Sugárvédelem az orvosi képalkotásban Elek Richárd +36-1 482-2000/191
[email protected]
Ionizáló sugárzások • Sugárzás: – Elektromágneses ~: energiaáramlás – Részecskesugárzás: energia- és tömegáramlás
• Sugárzás és anyag kölcsönhatása: – Elektronhéjjal – Atommaggal
• Ionizáció: Kölcsönhatás, melynek során töltötté válik egy, a kölcsönhatásban részt vevő atom vagy molekula • Kölcsönhatás ≡ Energiaátadás
A kezdetek… • Erythema-dózis Az a dózis, mely bőrpírt okoz 180 kV csőfeszültség, 1mm Al egyenértékű szűrés és 6 x 8 cm2 mezőméret mellett a bőr felületén
• „A röntgenorvosok és asszisztensek egyhavi dózisa ne lépje túl az erythema-dózis egy századát” (Mutscheller, 1924) • „Tolerancia dózis”
FIZIKAI DÓZISMENNYISÉGEK
Besugárzási dózis (expozíció) • Röntgen- és γfotonokra értelmezhető • Az erythema dózis kb. 600 R, mely megfelel 5,76 Gy elnyelt dózisnak (lágy szövetben)
X
dQ dm
C ;R kg
• A sugárvédelmi célú mérőműszerek a tömegegységben keltett töltések számát mérik leggyakrabban, vagy adnak azzal arányos jelet!
Elnyelt dózis • Bármely sugárzás jellemzésére alkalmas • Jellemző egységei: – mGy, μGy; 1 g tömegű víz 1 ° C hőmérsékletváltozásához kb. 4,2 J energia befektetése szükséges standard körülmények között
D
d dm
J ; Gy kg
Fluens • Egy tetszőleges határfelületen áthaladó részecskék darabszáma • Alkalmas a sugárzási terek jellemzésére
dN dA
m
2
KERMA*, K • Töltés nélküli részecskék esetén (neutron/foton) által keltett összes töltött részecske kezdeti kinetikus energiája, adott tömegegységre vonatkoztatva • Alacsony energián (röntgenberendezések) megfelel az elnyelt dózisnak
K
dEtr dm
Gy
* Kinetic Energy Released per unit Mass
Elnyelt dózis-, fluens- és kermateljesítmény • A korábban definiált dD mennyiségek idő D Jkg 1s 1 ; Gys dt szerinti deriváltjai segítségével adhatjuk d 2 1 meg azok m s dt „teljesítmény” jellegű mennyiségeit dK 1 K Gys • A sugárvédelem dt optimálásakor hasznos mennyiségek
1
DAP – Dózis-terület szorzat • A távolságtól független mennyiség • Egyszerűen mérhető - KERMA
4 Gy 0,5 m 25 cm2 100 Gy cm2
1 Gy 1m 100 cm2 100 Gy cm2
Dózis Táv. Mezőméret DAP
0,25 Gy 2 m 400 cm2 100 Gy cm2
SUGÁRVÉDELMI DÓZISMENNYISÉGEK Déri Zsolt: 15 éves a Hírsugár; http://www.sugarvedelem.hu/sugarvedelem/docs/kulonsz/2011sv/szekcio6/hirsugar.pdf
Egyenérték (ekvivalens) dózis • Adott sugárzás élettani hatása alapján hozzárendelt súlyozó tényező (wR) segítségével adható meg
HT ,R
wR DT , R
fajta
E (keV)
wR
foton
mind mind <10 keV 10…100 keV 100 keV…2 MeV 2…20 MeV > 20 MeV
1 1 5 10 20 10 5
> 2 MeV mind
5 20
e -,
n0
p+
x
Effektív dózis • „Kockázat” jellegű, • Sugárvédelmi célú dózismennyiség • A szerv vagy szövet egyenérték dózisa a feltevés szerint egy számként jellemzi a biológiai hatásokat
E
wT HT T
Sv ; Jkg
1
Szöveti súlytényezők (wT) ICRP 26
ICRP 60
ICRP 103
Gonádok
0,25
0,20
0,08
0,12
0,12
0,12
ICRP 60
ICRP 103
Gyomor
0,12
0,12
Csontvelő (vörös)
Hólyag
0,05
0,04
Tüdő
0,12
0,12
0,12
Máj
0,05
0,04
Emlő
0,15
0,05
0,12
Nyelőcső
0,05
0,04
