Marimi Si Unitati Relevante

Embed Size (px)

Citation preview

  • Mrimi i unitirelevante

  • Mrimi i uniti relevante Sunt necesare cuantificri ale efectelor radiaiei pentru: a determina i cuantifica riscurile i beneficiile;a determina probabilitatea beneficiilor (tratamentul cancerului sau paleativ);de a optimiza abordrile terapeutice;de a lua decizii documentate.

  • Caracterizarea radiaieiSursaDepunereade energiePrimainteracieTransport

  • Mrimi fizice ce pot fi msurateLa surs: activitatea, mA, kV.n timpul transportului: flux, fluen.La punctul primei interacii: energia cinetic eliberat n materie (KERMA).n materie: doza absorbit.

  • ActivitateaActivitatea la momentul t reprezint numrul de nuclee rmase nedezintegrate:

    n SI unitatea de msur este: Becquerel (Bq) o transformare nuclear pe secund. Vechea unitate era: Curie (Ci).1 Ci = 37 x 109 Bq = 37 GBq

  • Multipli i prefixe Multiplii Prefix Prescurtare1 - Bq1,000.000 Mega (M) MBq1,000,000,000 Giga (G) GBq1,000,000,000,000 Terra (T) TBq

  • Flux de particule ( )

    Reprezint numrul total de particule care traverseaz seciunea ecuatorial a sferei elementare n unitatea de timp, pe direcia normalei la aceast seciune, sumat dup toate direciile posibile:

    Se exprim n SI n s-1.

  • Fluena de particule ()Fluen de particule este definit prin raportul dN la dA, unde dN este numrul de particule care traverseaz seciunea ecuatorial a sferei elementare raportat la suprafaa dA, pe direcia normalei la aceast seciune, sumat dup toate direciile posibile:

    Se exprim n SI n m-2.

  • Debitul fluenei ()Debitul fluenei de este definit ca fluena pe unitatea de timp:

    Se exprim n SI n m-2s-1.

  • Fluena de energie ()

    Fluena de energie descrie fluxul de energie i este definit ca fiind cantitatea de energie dE care traverseaz unitatea de arie dA:

    Se exprim n SI n : MeV/m-2.

  • Debitul fluenei de energie ( )Reprezint fluena de energie n unitatea de timp

    Se exprim n SI n : MeV/m-2s-1.

  • Expunere: Xnainte de a interaciona cu pacientul (fasciculul direct) sau cu personalul (radiaia mprtiat), radiaia X interacioneaz cu aerul.Mrimea expunere d o indicaie asupra capacitii radiaiei X de a produce un anumit efect n aer. Efectul ulterior n esut va fi, n general, proporional cu acest efect n aer.

  • ExpunereaExpunerea este valoarea absolut a sarcinii totale a ionilor de acelai semn, produi n aer, atunci cnd toi electronii eliberai de fotoni, pe unitatea de mas de aer, sunt complet absorbii n aer. Este relativ uor de determinat. Se msoar n SI n C/kg - vechea unitate: Roentgen. 1 R = 2,58 x 10-4 C/kg

  • Doza absorbit (D)Doza absorbit D, este energia absorbit pe unitatea de mas:

    Aceast mrime este definit pentru toate tipurile de radiaii ionizante (nu numai pentru radiaia electromagnetic, cum a fost n cazul expunerii), i pentru orice material.Unitatea de msur n SI este gray.Este determinat prin msurare.Dozimetrele care msoar doza sunt calibrate n gray.Vechea unitate a fost rad. 1 Gy = 100 rad.Debitmetrele, care msoar debitul dozei sau sunt calibrate n Gy/h, Gy/s.

  • Debitul dozeiadpostiredistantimp

  • Doza i timpul

  • DistanaDebitul dozei scade cu ptratul distaneidistanadebitul dozei

  • AdpostireHVLRadiaia incidentRadiaia transmisSv/hSv/h/2

  • 1 Gy este o cantitate relativ mareDozele n radioterapie > 1Gy.Dozele n diagnosticul radiologic, de obicei < 0,001Gy.Radiaia de fond anual datorit radiaiei naturale (terestr, cosmic, datorit radioactivitii interne, radonului,) : n jur de 0,002Gy.

