Dosimetria - Dosimetry
Nos campos da física da saúde e da proteção radiológica, a dosimetria de radiação consiste na medição, cálculo e avaliação da dose de radiação ionizante absorvida por um objeto, geralmente o corpo humano. Isso se aplica tanto internamente, devido à ingestão ou inalação de substâncias radioativas, quanto externamente, devido à irradiação por fontes de radiação.
A avaliação da dosimetria interna depende de uma variedade de técnicas de monitoramento, bioensaio ou imagem de radiação, enquanto a dosimetria externa é baseada em medições com um dosímetro ou inferida de medições feitas por outros instrumentos de proteção radiológica .
A dosimetria é usada extensivamente para proteção contra radiação e é rotineiramente aplicada para monitorar trabalhadores de radiação ocupacional, onde a radiação é esperada ou onde a radiação é inesperada, como na sequência dos incidentes de liberação radiológica de Three Mile Island , Chernobyl ou Fukushima . A absorção de dose pública é medida e calculada a partir de uma variedade de indicadores, como medições ambientais de radiação gama, monitoramento de partículas radioativas e medição dos níveis de contaminação radioativa .
Outras áreas significativas são a dosimetria médica, onde é monitorada a dose absorvida do tratamento necessário e qualquer dose absorvida colateral, e a dosimetria ambiental, como a monitoração do radônio em edifícios.
Medindo a dose de radiação
Dose externa
Existem várias maneiras de medir as doses absorvidas da radiação ionizante. Pessoas em contato ocupacional com substâncias radioativas, ou que podem ser expostas à radiação, rotineiramente carregam dosímetros pessoais . Eles são projetados especificamente para registrar e indicar a dose recebida. Tradicionalmente, esses medalhões eram presos à roupa externa da pessoa monitorada, que continham filme fotográfico conhecido como dosímetros de crachá de filme . Eles foram amplamente substituídos por outros dispositivos, como o emblema TLD, que usa os emblemas de dosimetria termoluminescente ou luminescência opticamente estimulada (OSL).
Uma série de dispositivos eletrônicos conhecidos como Dosímetros Pessoais Eletrônicos (EPDs) passaram a ser usados de maneira geral, usando detecção de semicondutor e tecnologia de processador programável. Eles são usados como emblemas, mas podem dar uma indicação da taxa de dose instantânea e um alarme sonoro e visual se uma taxa de dose ou uma dose integrada total for excedida. Uma boa quantidade de informações pode ser disponibilizada imediatamente ao usuário sobre a dose registrada e a taxa de dose atual por meio de um visor local. Eles podem ser usados como o dosímetro principal autônomo ou como um suplemento para um emblema de TLD. Esses dispositivos são particularmente úteis para monitoramento em tempo real da dose, onde uma alta taxa de dose é esperada, o que limitará o tempo de exposição do usuário.
A orientação do Comitê Internacional de Proteção contra Radiação (ICRP) declara que se um dosímetro pessoal for usado em uma posição no corpo representativa de sua exposição, assumindo a exposição de corpo inteiro, o valor de equivalente de dose pessoal Hp (10) é suficiente para estimar um valor de dose eficaz adequado para proteção radiológica. Esses dispositivos são conhecidos como "dosímetros legais" se tiverem sido aprovados para uso no registro de dose pessoal para fins regulatórios. Em casos de irradiação não uniforme, esses dosímetros pessoais podem não ser representativos de certas áreas específicas do corpo, onde dosímetros adicionais são usados na área de interesse.
Em certas circunstâncias, uma dose pode ser inferida a partir de leituras feitas por instrumentos fixos em uma área em que a pessoa em questão tenha trabalhado. Geralmente, isso só seria usado se a dosimetria pessoal não tivesse sido emitida ou se um dosímetro pessoal tivesse sido danificado ou perdido. Esses cálculos levariam a uma visão pessimista da provável dose recebida.
Dose interna
A dosimetria interna é usada para avaliar a dose comprometida devido à ingestão de radionuclídeos no corpo humano.
Dosimetria médica
A dosimetria médica é o cálculo da dose absorvida e a otimização da distribuição da dose na radioterapia . Freqüentemente, é realizado por um físico profissional da área de saúde com treinamento especializado na área. Para planejar a aplicação da radioterapia, a radiação produzida pelas fontes costuma ser caracterizada por curvas de porcentagem de dose em profundidade e perfis de dose medidos por um físico médico .
Na radioterapia, as distribuições tridimensionais de dose são frequentemente avaliadas usando uma técnica conhecida como dosimetria em gel .
