záření na tkáň – použitím radiačního váhového faktoru wR

(o hodnotách od 1 do 20 podle tabulky )

DTR je absorbovaná dávka v orgánu nebo tkáni v Gy

jednotkovu je Sievert [ Sv ] – rozměr shodný s Gy

Stará jednotka je rem = 0.01 Sv

R

RTRT wDH

RADIAČNÍ VÁHOVÉ FAKTORY

Druh záření WR

beta 1 alfa 20 X 1 gama 1 neutrony <10 keV 5 neutrony (10 keV – 100 keV)

10

neutrony (100 keV – 2 MeV)

20

neutrony (2 meV – 20 MeV)

10

neutrony >2 MeV 5

STOCHASTICKÉ ÚČINKY

Příklady :karcinogeneseleukaemogenese

Praděpodobnost účinku

Dávka

EFEKTIVNÍ DÁVKA E

bere v úvahu různou citlivost různých tkání na záření - použitím tkáňového váhového faktorus wT

HT – ekvivalentní dávka v orgánu nebo ve tkání v Sv

měří se v Sievertech [ Sv ]

používá se více orgánů je ozářeno různou dávkou, nebo někdy když je orgán ozářen jediný

Efektivní dávka se používá k lepšímu popisu biologické odpovědi na ozáření, kdy různé tkáně nebo orgány obdržely různé dávky

T R

RTRTT

TT wDwwHE

NOVÉ HODNOTY TKÁŇOVÝCH VÁHOVÝCH FAKTORŮUVEDENÉ V NOVÉM DOPORUČENÍ ICRP 103

Tkáň nebo orgán wT (ICRP 60) dosud wT (ICRP 103) nové

gonády 0,20 0,08

červ. kostní dřeň 0,12 0,12

střevo 0,12 0,12

žaludek 0,12 0,12

moč. měchýř 0,05 0,04

plíce 0,12 0,12

prsa 0,05 0,12

játra 0,05 0,04

jícen 0,05 0,04

štítná žláza 0,05 0,04

kůže 0,01 0,01

povrchy kostí 0,01 0,01

slinná žláza - 0,01

mozek - 0,01

zbytek součet 0,05 součet 0,12


Ekvivalentní dávka HT

zajišťuje dostatečnou ochranu

před deterministickými účinky IZ

Efektivní dávka E

zajišťuje dostatečnou ochranu

před stochastickými účinky IZ


Kolektivní dávka

Používá se k měření totálního dopadu ozáření vyplývajícího z nakládání se zdroji záření na všechny ozářené osoby

Např. vliv diagnostické radiologie nebo nukleární medicíny

Měří se v man-sievert (man-Sv)

PRINCIPY RADIAČNÍ OCHRANY

Cílem radiační ochrany je vyloučení deterministických účinků ionizujícího záření a snížení pravděpodobnosti stochastických účinků na rozumně dosažitelnou úroveň

Zdůvodnění

Optimalizace – ALARA (velikost individuálních dávek, počet ozářených osob a pravděpodobnost ozáření mají být tak nízké, jak lze rozumně dosáhnout při respektování hospodářských a sociálních hledisek)

Limitování

ZÁKLADNÍ LIMITY

efektivní dávka *)

ekvivalentní dávka

oční čočka1 cm2 kůže

ruce, nohy **)

obecné limity1 mSv/1 rok,5 mSv/5 let

15 mSv 50 mSv

radiační pracovníci50 mSv/1 rok,100 mSv/5 let

150 mSv 500 mSv 500 mSv

studenti a učni (16-18let)

6 mSv 50 mSv 150 mSv 150 mSv

*) součet efektivních dávek ze zevního ozáření a úvazků efektivních dávek z vnitřního ozáření

**) ruce od prstů až po předloktí a na nohy od chodidel až po kotníky

Nejsou přímo měřitelné byly zavedeny odvozené limity

ODVOZENÉ LIMITY

Měřitelné nebo jednoduše vypočítatelné, zaručují nepřekročení základních limitů

1) OL pro vnější ozáření Osobní dávkový ekvivalent v hloubce d Osobní dávkový ekvivalent v hloubce d

