Skuteczna dawka (promieniowanie) - Effective dose (radiation)

Dawka skuteczna to wielkość dawki w systemie ochrony radiologicznej Międzynarodowej Komisji Ochrony Radiologicznej (ICRP) .

Jest to suma tkanki ważoną równoważnych dawek, we wszystkich określonych tkanek i narządów w organizmie ludzkim i reprezentuje stochastyczny ryzyko dla zdrowia całego ciała, która jest prawdopodobieństwo od indukcji raka i efektów genetycznych niskich poziomów promieniowania jonizującego . Uwzględnia rodzaj napromieniania i charakter każdego napromienianego narządu lub tkanki oraz umożliwia sumowanie dawek narządowych ze względu na różne poziomy i rodzaje napromieniania, zarówno wewnętrznego, jak i zewnętrznego, w celu uzyskania obliczonej całkowitej dawki skutecznej.

Jednostką SI dla dawki skutecznej jest siwert (Sv), który reprezentuje 5,5% szansy na rozwój raka. Skuteczna dawka nie jest miarą deterministycznych skutków zdrowotnych, czyli nasilenia ostrego uszkodzenia tkanki, które na pewno nastąpi, mierzonego ilością pochłoniętej dawki .

Koncepcja skutecznej dawki została opracowana przez Wolfganga Jacobiego i opublikowana w 1975 r. i była tak przekonująca, że ​​ICRP włączył ją do swoich ogólnych zaleceń z 1977 r. (publikacja 26) jako „skuteczny ekwiwalent dawki”. Nazwa „dawka skuteczna” zastąpiła w 1991 r. nazwę „ekwiwalent dawki skutecznej”. Od 1977 r. jest to centralna wielkość ograniczania dawki w międzynarodowym systemie ochrony radiologicznej ICRP .

Zastosowania

Wielkości dawek zewnętrznych stosowane w ochronie radiologicznej i dozymetrii

Według ICRP głównymi zastosowaniami dawki skutecznej są prospektywna ocena dawki w celu planowania i optymalizacji ochrony radiologicznej oraz wykazanie zgodności z dawkami granicznymi do celów regulacyjnych. Skuteczna dawka jest zatem centralną wielkością dawki do celów regulacyjnych.

ICRP mówi również, że skuteczna dawka wniosła znaczący wkład w ochronę radiologiczną, ponieważ umożliwiła sumowanie dawek z całego i częściowego narażenia ciała na promieniowanie zewnętrzne różnych typów oraz z poboru radionuklidów.

Zastosowanie do dawki zewnętrznej

Obliczenie dawki skutecznej jest wymagane w przypadku częściowego lub nierównomiernego napromieniania organizmu ludzkiego, ponieważ dawka równoważna nie uwzględnia napromienianej tkanki, a jedynie rodzaj napromieniania. Różne tkanki ciała reagują na promieniowanie jonizujące w różny sposób, dlatego ICRP przypisał współczynniki wrażliwości określonym tkankom i narządom, aby można było obliczyć efekt częściowego napromieniowania, jeśli znane są napromieniane obszary. Pole promieniowania napromieniowujące tylko część ciała niesie ze sobą mniejsze ryzyko, niż gdyby to samo pole napromieniowało całe ciało. Aby to uwzględnić, oblicza się i sumuje skuteczne dawki dla napromieniowanych części ciała. Staje się to skuteczną dawką dla całego organizmu, wielkość dawki E . Jest to wielkość dawki „ochronnej”, którą można obliczyć, ale nie można jej zmierzyć w praktyce.

Skuteczna dawka niesie ze sobą takie samo skuteczne ryzyko dla całego ciała, niezależnie od tego, gdzie została zastosowana, i będzie niosła takie samo skuteczne ryzyko, jak ta sama ilość równoważnej dawki nałożona równomiernie na cały organizm.

Zastosowanie do dawki wewnętrznej

Dawkę skuteczną można obliczyć dla dawki zaangażowanej, która jest dawką wewnętrzną wynikającą z wdychania, spożywania lub wstrzykiwania materiałów radioaktywnych.

Stosowana wielkość dawki to:

Dawki efektywnej, e ( t ) jest sumą produktów w narządzie lub tkance równoważnych dawek i odpowiednich współczynników wagi tkanki W. T , gdzie T jest czasem integracji w latach po spożyciu. Przyjmuje się, że okres zobowiązania wynosi 50 lat dla dorosłych i 70 lat dla dzieci.

Obliczanie skutecznej dawki

Wykres przedstawiający zależności wielkości dawki ochronnej w jednostkach SI

Promieniowanie jonizujące osadza energię w napromienianej materii. Wielkość używana do wyrażenia tego jest dawką pochłoniętą , fizyczną wielkością dawki zależną od poziomu promieniowania padającego i właściwości absorpcyjnych napromieniowanego obiektu. Dawka pochłonięta jest wielkością fizyczną i nie jest zadowalającym wskaźnikiem efektu biologicznego, dlatego aby uwzględnić stochastyczne ryzyko radiologiczne, równoważne wielkości dawki i dawka skuteczna zostały opracowane przez Międzynarodową Komisję ds. Jednostek i Pomiarów Promieniowania (ICRU) oraz ICRP do obliczenia efektu biologicznego pochłoniętej dawki.