Dosimetria ambiental
A dosimetria ambiental é usada onde é provável que o ambiente gere uma dose significativa de radiação. Um exemplo disso é o monitoramento de radônio . O radônio é um gás radioativo gerado pela decomposição do urânio, que está presente em quantidades variáveis na crosta terrestre. Certas áreas geográficas, devido à geologia subjacente, geram continuamente radônio que permeia seu caminho até a superfície da Terra. Em alguns casos, a dose pode ser significativa em edifícios onde o gás pode se acumular. Várias técnicas de dosimetria especializadas são usadas para avaliar a dose que os ocupantes de um edifício podem receber.
Medidas de dose
Para permitir a consideração do risco estocástico à saúde, cálculos são realizados para converter a dose absorvida da quantidade física em doses equivalentes e eficazes, cujos detalhes dependem do tipo de radiação e do contexto biológico. Para aplicações em proteção contra radiação e avaliação de dosimetria, o (ICRP) e a Comissão Internacional de Unidades e Medições de Radiação (ICRU) publicaram recomendações e dados que são usados para calculá-los.
Unidades de medida
Existem várias medidas diferentes de dose de radiação, incluindo a dose absorvida ( D ) medida em:
- cinzas (Gy) energia absorvida por unidade de massa ( J · kg −1 )
- Dose equivalente ( H ) medida em sieverts (Sv)
- Dose efetiva ( E ) medida em sieverts
- Kerma (K) medido em cinzas
- produto de área de dosagem (DAP) medido em centímetros 2 de cinza
- produto de comprimento de dose (DLP) medido em centímetros cinza
- rads uma unidade obsoleta de dose de radiação absorvida, definida como 1 rad = 0,01 Gy = 0,01 J / kg
- Roentgen, uma unidade de medida legada para a exposição de raios-X
Cada medida é frequentemente descrita simplesmente como 'dose', o que pode causar confusão. Não- SI unidades ainda são utilizadas, particularmente nos EUA, onde a dose é frequentemente relatado em rads e dose equivalente em REMS . Por definição, 1 Gy = 100 rad e 1 Sv = 100 rem.
A quantidade fundamental é a dose absorvida ( D ), que é definida como a energia média transmitida [por radiação ionizante] (dE) por unidade de massa (dm) de material (D = dE / dm). A unidade SI de dose absorvida é o cinza (Gy) definido como um joule por quilograma. A dose absorvida, como uma medição pontual, é adequada para descrever exposições localizadas (ou seja, órgãos parciais), como a dose do tumor na radioterapia. Pode ser usado para estimar o risco estocástico, desde que a quantidade e o tipo de tecido envolvido sejam declarados. Os níveis de dose diagnóstica localizada estão normalmente na faixa de 0-50 mGy. Na dose de 1 miligray (mGy) de radiação de fótons, cada núcleo celular é atravessado por uma média de 1 trilha de elétrons liberados.
Dose equivalente
A dose absorvida necessária para produzir um determinado efeito biológico varia entre os diferentes tipos de radiação, como fótons , nêutrons ou partículas alfa . Isto é tido em conta pela dose equivalente (H), que é definida como a dose média de órgão T por tipo de radiação R ( D T, R ), multiplicada por um factor de ponderação W R . Isso foi projetado para levar em conta a eficácia biológica (RBE) do tipo de radiação. Por exemplo, para a mesma dose absorvida em Gy, as partículas alfa são 20 vezes mais biologicamente potentes do que os raios X ou gama. A medida de 'dose equivalente' não é a média do órgão e agora é usada apenas para "quantidades operacionais". A dose equivalente é projetada para estimar os riscos estocásticos de exposições à radiação. O efeito estocástico é definido para avaliação da dose de radiação como a probabilidade de indução de câncer e dano genético.
Como a dose é calculada em média para todo o órgão; dose equivalente raramente é adequada para avaliação dos efeitos agudos da radiação ou dose do tumor na radioterapia. No caso da estimativa de efeitos estocásticos, assumindo uma resposta de dose linear , este cálculo da média não deve fazer diferença, pois a energia total transmitida permanece a mesma.
| Radiação | Energia | W R (anteriormente Q) |
|---|---|---|
|
raios-x , raios gama , raios beta , múons |
1 | |
| nêutrons | <1 MeV | 2,5 + 18,2 · e - [ln (E)] ² / 6 |
| 1 MeV - 50 MeV | 5,0 + 17,0 · e - [ln (2 · E)] ² / 6 | |
| > 50 MeV | 2,5 + 3,25 · e - [ln (0,04 · E)] ² / 6 | |
| prótons , píons carregados | 2 | |
|
raios alfa , produtos de fissão nuclear , núcleos pesados |
20 |
Dose efetiva
A dose efetiva é a quantidade de dose central para proteção radiológica usada para especificar os limites de exposição para garantir que a ocorrência de efeitos estocásticos na saúde seja mantida abaixo de níveis inaceitáveis e que as reações dos tecidos sejam evitadas.