[mm][mm] Hp(0,07) - odhad HT, 500 mSv/rok

Hp(10) - odhad E, 20mSv/rok

ODVOZENÉ LIMITY

2) OL pro vnitřní ozáření Jsou stanoveny konverzní faktory h [Sv/Bq] -

převádí příjem daného radionuklidu vyjádřený v aktivitě [Bq] na hodnotu v Sv

hing - pro příjem daného radionuklidu požitím (ingescí)

hinh - pro příjem daného radionuklidu vdechnutím (inhalací)

Při současném zevním i vnitřním ozáření lze OL sčítat

DOZIMETRY

měsíční monitorovací cyklus

okamžité stanovení – elektronický dozimetr

filmové dozimetry prstové TLD dozimetryosobní dozimetry OLS

VNITŘNÍ OZÁŘENÍ

Při vniknutí radionuklidu do těla dochází k ozařování tkání dokud není vyloučen nebo se nerozpadne.

Ozáření je rozloženo v čase depozice energie se uskutečňuje v souladu s přeměnou radionuklidů

Zjišťování vnitřní kontaminace – celotělový detektor

Polovodičový HPGe detektor ve stíněné kobce

LEGISLATIVA ČR V OBLASTI RADIAČNÍ OCHRANY

ATOMOVÝ ZÁKONč. 18/1997 ve znění zákona č. 13/2002

Vyhláška SÚJB č. 307/2002o radiační ochraně (ve znění č. 499/2005)

SÚJB, SÚRO, SÚRAO

ATOMOVÝ ZÁKONč. 18/1997 ve znění zákona č. 13/2002

Vyhláška SÚJB č. 307/2002 ve znění vyhlášky č. 499/2005o radiační ochraně

KLASIFIKACE ZDROJŮ

Nevýznamné

Drobné

Jednoduché

Významné

Velmi významné

I. kategorie (imunologická laboratoř, kostní denzitometr)

II. kategorie (ambulance NM)

III. kategorie (urychlovače, ozařovače v radioterapii a průmyslu, terapie radiojodem)

IV. kategorie (jaderné reaktory, výrobny radionuklidů, úložiště radioaktivních odpadů)

KATEGORIZACE PRACOVIŠŤ

Sledované a kontrolované pásmo Sledované pásmo

vymezuje se všude tam, kde se očekává, že efektivní dávka by mohla být vyšší než 1 mSv ročně nebo ekvivalentní dávka by mohla být vyšší než 1/10 limitu ozáření pro radiační pracovníky pro oční čočku, kůži a končetiny

zajistit monitorování pracoviště

Kontrolované pásmo vymezuje všude tam, kde by efektivní dávka

mohla být vyšší než 6 mSv ročně nebo kde by ekvivalentní dávka mohla být vyšší než 3/10 limitu ozáření pro radiační pracovníky pro oční čočku, kůži a končetiny

zabezpečeno proti vstupu nepovolaných osob, zákaz vstupu těhotných žen a osob mladších 18 let

pracovníci kat. A, osobní monitorování, ochranné pomůcky, hygienické smyčky

OCHRANNÉ POMŮCKY

Průměrná roční dávka v mSv z přírodních zdrojů

v evropských zemích

PROCENTUÁLNÍ ZASTOUPENÍ JEDNOTLIVÝCH SLOŽEK OZÁŘENÝCH LIDÍ VE SPOJENÉM KRÁLOVSTVÍ

ROZLOŽENÍ PŘÍRODNÍ RADIOAKTIVITY V ČR

Individuální opravy ročních dávek

ŽIVOTNÍ RIZIKO

Uvedené aktivity spojené se smrtelným rizikems pravděpodobností 1 / 1 000 000

•10 pracovních dní na oddělení NM

• vykouření 1.4 cigarety

• vypití 0.5 l vína

• 2denní pobyt ve znečistěném městě

• 6 minut jízdy v kanoi

•1.5 minuty horoloezectví

• cestování autem na vzdálenost480 km

• cestování letadlem na vzdálenost 1600 km

• 2 měsíce spolužití s kuřákem

• vypití 30 plechovek dietní limonády

RIZIKA ZKRÁCECENÍ ŽIVOTA

Očekávané zkrácení života

Svobodný muž 3500 dníKouřící muž 2250 dníSvobodná žena 1600 dní30% nadváhy 1300 dníRakovina 980 dníPráce ve stavebnictví 300 dníAutonehody 207 dníNehody v domácnosti 95 dníPráce v administrativě 30 dníVyšetření na NM 6 dní

Konec

přednášky z radiační ochrany

radiaČnÍ ochrana v nukleární medicíně

Documents