W celu uzyskania skutecznej dawki obliczone absorbowane narządów dawki D , T jest najpierw korygowane o rodzaju promieniowania przy użyciu czynnika W R , uzyskując średnią ważoną ilości równoważnej dawki H T otrzymanych napromieniowanych tkanek ciała i wynik jest dodatkowo skorygowany o tkankach lub narządach jest napromieniowany za pomocą czynnika w , T , w celu wytworzenia ilości skutecznej dawki E .

Suma dawek skutecznych do wszystkich narządów i tkanek organizmu stanowi dawkę skuteczną dla całego organizmu. Jeśli napromieniana jest tylko część ciała, to tylko te obszary są wykorzystywane do obliczenia skutecznej dawki. Współczynniki ważenia tkanek sumują się do 1,0, tak że jeśli całe ciało jest napromieniowane równomiernie przenikającym promieniowaniem zewnętrznym, skuteczna dawka dla całego ciała jest równa dawce równoważnej dla całego ciała.

Wykorzystanie współczynnika wagowego tkanki W T

Współczynniki ważenia tkanek ICRP podano w załączonej tabeli, a także podano równania stosowane do obliczenia dawki pochłoniętej lub dawki równoważnej.

Niektóre tkanki, takie jak szpik kostny, są szczególnie wrażliwe na promieniowanie, dlatego przypisuje się im współczynnik wagowy, który jest nieproporcjonalnie duży w stosunku do ułamka masy ciała, który reprezentują. Inne tkanki, takie jak twarda powierzchnia kości, są szczególnie niewrażliwe na promieniowanie i mają nieproporcjonalnie niski współczynnik wagowy.

Współczynniki ważenia dla różnych tkanek
Organy Czynniki ważenia tkanek
ICRP26
1977
ICRP60
1990
ICRP103
2007
Gonady 0,25 0,20 0,08
Czerwony szpik kostny 0,12 0,12 0,12
Okrężnica 0,12 0,12
Płuco 0,12 0,12 0,12
Brzuch 0,12 0,12
Piersi 0,15 0,05 0,12
Pęcherz moczowy 0,05 0,04
Wątroba 0,05 0,04
Przełyk 0,05 0,04
Tarczyca 0,03 0,05 0,04
Skóra 0,01 0,01
Powierzchnia kości 0,03 0,01 0,01
Ślinianki 0,01
Mózg 0,01
Pozostałość ciała 0,30 0,05 0,12
Całkowity 1,00 1,00 1,00

Obliczanie na podstawie dawki równoważnej:

.

Obliczanie na podstawie pochłoniętej dawki:

Gdzie

to skuteczna dawka dla całego organizmu
jest równoważną dawką wchłoniętą przez tkankę T
jest współczynnikiem wagowym tkanki określonym przez regulację
jest współczynnikiem ważenia promieniowania określonym przez rozporządzenie
jest średnią masową dawki pochłoniętej w tkance T przez typ promieniowania R
to dawka pochłonięta z promieniowania typu R w funkcji lokalizacji
jest gęstość w funkcji położenia
jest głośność
jest tkanka lub organ będący przedmiotem zainteresowania

Czynniki ważenia tkanek ICRP są dobierane tak, aby reprezentowały ułamek zagrożenia dla zdrowia lub efekt biologiczny, który można przypisać określonej nazwie tkanki. Te współczynniki wagowe zostały zrewidowane dwukrotnie, jak pokazano na powyższym wykresie.

Komisja Dozoru Jądrowego Stanów Zjednoczonych nadal stosuje w swoich regulacjach współczynniki wagowe ICRP z 1977 r., pomimo późniejszych zrewidowanych zaleceń ICRP.

Według typu obrazowania medycznego

Skuteczna dawka według typu obrazowania medycznego
Narządy docelowe Rodzaj egzaminu Skuteczna dawka u dorosłych Równoważny czas promieniowania tła
CT głowy Pojedyncza seria 2 mSv 8 miesięcy
Z + bez kontrastu radiowego 4 mSv 16 miesięcy
Klatka piersiowa TK klatki piersiowej 7 mSv 2 lata
CT klatki piersiowej, protokół badań przesiewowych w kierunku raka płuc 1,5 mSv 6 miesięcy
Rentgen klatki piersiowej 0,1 mSv 10 dni
Serce Angiografia TK wieńcowa 12 mSv 4 lata
Tomografia wieńcowa z uwapnieniem 3 mSv 1 rok
Brzuszny TK jamy brzusznej i miednicy 10 mSv 3 lata
TK jamy brzusznej i miednicy, protokół z niską dawką 3 mSv 1 rok
TK jamy brzusznej i miednicy, z + bez kontrastu radiologicznego 20 mSv 7 lat
Kolonografia CT 6 mSv 2 lata
Pielogram dożylny 3 mSv 1 rok
Górna seria żołądkowo-jelitowa 6 mSv 2 lata
Dolna seria żołądkowo-jelitowa 8 mSv 3 lata
Kręgosłup RTG kręgosłupa 1,5 mSv 6 miesięcy
TK kręgosłupa 6 mSv 2 lata
Kończyny RTG kończyn 0,001 mSv 3 godziny
Angiografia CT kończyn dolnych 0,3 - 1,6 mSv 5 tygodni - 6 miesięcy
RTG stomatologiczne 0,005 mSv 1 dzień
DEXA (gęstość kości) 0,001 mSv 3 godziny
Połączenie PET-CT 25 mSv 8 lat
Mammografia 0,4 mSv 7 tygodni

