Magnitudes y Unidades Radiológicas PDF

MAGNITUDES 5 Y UNIDADES RADIOLÓGICAS ÍNDICE ▰ INTRODUCCIÓN ▰ GENERALIDADES SOBRE MAGNITUDES RADIOLÓGICAS ▰ RADIOMETRÍA ▰ COEFICIENTES DE INTERACCIÓN ▻ Transferencia Lineal de Energía (LET) ▰ DOSIMETRÍA ▻ Exposición, Kerma y Dosis Absorbida ▰ RAD...

MAGNITUDES 5 Y UNIDADES RADIOLÓGICAS ÍNDICE ▰ INTRODUCCIÓN ▰ GENERALIDADES SOBRE MAGNITUDES RADIOLÓGICAS ▰ RADIOMETRÍA ▰ COEFICIENTES DE INTERACCIÓN ▻ Transferencia Lineal de Energía (LET) ▰ DOSIMETRÍA ▻ Exposición, Kerma y Dosis Absorbida ▰ RADIOPROTECCIÓN ▻ Equivalente de dosis en un punto, H ▻ Magnitudes limitadoras (Dosis equivalente en un órgano, HT y Dosis Efectiva E) ▻ Magnitudes operacionales (Equivalente de dosis ambiental y personal) ▰ DOSIMETRÍA DE LOS PACIENTES ▻ Dosis Integral (Energía impartida) ▻ Dosis a la entrada del paciente ▻ Dosis en órganos 2  INTRODUCCIÓN 1895 Normas de protección 1896 Descubrimiento Comienzo trabajo con contra los efectos elementos radiactivos biológicos perjudiciales Rayos X de las radiaciones ionizantes 1922 Radiólogos: incidencia de cáncer más alta respecto a otros médicos 3  ORGANISMOS ▰ Comisión Internacional de Medidas de la Radiación (ICRU) 1925 ▰ Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP)1928 4  GENERALIDADES SOBRE MAGNITUDES RADIOLÓGICAS ▰ ¿Qué es una magnitud? ▻ Es un atributo de un fenómeno, cuerpo o sustancia, que puede ser distinguido cualitativamente y determinado cuantitativamente. Una magnitud es una propiedad o cualidad que es susceptible de ser medida. ▰ ¿Qué es una unidad de medida? ▻ Una magnitud particular, definida y adoptada por convenio, con la que se comparan otras magnitudes de la misma naturaleza para expresarlas cuantitativamente con respecto a esta magnitud. Son referencias elegidas para medir las magnitudes. 5  CARACTERIZACIÓN DE LAS RADIACIONES IONIZANTES Gran número de magnitudes para dosimetría de radiaciones y protección radiológica, en comparación con otros campos de la física: ▰ Naturaleza compleja de los fenómenos considerados. ▰ Intento de definir magnitudes que midan: ❖ Propiedades físicas: carga, energía o número de partículas. ❖ Efectos biológicos y el riesgo potencial debido a las radiaciones ionizantes. 6 CARACTERIZACIÓN DE LAS RADIACIONES IONIZANTES 7 8 MAGNITUDES Y UNIDADES RADIOLÓGICAS Fluencia Radiométricas Fluencia Energía Coeficientes interacción Transferencia lineal de energía, LET Exposición, X Magnitudes dosimétricas Kerma, K Dosis Absorbida, D Radiactividad Actividad, Bq Magnitudes protección Dosis equivalente en un punto, H Dosis equivalente en un órgano, HT Magnitudes limitadoras Dosis Efectiva, E Equivalente de dosis ambiental, H*(10) Magnitudes Operacionales Equivalente de dosis personal, HP(d) Magnitudes dosimetría Kerma en aire en la superficie de entrada, KASE pacientes Dosis a la entrada del paciente, DSE MAGNITUDES FÍSICAS FUNDAMENTALES 9  MAGNITUDES RADIOMÉTRICAS Un campo de radiación específico queda definido por: ✓ Tipo y número de partículas. ✓ Distribución espacial. ✓ Distribución energética. FLUENCIA: Número de partículas incidentes por unidad de área. · Unidad: m-2 FLUENCIA DE ENERGIA: Energía radiante por unidad de área · Unidad: Julio/m2 10  COEFICIENTES DE INTERACCIÓN Transferencia lineal de energía La transferencia lineal de energía