Чему равен взвешивающий коэффициент рентгеновского излучения

Взвешивающие коэффициенты) ионизирующих излучений

Вид излучения WR Вид излучения WR
Кванты и фотоны Нейтроны быстрые
Электроны и позитроны Протоны
Нейтроны медленные a-частицы, тяжелые ядра

Эквивалентная доза внутреннего облучения – это доза, полученная за время, прошедшее с момента поступления радионуклида в организм.

Эффективная эквивалентная дозамера риска возникновения лучевых поражений при облучении разных органов и тканей. Показатель ωT (табл. 22) – взвешенный коэффициент (коэффициент радиационного риска), равный отношению ущерба облучения конкретного органа или ткани к ущербу от облучения всего тела при одинаковых эквивалентных дозах и зависящий от радиочувствительности органа или ткани.

Таблица 22. Коэффициент радиационного риска органов и тканей

Орган или ткань ωT Орган или ткань ωT
Организм в целом 1,00 Молочная железа 0,05
Половые железы 0,2 Печень 0,05
Красный костный мозг 0,12 Пищевод 0,05
Толстый кишечник 0,12 Щитовидная железа 0,05
Легкие 0,12 Кожа 0,01
Желудок 0,12 Поверхность кости 0,01
Мочевой пузырь 0,05 Остальные органы и ткани 0,05

В социально-гигиенических исследованиях применяется понятие «коллективные дозы».

Доза ожидаемая (полная) коллективная эффективная эквивалентная – доза, получаемая многими поколениями людей, если период полураспада радионуклидов, загрязняющих территорию проживания популяции, значительно превышает среднюю продолжительность жизни одного поколения. При S=1 млн. чел-бэр летальных исходов от рака 120, генетических нарушений – 45 случаев.

Естественный радиационный фон (ЕРФ)создает как внешнее облучение земной поверхности и населяющих ее живых существ, так и внутреннее облучение за счет попадающих внутрь организма (инкорпорированных) радионуклидов.

Внешние компоненты ЕРФ включают:

· Космическое излучение: а) первичное, состоящее из протонов (92%), альфа-частиц (7%), а также ядер атомов углерода, кислорода, азота и других элементов (1%); б) вторичное – результат взаимодействий первичных космических лучей с фотонами (квантами энергии) и ядрами атомов воздуха, в результате которых образуются пары электрон-позитрон, а также нейтроны и мезоны. Интенсивность космического излучения уменьшается с приближением к земле.

· Радионуклиды литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы:

а) изотопы, входящие в радиоактивные семейства урана ( 238 U), тория ( 232 Th) и актиноурана ( 235 Ac), находящиеся в недрах земли, а также газообразные продукты их частичного распада: радон, торон и актинон, выносимые на поверхность с подземными водами и через трещины земной коры;

б) изотопы, не входящие в эти семейства ( 40 K, 48 Ca, 87 Rb) и другие;

в) изотопы, возникающие при ядерных реакциях нейтронов вторичного космического излучения с ядрами азота атмосферы – углерод ( 14 С) и тритий ( 3 Н). Горные породы имеют более высокую радиоактивность, чем осадочные; глинистые почвы более радиоактивны, чем песчаные.

· Строительные материалы из природных компонентов. Такие строительные материалы как кирпич, бетон, цемент в 5-10 раз активнее известняка и в 50-80 раз активнее дерева. Облучение человека природными источниками радиации показано в табл. 23.

Таблица 23. Годовые эффективные эквивалентные дозы

Источник

Взвешивающий коэффициент

Взве́шивающий коэффицие́нт для тканей и органов при расчете эффективной дозы (WT) — множители дозы в органах и тканях, используемые в радиационной защите для учета различной чувствительности разных органов и тканей в возникновении стохастических эффектов радиации (при равномерном облучении всего тела).

Значения коэффициентов WT для органов и тканей человека [1]

40px Wiki letter w.svg

Смотреть что такое «Взвешивающий коэффициент» в других словарях:

взвешивающий коэффициент излучения — весовой множитель излучения — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы весовой множитель излучения EN radiation weighting factor … Справочник технического переводчика

взвешивающий коэффициент для ткани или органа — svorinis audinio daugiklis statusas T sritis fizika apibrėžtis Daugiklis, apibūdinantis tam tikro audinio jautrį jonizuojančiajai spinduliuotei (atsitiktinių reiškinių tikimybę) ir vartojamas efektinei dozei apskaičiuoti, kai žinoma lygiavertė… … Lithuanian dictionary (lietuvių žodynas)

взвешивающий коэффициент излучения — svorinis spinduliuotės daugiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Daugiklis, iš kurio dauginama sugertoji dozė siekiant įvertinti įvairių spinduliuočių pavojų sveikatai. atitikmenys: angl. radiation weighting factor rus … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

взвешивающий коэффициент для ткани или органа — svorinis audinio daugiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Daugiklis, apibūdinantis tam tikro audinio jautrį jonizuojančiajai spinduliuotei (atsitiktinių reiškinių tikimybę) ir vartojamas efektinei dozei apskaičiuoti,… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

тканевый взвешивающий коэффициент — тканевый весовой множитель — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы тканевый весовой множитель EN tissue weighting factor … Справочник технического переводчика

Коэффициент качества — в радиобиологии усредненный коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ). Характеризует опасность данного вида излучения (по сравнению с γ излучением). Чем коэффициент больше, тем опаснее данное излучение. (Термин нужно понимать… … Википедия

