RADIAČNÍ BIOFYZIKA Martin Falk BFU AVCR Brno Email: falk@ibp.cz Tel.: 728-084060 PŘEDNÁŠKA 8 VELIČINY a JEDNOTKY [USEMAP] •Charakterizující: 1.Zdroje IZ 2.Pole IZ 3.Interakce IZ 4.Dozimetrické 5.Biologického účinku •(vliv na člověka) VELIČINY a JEDNOTKY [USEMAP] Veličiny vztahující se k IZ Přirozený zdroj – Aktivita [Bq, Ci] Absorbovaná dávka [Gy], expozice, kerma Ekvivalentní dávka [Sv] Efektivní dávka dávka [Sv] Umělé zdroje – Emise částic Fluence, fluenční tok [USEMAP] CHARAKTERISTIKA ZDROJE 2. Aktivita [s-1] počet rozpadajících se atomů čas Aktivita (základní veličina) - počet samovolných přeměn v daném množství látky za jednotku času A. 1. Emise (obecně) [USEMAP] Jednotky aktivity 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq, tzn. 3,7 x 1010 rozpadů/s 1 Bq = 2,7 x 10-11 Ci à 27 pCi = tzn. 1 rozpad/s 1 Bq = 1 rozpad/s [USEMAP] •Měrná akvivita - aktivita vztažená na určité množství – objem, plochu, hmotnost, látkové množsví... • • • Aktivita nevypovídá nic o uvolněné energii, počtu částic... je potřeba definovat jiné veličiny _akt1 _akt2 3. Měrná aktivita [USEMAP] Příklady měrných aktivit zdroje I člověk je radioaktivním zářičem (40K) Z:\Dokumenty\prezentace\2014\Aktivita.jpg •Podloží (horniny): desítky až stovky Bq/kg •Průměrná objemová aktivita radonu v ČR – 120 Bq/m3 •Slabé zářiče: do 1 MBq •Ozařovače ve zdravotnicvtí: 100 GBq až 10 TBq (1012 Bq) •Množství 239Pu v atomových zbraních: 1010 – 1012 Bq •Lidské tělo 100 Bq/kg tzn. pro 70 kg člověka 7 000 Bq •Radioaktivní prameny (lázně Teplice): 1 837 Bq/kg •Radioaktivní prameny (lázně Jáchymov): 10 000 Bq/kg Dle SÚJB vzdálenost stínění [USEMAP] Radioaktivita některých materiálů 1 dospělý člověk (100 Bq/kg) 7000 Bq 1 kg kávy 1000 Bq 1 kg superfosfátového hnojiva 5000 Bq Vzduch v průměrném domě (100 m2) v Austrálii (radon) 3000 Bq Vzduch v průměrném domě (100 m2) v Evropě (radon) až 30 000 Bq 1 domácí požární detektor kouře (obsahuje americium) 30 000 Bq Radioisotopový zářič pro lékařskou diagnostiku (příklad) 70 millionů Bq Radioisotopový zářič pro lékařskou terapii (příklad) 100 000 000 millionů Bq (100 TBq) 1 kg vitrifikovaných vysokoaktivních odpadů po 50 letech 10 000 000 millionů Bq (10 TBq) 1 luminiscenční světelné znamení „Exit“ (obsahuje tritium) 1 000 000 millionů Bq (1 TBq) 1 kg uranu 25 millionů Bq 1 kg uranové rudy (naleziště Kanada, 15 %) 25 millionů Bq 1 kg uranové rudy (naleziště Austrálie, 0.3 %) 500 000 Bq 1 kg nízkoaktivních jaderných odpadů (příklad) 1 millionů Bq 1 kg uhelného popílku 2000 Bq 1 kg granitu (žuly) 1000 Bq Zdroj: WNA [USEMAP] [s-1] 4. PŘEMĚNOVÁ KONSTANTA celkový počet atomů počet rozpadajících se atomů/čas [USEMAP] Aktivita vyjádřená pomocí rozpadové konstanty l vyjadřuje počet částic v jednotkovém látkovém množství (v 1 molu) (6,022 140 76×1023 mol−1) celkový počet atomů Avogadrova konst. počet rozpadajících se atomů látkové množství A = l NAV n [USEMAP] 5. 2. 