Pajzsmirigy
0,03
0,05
0,04
Bőr
0,01
0,01
Csontfelszín
0,03
0,01
0,01
Maradó szervek, szövetek
0,3
0,05
0,12
0,12
0,12
SZERV
ICRP 26
SZERV
Nyálmirigy
0,01
Agy
0,01
Vastagbél
Kollektív effektív- és egyenérték dózis • Csoportok sugaras kockázatainak elemzésekor használatos, nem korlátozó jellegű dózismennyiségek • Nem alkalmas epidemiológiai kockázatbecslésre
S
EGroup NGroup Group
S
HT ,Group NGroup Group
S
man Sv
BIOLÓGIAI DÓZISMENNYISÉGEK
Lineáris Energiaátadási Tényező • A biológiai hatások jellemzésekor jól használható fizikai mennyiség
LET
E l
eV k eV ; m m
Lekötött dózisok - inkorporáció • Belégzés, a bőrön keresztül vagy lenyelés révén az emberi szervezetbe kerülő radioaktív anyagok által okozott sugárterhelés • A metabolizmus révén az elnyelt dózisteljesítmény (és a származtatott dózismennyiségek) időben változnak • t0 az egyszeri felvétel időpontja • τ a „lekötöttség” várható időtartama, 50 év felnőttekre és 70 év gyermekekre egyezményesen
Lekötött elnyelt-, egyenérték- és effektív dózis • Az adott dózisteljesítmény integrálja a felvételtől (t0) számított idő alatt (t0 + τ) • Belső sugárterhelés becslésére alkalmas mennyiségek
t0
D
D t dt t0
t0
HT
H T t dt t0
E
wT HT T
OPERATÍV (MÉRHETŐ) DÓZISMENNYISÉGEK - FANTOMOKKAL
Dózisegyenérték • A test egy adott (x) pontszerű térfogatában elnyelt D(x) dózis és egy, az adott sugárzás minőségét jellemző súlytényező szorzata • A méréstechnikában, hitelesítéshez használt, • A kis dózisok (normál üzemi körülmények) jellemzésére megfelelő mennyiség
H x
Q x D x
Jk g
1
; Sv
Környezeti dózisegyenérték • Szabad környezet, munkahelyi sugárzási terek jellemzésére • Nagy LET értékű sugárzásoknál d = 0,07 mm • Alacsony LET értékűeknél d = 10 mm
H* d sugárzási tér
d ICRU gömb*
* ICRU gömbfantom: 300 mm átmérőjű, 1 gcm-3 sűrűségű, • 76,2 % oxigén • 11,1 % szén • 10,1 % hidrogén és • 2,6 % nitrogén tartalmú műanyag fantom
Irány szerinti dózisegyenérték • Szabad környezet, munkahelyi sugárzási terek jellemzésére • Nagy LET értékű sugárzásoknál d = 0,07 mm • Alacsony LET értékűeknél d = 10 mm
H ' d ,0
H* d
sugárzási tér
d Ω ICRU gömb*
H ' d, * ICRU gömbfantom: 300 mm átmérőjű, 1 gcm-3 sűrűségű, • 76,2 % oxigén • 11,1 % szén • 10,1 % hidrogén és • 2,6 % nitrogén tartalmú műanyag fantom
Személyi dózisegyenérték • Munkahelyi ellenőrzésekhez • Nagy LET értékű sugárzásoknál d = 0,07 mm • Alacsony LET értékűeknél d = 10 mm Személyi doziméter
sugárzási tér
Hp d d ICRU hasáb*
* ICRU hasábfantom: 300 x 300 x 150 mm méretű, 1 gcm-3 sűrűségű, • 76,2 % oxigén • 11,1 % szén • 10,1 % hidrogén és • 2,6 % nitrogén tartalmú műanyag fantom
Mennyiség
Egység
Alkalmazási terület
ALAPVETŐ FIZIKAI MENNYISÉGEK Levegőkerma, Ka
Gy
Referenciamennyiség, foton
Fluens, Φ
m-2
Referenciamennyiség, neutron
Elnyelt dózis, D
Gy
Referenciamennyiség, elektron
OPERATÍV MENNYISÉGEK (dózisegyenérték) Személyi ~, Hp (d)
Sv
Egyéni ellenőrzés
Környezeti ~, H* (d)
Sv
Környezet, áthatoló sugárzás
Irányfüggő ~, H’ (d,Ω)
Sv
Környezet, nem áthatoló sug.
