RADIAČNÍ OCHRANA v nukleární medicíně

1. RADIAČNÍ OCHRANA v nukleární medicíně Ing. Jaroslav Zimák, CSc. Klinika nukleární medicíny a endokrinologie UK 2. LF Fakultní nemocnice v Motole

2. ZÁŘENÍ Mechanismus přenosu energie: Časové změny polePohyb částic (Vlny - elektromagnetické, gravitační) (elektrony b, a-částice, protony, neutrony,...) kospuskulárně-vlnový dualismus

3. 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.

4. IONIZUJICÍ ZÁŘENÍ je 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 zářičem používaným pro sterilizaci ponořeným do vody 5 m pod hladinou

5. 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

6. NEJDŮLEŽITĚJŠÍ DRUHY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Látkové záření- tvořené látkovými částicemi, tj. částicemis nenulovou klidovou hmotou Záření beta- látkové záření tvořené elektrony nebo pozitronyvysílané 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

7. NEJDŮLEŽITĚJŠÍ DRUHY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Fotonové záření- elektromagnetické záření tvořené fotony Záření gama- fotonové záření s čárovým spektrem, tvořené fotonvysílané 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

8. VELIČINY A JEDNOTKY V RADIAČNÍ OCHRANĚ charakterizující zdroje IZ záření interakce IZ s hmotou biologické účinky

9. 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 než2000 nuklidů, z toho asi 270 je stabilních.

10. VELIČINY A JEDNOTKY CHARAKTERIZUJÍCÍ ZDROJE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ 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)

11. VELIČINY A JEDNOTKY CHARAKTERIZUJÍCÍ ZDROJE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Každý prvek může mít několik izotopů, které mají stejné atomové číslo ale odlišné hmotové číslo Např. jod:

12. VELIČINY A JEDNOTKY CHARAKTERIZUJÍCÍ ZDROJE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Aktivita je definována jako podíl počtu dN radioaktivních přeměn z daného energetického stavu v určitém množství radionuklidu za časový interval dta tohoto časového intervalu: A= dN/dt  Jednotkou je 1 Bq, tedy jedna přeměna za sekundu (rozměr s-1). Stará jednotka 1 Ci = 3,7.1010Bq = 37 GBq 1 mCi = 37 MBq

13. VELIČINY A JEDNOTKY CHARAKTERIZUJÍCÍ ZDROJE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ 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 ]

14. VELIČINY A JEDNOTKY CHARAKTERIZUJÍCÍ ZDROJE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Graf poklesu aktivity v čase

15. VELIČINY A JEDNOTKY CHARAKTERIZUJÍCÍ ZDROJE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Radionuklid aplikovaný biologickému objektu je vylučován exponenciálně: Biologický poločas Tba konstanta b , Efektivní poločas Tef  Celková eliminace ef = + b Tef < T1/2 Tef < Tb

16. VELIČINY A JEDNOTKY CHARAKTERIZUJÍCÍ IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ • Jednotka energie v jaderné a subjaderné fyzice jeelektronvolt( 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

17. 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

18. DOLET ČÁSTIC částice  částice 

19. INTERAKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S HMOTOU Dominantní způsob předávání energie excitataceatomů ionizaceatomů

20. INTERAKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S HMOTOU • Excitace • přechod elektronu z nižší na vzdálenějšíslupkuv důsledku interakce • excitovaný stav je nestabilní: • elektron se vrací na původní slupku, přebytečná energieje emitována

21. INTERAKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S HMOTOU • 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

22. INTERAKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S HMOTOU 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)

23. 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

24. VELIČINY A JEDNOTKY V RADIAČNÍ OCHRANĚ Interakce s hmotou

25. VELIČINY A JEDNOTKY V RADIAČNÍ OCHRANĚ Expozice Absorbovaná dávka Ekvivalentní dávka Efektivnídávka

26. VELIČINY A JEDNOTKY V RADIAČNÍ OCHRANĚ 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 vC(coulomb)/kg • stará jednotka rentgen R = 2.58 x 10-4 C/kg air

27. VELIČINY A JEDNOTKY V RADIAČNÍ OCHRANĚ Absorbovaná dávkaD • 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 bylarad = 0.01 Gy

28. INTERAKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S ŽIVOU HMOTOU

29. 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

30. Ex. prahová dávka pro vyvolání účinků Intenzita účinků je závislá na dávce Akutní nemoc z ozáření, nausea, katarakta, epilace, erythema, nekrózy, poškození plodu, sterilita…. Deterministické účinky

31. Deterministické účinky Muž, 40let, 1 koronární angiografie, 1 PTCA, další koronární angiografie pro komplikace anakonec bypass chirurgie. To vše v jednom dni … 6 týdnů 20 týdnů

32. DETERMINISTICKÉ ÚČINKY 20 měsíců

33. Účinky IoniZujícího záření na embryo a fetus

34. Ekvivalentní dávkaHT • bere v úvahu účinek konkrétního záření na tkáň– použitím radiačního váhového faktoru wR (o hodnotách od 1 do 20 podle tabulky) • DTRje absorbovaná dávka v orgánu nebo tkáni vGy • jednotkovu je Sievert [ Sv ] – rozměr shodný s Gy • Stará jednotka je rem = 0.01 Sv

35. Radiační váhové faktory

36. Stochastickéúčinky Příklady : karcinogenese leukaemogenese Praděpodobnost účinku Dávka

37. Efektivní dávka E • bere v úvahu různou citlivost různých tkání na záření - použitímtkáňového váhového faktorus wT • HT – ekvivalentní dávkav orgánu nebo ve tkání v Sv • měří se vSievertech [ 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

38. Nové hodnoty tkáňových váhových faktorůuvedené v novém doporučení ICRP 103

39. Veličiny a jednotky v radiační ochraně Ekvivalentní dávka HT  zajišťuje dostatečnou ochranu před deterministickými účinky IZ Efektivní dávka E zajišťuje dostatečnou ochranu před stochastickými účinky IZ

40. VELIČINY A JEDNOTKY V RADIAČNÍ OCHRANĚ Kolektivní dávka • Používá se k měření totálního dopadu ozáření vyplývajícího z nakládání se zdroji záření na všechny ozářené osoby • Např. vliv diagnostickéradiologie nebo nukleární medicíny • Měří se v man-sievert (man-Sv)

41. 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

42. efektivní dávka *) ekvivalentní dávka oční čočka 1 cm2 kůže ruce, nohy **) obecné limity 1 mSv/1 rok, 5 mSv/5 let 15 mSv 50 mSv radiační pracovníci 50 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 Základní limity *) 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 Nejsoupřímoměřitelné byly zavedeny odvozené limity

43. Odvozené limity • Měřitelné nebo jednoduše vypočítatelné, zaručují nepřekročení základních limitů 1) OL pro vnější ozáření • Osobní dávkový ekvivalent v hloubce d [mm] Hp(0,07) - odhad HT, 500 mSv/rok Hp(10) - odhad E, 20mSv/rok

44. 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 radionuklidupožitím (ingescí) • hinh- pro příjem daného radionukliduvdechnutím (inhalací) • Při současném zevním i vnitřním ozáření lze OL sčítat

45. měsíční monitorovací cyklus okamžité stanovení – elektronický dozimetr Dozimetry prstové TLD dozimetry filmové dozimetry osobní dozimetry OLS

46. 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

47. 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

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

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

50. Klasifikace zdrojů Kategorizace pracovišť • 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)