É difícil comparar o risco estocástico de exposições localizadas de diferentes partes do corpo (por exemplo, uma radiografia de tórax em comparação com uma tomografia computadorizada da cabeça), ou comparar exposições da mesma parte do corpo, mas com padrões de exposição diferentes (por exemplo uma tomografia computadorizada cardíaca com uma varredura de medicina nuclear cardíaca). Uma maneira de evitar esse problema é simplesmente calcular a média de uma dose localizada em todo o corpo. O problema dessa abordagem é que o risco estocástico de indução de câncer varia de um tecido para outro.
A dose efetiva E é projetada para levar em conta essa variação pela aplicação de fatores de ponderação específicos para cada tecido ( W T ). A dose efetiva fornece a dose equivalente de corpo inteiro que oferece o mesmo risco que a exposição localizada. É definido como a soma de doses equivalentes a cada órgão ( H T ), cada uma multiplicada por seu respectivo fator de peso tecidual ( W T ).
Fatores de ponderação são calculados pela Comissão Internacional de Proteção Radiológica (ICRP), com base no risco de indução de câncer para cada órgão e ajustados para letalidade associada, qualidade de vida e anos de vida perdidos. Órgãos distantes do local de irradiação receberão apenas uma pequena dose equivalente (principalmente devido ao espalhamento) e, portanto, contribuem pouco para a dose efetiva, mesmo que o fator de ponderação para aquele órgão seja alto.
A dose efetiva é usada para estimar os riscos estocásticos para uma pessoa de 'referência', que é uma média da população. Não é adequado para estimar o risco estocástico para exposições médicas individuais e não é usado para avaliar os efeitos agudos da radiação.
| Órgãos | Fatores de ponderação de tecido | ||
|---|---|---|---|
| ICRP30 (I36) 1979 |
ICRP60 (I3) 1991 |
ICRP103 (I6) 2008 |
|
| Gônadas | 0,25 | 0,20 | 0,08 |
| Medula Óssea Vermelha | 0,12 | 0,12 | 0,12 |
| Cólon | - | 0,12 | 0,12 |
| Pulmão | 0,12 | 0,12 | 0,12 |
| Estômago | - | 0,12 | 0,12 |
| Seios | 0,15 | 0,05 | 0,12 |
| Bexiga | - | 0,05 | 0,04 |
| Fígado | - | 0,05 | 0,04 |
| Esôfago | - | 0,05 | 0,04 |
| Tireoide | 0,03 | 0,05 | 0,04 |
| Pele | - | 0,01 | 0,01 |
| Superfície óssea | 0,03 | 0,01 | 0,01 |
| Glândulas salivares | - | - | 0,01 |
| Cérebro | - | - | 0,01 |
| Resto do corpo | 0,30 | 0,05 | 0,12 |
Dose versus fonte ou intensidade de campo
Dose de radiação refere-se à quantidade de energia depositada na matéria e / ou efeitos biológicos da radiação, e não deve ser confundida com a unidade de atividade radioativa ( becquerel , Bq) da fonte de radiação, ou a força do campo de radiação (fluência ) O artigo sobre o sievert oferece uma visão geral dos tipos de dosagem e como são calculados. A exposição a uma fonte de radiação dará uma dose que depende de muitos fatores, como atividade, duração da exposição, energia da radiação emitida, distância da fonte e quantidade de blindagem.
Radiação de fundo
A dose de fundo média mundial para um ser humano é de cerca de 3,5 mSv por ano [1] , principalmente da radiação cósmica e isótopos naturais da Terra. A maior fonte única de exposição à radiação para o público em geral é o gás rádon de ocorrência natural, que compreende aproximadamente 55% da dose anual de fundo. Estima-se que o radônio seja responsável por 10% dos cânceres de pulmão nos Estados Unidos.
Padrões de calibração para instrumentos de medição
Como o corpo humano é composto por aproximadamente 70% de água e tem uma densidade geral próxima a 1 g / cm 3 , a medição da dose geralmente é calculada e calibrada como dose para água.