Elsődleges korlátozó és sugárvédelmi célú mennyiségek Szövetben elnyelt dózis, DT
Gy
Dóziskorlátozás
Szöveti egyenérték dózis, HT
Sv
Dóziskorlátozás
Effektív dózis, E
Sv
Dóziskorlátozás
Kollektív effektív dózis, S
man*Sv
Optimálás
A SUGÁRVÉDELEM ALAPELVEI
Sugárbiológia - Determinisztikus hatás • Egy adott küszöbdózis felett a sugárzás károsító hatása egyértelmű • Determinisztikus – szükségképpen fellép • A hatás a küszöb felett arányos a dózissal • A hatás lehet: – Sugársérülés: lokális expozíció eredményeképpen – Sugárbetegség: egésztest besugárzás következménye
A SUGÁRZÁS NEM FERTŐZ!!!
Sugárbiológia - Sztochasztikus hatások
• A sztochasztikus hatás mindig későn jelentkezik, lappangást követően • A dózissal arányosan a daganatos megbetegedések száma nő
Lineáris küszöb nélküli modell • Mivel a nagy dózisok hatása ismert, ezért extrapolálunk a kisebb dózisok tartományára • Az ALARA elv szerint: Az ésszerűen elérhető legalacsonyabb dózisra törekszünk (as low as reasonably achievable) – mert nincs kockázatmentesen alacsony dózis • Nemzetközileg elfogadott konzervatív megközelítés, amely óvatos és így kielégíti a laikus igényeket is
A sugárvédelem célja • Megóvni az embert és környezetét a sugárzás egészségkárosító – determinisztikus és – sztochasztikus hatásaitól egyaránt
• A sugárvédelemnek nem célja tiltani vagy feleslegesen korlátozni az ionizáló sugárzások békés célú felhasználását!
Az indokoltság elve • Akkor végezhető egy tevékenység (vizsgálat), mely ionizáló sugárzás felhasználásával jár, ha indokolható, hogy: – Az egyén vagy a társadalom számára nettó haszonnal jár – Nem váltható ki más, olyan eljárással ami nem jár sugárterheléssel – Az orvosi gyakorlatban szinte mindig indokolt egy betegséggel/beavatkozással kapcsolatban – ez a radiológus (és/vagy a beutaló orvos) felelőssége
Az optimálás elve • Az ALARA elvnek megfelelően • Mivel a sugárvédelem küszöb nélküli modellje alapján nem létezik kockázatmentesen alacsony dózis • Mivel a kis dózisokra vonatkozó ismereteink hiányosak, ezért a modell fennáll továbbra is
A korlátozás elve • A dózisok (effektív dózis) korlátozása a sztochasztikus kockázatokat elfogadható szintűre csökkentik • Az orvosi besugárzások dózisa nem korlátozható – csak irányadó szint javasolható az egyes vizsgálatokhoz
Sugárterhelés forrása
Effektív dózis
1 évig élni 80 km-re egy normálisan működő atomreaktortól
0,00009 mSv
1 db banán elfogyasztása
0,0001 mSv
1 évig élni 80 km-re egy széntüzelésű erőműtől
0,0003 mSv
Egy kéz-röntgen felvétel
0,001 mSv
Képcsöves monitor használata 1 évig
0,001 mSv
Egy napi külső forrásból eredő természetes sugárterhelés Magyarországon
0,002 mSv
Egy napi természetes eredetű sugárterhelés Magyarországon
0,008 mSv
Egy napi külső forrásból eredő dózis Mitoban (a sérült Fukushima-I erőműtől délre 130 km-re), március 21-én 0 órától 24 óráig
0,008 mSv
Egy mellkas-átvilágítás
0,02 mSv
Egy tengerentúli repülőút
0,05 mSv