Efekty zdrowotne

Promieniowanie jonizujące jest ogólnie szkodliwe i potencjalnie śmiertelne dla organizmów żywych, ale może przynosić korzyści zdrowotne w radioterapii w leczeniu raka i tyreotoksykozy . Jego najczęstszym skutkiem jest wywoływanie raka z utajonym okresem lat lub dziesięcioleci po ekspozycji. Wysokie dawki mogą powodować wizualnie dramatyczne oparzenia popromienne i/lub szybką śmierć z powodu ostrego zespołu popromiennego . W obrazowaniu medycznym i radioterapii stosuje się dawki kontrolowane .

Nomenklatura regulacyjna

Przepisy brytyjskie

Brytyjskie przepisy dotyczące promieniowania jonizującego z 1999 r. określają użycie terminu skuteczna dawka; „Każde odniesienie do skutecznej dawki oznacza sumę skutecznej dawki dla całego ciała z promieniowania zewnętrznego i popełnioną skuteczną dawkę z promieniowania wewnętrznego”.

Skuteczny równoważnik dawki w USA

Amerykańska Komisja Regulacji Jądrowych zachowała w amerykańskim systemie regulacji dawny ekwiwalent dawki skutecznej, odnoszący się do ilości podobnej do dawki skutecznej ICRP. NRC całkowita równoważna dawka skuteczna (TEDE) jest sumą zewnętrznej skutecznej dawki z wewnętrzną dawkę dokonania; innymi słowy wszystkie źródła dawki.

W Stanach Zjednoczonych skumulowana dawka równoważna spowodowana zewnętrznym narażeniem całego ciała jest zwykle zgłaszana pracownikom energetyki jądrowej w regularnych raportach dozymetrycznych.

  • ekwiwalent głębokiej dawki (DDE), który jest właściwie równoważną dawką dla całego ciała
  • płytki równoważnik dawki (SDE), który jest w rzeczywistości skuteczną dawką dla skóry

Historia

Pojęcie dawki skutecznej zostało wprowadzone w 1975 r. przez Wolfganga Jacobiego (1928–2015) w swojej publikacji „Pojęcie dawki skutecznej: propozycja kombinacji dawek narządowych”. Został on szybko włączony w 1977 roku przez ICRP jako „skuteczny ekwiwalent dawki” do Publikacji 26. W 1991 r. publikacja ICRP 60 skróciła nazwę do „dawki skutecznej”. Ta ilość jest czasami błędnie nazywana „ekwiwalentem dawki” ze względu na wcześniejszą nazwę, a ta błędna nazwa z kolei powoduje zamieszanie z równoważną dawką . Współczynniki wagowe tkanek zostały zrewidowane w 1990 i 2007 r. ze względu na nowe dane.

Przyszłe zastosowanie dawki skutecznej

Na III Międzynarodowym Sympozjum ICRP na temat Systemu Ochrony Radiologicznej w październiku 2015 r., Grupa Robocza ICRP 79 poinformowała o „Użyciu skutecznej dawki jako ilości ochrony radiologicznej związanej z ryzykiem”.

Obejmowało to propozycję zaprzestania stosowania równoważnej dawki jako oddzielnej ilości ochronnej. Pozwoliłoby to uniknąć pomyłki między dawką równoważną, dawką skuteczną i równoważnikiem dawki, a także użyć dawki pochłoniętej w Gy jako bardziej odpowiedniej ilości do ograniczenia deterministycznych skutków dla soczewki oka, skóry, dłoni i stóp.

Zaproponowano również, aby skuteczną dawkę można było wykorzystać jako przybliżony wskaźnik potencjalnego ryzyka wynikającego z badań lekarskich. Propozycje te będą musiały przejść przez następujące etapy:

  • Dyskusja w komisjach ICRP
  • Rewizja raportu przez grupę zadaniową
  • Ponowne rozpatrzenie przez komisje i główną komisję
  • Konsultacje publiczne

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki

mgr Boyd. "Mylący świat dozymetrii promieniowania - 9444" (PDF) . Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska . Zarchiwizowane z oryginału (PDF) 21.12.2016 . Pobrano 26.05.2014 . – zestawienie chronologicznych różnic między systemami dozymetrycznymi USA i ICRP