o poder de frenado lineal por colisión, L, de un material (agua), para una partícula cargada de un tipo y energía dados, es el cociente de dE por dX, q= carga de la partícula donde dE es la energía media perdida por la partícula, debida a colisiones con electrones, al v= velocidad de la partícula atravesar una distancia dx n=nº de átomos del material por unidad de volumen. La unidad es el J/m. Z= nº atómico del material. E se puede expresar en eV y entonces LΔ se puede dar en eV/m o en cualquier submúltiplo o múltiplo conveniente, por ejemplo keV/µm 𝑑𝐸 𝐿Δ = 𝑑𝑥 11  COEFICIENTES DE INTERACCIÓN Las radiaciones con baja LET (LΔ < 10 keV/µm) provocan ligera ionización a lo largo de su recorrido, como los rayos X y gamma las radiaciones con alta LET (LΔ > 10 keV/µm) provocan intensas ionizaciones en el medio descargando densidades lineales de energía mayores (partículas alfa, protones, iones pesados…) 12  MAGNITUDES DOSIMÉTRICAS Proporcionan una estimación conservadora mensurable de las dosis efectivas y equivalentes en las vigilancias radiológicas individuales y de área o ambientales. La energía que transporta la radiación se deposita en la materia mediante diferentes mecanismos que originan aspectos dosimétricos relacionados con: · La conversión de energía: Exposición y Kerma · El depósito de energía: Dosis absorbida 13 MAGNITUDES DOSIMÉTRICAS 500 mg de medicamento antiinflamatorio. La dosis del medicamento fuera del paciente es la misma que la dosis en el interior del cuerpo del paciente (500 mg) ¿Es similar la situación en el caso de la radiación? 14 MAGNITUDES DOSIMÉTRICAS No es así en el caso de la radiación. En aire X-ra y La dosis depende de la absorción de la Dosis Absorbida en radiación Tejido Es difícil medir la dosis en el interior del cuerpo Solución: medir en aire y luego, a partir de lo medido, estimar o calcular la dosis en los tejidos 15  EXPOSICIÓN (X) dQ Cantidad de radiación que incide sobre el absorbente Tenemos un volumen de AIRE con masa dm X = dm dm y se libera la Incide radiación carga dQ 16  Exposición (X) ▪ Hace referencia únicamente al poder de ionización de la radiación X o γ en un medio específico (aire). ▪ El efecto medido (ionización en aire) es de escaso interés para el estudio de los efectos producidos por las radiaciones en los tejidos. ▪ Existen problemas de medición de la exposición para energías de fotones de unos pocos keV y por encima de varios MeV (difícil mantener en estas situaciones condiciones de equilibrio). ▪ Es una magnitud de paso hacia la Magnitud Dosis Absorbida. ▪ Dificultad de utilizar la unidad del SI ( C/Kg) por su gran dimensión y difícil relación con el Roentgen ( R ). ▰ SI: Culombio/kilogramo (C kg-1) ▰ SR: Roentgen o renguenio (R) ✓ 1 R = 2,58. 10 -4 C/kg 17 ✓ 1 C/Kg = 3,879 R  Tasa de Exposición (X) *Tasa: Variación de la magnitud en un intervalo de tiempo X = dX ▰ Unidad especial : R/s (Roentgen /segundo) Se utilizan submúltiplos como: R/h, mR/h , μR/h dt ▰ Unidad S.I. :C/Kg·s (Culombio / Kilogramo s) Apenas se utiliza en la práctica por su desmesurada dimensión 18  Exposición (X) ▰ Solo válida para fotones en el aire ▰ Efecto medido: ionización del aire ▰ Difícil medición para energías muy bajas y muy elevadas ▰ Ley del cuadrado de la distancia 19  Kerma (K): Kinetic energy release per