  • Fraciuni i prefixe (Doz)Fraciuni Prefix Prescurtare 1 - Sv1/1000 mili (m) mSv1/1.000.000 micro () Sv

  • KERMA (K)KERMA (kinetic energy realeased in a material)K = dEtrans/dmunde dEtrans suma energiilor cinetice iniiale a tuturor particulelor ionizante eliberate de particulele nencarcate n materialul avnd masa dm. n SI unitatea pentru kerma este joule per kilogram (J/kg), cu denumirea Gray (Gy).n diagnosticul radiologic, Kerma i D sunt egale.

  • Alte mrimi utilizate n radioprotecie Efectul biologic ntr-un esut depinde nu numai de valoarea dozei absorbite ci i de natura radiaiei incidente.Pentru a lua n considerare efectul asupra organismului n ansamblu, modul de expunere (intern sau extern) amploarea grupului de indivizi expui la radiaii, a fost necesar introducerea altor mrimi, care nu sunt direct msurabile ci deduse prin calcul.

  • Doza echivalent (H)Este dat de produsul dintre doza absorbit ntr-un organ sau esut i factorul de ponderare al radiaiei incidente, wR.H = D x wRUnitatea de msur n SI sievertul (Sv).Unitatea veche: rem. 1 Sv = 100 remValorile factorului de ponderare al radiaiei incidente se gsesc n tabele.

  • Valori ale factorului de ponderare wR

  • Alte mrimi utilizate n radioprotecie Probabilitatea efectului biologic datorat unei anume doze echivalente variaz de la un organ sau esut la altul.Doza echivalent a fiecrui organ sau esut trebuie multiplicat cu un factor de ponderare care evalueaz radiosensibilitatea acestuia.Acest factor se noteaz cu wT (tissue=esut)Valorile acestui factor sunt tabelate.

  • Valori ale factorului de ponderare wTNew ICRP recommendations 2008 n parantez sunt trecute vechile valori recomandate de ICRP.

  • Doza efectiv (E) Doza efectiv, ET, este produsul dintre doza echivalent n acel esut T, i factorul de ponderare al esutului respectiv, wT.Doza efectiv cu simbolul E se refer la ntreg organismul i este:

  • n esen:ExpunereDoz absorbit

    Doz echivalent

    Doz efectivFactor de ponderare pe esutFactor de ponderare pe tip de radiaie(Joule/kg ; gray Gy)(Joule/kg ; Sievert Sv)

    (Joule/kg ; Sievert Sv)

  • I1Sv

  • Doza angajat ( E( ))Atunci cnd un radionuclid se ncorporeaz n organism (prin ingerare, inhalare etc.) efectul biologic este dependent de durata staionrii acelui radionuclid n organism; pe aceast durat, activitatea variaz n timp.Doza angajat, corespunztoare duratei de la momentul t0 al ncorporrii, este definit ca integrala n timp a debitului dozei efective.

  • DOZ (EFECTIV) COLECTIV (S)Impactul global al expunerii la radiaii datorat unei proceduri sau unei surse de radiaii este funcie de numrul de indivizi expui i de doza pe care ei o primesc, motiv pentru care este necesar introducerea unei alte mrimi.Doza colectiv este definit ca suma produselor dozei efective medii primite de diferitele grupuri expuse i numrul de indivizi din fiecare grup:

    Unde Ni reprezint numrul de indivizi expui la procedura i , indivizi considerai expui uniform la doza angajat Ei.

  • Distribuia dozei n pacient n radioterapie

    Radiaia primar: fasciculul iniial de fotoni.Radiaia mprtiat: rezultat dup cel puin o interacie.Radiaia de fug: radiaia X sau gama neabsorbit de cupol.Radiaia transmis: radiaia rezultat n urma trecerii prin pacient.

  • Distribuia dozei n pacient n radioterapie

    O surs de fotoni izotropic produce acelai debit al fluenei de fotoni n toate direciile, n timp ce debitul fluenei de fotoni de la o surs ne-izotropic depinde de direcia de msurare.