Коэффициент детонации — Детонация в акустике искажения звука в результате частотной модуляции посторонним сигналом с частотой 0,2 200 Гц, например, порождаемым колебаниями скорости протяжки магнитной ленты. Содержание 1 Восприятие человеком 2 Природа искажений … Википедия

Весовой коэффициент — 4.5 Весовой коэффициент условная величина, отражающая статистическую долю времени работы двигателей данного назначения в эксплуатации вблизи данного режима. Весовые коэффициенты используются в тех случаях, когда результаты испытаний выражены в… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

весовой коэффициент входа нейрона — 3.22 весовой коэффициент входа нейрона: Коэффициент, взвешивающий биометрические данные, поступающие на один из входов сумматора нейрона. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Доза — основная мера экспозиции, характеризующая количество химического вещества, воздействующее на организм. Источник: Р 2.1.10.1920 04: Руководство по оценке риска д … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

«Взвешиваем» радиацию: о единицах измерения ионизирующего излучения

Если вы когда-нибудь искали в Гугле ответ на вопрос типа «безопасный уровень радиации», то вы наверняка сталкивались со множеством странных и непонятных терминов: кюри, рентгены, беккерели, зиверты, рады, греи и тому подобное. Попробуем разобраться в том, что они значат и как правильно трактовать те или иные цифры.

67646 original

Как мы уже говорили, радиация, или более научно, ионизирующее излучение как правило возникает в результате тех или иных ядерных реакций, чаще всего – распадов нестабильных атомных ядер. Соответственно, наиболее естественной единицей измерения радиоактивности является число распадов, которые происходят в определённом образце радиоактивного вещества в единицу времени.

Исторически первой единицей измерения активности является кюри (Ки). В образце с активностью 1 кюри в секунду происходит столько же распадов, сколько и в кусочке чистого радия весом в 1 грамм, то есть 370 миллиардов актов распада. В реальности с такой единицей работать не очень удобно, и поэтому позже, в 1975 году придумали другую единицу измерения активности: беккерель. Один беккерель (Бк) – это активность образца, в котором происходит ровно 1 распад в секунду. Соответственно, 1 Ки = 37000000000 Бк.

Кюри и беккерели характеризуют радиоактивные свойства конкретного образца радиоактивного вещества с присущей ему массой и химическим составом. Поэтому часто используют производные величины: скажем, активность изотопов обычно измеряют в беккерелях (кюри) на грамм (килограмм), загрязнённость радиацией воздуха или жидкости – в беккерелях на литр (кубометр), для определения загрязнённости площади используют беккерель на метр (километр) квадратный. Например, средняя радиоактивность чистого атмосферного воздуха составляет около 10 беккерелей на кубометр. То есть, в каждом кубометре воздухе ежесекундно происходит 10 распадов (в основном обусловленных наличием в нём некоторого количества радиоактивного газа радона)

Довольно популярной в литературе «единицей измерения» является так называемый банановый эквивалент: активность обычного банана, вызванная наличием в нём радиоактивного изотопа калий-40. Оказывается, что банан весом в 150 грамм содержит около 19 беккерелей активности.

Для сравнения, активность природного урана составляет около 37 000 беккерелей на грамм (или, соответственно, 37 миллионов беккерелей на килограмм). И это ещё немного: так, активность 1 грамма плутония-239 составляет 2,3 миллиарда беккерелей на грамм.

Однако если вы читали предыдущую статью, то вам должно быть понятно, что одними только беккерелями и кюри ограничиться не получится. Как мы там говорили, различные ядерные реакции порождают разные продукты, обладающие различной энергией. К примеру, распад вышеупомянутого калия-40 приводит к образованию бета-частиц с энергией порядка 1,5·10-19 джоуля. А вот в результате распада атома плутния-239 рождаются альфа-частицы с энергией 8·10-16 джоуля – в 5 000 раз больше. Так что распад распаду – рознь, и беккерель беккерелю – тоже.

Собственно, предыдущий абзац как бы сам наводит нас на мысль, что важно не только количество распадов в единицу времени, но и «энергоёмкость» каждого из таких распадов. И даже не энергоёмкость самих распадов, а то, какую энергию получившиеся частицы передают веществу, которое подвергается облучению – то есть, какую дозу получило подвергнутое ему вещество.

Сначала физики рассуждали таким образом. Мы же говорим об ионизирующем излучении? Ну, так давайте померяем, насколько хорошо оно ионизирует! Так придумали единицу под названием рентген – пожалуй, самую распиаренную «единицу измерения радиации» на постсоветском пространстве. Суть такова: 1 рентген – это такое радиоактивное излучение, которое воздействует на 1 кубический сантиметр сухого воздуха при 0 градусов Цельсия так, что в нём образуются заряженные частицы с общим зарядом 3,33564 на 10 в минус 10 степени кулона. Почему столько? А потому, что 3,33564 на 10 в минус 10 степени кулона – это 1 франклин, единица измерения заряда в популярной (ибо удобно) в некоторых областях физики системе единиц СГС. Аналог рентгена в привычной нам системе СИ – кулон на килограмм, равный примерно 3876 рентгенам.

Соответственно, для измерения мощности излучения использовали производную единицу – рентген в час.

Однако на практике рентген оказался не очень удобен по ряду причин, и решили пойти другим путём: ввели единицу под названием грей. 1 грей характеризует такое облучение, в результате которого вещество получает 1 джоуль энергии на каждый килограмм массы. В настоящее время именно грей, а не рентген, являются общепринятой единицей измерения воздействия излучения. Однако зачастую в литературе, в том числе справочной, можно столкнуться именно с величинами, выраженными в рентгенах. В этом случае следует помнить, что 1 грей для воздуха соответствует примерно 0,009 рентгена. Обычно на практике переводят рентгены в греи, просто деля их на 100: 100 рентген – 1 грей, 0,01 грея – 1 рентген.