unit MAss Se define como el cociente entre la suma de las energías cinéticas iniciales de todas las partículas ionizantes cargadas liberadas en un material específico de masa dm por las partículas ionizantes no cargadas (radiación X , γ y neutrones) y la masa de dicho material. Caracteriza indirectamente un campo de fotones o neutrones en un material específico. Requiere especificar el material en el que se produce la transferencia de energía. Kerma (K) Unidad: energia por unidad de masa: J. kg-1 o Gray (Gy); rad (unidad sistema tradicional). Sus valores expresados en Grays se parecen mucho a los de la dosis absorbida en aire y agua. 1 Gy = 100 rad  Kerma (K): Kinetic energy release per unit MAss ▰ SI: Gray (Gy): 1 Gy = 1 Julio (J) / kilogramo (kg) ▰ SR: Rad: 1 rad = 100 ergios / gramo ▰ Equivalencias: 1 Gy = 100 rad 1 cGy = 1 rad Louis Harold Gray (1905-1965), físico y radiobiólogo británico que 1 mcGy = 0,1 rad trabajó principalmente con los efectos de la radiación sobre los sistemas biológicos 22 Magnitudes dosimétricas DOSIS ABSORBIDA (D) Energía absorbida por unidad de masa. Válida para todo tipo de radiaciones. La dosis absorbida, que es la magnitud dosimétrica de más interés, resulta válida para cualquier tipo de radiación, y requiere especificar el material en el que se cede la energía. La unidad en SI, J/kg (Gray, Gy) Sistema tradicional, rad Tasa de dosis absorbida: J/kg s  Unidades de dosis absorbida ▰ SI: Gray (Gy): 1 Gy = 1 Julio (J) / kilogramo (kg) ▰ SR: Rad: 1 rad = 100 ergios / gramo ▰ Equivalencias: 1 Gy = 100 rad 1 cGy = 1 rad 1 mcGy = 0,1 rad 23  Tasa de dosis absorbida (D) *Tasa: Variación de la magnitud en un intervalo de tiempo ❑ Unidad especial : rad/s Se utilizan submúltiplos como: rad/h, mrad/h. ❑ Unidad S.I. :Gy/s (Culombio / Kilogramo s) Se utilizan submúltiplos como: Gy/h, mGy/h 24  Relación entre magnitudes D= Dosis absorbida en un punto de un material 𝐷 =𝑓∙𝑋 X= Exposición. f: factor de relación entre X y D. Energía de los fotones (keV) Gy kg/C agua rad/R Dosis absorbida/exposición Gy kg/C hueso rad/R músculo Gy kg/C rad/R 10 35,4 0,914 135 3,48 35,8 0,925 15 35 0,903 150 3,86 35,8 0,924 20 34,7 0,895 158 4,09 35,8 0,922 30 34,4 0,888 165 4,26 35,7 0,922 40 34,5 0,891 157 4,04 35,9 0,925 50 35 0,903 137 3,53 36,1 0,932 60 35,6 0,92 113 2,91 36,5 0,941 ▰f está tabulado para distintos materiales y energías. 80 36,7 0,946 75,4 1,94 36,9 0,953 100 37,2 0,96 56,2 1,45 37,2 0,96 150 37,6 0,971 41,3 1,065 37,4 0,964 200 37,7 0,973 38,1 0,982 37,4 0,965 300 37,8 0,974 36,6 0,944 37,4 0,966 400 37,8 0,974 36,3 0,936 37,4 0,966 ▰ f es aproximadamente 1 para todas las energías cuando el 500 600 800 37,8 37,8 37,8 0,975 0,975 0,975 36,2 36,1 36,1 0,933 0,932 0,931 37,4 37,4 37,4 0,966 0,966 0,966 material irradiado es tejido blando y se utilizan las unidades 1000 37,8 0,975 36,1 0,931 37,4 0,966 1500 37,8 0,975 36 0,93 37,4 0,966 2000 37,8 0,974 36,1 0,931 37,4 0,965 antiguas.(rad/R). 