Dawka pochłonięta - Absorbed dose

Dawka pochłonięta to wielkość dawki będąca miarą energii zdeponowanej w materii przez promieniowanie jonizujące na jednostkę masy. Dawka pochłonięta jest wykorzystywana do obliczania wychwytu dawki w żywej tkance zarówno w ochronie przed promieniowaniem (redukcja szkodliwych skutków), jak i radiologii (potencjalne korzystne skutki np. W leczeniu raka). Służy również do bezpośredniego porównywania wpływu promieniowania na materię nieożywioną, na przykład przy utwardzaniu radiacyjnym .

Jednostką miary SI jest szarość (Gy), która jest definiowana jako jeden dżul energii pochłoniętej na kilogram materii. Czasami stosowana jest również starsza jednostka rad , spoza układu SI CGS , głównie w USA.

Efekty deterministyczne

Konwencjonalnie, w ochronie przed promieniowaniem, niezmodyfikowana dawka pochłonięta jest używana tylko do wskazania bezpośrednich skutków zdrowotnych związanych z wysokimi poziomami dawki ostrej. Są to efekty tkankowe, takie jak w zespole ostrego promieniowania , które są również znane jako efekty deterministyczne. Są to efekty, które z pewnością nastąpią w krótkim czasie.

Skutki ostrego narażenia na promieniowanie

Radioterapia

Pomiar dawki pochłoniętej w tkance ma fundamentalne znaczenie w radiobiologii, ponieważ jest miarą ilości energii, jaką padające promieniowanie przekazuje do tkanki docelowej.

Obliczanie dawki

Zaabsorbowana dawka jest równa ekspozycji na promieniowanie (jony lub C / kg) wiązki promieniowania pomnożonej przez energię jonizacji jonizowanego ośrodka.

Na przykład energia jonizacji suchego powietrza przy 20 ° C i ciśnieniu 101,325  kPa wynosi 33,97 ± 0,05 J / C . (33,97 eV na parę jonową) W związku z tym ekspozycja 2,58 x 10 ^-4  C / kg (1 rentgen ) by złożyć pochłoniętej dawki 8,76 x 10 ^-3  J / kg (0,00876 Gy lub 0,876 rad) w suchym powietrzu w tych warunkach.

Gdy pochłonięta dawka nie jest jednorodna lub gdy jest stosowana tylko na część ciała lub przedmiotu, można obliczyć wchłoniętą dawkę reprezentatywną dla całego przedmiotu, biorąc średnią ważoną masowo wchłoniętych dawek w każdym punkcie.

Dokładniej,

${\ Displaystyle {\ bar {D_ {T}}} = {\ Frac {\ int _ {T} D (x, y, z) \ rho (x, y, z) DV} {\ int _ {T} \ rho (x, y, z) dV}}}$

Gdzie

${\ displaystyle {\ bar {D_ {T}}}}$ jest uśrednioną masowo pochłoniętą dawką całej substancji T

${\ displaystyle T}$ jest przedmiotem zainteresowania

${\ Displaystyle D (x, y, z)}$ jest pochłoniętą dawką jako funkcją lokalizacji

${\ Displaystyle \ rho (x, y, z)}$ jest gęstością jako funkcją lokalizacji

${\ displaystyle V}$ to objętość

Względy medyczne

Nierównomierna pochłonięta dawka jest powszechna w przypadku miękkich promieni, takich jak promieniowanie rentgenowskie o niskiej energii lub promieniowanie beta. Samoosłonięcie oznacza, że ​​pochłonięta dawka będzie wyższa w tkankach zwróconych do źródła niż głębiej w organizmie.

Średnia masa może być ważna przy ocenie ryzyka związanego z radioterapią, ponieważ są one zaprojektowane tak, aby były ukierunkowane na bardzo określone objętości w organizmie, zwykle guza. Na przykład, jeśli 10% masy szpiku kostnego pacjenta jest napromieniowane lokalnie 10 Gy promieniowania, wówczas całkowita dawka pochłonięta w szpiku kostnym wynosiłaby 1 Gy. Szpik kostny stanowi 4% masy ciała, więc dawka wchłonięta przez organizm to 0,04 Gy. Pierwsza liczba (10 Gy) wskazuje na miejscowe oddziaływanie na guz, natomiast druga i trzecia liczba (1 Gy i 0,04 Gy) są lepszymi wskaźnikami ogólnego wpływu na zdrowie całego organizmu. Na tych liczbach należałoby wykonać dodatkowe obliczenia dozymetryczne, aby uzyskać znaczącą skuteczną dawkę, która jest potrzebna do oszacowania ryzyka raka lub innych skutków stochastycznych.