Но и это ещё не всё. Для физиков посчитать количество переданной «мишени» энергии в принципе достаточно для того, чтобы считать поле измеренным. А вот у медиков и биологов, изучающих воздействие радиации на живые организмы, задача немного иная: им важно определить, какой вред получит организм, поймав ту или иную дозу радиации. И тут возникает проблема, о которой мы тоже говорили: разные виды излучения (альфа, бета, гамма, нейтроны и т.п.) вредят организму по-разному. Для того, чтобы это дело описать, вводят понятие относительной биологической эффективности излучения, причём под эффективностью здесь понимают способность данного вида облучения наносить вред живой ткани (разрушать клетки и т.п.). Например, поток альфа-частиц наносит организму примерно в 20 раз больший ущерб, чем поток гамма-квантов, передавший этому организму ту же энергию. Поэтому на стыке физики и биологии появляется понятие эквивалентной дозы облучения, измеряемой в зивертах. Это, грубо говоря, те же греи, но умноженные на специальный коэффициент («коэффициент качества»), экспериментально определённый для каждого вида излучения; за эталон (1) принято разрушительное воздействие фотонов (рентгеновских и гамма-квантов).

Для бета-частиц коэффициент качества оказывается также равен 1, для альфа-частиц – 20, для протонов – 2, для нейтронов – от 5 до 20 в зависимости от их энергии (скорости). Проще говоря, если биологический объект получил 0,1 грея гамма-излучения, 0,1 грея облучения альфа-частицами и 0,1 грея облучения медленными нейтронами, то поглощённая доза излучения составит 0,3 грея, а эквивалентная доза – 2,6 зиверта.

На практике, впрочем, в большинстве случаев поглощённую дозу облучения в греях и эквивалентную дозу в зивертах можно считать равной. Это связано с тем, что с нейтронными потоками у обывателя столкнуться шансов почти нет, а альфа-излучение и протоны из-за своей малой проникающей способности не пробиваются даже через внешний мёртвый слой кожи. Поэтому в расчёт при внешнем облучении идут преимущественно потоки бета и гамма-частиц, а для них, как мы говорили выше, коэффициент качества равен 1. В таком случае можно говорить, что 1 зиверт и 1 грей численно равны, но надо помнить, что так бывает не всегда.

Существует, впрочем, ещё один нюанс. Дело в том, что разные ткани по-разному реагируют на одну и ту же дозу облучения: наиболее уязвимы половые органы, тонкий кишечник и органы кроветворения; куда более устойчивы – головной мозг, кости и так далее. Так что в медицине вводят понятие эффективной дозы облучения, которая учитывает разницу в восприятии облучения разными типами тканей. Но это уже больше биология, чем физика, да и измеряется эффективная доза тоже в зивертах, так что в это мы углубляться не будем.

Давайте повторим для ясности: активность источника радиоактивного излучения измеряется в кюри или (чаще) беккерелях. В греях, реже – рентгенах измеряют физическое воздействие излучения, исходящего от этого источника на некую мишень, а в зивертах – аналогичное биологическое воздействие.

Конечно, между активностью источника и влиянием его излучения есть определённая связь, но простой «формулы перевода» беккерелей в зиверты нет и быть не может. Например, источник из цезия-137 с активностью излучения в 1 кюри на расстоянии метра от себя создаст излучение мощностью примерно в 0,004 грея/час. Для других изотопов эта цифра будет иной, но если очень надо прямо сейчас прикинуть на пальцах, то порядок чисел будет примерно таким.

При этом по мере удаления от источника мощность излучения будет убывать по формуле обратных квадратов: уже в 10 метрах она будет в 100 раз меньше.

Под фразой «радиационный фон составляет столько-то» следует понимать измеренную совокупную дозу излучения от всех источников, которую вы можете получить в данном месте за определённое время пребывания.

В литературе можно встретить и другие единицы измерения. Например, резефорд – устаревшая единица измерения активности источника, равная 1 миллиону беккерелей. Рад – «младший брат» грея, равный одной сотой от него. В советской литературе также встречается единица измерения «бэр», расшифровывается «биологический эквивалент рентгена» и соотносится с ним так же, как зиверт с греем. Как привести её к общему знаменателю с зивертом можно всё тем же способом: поделить примерно на 100.

В следующем материале мы поговорим о нормальных, повышенных, опасных и безопасных дозах радиации, о том, где вы с ними можете столкнуться и чего в этом смысле стоит бояться, а чего – не очень.

Источник

Чему равен взвешивающий коэффициент рентгеновского излучения

Достоверные оценки доз ионизирующих излучений, получаемых пациентом при рентгеновской или радионуклидной диагностике, а также при лучевой терапии является весьма актуальной и достаточно сложной проблемой. В клинической практике необходимо рассчитывать разные поглощенные дозы: общую дозу, полученную пациентом, локальную дозы, полученную патологическим очагом и прилегающими к нему тканями, дозу, полученную участком кожи, через которую входит в тело излучение. Вычисления затруднены гетерогенностью объекта излучения, достаточно сложной томографии, плохой определенностью значений коэффициентов поглощения излучения в различных компонентах среды, трудностями учета рассеяния излучения различными органами и тканями. Для реальной среды, введение обоснованных параметров типа эффективного коэффициента поглощения излучения, дозового и энергетического факторов накопления, необходимых для восстановления пространственного распределения дозового поля, представляет собой весьма не простую задачу. Трудности дозиметрии связаны и с отсутствием единого алгоритма расчета для всех видов излучения: для рентгеновского, нейтронного излучения, электронов, протонов, дейтронов и т.п. требуются специальные методики вычислений. Дозиметрию приходится проводить для пациента, врача и для населения в целом.