25 RELACIÓN ENTRE KERMA Y DOSIS ABSORBIDA Cuando no hay equilibrio es muy difícil relacionarlas (1) Exista equilibrio electrónico en un entorno del punto de interés (2) La generación de radiación de frenado sea despreciable 26  RADIACTIVIDAD ACTIVIDAD Actividad de una cantidad de un radionucleido en un determinado estado energético es el cociente: dN: valor esperado del nº de transiciones nucleares espontáneas (desintegraciones) que se producen. dt = intervalo de tiempo ❑ Unidad especial : Curio (Ci). Es un patrón de masa ( actividad de 1 gramo de 226Ra en condiciones normales de laboratorio): 1 Ci = 3.7 x 1010 Bq. Se utilizan submúltiplos de la unidad: nCi; μCi ❑ Unidad del S.I. : Becquerelio ( s-1) (Bq): 1 Bq = 1 transformación por segundo. 1 d.p.s. (s-1). Se utilizan múltiplos: MBq; kBq 27  Dosis absorbida: limitaciones A igual dosis absorbida los efectos biológicos varían: ❑ Naturaleza de la radiación. ❑ Sensibilidad del tejido. ❑ Distribución espacial de la dosis. ❑ Fraccionamiento de la dosis. 28 MAGNITUDES DE PROTECCIÓN (Radioprotección) Radioprotección, donde las magnitudes están relacionadas con el efecto biológico de las magnitudes dosimétricas, y que atienden tanto al tipo de radiación como a la naturaleza del medio irradiado. En este caso distinguiremos entre magnitudes de protección y operacionales. Magnitudes limitadoras: son magnitudes en cuyas unidades se ha recomendado o se recomienda expresar los límites de dosis. Presentan un serio inconveniente, que no son medibles para un individuo determinado colocado en un campo de radiación arbitrario. Magnitudes operacionales: son las magnitudes que se usan en la práctica en protección radiológica, medibles con instrumentación sencillos y que proporcionan una sobreestimación razonable de las magnitudes limitadoras. Magnitudes de dosimetría a pacientes: son magnitudes específicas para procedimientos de radiodiagnóstico que se utilizan para evaluar dosis a pacientes. 29  MAGNITUDES LIMITADORAS EN RADIOPROTECCIÓN Magnitudes limitadoras Se relacionan con los efectos biológicos de la RI y permiten implementar el principio de la LIMITACIÓN DE DOSIS estableciendo valores que eviten la aparición de efectos deterministas y acoten los riesgos debidos a los efectos estocásticos a niveles similares a los que se dan en otras actividades profesionales o hábitos de la vida cotidiana. El Real Decreto 1029/2022, de 20 de diciembre, por el que se aprueba el Reglamento sobre protección de la salud contra los riesgos derivados de la exposición a las radiaciones ionizantes. (boe.es) Incorpora las magnitudes limitadoras definidas por la Comisión Internacional de Protección Radiológica en su informe ICRP-103 (2007). · Dosis equivalente en un órgano o tejido, HT · Dosis efectiva, E Los límites de dosis se aplicarán a la suma de las dosis derivadas de la exposición externa en un período especificado, y las correspondientes dosis comprometidas de cincuenta años (hasta los setenta años de edad para niños) derivadas de incorporaciones producidas en el mismo período. E = Eexterna + Einterna(t) 30  Magnitudes Limitadoras 1.Dosis equivalente en un órgano, HT Factor de Tipo de radiaciación ponderación wR Dosis absorbida, en el tejido u órgano T, ponderada en función del tipo y Fotones 1 calidad de la radiación: Electrones y muones 1 Protones y piones 5 cargados > 2 MeV Partículas alfa, donde DT,R es la dosis absorbida para la radiación R promediada sobre el órgano o fragmentos de fisión, 20 tejido T y wR es el factor de ponderación para la radiación R. núcleos pesados Neutrones curva función En SI: Sievert (Sv): 1 Sv = 1 Julio (J) / kilogramo (kg) 1 