3. STŘEDNÍ DOBA ŽIVOTA t [s] Rovná se převrácené hodnotě l. Definuje tedz střední dobu, za niž dojde k přeměně dané entity Např.: pro neutrony je T1/2 cca 10.3 min, l = 0.067/min a t = 14.8 min = poločas rozpadu [USEMAP] Radioaktivita ubývá s časem. Každý radionuklid má charakteristickou konstantu - poločas přeměny. •Ionizující záření není závislé na změnách teploty, tlaku, ani na chemických reakcích radionuklidů. Ubývá však s časem. •Poločas přeměny je doba, za kterou se přemění právě polovina všech radioaktivních jader přítomných na začátku děje. Za další poločas přeměny se pak rozpadne opět polovina (tj. zbývá 1/4 původních jader) atd. •Jaderná přeměna je statistický děj a její pravděpodobnost je stejně veliká pro všechny stejně velké časové intervaly. •Za dobu odpovídající 10 poločasům přeměny klesne aktivita na tisícinu původní hodnoty. •Za tuto dobu radioizotop prakticky zanikne (vymře). Přeměněné atomy ovšem nezmizí - staly se z nich atomy dceřiného prvku. •Poločasy přeměn se pohybují od zlomků sekundy do milionů let. [USEMAP] Poločas rozpadu Obrázek7 [USEMAP] Aktivita v čase [USEMAP] Veličiny charakterizující pole záření B. (de facto charakterizuje i zdroj IZ) [USEMAP] 1. ENERGIE záření •Velmi důležitá veličina: •Energie záření charakterizuje jak samotné záření, tak i jeho zdroj •Energie emitovaných částic je totiž jednoznačnou charakteristickou radionuklidu •Na energii závisí i další (biologicky) důležité vlastnosti záření – hustota ionizace, dolet •Jednotkou energie IZ je joule [J], používá se však spíše vyjádření v elektronvoltech [eV] a jeho násobcích – keV, MeV •Platí: 1 eV = 1,6 × 10-19 J (= 1.6 × 10-12 erg) 1 J = 6.24150913 × 1018 eV (= 107 erg) [USEMAP] [USEMAP] FLUENCE ČÁSTIC / FOTONŮ Pole IZ dále charakterizuje fluence částic nebo fotonů F neboli hustota toku částic nebo fotonů). Je to poměr počtu částic dN, které vstoupily v daném bodě měření do koule s plochou hlavního řezu da, a této plochy. Φ - fluence částic; dN - počet částic nebo fotonů, jež vstoupily do koule s plošným obsahem da hlavního řezu. Jednotkou fluence je m-2. [m-2] 2. Obrázek k definici fluence (hustoty prošlých částic: částice přicházející ze všech směrů, čárkovaně je vyznačen hlavní řez koule o ploše da [USEMAP] Často se používá další veličiny, která popisuje rychlost růstu fluence v daném časovém okamžiku, a tou je příkon fluence částic nebo fotonů (hustota toku částic nebo fotonů); je dán poměrem přírůstku fluence za časový interval dt. image002 φ - příkon fluence částic; Φ - fluence částic; dt - časový interval. Jednotkou příkonu fluence je m-2s-1. Ve speciálním případě širokého rovnoběžného homogenního svazku částic nebo fotonů udává tato veličina počet částic nebo fotonů, jež projdou plochou 1 m2 (umístěnou kolmo na jejich směr) za 1 s. Obrázek: je znázorněn rovnoběžný svazek částic a plocha 1 cm2 umístěná kolmo na směr jejich šíření. 3. Příkon fluence částic (hustota toku částic) [USEMAP] [USEMAP] Popis interakcí nenabitých (nepřímoionizujících) záření •fotony a neutrony •Zcela jiný charakter interakcí s hmotou než přímoionizující IR, tudíž i jiné veličiny popisující tyto interakce. •Typickým rysem interakcí je zde jejich diskrétní povaha •K interakcím dochází s určitou pravděpodobností, závislé na druhu částic, jejich energii a druhu absorbující látky •Při jedné interakci může dojít ke ztrátě velké části či dokonce veškeré energie částice/fotonu • Veličiny •Účinný průřez – pravděpodobnost interakce částic s atomy látky •Součinitel zeslabení – viz. přednáška „Ochrana před IZ“ •Součinitel přenosu energie •Součinitel absorpce energie Veličiny popisující interakci ionizujícího záření s látkou C. [USEMAP] Zeslabení svazku záření γ nebo rentgenového záření se vyjadřuje pomocí