В данной лекции мы коротко остановимся на особенностях дозиметрии в клинической практике ядерной медицины. В первой части даны классические определения экспозиционной и поглощенной дозы и единицы их измерения. Во второй части рассмотрены особенности локальной дозиметрии и методы восстановления пространственного распределения дозового поля в облучаемом гетерогенном объекте. Заключительная часть лекции посвящена оценке коллективной дозы, получаемой населением и медиками-профессионалами за счет процедур в сфере ядерной медицины.

1. Дозы и единицы их измерения

При измерении эффектов, возникающих в веществах под действием ионизирующих излучений, используется понятие доза, а при оценке влияния облучения на биологические объекты поправочные коэффициенты. Повреждений, вызванных в живом организме излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям; количество такой переданной организму энергии называется дозой. Дозы можно рассчитывать по-разному, с учетом того, каков размер облученного участка и где он расположен, один человек подвергся облучению или группа людей и в течение какого времени происходило.

Ведем некоторые понятия и обозначения.

Табл. 1. Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов при расчете эффективной дозы

Орган или ткань
Гонады (яичники, семенники) 0,20
Костный мозг (красный) 0,12
Толстый кишечник 0,12
Желудок, легкие 0,12
Щитовидная железа 0,05
Печень, пищевой тракт 0,05
Кожа 0,01
Клетки костных поверхностей 0,01

Для организма в целом этот коэффициент принят равным1.

При экспозиционной дозе в 1 рентген поглощённая доза в воздухе будет 0,85 рад (85 эрг/г).

1 Гр. = 1 Дж/кг = 104 эрг/г = 100 рад.

Табл.2. Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения.

Вид излучения Значение WR
Фотоны (кванты) любых энергий 1
Рентгеновское, гамма 1
Электроны (бета- частицы любых энергий), позитроны 1
Нейтроны с энергией менее 10 кэВ 5
От 10 кэВ до 100 кэВ 10
От 100 кэВ до 2 МэВ 20
От 2 МэВ до 20 МэВ 10
Более 20 МэВ 10
Протоны с энергией более 2 МэВ 5
Альфа – частицы, осколки деления, тяжёлые ядра 20

При воздействии различных видов излучения с различными взвешивающими коэффициентами эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для этих видов излучения DТ= S DТ.R

Единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв).

Для оценки полной эффективной эквивалентной дозы, полученной человеком, рассчитывают и суммируют указанные дозы для всех органов.

1 бэр = 1 рад К = 100 эрг/г К = 0,01 Гр К = 0,01 Дж/кг К = 0,01 Зиверт

При коэффициенте качества излучения К = 1, то есть для рентгеновского, гамма-, бета-излучений, электронов и позитронов, 1 бэр соответствует поглощённой дозе в 1 рад.

1 бэр = 1 рад = 100 эрг/г = 0,01 Гр = 0,01 Дж/кг = 0,01 Зиверт

Замечание. Зиверт – большая единица дозы: грубо говоря (для биологических объектов) 1 зиверт = 100 рентген, поэтому на практике используются меньшие единицы.

MED8002,

1 Зв = 1 Гр · W = 1 Дж/кг · W = 100 рад · W = 100 бэр

При W=1 (для рентгеновского, гамма-, бета-излучений, электронов и позитронов)

1 Зв соответствует поглощённой дозе в 1 Гр: 1 Зв = 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад = 100 бэр.

Табл.3 Типы доз радиационного облучения.

Дозы радиационного облучения MED8003

Для наглядности, в Табл.4 собраны вместе единицы измерения активности и поглощенной дозы.

Табл.4. Единицы активности и дозы

Основные радиологические величины и единицы их соотношения приведены в Табл.5.

Табл.5. Соотношения между различными единицами активности, дозы и мощности дозы.MED8004

Рис.1. Коэффициенты радиационного риска.

Коэффициенты радиационного риска MED8005

При воздействии малых доз излучении наблюдается угнетение клеточного деления. При больших дозах клетки окончательно теряют способность к размножению. Временное угнетение митозов и полная стерильность не могут быть обусловлены единым механизмом, несмотря на то, что оба эти явления на первый взгляд могут показаться вполне родственными.

Величины ОБЭ могут резко отличаться даже по отношению к одним и тем же биологическим объектам, если биологическую эффективность рассматривать по отношению к различным лучевым реакциям. Относительная биологическая эффективность меняется от объекта к объекту и в некоторых случаях, например, при воздействии на определенные виды клеток в культурах тканей, при малой ЛПЭ существенно зависит от мощности дозы.

2. Предельно допустимые и летальные дозы

В России основными нормативными документами, регламентирующими действие ионизирующих излучений на здоровье населения, являются «Нормы радиационной безопасности» НРБ-99 и «Критерии для принятия решений по ограничению облучения населения от природных источников ионизирующих излучений» (КПР-96).

Нормы радиационной безопасности распространяются на следующие виды воздействия ионизирующих излучений на человека:

в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников излучения;

в условиях радиационной аварии;

от природных источников излучения;

при медицинском облучении.