Egy napi külső forrásból eredő dózis a Fukushima-II erőműnél (a sérült Fukushima-I erőműtől délre kb. 10 km-re), március 21én 4 órától 22-én 4 óráig
0,67 mSv
Egy mammográfiás felvétel
3 mSv
Egy évi természetes eredetű sugárterhelés Magyarországon
3 mSv
Egy mellkasi tomográf (CT) felvétel
5,8 mSv
Az évi dóziskorlát a sugárveszélyes helyen dolgozókra
50 mSv
A legkisebb dózis, amely már egyértelmű rák-kockázat növekedéssel jár
100 mSv
Az életmentésben résztvevők számára megengedett legnagyobb dózis
250 mSv
A legkisebb dózis, amely már közvetlen egészségügyi hatások megjelenéséhez vezethet
400 mSv
Az a dózis, amely már gondos kezelés mellett is nagy valószínűséggel halálos
8000 mSv
Országos Atomenergia Hivatal; http://www.haea.gov.hu/web/v2/portal.nsf/hirek_hu/B3D82742F1F84A23C125785B002F0053 adatai felhasználásával
AZ ORVOSI EREDETŰ SUGÁRTERHELÉS – A PÁCIENS SUGÁRVÉDELME
Az embert érő sugárterhelések besorolása • • • •
Természetes sugárterhelés Foglalkozási sugárterhelés Lakossági sugárterhelés Orvosi sugárterhelés
Orvosi sugárterhelések trendje
Sources and effects of ionizing radiation : United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation : UNSCEAR 2008 report to the General Assembly, with scientific annexes.
European Guidance on Estimating Population Doses from Medical X-Ray Procedures; ANNEX 1 – DD Report 1 - Directorate-General for Energy and Transport, 2008 Brüsszel
A különböző vizsgálatok által okozott sugárterhelés becslése • Az egyes vizsgálatoknál a mért fizikai (elnyelt dózis, DAP, DLP stb.) alapján számítható a vizsgálat által a betegre vonatkoztatott kockázat • A becsléskor szimulációk alapján számított, vagy antropomorf fantomokon mért dózisok révén lehet a számítást elvégezni
DÓZISBECSLÉS SZÁMÍTÓGÉPES RÉTEGFELVÉTELEZŐ KÉSZÜLÉKEKNÉL
A CT vizsgálatok hazai mennyiségi mutatói* Év
2008
2009
2010
Vizsgálatszám
556 684
592 828
484 645
Feldolgozottság
~ 70 %
~ 70 %
~ 55 %
Korrigált adat
795263
846897
881173
*Ezen vizsgálatok számát összegezve: Agy, arc-koponya, nyak, angiográfia, gerinc, mellkas, has, medence, végtag, egyéb; nem tartalmazza: CT vezérelt intervenció, 3D vizsg. besugárzás tervezéshez
A mérésekhez szükséges eszközök • Ionkamra • Testfantom • Fejfantom • „Zubehöre”
Zeff=6,56; ρ=1,19 gcm-3
Relatív dózis /D(z)
Dózisprofil a z-tengely mentén
Dózisprofil a z-tengely mentén (mm)
Dozimetriai mennyiségek CTDI CTDI FDA CTDI100
CTDI w CTDI X
1 N T
D( z )dz
1 N T 1 N T
D(z): dózisprofil a z-tengely mentén N: az egy körülfordulás alatt leképezett szeletek száma
7T
D( z )dz 7T
T: egy szelet (névleges) vastagsága, így:
50mm
D( z )dz
N×T: a névleges nyalábszélesség
50mm
1 CTDI100,centrális 3 [mGy ]
2 CTDI 100, periféria 3
További dozimetriai mennyiségek p
TF (N T )
TF: az asztal által megtett út z-irányban, egy körülfordulás alatt
N: az egy körülfordulás alatt leképezett
CTDI vol
CTDI w p
DLP CTDI vol L DLP [mGycm]
szeletek száma
T: egy szelet (névleges) vastagsága, így:
N×T: a névleges nyalábszélesség CTDIw: súlyozott CT dózisindex
L: a vizsgálati hossz
Néhány dóziskonverziós tényező Effektív dózis/DLP értékek, három különböző szoftverrel számítva Dozimetriai szoftver
Koponya vizsgálat
Nyakcsigolya Mellkas vizsgálat vizsgálat
Hasi felvételezés
Ágyékvizsgálat
ImPACT
2,2
5,4
17
16
18
CT-Expo
2,3
5,4
16
18
15
ImpactDose
2,0
11,9
15
16
18
Megjegyzés: Az adatok μSv*mGycm-1 egységben értendőek. A számítások 120 kV csőfeszültségre, felnőtt férfi páciensre – Siemens Sensation 16 alapján kerültek kiszámításra
Converting Dose-Length Product to Effective Dose at CT W. Huda, K. M. Ogden, M. R. Khorasani Radiology: Volume 248: Number 3 - September 2008 5. számú táblázat
Átlagos effektív dózis különböző CT vizsgálatoknál • • • • • • •
Koponya CT: 2,0 mSv Nyaki CT: 2,4 mSv Mellkas CT: 7,8 mSv Gerincvizsgálat: 4,2 mSv Hasi vizsgálat: 9,8 mSv Ágyék felvételezése: 9,8 mSv Törzs felvételezése: 10,4 mSv
European Guidance on Estimating Population Doses from Medical X-Ray Procedures; ANNEX 1 – DD Report 1 - Directorate-General for Energy and Transport, 2008 Brüsszel p. 38. A3.1 táblázat; UK
SUGÁRVÉDELMI SZABÁLYOZÁS
A munkahelyi sugárvédelemre vonatkozó jogszabályok struktúrája AZ ATOMENERGIÁRÓL SZÓLÓ 1996. évi CXVI. Törvény (At.) Az At. VÉGREHAJTÁSI RENDELETEI Egészségügy
Kormány
Környezetvédelem
KHVM Közlekedés
BM
munkahelyi sugárvédelmi szabványok termékszabványok Óvórendszabály
Végrehajtási útmutató
Munkahelyi Sugárvédelmi Szabályzat
Módszertani levél
A sugáregészségügyi ellátás szervezete EGÉSZSÉGÜGYI MINISZTÉRIUM
ÁLLAMI NÉPEGÉSZSÉGÜGYI ÉS TISZTIORVOSI SZOLGÁLAT FŐHATÓSÁG: ORSZÁGOS TISZTIFŐORVOSI HIVATAL
SZAKMAI BÁZISINTÉZET
HATÓSÁG MEGYEI KORMÁNYHIVATALOK NÉPEGÉSZSÉGÜGYI SZAKIGAZGATÁSI SZERVEI SUGÁREGÉSZSÉGÜGYI DECENTRUMAI
OSSKI
Dél-dunántúli SD: Szekszárd
Közép-dunántúli SD: Veszprém
Nyugat dunántúli SD:Győr
Közép magyarországi SD: Budapest
Észak magyarországi SD: Miskolc
Észak-alföldi SD: Debrecen
Dél-alföldi SD: Szeged
A sugáregészségügyi ellátás szervezete – területi felosztás szerint Borsod-Abaúj-Zemplén
Közép-magyarországi Nógrád
Miskolc
Észak-magyarországi
Győr
KomáromEsztergom
Nyugat-dunántúli
Közép-dunántúli Veszprém
Jász-NagykunSzolnok
Fejér
Tolna Somogy
Szekszárd
Bács-Kiskun
Dél-alföldi Szeged Csongrád
Dél-dunántúli Baranya
Észak-alföldi
Debrecen
Békés Zala
Szabolcs-SzatmárBereg
Hajdú-Bihar
Budapest Pest
Vas
Heves
Sugárveszélyes munkahelyek hazánkban 7000
Munkahelyek száma (db)
6000 5000
5739
5460 4311
4823
4749
4535
6202
6078
6026
4920
4000 3000
2000
1149
1204
1277
1255
1282
2005
2006
2007
2008
2009
1000
0 Orvosi
Ipari
Összes
Sugárvédelmi szolgálat A munkáltató írásos megbízása alapján, a sugárvédelmi szolgálat
• legalább egy sugárvédelmi megbízottból (egyszerűsített engedélyezési eljárás esetén) • legalább egy sugárvédelmi megbízott és helyetteséből áll. • Munkahelyi Sugárvédelmi Szabályzat (MSSZ) – előírások - 6. sz. melléklet – feladatok meghatározása - 8. sz. melléklet.