Sv = dosis absorbida (Gy) x wR SR: Rem: 1 rem = dosis absorbida (rad) x wR 31  Dosis equivalente en un órgano Dosis absorbida, en el tejido u órgano T, ponderada en función del tipo y calidad de ▰ SI: Sievert (Sv): la radiación: 1 Sv = 1 Julio (J) / kilogramo (kg) 1 Sv = dosis absorbida (Gy) x wR ▰ SR: Rem: 1 rem = 100 ergios / gramo 1 rem = dosis absorbida (rad) x wR ▰ Equivalencias: Rolf Maximilian Sievert (1896- ▰ DTR: dosis absorbida media en el tejido u 1 cSv = 1 rem 1966), físico médico sueco cuya mayor contribución a la ciencia fue órgano T, procedente de la radiación R. 1 mSv = 0,1 rem el estudio de los efectos biológicos de la radiación ionizante. 10 mSv = 1 rem ▰ wR: factor de ponderación de la radiación R 32  LIMITACIÓN DOSIS EQUIVALENTE NO CONSIDERA LA RADIOSENSIBILIDAD DE LOS TEJIDOS NI ÓRGANOS 33  Dosis efectiva Tejido/órgano wT ΣwT Suma promedio de dosis equivalentes ponderadas en los Gónadas 0,08 0,08 órganos del cuerpo Médula ósea, colon, pulmón, estómago, 0,12 0,72 mama y resto del organismo Vejiga, esófago, 0,04 0,16 hígado y tiroides · DT,R: dosis absorbida promediada en el tejido u órgano T, Superficie ósea, cerebro, procedente de la radiación R. glándulas 0,01 0,04 salivales, piel · wR: factor de ponderación de la radiación R Estos factores representan la contribución relativa de cada órgano o tejido al detrimento de la salud resultante · wT: factor de ponderación tisular de una exposición total del organismo y, por ello, dichos factores de ponderación deben sumar la unidad 34 Resumen Magnitudes y unidades 35  Dosis absorbida (grays/rads) Exposición Actividad de una (C/kg,Roetgens) fuente Radiactiva (becquerelios/curios) Dosis equivalente/Dosis efectiva (Sieverts/rems) 36  Resumen Magnitudes y unidades Magnitud Unidad antigua Unidad SI Equivalencia Exposición (X) Roentgen (R) C/kg 1 R = 2,58. 10-4 C/kg (carga/masa aire) 1 C/kg = 3, 879 R rad Gray (Gy) 1 rad = 10-2 Gy = 1 cGy Kerma 1 Gy = 100 rad Dosis absorbida (D) rad Gray (Gy) 1 rad = 10-2 Gy = 1 cGy (energía/masa material) 1 Gy = 100 rad Dosis equivalente (H) rem Sievert (Sv) 1 rem = 10-2 Sv = 1 cSv Dosis efectiva (E) rem Sievert (Sv) 1 Sv = 100 rem 37 Límites de dosis 38  Magnitudes operacionales ✓ Existen magnitudes operacionales para la: VIGILANCIA DE ÁREA: control de los niveles de radiación en los lugares de trabajo y definición de áreas controladas o vigiladas VIGILANCIA INDIVIDUAL: controla las exposiciones individuales 39 Magnitudes operacionales Magnitudes operacionales para Cometido Vigilancia de área Vigilancia individual Equivalente de dosis Equivalente de dosis Control de la dosis efectiva ambiental, H*(10) personal, HP(10) Control de la dosis a la piel, Equivalente de dosis Equivalente de dosis las manos y pies direccional, H’(0.07,Ω) personal, HP(0.07) Control de la dosis al Equivalente de dosis Equivalente de dosis cristalino direccional, H’(3,Ω) personal, HP(3) 40 Magnitudes operacionales Equivalente de dosis ambiental H*(d) ✓ La dosis equivalente que produciría un campo de radiación homogéneo y unidireccional, sobre la esfera ICRU en un punto a una profundidad d (mm) sobre la dirección de incidencia Esfera ICRU: esfera de 30 cm de diámetro de material equivalente a tejido blando respecto a su interacción con RRII El equivalente de dosis ambiental