Wielkości i jednostki radiologiczne stosowane w danej dziedzinie

Transkrypt

1 Wielkości i jednostki radiologiczne stosowane w danej dziedzinie Promieniowanie jonizujące EM to dodatkowa energia, która oddziaływuje na układ (organizm). Skutki tego oddziaływania zależą od ilości energii, która zdoła przeniknąć do wnętrza układu i wrażliwości oraz funkcji układów (narządów) napromienionych. W dozymetrii jonizującego promieniowania elektromagnetycznego stosowane są następujące wielkości: 1. Dawka ekspozycyjna, 2. Kerma, 3. Dawka pochłonięta, 4. Dawka równoważna, 5. Dawka efektywna (---tylko efekty stochastyczne: małe dawki) Dawka ekspozycyjna Jest to wielkość stosowana dla jonizującego promieniowania elektromagnetycznego, oparta na wywołanej przez nie jonizacji ośrodka. Jest ona zdefiniowana jedynie dla promieniowania elektromagnetycznego, wywołujacego jonizację. Zanim promieniowanie zacznie oddziaływać na pacjenta (wiązka pierwotna) czy na personel (promieniowanie rozproszone) fotony X oddziaływują z powietrzem. Dawka ekspozycyjna wyraża zdolność fotonów X do wywołania określonego efektu w powietrzu. (Efekt wywołany w tkance będzie w przybliżeniu proporcjonalny do wywołanego w powietrzu.) Dawka ekspozycyjna jest definiowana jako wartość (bezwzględna) całego ładunku jonów jednego znaku, jakie wyprodukowane zostały w powietrzu, a elektrony uwolnione w jednostce masy powietrza zostały w niej zatrzymane. Dawka ekspozycyjna wyraża się wzorem X = dq/dm gdzie dq zmiana ładunku (wywołana w ośrodku oddziaływaniem promieniowania), dm- element masy, w którym nastąpiła zmiana ładunku. Jednostką dawki ekspozycyjne w układzie SI jest [Ckg -1 ]. Dawniej używana jednostka: Roentgen [R] 1 R = 2.58 x 10-4 Ckg -1 1 Ckg -1 = 3876 R

2 Dawka pochłonięta Dawka pochłonięta D, wyraża ilość energii pochłoniętą w jednostce masy. Wielkość ta jest zdefiniowana dla wszystkich rodzajów promieniowania jonizującego (nie tylko dla elektromagnetycznego, jak dawka ekspozycyjna ) oraz dla wszelkich rodzajów ośrodka. Dawka pochłonięta wyraża się wzorem: D = de/dm, gdzie de przyrost energii w ośrodku (spowodowany oddziaływaniem promieniowania), dm- masa elementu ośrodka, w którym przyrost ten nastąpił. Jednostką dawki pochłoniętej w układzie w SI jest Gray [Gy]: 1 Gy = J/kg. Dawniej stosowaną jednostką był rad : 1 Gy = 100 rad. W praktyce znacznie częściej wykorzystywane są podwielokrotności greja: mgy=10-3 Gy, µgy=10-6 Gy. Należy podkreślić, iż wartości dawki pochłoniętej otrzymywanej przez ludzi poddanych ekspozycji nie da się bezpośrednio zmierzyć, gdyż niemożliwe jest wprowadzenie do wnętrza ciała (narządów, tkanek) przyrządów dozymetrycznych. Dawki pochłonięte można jedynie oszacować: na podstawie pomiarów przeprowadzonych w obiektach zastępczych lub teoretycznie. Dawka równoważna Znajomość dawki pochłoniętej nie wystarcza do przewidywania prawdopodobnych następstw zdrowotnych ekspozycji, gdyż przebieg oddziaływania zależy także od rodzaju promieniowania. Uwzględnia to wielkość zwana dawką równoważną: H = D w R, gdzie D dawka pochłonięta, w R czynnik wagowy promieniowania Wartość w R wynika z LET dla danego rodzaju promieniowania Promieniowania najczęściej używane w medycynie (X, γ, e - ) mają w R = 1, tzn. dawka pochłonięta i dawka równoważna są liczbowo równe Wyjątek stanowią: Cząstki alfa (w R = 20) neutrony (w R = 5-20).