Kiedy promieniowanie jonizujące jest stosowane w leczeniu raka, lekarz zazwyczaj przepisuje radioterapię w jednostkach szarości. Dawki stosowane w obrazowaniu medycznym można opisać w jednostkach kulomba na kilogram , ale w przypadku stosowania radiofarmaceutyków zwykle podaje się je w jednostkach bekerelu .

Ryzyko stochastyczne - przeliczenie na dawkę równoważną

Wielkości dawek zewnętrznych stosowane w ochronie przed promieniowaniem i dozymetrii

Graficzne przedstawienie zależności wielkości „dawki ochronnej” w jednostkach SI

W przypadku stochastycznego ryzyka promieniowania, definiowanego jako prawdopodobieństwo wywołania raka i skutków genetycznych występujących w dłuższej perspektywie czasowej, należy wziąć pod uwagę rodzaj promieniowania i wrażliwość napromienianych tkanek, co wymaga użycia czynników modyfikujących w celu wytworzenia ryzyka czynnik w siwertach . Jeden siwert niesie ze sobą 5,5% szansy na ostateczne rozwinięcie się raka w oparciu o liniowy model bez progu . Obliczenia rozpoczynają się od dawki pochłoniętej.

Aby przedstawić ryzyko stochastyczne, stosuje się wielkości dawki równoważną dawkę H _T i skuteczną dawkę E , a do obliczenia ich na podstawie dawki pochłoniętej stosuje się odpowiednie współczynniki dawki i współczynniki. Równoważne i skuteczne ilości dawek są wyrażane w jednostkach siwertu lub remu, co oznacza, że ​​uwzględniono skutki biologiczne. Wyprowadzenie ryzyka stochastycznego jest zgodne z zaleceniami Międzynarodowego Komitetu ds. Ochrony przed Promieniowaniem (ICRP) oraz Międzynarodowej Komisji ds. Jednostek i Pomiarów Promieniowania (ICRU). Opracowany przez nich spójny układ wielkości ochrony radiologicznej przedstawiono na załączonym schemacie.

Dla promieniowania całego ciała, w przypadku promieni gamma lub rentgenowskich, współczynniki modyfikujące są numerycznie równe 1, co oznacza, że ​​w tym przypadku dawka w szarościach jest równa dawce w siwertach.

Opracowanie koncepcji dawki pochłoniętej i szarości

Używając wczesnego aparatu rentgenowskiego Crookesa w 1896 r. Jeden człowiek patrzy na swoją rękę za pomocą fluoroskopu w celu optymalizacji emisji lamp, a drugi trzyma głowę blisko lampy. Nie są podejmowane żadne środki ostrożności.

Pomnik Męczenników Radiologii, wzniesiony w 1936 roku w szpitalu St.Georg w Hamburgu, kolejne nazwiska dodano w 1959 roku.

Wilhelm Röntgen po raz pierwszy odkrył promienie rentgenowskie 8 listopada 1895 r., A ich użycie bardzo szybko rozprzestrzeniło się w diagnostyce medycznej, szczególnie w przypadku złamań kości i osadzonych ciał obcych, gdzie stanowiły rewolucyjne ulepszenie w stosunku do poprzednich technik.

Ze względu na szerokie zastosowanie promieni rentgenowskich i rosnącą świadomość zagrożeń związanych z promieniowaniem jonizującym, konieczne stały się standardy pomiaru natężenia promieniowania, a różne kraje opracowały własne, ale stosując różne definicje i metody. Ostatecznie, w celu promowania międzynarodowej standaryzacji, na pierwszym spotkaniu Międzynarodowego Kongresu Radiologii (ICR) w Londynie w 1925 r. Zaproponowano utworzenie odrębnego organu do rozważenia jednostek miary. Nazywała się Międzynarodowa Komisja ds. Jednostek i Pomiarów Promieniowania lub ICRU i powstała w Drugim ICR w Sztokholmie w 1928 roku pod przewodnictwem Manne Siegbahn .