lineárního součinitele zeslabení m vztahem: φ0- příkon fluence fotonů před zeslabením; φ - příkon fluence po průchodu vrstvou materiálu o tloušťce d; E - Eulerovo číslo, základ přirozených logaritmů (e = 2,71); µ - lineární absorpční koeficient; d - tloušťka absorbátoru. Jednotkou lineárního součinitele zeslabení je m-1; častěji se používá cm-1. [USEMAP] Popis interakcí nabitých (přímoionizujících) záření •Ztrácejí svou energii (z makroskopického hlediska) v zásadě kontinuálním způsobem • • Veličiny •Dosah částic •Brzdná schopnost •Lineární přenos energie (LET) – viz později Veličiny popisující interakci ionizujícího záření s látkou C. [USEMAP] Základní veličinou je absorbovaná dávka D, která je definována jako poměr střední energie de sdělené v objemovém elementu dávky o hmotnosti dm a hmotnosti tohoto elementu. Krátce lze říci, že absorbovaná dávka je energie ionizujícího záření absorbovaná v jednotce hmotnosti ozařované látky v určitém místě. D - absorbovaná dávka; dε - střední energie; dm - hmotnost látky. DOZIMETRICKÉ VELIČINY D. DOZIMETRICKÉ VELIČINY – 1. ABSORBOVANÁ DÁVKA •Přímoionizující záření: Dávka a dávkový příkon •Nepřímoionizující záření: Kerma, expozice (a jejich příkony) Jednotkou absorbované dávky je J.kg-1, pro který byl zaveden název gray (Gy). 1 Gy = 100 rad (Radiation Absorbed Dose) [USEMAP] D - dávkový příkon; dD - přírůstek dávky; dt - časový interval. Jednotkou je Gy.s-1, často se dávkový příkon vyjadřuje v mGy.h-1 nebo v µGy.h-1. Stejná dávka versus 2. Dávkový příkon je poměr přírůstku dávky dD za čas dt. versus nízký příkon vysoký příkon Stejná dávka nízký příkon vysoký příkon [USEMAP] 3. Kerma K je definována pro nepřímoionizující záření K - kerma; dEk - součet počátečních kinetických energií všech nabitých částic uvolněných nenabitými ionizujícími částicemi v určitém objemu látky o hmotnosti dm; dm - hmotnost látky. Jednotkou kermy je, stejně jako jednotkou absorbované dávky, J/kg = Gy. Kinetic Energy Released per unit MAss Charakterizuje energii předanou v daném prostředí primárními nenabitými částicemi/fotony částicím nabitým [USEMAP] •Za podmínky rovnováhy nabitých sekundárních částic se kerma rovná absorbované dávce. • Osa Y = log-scale: dávka v médiu klesá exponenciálně [USEMAP] •Rovnováha nabitých částic existuje v případě, že energie odnesená nabitými částicemi mimo uvažovaný objem (část energie DEk) se rovná energii vnesené do tohoto objemu nabitými částicemi z jeho okolí (částice 1 a 2). •Pro fotonové záření je podmínka rovnováhy nabitých částic (elektronová rovnováha) splněna, je-li energie záření nižší než 3 MeV. •V takovém případě lze veličinu „kerma" nahradit „dávkou". •Dávka v uvažovaném objemu charakterizuje celkovou energii absorbovanou při ozáření tohoto objemu - rovná se součtu dílčích příspěvků DED označených tečkovaně. •Kerma charakterizuje energii sdělenou nepřímo ionizujícím zářením při první srážce nabitým částicím (elektronům, protonům) - tato energie DEk je označena šipkou. [USEMAP] •Pro kermu platí, že může být definována v jakémkoli materiálu (nutno uvést, ke kterému materiálu se vztahuje; má stejnou jednotku jako abs. energie (J/kg = Gy). •KERMA je definována pouze pro nenabité (nepřímo ionizující) částice, tj. fotony a neutrony. •KERMA: popisuje první krok při interakci nenabitých částic s látkou – předání