3 Jednostką dawki równoważnej jest dżul/kg (J/kg), dla odróżnienia od dawki pochłoniętej nazywany siwertem (Sv). (w R jest wielkością bezmianową) Dawka równoważna pozwala oszacować następstwa ekspozycji dotyczącej jednego narządu (np. oko) czy części ciała (np. dłonie, stopy). Dawka efektywna Dla oceny biologicznych skutków ekspozycji w odniesieniu do całego organizmu wprowadzona została (przez Międzynarodową Komisję Ochrony Radiologicznej) kolejna wielkość zwana dawką efektywną [1]. Dawka efektywna obliczana jest dla całego ciała bez względu na to, czy całe ciało było objęte ekspozycją, czy tylko jego część. Dawka efektywna H E zdefiniowana jest jako suma iloczynów dawek równoważnych dla poszczególnych narządów przez odpowiedni czynnik wagowy danego narządu: H E = H T w T T gdzie H T jest średnią wartością dawki równoważnej dla narządu T ; w T jest czynnikiem wagowym określonym dla narządu T, a wyrażającym stosunek ryzyka stochastycznych efektów po napromienieniu wyłącznie narządu T do ryzyka jakiegokolwiek efektu stochastycznego powstałego w następstwie równomiernej ekspozycji całego ciała. Wartości czynników w T określone zostały przez Międzynarodową Komisję Ochrony Radiologicznej na podstawie obszernych studiów epidemiologicznych dotyczących głównie populacji japońskiej, która przeżyła wybuchy bomb atomowych w Hiroszimie i Nagasaki; wartości w T określone zostały jedynie dla niektórych narządów uznanych za podatne na indukowanie efektów stochastycznych. Wartości czynników wagowych (w T ) (wg Publ.60 ICRP) Gonady 0.20 Jelito grube 0.12 Żołądek 0.12 Czerwony szpik kostny 0.12 Płuca 0.12 Gruczoły piersiowe 0.05 Przełyk 0.05 Pęcherz moczowy 0.05 Wątroba 0.05 Tarczyca 0.05 Skóra 0.01 Komórki powierzchni kości 0.01 Pozostałe 0.05 OGÓŁEM 1.00

4 Dawka efektywna jest wielkością odnoszącą się jedynie do stochastycznych następstw ekspozycji. Dawka efektywna podobnie, jak dawka równoważna- wyrażana jest w siwertach (Sv). Wszelkie limity dawek odnoszące się do ludzi poddawanych ekspozycji -powodującej dawki uznane za małe (patrz tabela 3)- określane są wartością dawki efektywnej. Gdy oceniany jest skutek ekspozycji dla populacji wówczas używaną wielkością jest tzw. zbiorowa dawka efektywna, wyrażająca się iloczynem średniej dawki efektywnej dla osoby z rozważanej populacji i liczby osób, które dawkę taką otrzymały; zbiorowa dawka efektywna wyrażana jest w osobo-sv i służy np. do oceny prawdopodobnych następstw użycia analizowanego źródła promieniowania w odniesieniu do określonej grupy osób. Kerma to akronim angielskiej definicji Kinetic Energy Released per unit Mass, tzn. energia kinetyczna uwolniona w jednostce masy. Kerma wyraża się wzorem ΔE K = k Δm gdzie E k oznacza sumę początkowych energii kinetycznych naładowanych cząstek, uwolnionych w elemencie materii w wyniku oddziaływania promieniowania pośrednio jonizującego (X, γ lub neutronów), m masa rozważanego elementu materii. Jednostką kermy jest grej ( 1Gy=1 J/kg)- podobnie, jak dawki pohłoniętej, gdyż także określamy energię w elemencie masy; jednak te dwie wielkości nie są sobie równe liczbowo, gdyż w przypadku dawki pochłoniętej jest to energia zaabsorbowana (pochłonięta), a w przypadku kermy energia wprowadzona do elementu masy. Aktywność W przypadku, gdy źródłem promieniowania jonizującego jest izotop promieniotwórczy, wówczas określamy jego aktywność, czyli liczbę rozpadów w jednostce czasu. Aktywność podajemy w bekerelach (Bq); dawniej stosowaną jednostką był kiur (1Ci= Bq).