Jedną z najwcześniejszych technik pomiaru intensywności promieni rentgenowskich było zmierzenie ich efektu jonizującego w powietrzu za pomocą komory jonizacyjnej wypełnionej powietrzem . Na pierwszym spotkaniu ICRU zaproponowano, aby jedną jednostkę dawki promieniowania rentgenowskiego zdefiniować jako ilość promieni rentgenowskich, która wytworzyłaby jeden esu ładunku w jednym centymetrze sześciennym suchego powietrza w temperaturze 0  ° C i 1 normalnej atmosferze ciśnienia. . Ta jednostka ekspozycji na promieniowanie została nazwana rentgenem na cześć Wilhelma Röntgena, który zmarł pięć lat wcześniej. Na spotkaniu ICRU w 1937 r. Definicja ta została rozszerzona na promieniowanie gamma . Podejście to, choć stanowiło wielki krok naprzód w standaryzacji, miało tę wadę, że nie było bezpośrednią miarą absorpcji promieniowania, a tym samym efektu jonizacji, w różnych typach materii, w tym w tkance ludzkiej, i było jedynie miarą wpływu prześwietlenia rentgenowskie w określonych okolicznościach; efekt jonizacji w suchym powietrzu.

W 1940 roku Louis Harold Gray , który badał wpływ uszkodzeń neutronowych na tkankę ludzką, wraz z Williamem Valentine Mayneordem i radiobiologiem Johnem Readem opublikował artykuł, w którym nowa jednostka miary nazwana „gram rentgenem” (symbol : gr) został zaproponowany i zdefiniowany jako „ta ilość promieniowania neutronowego, która powoduje przyrost energii w jednostkowej objętości tkanki równy przyrostowi energii wytwarzanej w jednostkowej objętości wody o jeden rentgen promieniowania”. Stwierdzono, że jednostka ta jest równoważna 88 ergom w powietrzu i uzależniała pochłoniętą dawkę, jak się później okazało, od interakcji promieniowania z napromieniowanym materiałem, a nie tylko wyrażeniem ekspozycji na promieniowanie lub jego natężenia, które rentgen reprezentowane. W 1953 roku ICRU zalecił rad równy 100 erg / g jako nową jednostkę miary pochłanianego promieniowania. Rad wyrażono w spójnych jednostkach cgs .

Pod koniec lat pięćdziesiątych CGPM zaprosił ICRU do przyłączenia się do innych ciał naukowych w celu opracowania Międzynarodowego Układu Jednostek , czyli SI. Zdecydowano się zdefiniować jednostkę SI pochłanianego promieniowania jako energię zdeponowaną na jednostkę masy, tak jak zdefiniowano rad, ale w jednostkach MKS będzie to J / kg. Zostało to potwierdzone w 1975 roku przez 15 CGPM, a jednostka została nazwana „szarą” na cześć Louisa Harolda Graya, który zmarł w 1965 roku. Szara była równa 100 radom, jednostce cgs.

Inne zastosowania

Dawka pochłonięta służy również do kontrolowania napromieniowania i pomiaru wpływu promieniowania jonizującego na materię nieożywioną w wielu polach.

Żywotność komponentów

Dawka pochłonięta służy do oceny przeżywalności urządzeń, takich jak komponenty elektroniczne, w środowiskach promieniowania jonizującego.

Utwardzanie radiacyjne

Pomiar dawki pochłoniętej pochłoniętej przez materię nieożywioną jest niezbędny w procesie utwardzania radiacyjnego, co poprawia odporność urządzeń elektronicznych na działanie promieniowania.

Napromienianie żywności

Dawka pochłonięta to fizyczna wielkość dawki stosowanej w celu zapewnienia, że napromieniowana żywność otrzymała właściwą dawkę zapewniającą skuteczność. W zależności od zastosowania stosuje się zmienne dawki, które mogą dochodzić do 70 kGy.

Wielkości związane z promieniowaniem

Poniższa tabela przedstawia wielkości promieniowania w jednostkach SI i poza SI:

Chociaż Komisja Regulacji Jądrowych Stanów Zjednoczonych zezwala na stosowanie jednostek curie , rad i rem razem z jednostkami SI, dyrektywy Unii Europejskiej dotyczące jednostek miary Unii Europejskiej wymagały, aby ich stosowanie do celów „zdrowia publicznego…” zostało wycofane do 31 grudnia 1985.

Zobacz też

• Kerma (fizyka)
• Średnia dawka gruczołowa
• Kategoria: Jednostki dawki promieniowania

Uwagi

Bibliografia

Literatura

• ICRP (2007). „Zalecenia Międzynarodowej Komisji Ochrony Radiologicznej z 2007 r . ” . Roczniki ICRP . ICRP publikacja 103. 37 (2-4). ISBN   978-0-7020-3048-2 . Źródło 17 maja 2012 r .

Linki zewnętrzne

• Specyficzne stałe dawki promieniowania gamma dla nuklidów ważne dla dozymetrii i oceny radiologicznej , Laurie M. Unger i D. K. Trubey, Oak Ridge National Laboratory, maj 1982 - zawiera stałe dawki promieniowania gamma (w tkance) dla około 500 radionuklidów.