energie nenabitých částic částicím nabitým (sekundární záření, zejména elektrony) •energie sekundárně vzniklých částic nemusí zůstat v objemu dV, ve kterém částice vznikly, tzn. KERMA pracuje pouze s počáteční kinetickou energií vzniklých částic. •Kinetická energie elektronů je pak využita na excitaci a ionizaci atomů látky à ABSORBOVANÁ DÁVKA (popisuje druhý krok interakce nenabitých částic s látkou, jde o popis depozice energie nabitých částic v látce. • KERMA vs ABSORBOVANÁ DÁVKA [USEMAP] Dalším rozdílem je objem látky, ke kterému se veličiny vztahují: Kerma = objem, ve kterém došlo ke vzniku částic, tzn. kde byla předána energie nenabitých částic nabitým. Dávka = objem, ve kterém se deponovala kinetická energie sekundárně vzniklých nabitých částic. KERMA vs ABSORBOVANÁ DÁVKA 4. Kermový příkon K je přírůstek kermy dK za časový interval dt. K - kermový příkon; dK - přírůstek kermy; dt - časový interval. Jednotkou kermového příkonu je Gy.s-1. [USEMAP] 5. Expozice X definovaná výhradně jen pro vzduch, je dána poměrem: dQ - absolutní hodnota celkového elektrického náboje iontů jednoho znaménka vzniklých ve vzduchu při úplném zabrzdění všech elektronů a pozitronů, které byly uvolněny fotony v objemovém elementu vzduchu o hmotnosti dm; dm - hmotnost látky. 1 C odpovídá 6.24 x 1018 ionizacím [C.kg-1; R] 1 R = 2.58 x 10-4 C/kg 1 C/kg = 3 876 R coulomb [USEMAP] Exposure is the quantity most commonly used to express the amount of radiation delivered to a point. The conventional unit for exposure is the roentgen (R), and the SI unit is the coulomb per kilogram of air (C/kg): [USEMAP] Expozice (fotony/neutrony) je úměrná fluenci fotonů a fluenci energie Vztah závisí na energii fotonů protože jak počet fotonů, které interagují s okolními atomy, tak i množství vyvolaných ionizací (sekundárními e-) závisí na E fotonů Pro E = 60 keV, expozice 1 R odpovídá fluenci fotonů asi 3 x 1010 /cm2. [USEMAP] 6. Expoziční příkon X je přírůstek expozice dX za časový interval dt. X - expoziční příkon; dX - přírůstek expozice; dt - časový interval. Jednotkou expozičního příkonu je C.kg-1s-1 à A.kg-1 Veličina expozice se dnes v dozimetrické praxi používá jen pro etalonáž ionizujícího záření - místo ní se doporučuje používat kermu (dávku) ve vzduchu nebo ve tkáni. [USEMAP] •Při úvahách o účincích ionizujícího záření je základní veličinou především absorbovaná dávka ve zkoumané látce. •Dávka je však makroskopickou veličinou a nezahrnuje v sobě okamžité rozložení lokální energie přenesené na látku, které může výsledné účinky záření ovlivnit. •Řada jevů vyvolaných IZ (chemické změny, genetické změny, mutace, úhyn buněk) závisí na prostorovém rozložení dílčích přenosů energie jednotlivých ionizujících částic na ozařovanou látku. •Z tohoto důvodu byla (pro nabité částice) zavedena veličina zvaná lineární přenos energie (spadá mezi jednotky popisující interakce IZ s prostředím, ale má zásadní význam v dosimetrii) • 7. LINEÁRNÍ PŘENOS ENERGIE (LPE) (LET - Linear Energy Transfer) [USEMAP] L - lineární přenos energie; dl - vzdálenost, kterou ionizující částice prošla; dE - ztráta energie nabité částice v důsledku srážek s elektrony při jejím průchodu vzdáleností v látce a přenosem energie menším než je určitá omezující hodnota D . Vysoký LPE: částice α, protony … Nízký LPE: elektrony, záření γ a rentgenové záření. Záření s vysokým LPE = hustě ionizující záření, Záření s nízkým LPE = řídce ionizující záření. Lineární přenos energie [J.m-1] v radiobiologii častěji [keV.