profunda, H*(10), resulta una estimación muy conservadora de la dosis efectiva 41  Magnitudes operacionales Equivalente de dosis direccional H’(d,Ω) ✓ La dosis equivalente que produciría un campo de radiación homogéneo sobre la esfera ICRU, en un punto a una profundidad d (mm), y en un radio en la dirección Ω especificada El equivalente de dosis direccional superficial, para d=0.07 mm, proporciona una estimación conservadora de la dosis equivalente en piel y extremidades 42  Magnitudes operacionales Equivalente de dosis personal HP(d) ✓ La dosis equivalente en tejido ICRU (material equivalente a tejido blando) a una profundidad d de un punto específico del cuerpo humano (posición donde se porta el dosímetro) d = 10 mm → HP(10) → Estimación dosis efectiva d = 0.07 mm → HP(0.07) → Estimación dosis equivalente en piel y extremidades d = 3 mm → HP(3) → Estimación dosis equivalente en cristalino 43 Magnitudes operacionales Equivalente de dosis personal HP(d) 44  RESUMEN Magnitudes fundamentales ✓ Caracterizan de forma exacta el haz de radiación. ✓ Cuantifican el efecto físico del haz. ✓ No el efecto biológico. Magnitudes de protección o limitadoras ✓ Miden el efecto biológico de la irradiación. ✓ Adecuadas para expresar los límites de dosis. ✓ No son fácilmente medibles. Magnitudes dosimétricas operacionales ✓ Son fácilmente medibles. ✓ Permiten estimar los valores de las magnitudes de protección. 45  DOSIMETRÍA DE LOS PACIENTES La dosimetría a pacientes en procedimientos diagnósticos e intervencionistas realizados con equipos de RX es una herramienta básica de optimización en protección radiológica. Objetivo: cuantificación de la exposición recibida, enfocada a optimizar la relación calidad de imagen diagnóstica- dosis absorbida. Se suelen manejar magnitudes dosimétricas específicas sencillas de medir a partir de las cuales se estiman las dosis a pacientes. 46 KERMA EN AIRE EN LA SUPERFICIE DE ENTRADA, KASE ▰ Kerma en aire en el seno de aire (sin estar el paciente presente) en el punto de incidencia del haz de radiación sobre la superficie de entrada del paciente, es decir, a la distancia foco – piel (DFP). ▰ Unidades: J/kg o Gy. ▰ Se define en ausencia del objeto irradiado; no incluye la retrodispersión. ▰ Aumenta al reducirse la distancia del foco a la superficie del paciente. ▰ Los equipos modernos de intervencionismo dan el dato y algunos de radiografía convencional e incluso dentales también lo indican. 47  DOSIS A LA ENTRADA DEL PACIENTE GUÍA PARA LA EVALUACIÓN DE DOSIS EN PACIENTES. INFORME 154 EC 48 Producto dosis-área (DAP) GUÍA PARA LA EVALUACIÓN DE DOSIS EN PACIENTES. INFORME 154 EC 49  DOSIS EN ÓRGANOS ▰ Estimar con precisión el riesgo que tendrá el paciente como consecuencia de la irradiación. ▰ Parámetro sea el utilizado por la mayoría de los países de la UE para la estimación del riesgo. ▰ Solo se pueden medir directamente en órganos superficiales como mama, tiroides o testículos. ▰ Para la medida directa de dosis en órganos profundos, se emplean maniquíes que simulan el cuerpo humano y sobre los que se hace una reproducción de la exploración radiológica con idéntico protocolo al que se utilizará para pacientes. 50 DOSIS EN ÓRGANOS La dosis en órganos no puede ser medida en los pacientes de forma directa 51 DOSIS EN ÓRGANOS 52 53