5 Zestawienie podstawowych wielkości dozymetrycznych podano w tabeli. Podstawowe wielkości dozymetryczne i ich jednostki Wielkość Jednostka w układzie SI stosowana dawniej Dawka ekspozycyjna C/kg R (1R= C/kg) Kerma Gy - Aktywność Bq Ci (1Ci= Bq) Dawka pochłonięta Gy rad ( 1rad=10-2 Gy) Dawka równoważna Sv rem (1rem=10-2 Sv) Dawka efektywna Sv rem (1rem=10-2 Sv) Zbiorowa dawka efektywna osobo-sv osobo-rem (1 osobo-rem=10-2 osobo- Sv) Moc dawki najczęściej określana jest w odniesieniu do dawki ekspozycyjnej. Oznacza ona szybkość zmian dawki, czyli dawkę ekspozycyjną wytwarzaną w jednostce czasu. Matematycznie wylicza się ją jako pochodną dawki względem czasu. Jednostką mocy dawki ekspozycyjnej jest [C/kg.s] czyli [A/kg]. (Przyjęte jest jeszcze stosowanie jednostki starszej- R/h.) Na zakończenie należy wymienić specjalistyczne wielkości stosowane w określonych dziedzinach radiologii; są to: o we fluoroskopii ale także w radiografii: DAP (z ang. Dose Area Product)= iloczyn dawki I pola powierzchni wiązki, o w tomografii komputerowej: DLP (z ang. Dose Length Product= iloczyn dawki i długości skanowanego odcinka), CTDI (z ang. Computed Tomography Dose Index= tomograficzny indeks dawki), o w mammografii: AGD ( z ang. Average Glandular Dose= średnia dawka gruczołowa). DAP mierzone jest specjalną komorą transmisyjną (instalowaną na wyjściu lampy rtg); w miernik DAP obligatoryjnie muszą być wyposażone wszystkie aparaty rtg pracujące w opcji fluoroskopii, a bywają wyposażone także aparaty do radiografii. Wartość DAP najczęściej podawana jest w mgy.cm 2. DAP można obliczyć w przybliżeniu mnożąc wartość dawki w centrum pola wiązki pierwotnej przez wartość pola powierzchni wiązki w danej odległości od lampy. Wskazywana wartość DAP jest sumą wartości zmierzonych dla wszelkich używanych trybów pracy (fluoroskopia, radiografia, kino ).

6 Wartość DAP jest stała niezależnie od odległości miejsca (raczej płaszczyzny) pomiaru od ogniska lampy rtg: wynika to z prawa odwrotnych kwadratów, zgodnie z którym dawka maleje z kwadratem odległości od źródła, a pole powierzchni rośnie z kwadratem odległości. W ten sposób iloczyn tych dwóch wielkości pozostaje stały. (Oczywiście pod warunkiem, że pomiędzy lampą a komorą pomiarową nie ma żadnych obiektów.) DLP -jest mierzone komorą ołówkową podczas pracy tomografu komputerowego. Może być mierzone w powietrzu (w izocentrum gantry) lub w fantomach dozymetrycznych posiadających specjalne otwory dla umieszczenia w nich komory ołówkowej. DLP podawane jest najczęściej w mgy.cm. DLP jest wartością wyjściową do obliczenia tomograficznego indeksu dawki (CTDI): CTDI= (uśredniona wartość DLP/ długość skanowanego odcinka). CTDI określa przybliżoną wartość średniej dawki pochłoniętej w rozważanej objętości skanowanego obiektu. CTDI wyrażane jest w jednostkach dawki (czyli mgy). Wartość CTDI spełnia rolę orientacyjnej miary obciążenia pacjenta w danej procedurze tomograficznej. Dlatego w nowszych tomografach wartość CTDI wyświetlana jest na monitorze konsoli operatorskiej, aby w razie potrzeby skorygować ustawione wartości parametrów ekspozycji. AGD jest wielkością zalecana dla oceny ryzyka radiacyjnego pacjentów poddawanych mammografii, lecz AGD nie można mierzyć bezpośrednio, a jedynie oszacować na podstawie pomiarów dla standardowego fantomu- dla określonych technicznych parametrów ekspozycji danego mammografu (charakterystyka promieniowania: napięcie+anoda+filtr). Obliczenie AGD uwzględnia skład tkankowy piersi (tj. udział tkanki gruczołowej i tłuszczu) oraz grubość piersi.