µm-1] [USEMAP] Low-LET (g-rays) High-LET 11B and 20Ne ions [USEMAP] For low LET radiation, Þ RBE µ LET, for higher LET the RBE increases to a maximum, the subsequent drop is caused by the overkill effect. [USEMAP] Dose-response curves. Schematic representation of dose-response function E(D) at low doses D for high-LET (curve H) and low-LET (curve L1,) radiations. L2 is the extension of the linear beginning of L1. High-LET Low-LET [USEMAP] Falk M: Indukce chromozomálních aberací ionizujícím zářením různých kvalit http://www.angelfire.com/ak2/francoiscoderre/images/dejima.jpg HLOUBKOVÁ DEPOZICE DÁVKY 1. ENERGIE/RYCHLOST částice těžký iont: hmotnost velká, rychlost malá,dolet malý, počet ionizací/ztráty energie na jednotku dráhy – obrovský (proměnlivý) high-LET http://www.pozitivni-noviny.cz/test/gallery/Image/2009/11/saudek1.jpg g [USEMAP] http://www.bbc.co.uk/blogs/waleshistory/tonypandy_1910.jpg Falk M http://www.pozitivni-noviny.cz/test/gallery/Image/2009/11/saudek1.jpg 2. HMOTNOST / VELIKOST http://www.angelfire.com/ak2/francoiscoderre/images/dejima.jpg [USEMAP] http://www.bbc.co.uk/blogs/waleshistory/tonypandy_1910.jpg Falk M http://www.pozitivni-noviny.cz/test/gallery/Image/2009/11/saudek1.jpg http://www.elmsagen.de/images/Hexe.jpg VLASTNOSTI ZÁŘENÍ VE VZTAHU K INDUKCI DSB 3. NÁBOJ [USEMAP] Gama rays http://ej.iop.org/images/0031-9155/57/14/4461/Full/pmb418178f6_online.jpg pokožka tumor zdravá tkáň (životně důležitá) http://www.mayfieldclinic.com/Images/PE-Radiotherapy_Fig1.jpg frakcionovaná terapie -- časově -- prostorově Nevýhody -- dávka klesá se vzdáleností -- velké poškození zdravé tkáně -- nízký zabíjecí účinek na jednotku dávky (velké množství nádorů je radiorezistentních) - Výhody metody -- levná -- technicky nenáročná --„méně citlivá“ na pohyb orgánů (dýchání, srdeční trp) http://www.lvcancercenter.com/images/rtside02.jpg [USEMAP] TUMOR [USEMAP] Účinky záření na organismy - odhad rizika - • •každé záření má jiný biologický účinek (RBU) •a též každý orgán (typ buněk) jinak citlivý ke vzniku nádorů •často komplikováno kombinací vnějšího a vnitřního ozáření [USEMAP] Účinky záření na organismy - odhad rizika, RBU - •Odhad biologického účinku s ohledem na vlastnosti záření •a: nabité (2+) velké částice, velmi silně ionizující záření – mnoho poškození na trase průletu částice tkání (ionizační kanál) •RTG a g: vysoká pronikavost, ale ve srovnání s alfa mnohem menší poškození podél dráhy průletu •b: nabité a částicové povahy jako alfa, e- je však oproti alfa malý a proniká hlouběji do tkáně. Biologický účinek je bližší záření gama. •Pro kvantifikaci relativního biologického účinku různých druhů záření byl zaveden tzv. tkáňový radiační faktor wR, někdy též nazývaný jako relativní biologická účinnost RBU (relative biological efficiency, RBE) [USEMAP] RADIAČNÍ VÁHOVÝ FAKTOR à RBE Druh záření wR Fotony a elektrony všech energií 1 Neutrony s energií 10 keV 5 Neutrony s energií 10 - 100 keV 10 Neutrony s energií 0,1 - 2 MeV 20 Neutrony s energií 2 - 20 MeV 10 Záření α těžké ionty 20 >20 (gama, RTG, beta) + protony RADIOBIOLOGICAL EFFICIENCY (radiobiologická účinnost, RBU) [USEMAP] [USEMAP] Ekvivalentní