  • LEGEA INVERSULUI CU PTRATULO reprezentare grafic a numrului de fotoni per interval de energie, vs. energia fotonului, este numit spectrul de fotoni. Schia unui spectru de fotoni pentru fascicul monoenergetic i eterogen sunt date n figur.

  • LEGEA INVERSULUI CU PTRATULn radioterapia extern cu fascicule de fotoni, sursele sunt considerate ca fiind surse punctiforme iar fasciculele pe care le produc ca fiind fascicule divergente.

    S presupunem c avem o surs punctiform de fotoni S i un cmp ptratic cu latura a (aria A = a2) la o distanta fa de surs.

  • LEGEA INVERSULUI CU PTRATULFascicul de fotoni divergent provenind de la o surs de fotoni punctiform. La distanta fa de surs S aria cmpului este A = a2, la distanta fb aria cmpului B = b2.

  • LEGEA INVERSULUI CU PTRATULCele dou cmpuri sunt n urmtoarea relaie geometric:

    unde este unghiul dintre axa central a fasciculului i limita geometric a acestuia.

  • LEGEA INVERSULUI CU PTRATULFluena de fotoni este astfel invers proporional cu ptratul distanei de surs. De ex., dac fb = 2fa fluena de fotoni la B va fi:

  • LEGEA INVERSULUI CU PTRATULDeoarece, ntr-un punct dat n aer, expunerea n aer X, kerma-aer n aer (Kaer)aer , doza n aer Daer sunt direct proporionale cu fluena de fotoni n punctul P, este raional s concluzionm ca toate cele trei mrimi: X, (Kaer)aer i Daer vor urma aceeai regul a legii inversului cu ptratul, adic:

  • FASCICULE DE FOTONI NTR-UN FANTOM SAU PACIENTUn fascicul de fotoni care se propag prin aer sau vacuum este guvernat de legea inversului cu ptratul; n schimb, un fascicul de fotoni care se propag printr-un fantom sau pacient nu este afectat numai de legea inversului cu ptratul, ci i de atenuarea i mprtierea fasciculului de fotoni n interiorul fantomului sau pacientului. Cele trei efecte fac ca depunerea de doz ntr-un fantom sau pacient s fie un proces complicat iar determinarea sa o operaie complex.

  • Doza /PacientO determinare a distribuiei dozei ntr-un pacient este practic imposibil; cu toate acestea, n scopul realizrii unei radioterapii externe cu rezultate benefice pentru pacient, este esenial ca distribuia dozei n volumul expus s fie cunoscut cu precizie i acuratee.

  • Pot fi identificate mai multe puncte i regiuni importante:fasciculul intr n pacient printr-o suprafa (de intrare), unde elibereaz o anumit doz de suprafa Ds. sub aceast suprafa, doza mai nti crete rapid, atingnd o valoare maxim, iar apoi scade mai mult sau mai puin exponenial, pn atinge valoarea Dex, la punctul de ieire din pacient.

  • Doza ntr-un pacient datorat unui fascicul de fotoni de mare energie(MeV):Ds este doza de suprafa la poarta de intrare a fasciculului,Dex este doza de suprafa la poarta de iesire a fasciculului. Dmax este doza maxim, de obicei, normalizat la 100, rezultnd o curba a dozei n profunzime, numit distribuia procentual de doz n profunzime. Regiunea dintre z = 0 si z = zmax este numit regiunea de cretere a dozei (build-up).

  • Doza de suprafaReprezint contribuia dat de: fasciculul primar;fotonii mprtiai de ctre colimatoare, de filtrele de omogenizare i de aer; fotonii retro-mprtiai de ctre pacient; electronii de mare energie produi ca urmare a interaciei fotonilor cu aerul i cu orice structur de protecie din vecintatea pacientului.

  • Doza de suprafaPentru fasciculele de fotoni de mare energie (MeV), doza de suprafa este n general mult mai mic dect doza maxim la profunzimea zmax sub suprafaa de intrare. Doza de suprafa redus, n comparaie cu doza maxim, este numit efect de cruare a pielii (skin sparing efect) i reprezint un avantaj important al terapiei cu energii nalte, comparativ cu cea cu ortovoltaj sau fascicule superficiale, n tratamentul tumorilor situate in profunzime. Doza de suprafa depinde de energia fasciculului i de dimensiunea cmpului de radiaii.