A 16/2000. EüM. Rendelet mellékletei I. • 1. számú melléklet – alapvető sugárvédelmi követelmények – meghatározások
• 2. számú melléklet – dóziskorlátok, radon-koncentrációk munkavállalókra vonatkozó cselekvési szintjei
• 5. számú melléklet – a munkahelyi sugárvédelem alapvető előírásai • zárt radioaktív sugárforrással vagy röntgencsővel működő műszerrel, berendezéssel végzett munkák alapvető előírásai • nyitott radioaktív készítményekkel végzett munkák alapvető előírásai
A 16/2000. EüM. Rendelet mellékletei I. • 6. számú melléklet – munkahelyi sugárvédelmi szabályzat
• 7. számú melléklet – az atomenergiát alkalmazó munkahelyek / tevékenységek besorolása
• 8. számú melléklet – a sugárvédelmi szolgálat feladatai
• 10. számú melléklet – adatszolgáltatás engedélykérelemhez
A sugárterhelés ellenőrzése I. A sugárveszélyes munkahelyek munkavállalói: • "A" besorolásúak, akiknél fennáll a lehetősége annak, hogy az évi effektív dózis meghaladja a 6 mSv értéket, vagy a szervdózis a korlátok 3/10 részét. A személyi dozimetriai ellenőrzés kötelező. • "B" besorolású minden egyéb munkavállaló. OSSKI - Országos Személyi Dozimetriai Szolgálat elérhetőség:
[email protected]; + 36-1 482 2014
A sugárterhelés ellenőrzése II. A meghatározott mennyiség a személyi dózisegyenérték a HP(10), amely a sugárterhelés kiértékelésekor a dóziskorlátozásban szereplő effektív dózissal azonosnak tekintendő
Dóziskorlátok Besugárzási kategória
Egésztestre vonatkozó, effektív dózis
Szemlencsére vonatkozó egyenérték dózis
Bőrre, végtagokra vonatkozó egyenérték dózis
Foglalkozási sugárterhelés (munkavállalókra)
100 mSv/5 év, max. 50 mSv/év
150 mSv/év
500 mSv/év
Tanulókra, gyakornokokra (16-18 év)
6 mSv/év
50 mSv/év
150 mSv/év
Lakossági sugárterhelés (a lakosság egyedeire)
5 mSv/5 év
15 mSv/év
50 mSv/év
Köszönöm a megtisztelő figyelmet!
Felhasznált/ajánlott irodalom • •
•
• • • • • • •
ICRU-60, Fundamental Quantities and Units for Ionising Radiation. ICRU Report 60, ICRP-26, International Commission on Radiological, Protection: Radiological Protection and Safety in Medicine. Annals of the ICRP 26 (ICRP Publication 73), Pergamon Press, Oxford, UK, 1990. ICRP-60, International Commission on Radiological Protection: Recommendations of the International Commission on Radiological Protection—ICRP 60. Annals of ICRP 21, Pergamon Press, Oxford, UK, 1990. ICRP-103, The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection, Annals of ICRP, Pergamon Press, Oxford, UK, 2007. Sugárvédelem; Fehér István, Deme Sándor – 2010 Dr. Zagyvai Péter – Sugárvédelem jegyzet, BME Dr. Ballay László – Dózisfogalmak, átf. fokozatú sv. tanfolyam – 2010, OSSKI European Guidance on Estimating Population Doses from Medical X-Ray Procedures; ANNEX 1 – DD Report 1 - Directorate-General for Energy and Transport, 2008 Brüsszel Converting Dose-Length Product to Effective Dose at CT W. Huda, K. M. Ogden, M. R. Khorasani Radiology: Volume 248: Number 3 - September 2008 16/2000. EüM. rendelet az atomenergiáról szóló 1996. évi CXVI. törvény egyes rendelkezéseinek végrehajtásáról