Требования норм, а соответственно и санитарных правил, не распространяются на источники излучения, создающие при любых условиях обращения с ними:

индивидуальную годовую эффективность дозу не более 10 мкЗв;

индивидуальную годовую эквивалентную дозу в коже не более 50 мЗв и в хрусталике глаза не более 15 мЗв;

коллективную эффективную годовую дозу не более 1 чел. Зв.

Табл.6. Значения предельно допустимых доз и некоторые официальные данные о последствиях облучения для человека.

MED8006Эффективная доза облучения природными источниками излучения всех работников, включая персонал, не должна превышать 5 мЗв/год.При проведении профилактических медицинских обследований годовая эффективная доза не должна превышать 1 мЗв. Этот норматив может быть превышен только в случае неблагополучной эпидемиологической обстановки по решению областного здравотдела или при необходимости лечения пациента с его согласия.

Рассмотрим теперь важный для ядерной медицины случай – «допустимые» дозы в лучевой терапии. На Рис.3 указаны «допустимые» дозы облучения при лучевой терапии, т. е. такие дозы, которые пациент без особого вреда для себя может получить за пять сеансов в течение недели. Диаграмма дает примерное представление о том, насколько различается чувствительность к облучению разных органов и тканей организма человека.

MED8007Рис.3 «Допустимые» дозы в лучевой терапии

3. Взаимодействие ионизирующих излучений с живыми тканями

Вид преобразований в облученном веществе зависит от типа ионизирующего излучения. Поток заряженных альфа- и бета- частиц, проходя через вещество, взаимодействует, в основном, с электронами атомов и передает им свою энергию, которая расходуется на отрыв электрона от атома (ионизация) и возбуждение атома (переход одного из электронов с ближних орбит на более удаленную от ядра оболочку). При этом энергия частиц распределяется на эти два процесса примерно пополам.

Табл.7 Пробег альфа- и бета- частиц в мышечной ткани.

Из таблицы видно, что если радиоактивный элемент не находится внутри организма, альфа- частицы через неповрежденную кожу практически проникнуть не могут.

Таким образом, для любого вида ионизирующих излучений, первичными процессами, которые происходят в среде, являются ионизация и возбуждение. Поэтому биологические эффекты, наблюдаемые под воздействием заряженных частиц, нейтронов и гамма- квантов, обусловлены не их физической природой, а тем более их источником (различные естественные и техногенные радионуклиды, генераторы излучений), а количеством поглощенной энергии и ее пространственным распределением (микрогеометрией), характеризуемыми линейной плотностью ионизации. Чем выше линейная плотность ионизации или, иначе, линейная передача энергии (ЛПЭ), тем больше степень биологического повреждения. Эта степень определяет относительную биологическую эффективность (ОБЭ) различного рода излучений (см. выше).

4. Поглощенные дозы в медицине

MED8008Человек получает радиационную дозу от различных источников. Дополнительный природный радиационный фон от космического излучения и радиоактивных материалов, находящихся в земле и внутри нашего тела, составляет примерно 30-40%. Оставшиеся 10-20% приходятся на облучение от деятельности человека, в основном это медицинские исследования при рентгенографии и радиационной терапии. Вклад от последствий ядерных взрывов, работы АЭС и ТЭС на углях количественно составляет всего 0,2-1,0% (Рис.4).

Рис.4. Средние мировые данные по вкладам различных источников радиации в общую дозу, получаемую среднестатистическим жителем Земли (сумма 2,7 мЗв).

Медицинские процедуры вносят существенный вклад в дозовую нагрузку на население. В качестве примера в Табл 8. приведены дозы облучения от различных источников фотонного излучения.

Табл.8. Дозы облучения от источников рентгеновского и гамма- излучения

Вид облучения Доза
Просмотр цветного телевизора первых моделей в течение 2 часов с расстояния 2 метров 1 микрорентген
Просмотр того же телевизора по 3 часа в день в течение одного года 0,5…0,7 миллирентген
Прием радоновой ванны 1…100 миллирентген
Флюорография 10…50 миллирентген
Рентгеновское обследование 10…300 миллирентген
Рентгеновская томография (для компьютерной томографии в 5…50 раз меньше) 0,5…10 рентген
Лучевая гамма-терапия после операции 20…50 рентген

4.1 Дозы в лучевой терапии

В практике лучевой терапии используются дополнительные характеристики доз излучений, учитывающие основные клинические условия. Так, под понятием входная доза понимают дозу излучений, измеренную в воздухе на определенном расстоянии между источником излучения и поверхностью тела. Особый клинический интерес представляют показания о величине дозы, которая проявляет свое действие в определенных участках тканей. Такая эффективная доза с физической точки зрения определяется как величина энергии, которая поглощается в определенном участке тела. Эффективная доза, измеренная на поверхности тела, называется поверхностной дозой, а измеренная в определенных слоях ткани – глубинной (локальной). Величина поверхностной дозы определяется не только входной дозой, но также и рассеянным излучением, которое возникает в тканях. Величина поверхностной дозы зависит от природы излучений, их энергии и объема облучаемого участка тела. Объем облучаемого участка определяется величиной поля облучения и толщиной данного участка тела.

Для определения эффективной дозы в том или ином участке тела важно знать данные о пространственной, объемной и интегральной дозах, т. е. о суммарной величине энергии, поглощенной в определенном объеме тела. Терапевтическая эффективность излучений определяется в первую очередь очаговой дозой, т.е. эффективной дозой в патологическом очаге. Если ее сопоставить с дозой в облученном объеме тела, то можно получить величину относительной очаговой пространственной дозы.