dávka •pro odhad deterministických účinků (kromě nemoci z ozáření se týkají ozářené oblasti těla) se používá tzv. EKVIVALENTNÍ DÁVKA HT (ekvivalentní dávka pro orgán T): • HT = DTR x wR [wR je bezrozměrný, rozměr je tedy J/kg = Gy, pro odlišení však zavedena jednotka Sv (Sievert)] starší jednotkou byl rem = 0,01 Sv (Radiation Equivalent in Man) H pro orgán T (např. čočku) = absorbovaná dávka záření R v orgánu T x WR (radiační váhový faktor) •Jednotka Sv tedy již zohledňuje biologickou účinnost toho kterého záření a upřesňuje tak odhad možných následků ozáření •Z biologického hlediska má rozlišování Gy a Sv význam pro dávky do cca. 10 Gy. Od této hranice je již rozdílný efekt různých záření zanedbatelný oproti efektu vyplývajícímu z dávky – jednotka Sv od této hranice ztrácí význam a užívá se Gy •Je-li člověk ozářen více druhy záření zároveň (např. gama a neutrony), jednotlivé dávky HTR se pro daný orgán T sčítají (HTR(g) + HTR(n0) atd.) [USEMAP] [USEMAP] Dávkový ekvivalent •z hlediska biologické účinnosti je obdobou ekvivalentní dávky dávkový ekvivalent (H): •H = součin absorbované dávky a jakostního činitele (Q), který je funkcí lineárního přenosu energie Q(L) •jednotkou je opět [Sv] • • • •POZNÁMKA: rozdíl mezi radiačním váhovým faktorem a jakostním činitelem spočívá v jejich definici, číselně si však víceméně odpovídají. WR odráží závažnost biologických účinků vyvolaných zářením a je nespojitý, •zatímco Q odráží ionizační vlastnosti záření a funkce Q(L) má spojitý charakter. •Z biologického hlediska si tedy ekvivalentní dávka a dávkový ekvivalent číselně odpovídají • H = D x Q [Sv] [USEMAP] Další veličiny používané v radiační ochraně •Osobní pronikavý hloubkový dávkový ekvivalent Hp(10) • (jednotka Sv) - je součet dávkových ekvivalentů od různých druhů záření v měkké tkáni v hloubce 10 mm pod povrchem těla (povrch orgánů). Tato veličina může být měřena dozimetrem na povrchu těla pokrytým tkáni ekvivalentním materiálem vhodné tloušťky. •Osobní povrchový dávkový ekvivalent Hs(0,07) •(jednotka Sv) - stejná def. jako Hp(10) pro hloubku 0,07 mm pod povrchem těla (hloubka živé části kůže pod zrohovatělou vrstvou). •Kolektivní efektivní dávka (S, KED) •suma dávek všech členů analyzované skupiny (pracovníků s IZ v daném podniku apod.) •jednotka Sv, zejména v anglicky psané literatuře se často uvádí manSv, což je Sievert kolektivní dávky [USEMAP] Expozice v obou případech = 100 mR Avšak rozdíl v ozářené ploše à pacient vpravo obdržel 10x záření [USEMAP] Odhad rizika stochastických účinků, efektivní dávka - •pro odhad stochastických účinků IZ je nutné stanovit dávku absorbovanou všemi ozářenými orgány a tuto dávku korigovat na citlivost příslušného orgánu k IZ •zavádí se proto tzv. EFEKTIVNÍ DÁVKA (E) E = S HT x wT = S D x wR x wT kde E je efektivní dávka, HT je ekvivalentní dávka a wT je tkáňový váhový faktor wT je bezrozměrný a jednotkou je tedy opět Sv (Sievert) suma wT pro všechny orgány = 1 wT vyjadřuje relativní riziko vzniku stochastických poškození v orgánu T T T Efektivní dávka - součet absorbovaných dávek vážených jak s ohledem na biologickou účinnost záření (součet ekvivalentních dávek) tak na radiační citlivost orgánů a tkání pro všechny ozářené orgány zahrnuje jak dávky z vnějšího ozáření, tak i z vnitřní kontaminace [USEMAP] Radiační ochrana – výpočet efektivní ekvivalentní dávky Tkáňové váhové faktory pro stanovení efektivní dávky bladder 0.05 bone surface 0.01 bone marrow 0.12 breast 0.05 colon 0.12 esophagus 0.05 gonads 0.20 liver 0.05 lung 0.12 skin 0.01 stomach 0.12 thyroid 0.05 everything else 0.05 whole body 1.00 [USEMAP] [USEMAP] Let's look at an illustration. If the the dose to the breast, MGD, is 300 mrad for two views, the effective dose is 45 mrad because the tissue weighting factor for the breast is 0.15. What this means is that the radiation received from one mammography procedure is less than the typical background exposure for a period of two months. It is generally assumed that the exposure to natural background radiation is somewhat uniformly distributed over the body. Since the tissue weighting factor for the total body has the value of one (1), the effective dose is equal to the absorbed dose. This is assumed to be 300 mrad in the illustration. [USEMAP] mGy [USEMAP] RADIAČNÍ OCHRANA – základní veličiny měřitelnost týká se: hodnotí riziko: DÁVKOVÝ EKVIVALENT (H, Sv) ANO dávky v referenčním bodě (dozimetr) nemá biologický smysl EKVIVALENTNÍ DÁVKA (HT, Sv) pouze výpočtem dávky v daném orgánu deterministické účinky EFEKTIVNÍ DÁVKA (E, Sv) teoreticky ano, prakticky ne* celého těla (součet dávek přes všechny orgány) stochastické účinky * museli bychom mít detektor ve tvaru orgánu, ze stejného materiálu jako orgán atd. [USEMAP] VNITŘNÍ KONTAMINACE- odhad rizika, ÚVAZEK EFEKTIVNÍ DÁVKY - [USEMAP] •Složení lidského těla: kyslík, uhlík, vodík a velké množství ostatních prvků – •téměř všechny tyto prvky mají radioaktivní izotopy, které, když se dostanou do těla •sledují stejné biokinetické cesty jako jejich neradioaktivní izotopy. •Některé prvky (např. fosfor, jód, draslík) se podílejí na zcela specifických metabolických procesech, čímž je též řízena jejich distribuce a transport v těle. • VNITŘNÍ KONTAMINACE- odhad rizika, ÚVAZEK EFEKTIVNÍ DÁVKY - [USEMAP] BIOGENNÍ RADIONUKLIDY 137Cs K Kosti, zuby 90Srà90Y Ca svalovina 131I, 132I I T (3H, tricium) celé tělo štítná žláza Biogenní radionuklidy Prvek Kritický orgán Orgány, kde se kumulují biogenní radionuklidy se nazývají KRITICKÉ ORGÁNY. Kritické orgány mohou akumulavat velké množství daného radionuklidu, takže výsledná koncentrace v něm můžee například 1000x překročit koncentraci v sousedním orgánu. Proto, i když je tento orgán například odolný vůči působení IZ, může být po kontaminaci příslušným biogenním radionuklidem snadno poškozen. atd. •nebezpečné jsou tedy zejména tzv. biogenní radionuklidy, které mohou být v organismu inkorporovány namísto „fyziologických“ prvků [USEMAP] Problémy výpočtu dávek z vnitřního ozáření •Z uvedených hledisek je odhad dávek z vnitřního ozáření poněkud složitější než odhad při externím ozáření. Jde zejména o následující důvody: •dávky z vnitřního ozáření nelze měřit přímo •distribuce radionuklidu v těle může být velmi nehomogenní •dávky z vnitřního ozáření se realizují v delším časovém období •každý prvek se chová jinak •chování radionuklidu v organizmu závisí na jeho fyzikální a chemické formě •a cestě vstupu do organizmu •distribuce radionuklidu se může časem měnit; •jsou-li přítomny nebo vznikají-li dceřiné radionuklidy, jejich konetika v organizmu se může lišit od kinetiky radionuklidu mateřského •Tyto