Laboratórios de padrões nacionais, como o National Physical Laboratory, UK (NPL), fornecem fatores de calibração para câmaras de ionização e outros dispositivos de medição para converter da leitura do instrumento em dose absorvida. Os laboratórios de padrões funcionam como um padrão primário , que normalmente é calibrado por calorimetria absoluta (o aquecimento das substâncias ao absorver energia). Um usuário envia seu padrão secundário para o laboratório, onde é exposto a uma quantidade conhecida de radiação (derivada do padrão primário) e um fator é emitido para converter a leitura do instrumento para essa dose. O usuário pode então usar seu padrão secundário para derivar fatores de calibração para outros instrumentos que usa, que então se tornam padrões terciários ou instrumentos de campo.
O NPL opera um calorímetro de grafite para dosimetria absoluta de fótons. Grafite é usado em vez de água, pois sua capacidade de calor específico é um sexto da água e, portanto, o aumento de temperatura na grafite é 6 vezes maior do que o equivalente na água e as medições são mais precisas. Existem problemas significativos em isolar o grafite do ambiente circundante, a fim de medir as pequenas mudanças de temperatura. Uma dose letal de radiação para um ser humano é de aproximadamente 10-20 Gy. Isso é 10-20 joules por quilograma. Um pedaço de grafite de 1 cm 3 pesando 2 gramas absorveria, portanto, cerca de 20–40 mJ. Com uma capacidade de calor específica de cerca de 700 J · kg −1 · K −1 , isso equivale a um aumento de temperatura de apenas 20 mK.
Dosímetros em radioterapia ( acelerador de partículas linear em terapia de feixe externo) são rotineiramente calibrados usando câmaras de ionização ou tecnologia de diodo ou dosímetros de gel.
A tabela a seguir mostra as quantidades de radiação em unidades SI e não SI.
| Quantidade | Unidade | Símbolo | Derivação | Ano | Equivalência SI |
|---|---|---|---|---|---|
| Atividade ( A ) | becquerel | Bq | s -1 | 1974 | Unidade SI |
| curie | Ci | 3,7 × 10 10 s −1 | 1953 | 3,7 × 10 10 Bq | |
| Rutherford | Rd | 10 6 s −1 | 1946 | 1.000.000 Bq | |
| Exposição ( X ) | coulomb por quilograma | C / kg | C⋅kg −1 de ar | 1974 | Unidade SI |
| röntgen | R | esu / 0.001293 g de ar | 1928 | 2,58 × 10 −4 C / kg | |
| Dose absorvida ( D ) | cinza | Gy | J ⋅kg −1 | 1974 | Unidade SI |
| erg por grama | erg / g | erg⋅g -1 | 1950 | 1,0 × 10 −4 Gy | |
| rad | rad | 100 erg⋅g −1 | 1953 | 0,010 Gy | |
| Dose equivalente ( H ) | Sievert | Sv | J⋅kg -1 × W R | 1977 | Unidade SI |
| homem equivalente a röntgen | rem | 100 erg⋅g −1 x W R | 1971 | 0,010 Sv | |
| Dose efetiva ( E ) | Sievert | Sv | J⋅kg -1 × W R x W T | 1977 | Unidade SI |
| homem equivalente a röntgen | rem | 100 erg⋅g −1 x W R x W T | 1971 | 0,010 Sv |
Embora a Comissão Reguladora Nuclear dos Estados Unidos permita o uso das unidades curie , rad e rem ao lado das unidades SI, as unidades de medida europeias da União Europeia exigiam que seu uso para "fins de saúde pública ..." fosse eliminado até 31 de dezembro 1985.
Monitoramento de exposição à radiação
Os registros dos resultados da dosimetria legal geralmente são mantidos por um determinado período de tempo, dependendo dos requisitos legais do país em que são usados.
O monitoramento da exposição à radiação médica é a prática de coletar informações sobre a dose de equipamentos de radiologia e usar os dados para ajudar a identificar oportunidades de reduzir a dose desnecessária em situações médicas.
Veja também
Referências
links externos
- Câmara de ionização
- [2] - "O mundo confuso da dosimetria de radiação" - MA Boyd, Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos. Uma descrição das diferenças cronológicas entre os sistemas de dosimetria dos EUA e ICRP.
- Tim Stephens e Keith Pantridge, 'Dosimetry, Personal Monitoring Film' (um breve artigo sobre Dosimetria do ponto de vista de sua relação com a fotografia, em Filosofia da Fotografia , volume 2, número 2, 2011, pp. 153–158.)