Особенности действия корпускулярных излучений высокой энергии в тканях определяются специфическим распределением дозы каждого вида излучений, которое отличается от такового при воздействии обычных рентгеновых лучей. За исключением нейтронов, все другие виды излучений высокой энергии, в том числе протоны и дейтроны, характеризуются следующими особенностями распределения дозы по глубине облучаемого объекта: 1) увеличением относительной глубинной дозы; 2) уменьшением поверхностной дозы; 3) уменьшением объемной дозы. Увеличение относительной глубинной дозы для лучевой терапии имеет большое значение, так как патологический очаг, находящийся на большой глубине, благодаря этому может получить большую дозу излучений без одновременного увеличения поверхностной дозы. В то время как при воздействии обычных рентгеновых лучей максимум дозы лежит близко к поверхности тела и резко падает, в подлежащих тканях при применении излучении высокой энергии максимум дозы смещен в глубину тканей; при этом отмечается значительно меньшая потеря величины дозы с глубиной.

Корпускулярные излучения особенно пригодны для лечения глубоко расположенных опухолей, так как в глубоких слоях тканей при воздействии этого вида излучений создается чрезвычайно высокая относительная глубинная доза. В противоположность этому быстрые электроны с энергией от 10 до 20 Мэв в связи с особенностями распределения дозы применяются для лучевой терапии при поверхностной локализации опухолей. Быстрое падение дозы в глубине тела, которое наблюдается при воздействии электронов, положительно сказывается на относительной пространственной дозе в очаге и приводит лишь к очень незначительному облучению подлежащих здоровых тканей. Изменение величины глубинных доз в воде различных видов излучений; дозы выражены в процентах эквивалентным дозам в опухоли на глубине 8 см.

Помимо локальных доз (очаговой, глубинной и поверхностной), определяющих облучение кожи, при проведении лучевой терапии особый интерес представляет доза излучения, поглощенного всем телом, т. е. объемная или интегральная доза, и сопоставление ее с величиной очаговой дозы. Значения интегральных доз для отдельных видов излучений и пространственное распределение глубинных доз могут быть рассчитаны из данных по распределению интенсивности излучений по изодозам. При сопоставлении значений интегральных доз разных видов излучений оказывается, что обычная рентгенотерапия непригодна для лечения глубоко расположенных опухолей, так как при увеличении глубины расположения опухоли интегральная доза очень резко возрастает и, следовательно, здоровые ткани при этом подвергаются интенсивному облучению. Для лечения опухолей, расположенных как поверхностно, так и на большой глубине, учитывая небольшие интегральные дозы, с успехом можно применять дистанционную гамма терапию. В противоположность этому рентгеновские излучения высоких энергий особенно пригодны для лечения глубоко расположенных опухолей, так как при таком лечении интегральная доза относительно низкая, поверхностная доза на входном поле очень мала, сохраняется узкий рабочий пучок излучения и не наблюдается существенного рассеяния излучений. В костной ткани при определенных уровнях энергий не происходит повышенного поглощения излучении.

Совершенно иная картина наблюдается при воздействии электронов. При проведении глубокой лучевой терапии при помощи электронов интегральная доза очень быстро возрастает с глубиной, что особенно заметно при сопоставлении с воздействием тормозного излучения такой же энергии. Это возрастание интегральной дозы связано с тем, что при применении электронов с энергией до 30 Мэв, необходимых для осуществления глубокой лучевой терапии, доза позади очага снижается недостаточно круто. К тому же в результате рассеяния излучений происходит «паразитическое» облучение здоровых тканей, расположенных вокруг поля облучения. Оно относительно больше при использовании малых полей. С точки зрения величины интегральной дозы лучевая терапия быстрыми электронами особенно целесообразна при поверхностно расположенных опухолях. По минимальным значениям интегральных доз электронное излучение имеет преимущества по сравнению с рентгеновыми лучами при расположении опухоли на глубине не более 6 см под поверхностью кожи, а оптимальная энергия электронов составляет не более 20 Мэв. Чрезвычайно низкая интегральная доза при облучении электронами небольшой энергии поверхностно расположенных опухолей обусловлена резко ограниченной глубиной проникновения электронов с такой энергией. Поэтому паразитического облучения здоровых тканей, расположенных за очагом, практически не наблюдается.

В принципе, облучение в медицине направлено на исцеление больного. Однако, нередко дозы оказываются неоправданно высокими: их можно было бы существенно уменьшить без снижения эффективности, например, более точная фокусировка гамма-луча, причем польза от такого уменьшения была бы весьма существенна, поскольку дозы, получаемые от облучения в медицинских целях, составляют значительную часть суммарной дозы облучения от техногенных источников.

Табл. 9. Дозы, полученные человеком на отдельные части тела

Части тела Череп, гортань Шейный отдел позвоночника Поясничный отдел позвоночника Пояснично-крестцовый отдел позвоночника Кости таза Органы грудной клетки Флюорография грудной клетки
прямая проекция, мЗв 50 60 800 1700 750 400 540
боковая проекция, мЗв 30 300 1200 470 600 730

4.2 Дозы в радионуклидной диагностике

Важно понимать, что массы регионов, как «источников», так и «мишеней» (и, следовательно, дозы), зависят от возраста человека.