  • Doza de suprafaCu ct este mai mare energia fasciculului de fotoni, cu att este mai mic doza de suprafa:pentru un cmp 1010 cm2 ea reprezint aprox. 30% din maximul dozei pentru fasciculul de Cobalt-60, 15% pentru un fascicul de radiaii X de 6 MeV si 10% pentru radiaia X de 18 MeV.

  • REGIUNEA BUILD-UP Regiunea dintre suprafaa de intrare (profunzime z = 0) i profunzimea z = zmax, n fasciculele de fotoni de mare energie (MeV) este numit regiunea de doz build-up i este datorat parcursului relativ mare al particulelor secundare energetice (electroni i pozitroni) care sunt emise n pacient prin interacia fotonilor (efect fotoelectric, efect Compton, formare de perechi) i depun energia cinetic. Dup zmax, doza scade datorit atenurii fasciculului de fotoni n pacient.

  • PROFUNZIMEA MAXIMULUI DOZEI Profunzimea maximului dozei, zmax, depinde de energia fasciculului i de dimensiunea cmpului. Dependena de energia fasciculului este efectul principal; dependena de dimensiunea cmpului este deseori ignorat, ntruct ea reprezint numai un efect minor. Valorile nominale pentru zmax se situeaz de la 0 pentru fasciculele X superficiale i de ortovoltaj, la 0.5 cm pentru fasciculul de Co60 i 5 cm pentru fascicule de 25 MeV, aa cum se arat n Tabelul I. Pentru un fascicul de energie dat, cel mai mare zmax ntlnim la cmpul de ~55 cm2. Pentru cmpuri mai mari de 55 cm2, zmax scade datorit efectelor de mprtiere de colimator; pentru cmpuri mai mici de 55 cm2, zmax scade datorit efectelor de mprtiere n fantom.

  • PROFUNZIMEA MAXIMULUI DOZEI Profunzimile tipice de maximum dozei, zmax, pentru diverse fascicule de fotoni.

  • DOZA DE IEIREDoza eliberat pacientului la punctul de ieire a fasciculului este numit doz de ieire.Aa cum se arat n figur, n apropierea punctului de ieire a fasciculului, curbele de distribuie a dozei sunt uor nclinate fa de curbele de distribuia dozei extrapolate.Acest efect relativ mic se datoreaz lipsei contribuiei la imprtiere la punctul de ieire, datorat punctelor situate dup punctul de ieire. Similar dozei de suprafa, doza de ieire poate fi msurat cu o camera plac-paralel.

  • Sunt ntrebri?

  • Informaii suplimentare pot fi obinute din publicaiileOrdin al Preedintelui Comisiei Naionale pentru Controlul Activitilor Nucleare pentru aprobarea Normelor Fundamentale de securitate radiologic MO nr. 404bis , 29 august 2000Basic radiation Physics E.B. Podgorsak, Departament of Medical Physics, Mc Ghill Univesity, Motreal, Quebec, CanadaEstimation of Effective Dose in Radiodignostic Radiology from Entrance Surface Dose and Dose-Area Product Measurements D Hart, DG Jones and BF Wall, National Radiological Protection Board, NRPB-R262,1994Gregg EC. Effects of ionizing radiation on humans. In Waggener RG and Kereikas JG., editors. Handbook of medical physics, Volume II. Boca Raton, CRC Press Inc., 1984.Radiation Dosimetry. Volume 1. Ed: Attix F.H. and Roesch W.C. New York, Academic Press, 1968.Conceptele Radioproteciei M Oncescu, Curierul de Fizic, Editura Horia Hulubei, Bucureti, 1996Radiological protection and safety in medicine. ICRP Publication 73. Pergamon 1996.Radiological protection of the worker in medicine and dentistry. ICRP Publication 57. Pergamon Press 1989.Quantities and Units in Radiation Protection Dosimetry. ICRU report 51. Bethesta, USA, 1993.