problémy se řeší matematickým modelováním chování radionuklidů v organizmu. [USEMAP] VNITŘNÍ KONTAMINACE- odhad rizika, ÚVAZEK EFEKTIVNÍ DÁVKY - •VELIČINY POPISUJÍCÍ_VNITŘNÍ KONTAMINACI •Ozařování_orgánů_a_tkání je nerovnoměrné a časově proměnné v závislosti na postupné změně obsahu radionuklidů v jednotlivých částech těla vnitřním transportem a radioaktivní přeměnou. Ozařování trvá, dokud se radioaktivní látka vyloučením nebo přeměnou z těla neodstraní (což však zcela nenastane nikdy) BIOLOGICKÝ POLOČAS TB - doba, za níž množství radioaktivní látky v těle klesne vylučovacími procesy na polovinu EFEKTIVNÍ POLOČAS TE - je to poločas, který zohledňuje jak fyzikální poločas rozpadu kontaminujícího radionuklidu, tak i biologický poločas jeho vylučování TE = t1/2 x TB t1/2 + TB [USEMAP] VNITŘNÍ KONTAMINACE- odhad rizika, ÚVAZEK EFEKTIVNÍ DÁVKY - •.Množství radioaktivních látek je charakterizováno v jednotlivých fázích postupně třemi veličinami: •- příjem_I(t) radionuklidu [Bq]-množství radioaktivní látky vyjádřené její aktivitou A, které vstoupí některou z možných cest do organismu (inhalací, ingescí a resorpcí intaktní nebo poraněnou kůží; v nukleární medicíně zavedením přímo do krevního řečiště). •Rozložení příjmu v čase: •- obyvatelstvo - typický trvalý příjem inhalací (produkty radonu), ingescí přes potravinové řetězce (přírodní radionuklidy, globální spad, havárie jaderných zařízení) •- pracovníci s IZ- typický jednorázový krátkodobý příjem převážně inhalací (nehoda) •POZN.: Dále uvažujeme jednorázový příjem. •- retence R(t) radionuklidu [Bq]- množství radioaktivní látky vyjádřené její aktivitou A zadržované v celém organismu v čase t po jednorázovém příjmu I. •Analogicky Ri(t) v i-té části (orgánu a pod.) •Časový průběh je popsán retenční funkcí. •- exkrece E(t) radionuklidu [Bq]- množství radioaktivní látky •vyjádřené její aktivitou A, které se vyloučí v čase t po jednorázovém příjmu I některou z možných cest. •Časový průběh je popsán exkreční funkcí. •- exkreční rychlost E'(t) [Bq*s-1] používá se [Bq*d-1] • [USEMAP] VNITŘNÍ KONTAMINACE- odhad rizika, ÚVAZEK EFEKTIVNÍ DÁVKY - E(50) = ò E.dt . t0 t0+50 t0 – vnitřní kontaminace příjem dávky roky E(50) E(70) – u dětí 50 let od expozice dávkový příkon limitně klesá nikdy nedosáhne 0 příkon efektivní dávky dE/dt úvazek efektivní dávky za dobu 50 let od expozice tato veličina nám umožňuje odhadnout, jakou celkovou dávku během života (50 let od expozice u dospělých, 70 let u dětí) dostane člověk po určité vnitřní expozici již před expozicí samou (nebo ihned po ní) – plánování dávek u RA pracovníků, léčebných zákroků apod. pokles aktivity [USEMAP] [USEMAP] Důležité radio(bio)logické jednotky V souvislosti s různým RBU různých typů ioniz. záření zavedena dávkový ekvivalent, H [Sievert] (absorbovaná dávka [Gy] vážená jakostním činitelem daného záření) ekvivalentní dávka, HT [Sievert] (střední absorbovaná dávka v orgánu nebo tkáni [Gy] vážená radiačním váhovým faktorem) efektivní dávka, E [Sievert] (součet ekvivalentních dávek v jednotlivých tkáních či orgánech vážených tkáňovým váhovým faktorem wT, jež vyjadřuje rozdílnou radiosenzitivitu orgánů a tkání z hlediska pravděpodobnosti vzniku stochastických účinků (zhoubných nádorů a genetických změn) Aktivita Absorbovaná dávka Efektivní dávka [USEMAP] [USEMAP] • [USEMAP]