Средняя поглощенная энергия в регионе-мишени зависит от природы радиации испускаемой регионами-мишенями, пространственных расположений регионов-источников и мишеней, а также от природы тканей в регионах. Эти факторы учитывают радионуклид-специфические коэффициенты, называемые эспецифическими энергиями или SE. Для любого радионуклида, органа-источника S, органа-мишени Т, специфическая энергия определяются как

MED8009 (1)

При расчете эквивалентной дозы на регион, эффективной дозы и при оценке риска, основной величиной является уровень поглощенной дозы в разные времена. Уровень дозы в мишени Т включает вклады от каждого радионуклида в организме и от каждого региона, где присутствуют радионуклиды. Поглощенный уровень дозы в возрасте t в регионе Т у человека в возрасте t0 на момент поступления, DT(t, t0), можно выразить как

MED8010 (2)

MED8011 (3)

Рис.5 Фантомы людей различного возраста и пола для расчета поглощенной дозы от внутреннего гамма излучения Гамма-радиацию с энергией фотонов ниже 10 КэВ считают непроникающей радиации для большинства очагов; она поглощается в источнике. Расчет поглощенной дозы фотонного излучения часто осуществляют на фантомах человека, представляющих новорожденного, 1, 5 и 10-тилетнего ребенка, 15-летнего мужчины и взрослого мужчины (Рис.5). Существуют и специально женские фантомы.

4.3 Дозы населения от компонентов ядерной медицины

Специфика медицинского облучения состоит в том, что в интересах получения безусловной, недостижимой иным путем, пользы для больного при диагностических и терапевтических процедурах в ряде случаев приходится применять весьма высокие уровни излучения. С учетом данного обстоятельства предельные дозовые значения при медицинском облучении не устанавливаются, а ограничение уровня радиационного воздействия осуществляется с использованием принципов обоснования (по показаниям к проведению медицинских процедур) и оптимизации (применительно к мерам защиты от ИИ). При этом, в соответствии с Законом РФ «О радиационной безопасности населения» (статья 17), гражданину (пациенту) по его требованию предоставляется полная информация об ожидаемой дозе облучения и о возможных последствиях для его здоровья предлагаемой процедуры, а также право отказаться от нее (за исключением тех случаев, когда проводятся профилактические обследования в целях выявления заболеваний, опасных в эпидемиологическом отношении).

В годовой коллективной дозе облучения населения Российской Федерации на долю медицинского облучения приходится около 30%. Принятие Федеральных Законов Российской Федерации: «О радиационной безопасности населения» и «Санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» принципиально изменило правовые основы организации Госсанэпиднадзора за использованием медицинских источников ионизирующего излучения (ИИИ) и потребовало полного пересмотра санитарных правил и норм, регламентирующих ограничение облучения населения и пациентов от этих источников.

Согласно НРБ-96, с целью ограничения облучения населения от медицинских источников Минздравом России устанавливаются стандартизованные контрольные уровни медицинского облучения в рентгендиагностике и рентгенотерапии, радионуклидной диагностике и терапии. Немаловажное значение имеют также совершенствование и развитие методологии радиологических медицинских процедур, создание новых, более эффективных образцов аппаратуры и оборудования.

С учетом массового характера профилактических медицинских рентгенологических процедур НРБ-96 установлен предел годовой дозы облучения, равный 1 мЗв (0,1 бэр). Его превышение допускается лишь в условиях неблагоприятной эпидемиологической обстановки, требующей проведения дополнительных исследований или вынужденного использования методов с большим дозообразованием. Решение о временном вынужденном превышении установленного предела профилактического облучения принимается управлением здравоохранения субъекта федерации.

Проведение научных исследований, связанных с облучением практически здоровых лиц, не имеющих медицинских противопоказаний, должно проводиться по решению федеральных органов здравоохранения. При этом требуется обязательное письменное согласие испытуемого и предоставление ему информации о возможных последствиях и риске исследования. Годовая доза облучения испытуемого при проведении научных исследований не должна превышать 1 мЗв (0,1 бэр).

Лица, не являющиеся работниками рентгенорадиологического отделения, но оказывающие помощь в проведении исследований (поддержке тяжелобольных пациентов, детей и т.п.) при выполнении рентгенорадиологических процедур не должны подвергаться облучению, превышающему 5 мЗв в год. Наконец, мощность дозы гамма-излучения на расстоянии 0,1 м от пациента, которому с терапевтической или диагностической целью введены радиофармацевтические препараты, не должна превышать при выходе из радиологического отделения 1 мкЗв/ч.

Строгое соблюдение требований, изложенных в Законе РФ «О радиационной безопасности населения» и НРБ-96, надежно гарантирует безопасность лиц, работающих с техногенными источниками ИИ при нормальной эксплуатации и всего населения в обычных условиях жизнедеятельности.

4.4 Методы снижения медицинских дозовых нагрузок на население

Для России этот потенциал значительно выше, в том числе для большинства административных территорий. Доза медицинского облучения населения страны может быть снижена примерно в 2 раза, то есть до уровня 0,5-0,6 мЗв/год, который имеют большинство индустриально развитых стран. В масштабах России это означало бы снижение коллективной дозы на многие десяти тысяч человеко-Зв ежегодно, что равносильно предотвращению каждый год нескольких тысяч смертельных раковых заболеваний, индуцируемых этим облучением. Для сравнения можно отметить, что доза облучения для населения страны от Чернобыльской аварии за 50 лет оценивается величиной не более 150 тысяч чел.-Зв, то есть равной годовой дозе медицинского облучения. Несмотря на то, что основной вклад в медицинское облучение вносит рентгенодиагностика, нельзя сбрасывать со счетов радионуклидную диагностику (РНД), тем более, что по уровню радиационного воздействия РНД отличается повышенными по сравнению с рентгенодиагностикой дозами облучения пациентов и персонала, но и большей информативностью. Практика ядерной медицины в ближайшее время будет двигаться вперед благодаря использованию новых и более избирательных радиофармпрепаратов для диагностики и терапии. Будет возрастать потребность в лучевой терапии рака.

В настоящее время правовые отношения, связанные с обеспечением безопасности населения при рентгенорадиологических исследованиях изложены более чем в 40 нормативно-правовых и организационно-распорядительных документах. Поскольку уровни облучения пациентов в медицинской практике не нормируются, соблюдение их радиационной безопасности должно обеспечиваться за счет соблюдения следующих основных требований:

проведение рентгенорадиологических исследований только по строгим медицинским показаниям с учетом возможности проведения альтернативных исследований;

осуществление мероприятий по соблюдению действующих норм и правил при проведении исследований;

проведение комплекса мер по радиационной защите пациентов направленных на получение максимальной диагностической информации при минимальных дозах облучения.

При этом должен в полном объеме осуществляться производственный контроль и государственный санитарно-эпидемиологический надзор. Реализация в полном объеме предложений госсанэпидслужбы России по оптимизации дозовых нагрузок при проведении рентгенодиагностических процедур по итогам ежегодной радиационно-гигиенической паспортизации медицинских учреждений позволит уже в ближайшие 2-3 года снизить эффективную среднюю годовую дозу облучения на одного человека до 0,6 мЗв. При этом суммарная годовая коллективная эффективная доза облучения населения уменьшится почти на 31 000 чел.-Зв, а число вероятных случаев возникновения злокачественных заболеваний (смертельных и несмертельных) снизится за этот период более чем на 2200.

4.5 Дозы облучения медицинского персонала

При проведении рентгенорадиологических процедур облучению подвергается и сам персонал. Многочисленные опубликованные данные показывают, что в настоящее время рентгенолог получает в год дозу профессионального облучения, в среднем, около 1 мЗв в год, что в 20 раз ниже установленного предела дозы и не влечет за собой сколько-нибудь заметного индивидуального риска. Следует отметить, что наибольшему облучению могут подвергаться даже не работники рентгеновских отделений, а врачи так называемых «смежных» профессий: хирурги, анестезиологи, урологи, участвующие в проведении рентгенохирургических операций под рентгеновским контролем.

5. Концепция беспороговой линейной зависимости доза-эффект

В радиобиологических экспериментах на клеточном и молекулярном уровнях показана возможность даже единичных актов ионизации вызвать нарушение некоторых наследственных механизмов. Кроме того, нельзя исключить вероятности возникновения нарушений в клеточных структурах при малых дозах облучения и соматико-стохастических и генетических эффектов, обусловленных этими нарушениями. При отсутствии прямых доказательств влияния облучения в малых дозах или, напротив, безвредности такого облучения и с учетом необходимости осторожного, гуманного подхода к нормированию радиационного воздействия при выработке норм радиационной безопасности, была предложена гипотеза об отсутствии порога для стохастических эффектов облучения и о линейной зависимости между дозой и эффектом в области малых доз. Эта гипотеза в виде официальной концепции принята Международным комитетом по радиационной защите МКРЗ и Научным комитетом по действию атомной радиации ООН (НКДАР ООН) за основу при оценке и прогнозировании ущерба от использования ионизирующего излучения и для осуществления практических разработок в области радиационной защиты. Чаще всего эту гипотезу называют концепцией беспороговой линейной зависимости доза-эффект.

Соответствующие коэффициенты линейной связи между дозой облучения и различными стохастическими (случайными) эффектами устанавливают на основе известных данных о случаях смерти в результате возникновения злокачественных опухолей и генетических дефектов в первых двух поколениях потомства облученных лиц при больших дозах. Как правило, эти коэффициенты отражают в ожидаемое число случаев n смерти от злокачественных опухолей и генетических дефектов, отнесенные к коллективной дозе 104 чел. Зв. Кроме того, при оценках воздействия излучения часто используют коэффициент риска r, равный средней индивидуальной вероятности смерти в результате облучения, отнесенной к дозе 1 Зв. Между коэффициентом риска r и ожидаемым числом случаев n смерти существует простая связь:

Здесь r = Зв-1; n = число случаев/104 чел. Зв.

В Табл. 10 приведены значения коэффициентов индивидуального риска возникновения смертельного заболевания злокачественными опухолями или наследственных дефектов в результате облучения тела или отдельных органов дозой 1Зв, принятые МКРЗ в 1977 и 1990 гг.

Табл. 10. Коэффициенты риска, принятые МКРЗ в 1990 в сравнении с коэффициентами 1977.

* В двух первых поколениях, ** Во всех поколениях

Следует отдавать себе отчет в том, что при облучении малыми дозами небольших контингентов людей существующий риск появления эффектов ничтожен, а выявление таких эффектов на фоне спонтанной заболеваемости нереально. В биологии вероятность проявления эффекта менее 0,05 считается незначащей. Отсюда можно рассчитать коллективную дозу, при которой с вероятностью не менее 95% не возникает ни одного дополнительного случая рака. Такую коллективную дозу при желании можно назвать условным порогом коллективной дозы. Это позволяет в указанном смысле говорить об условном пороге коллективной дозы, обязательно с указанием вероятности проявления эффекта.

Табл.11. Реакция организма человека на интенсивное однократное облучение

Источник

Комфорт
Adblock
detector