LE RADIAZIONI IONIZZANTI

elio giroletti

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA dipartimento di FISICA

via Bassi 6, 27100 Pavia

tel. +39-038298.7905 - elio.giroletti@unipv.it

2013

RADIAZIONI e radioprotezione

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA - elio giroletti

Introduzione Potenziali danni

Grandezze, limiti di dose e dosimetri individuali Sorveglianza medica e fisica

Sorgenti naturali di radiazioni

Sorgenti presenti in ospedale e procedure Dispositivi protezione, aree classif. e segnaletica Soggetti responsabili e compiti

Protezione del paziente

radiazione: trasporto di energia nello spazio direttamente ionizzanti

„ alfa: α

„ beta: β⁺ -β^-

„ particelle cariche (protoni, ioni, ecc.) indirettamenteionizzanti

„elettromagnetiche: raggi X e gamma

„neutroni

LE RADIAZIONI IONIZZANTI

ionizzanti radiazioni NON ionizzanti gamma X

λ è costante e caratteristica di ogni radionuclide n(t) = n. atomi radioattivi ancora presenti (rimanenti) n(t₀) = n. atomi radioat. iniziali (iniettati nel paziente)

) ( 0

)

( )

( t n t e

n = ⋅

n(t)

tempo, t 1895

t n n= ⋅ ⋅Δ Δ

−Δn=

λ

−

λ

Δ n

n = −λ ⋅ Δ t Δ n

n = −λ ⋅ Δ t

DECADIMENTO RADIOATTIVO

• attività, Att: indica la velocità di decadimento di un materiale radioattivo, cioè il numero di atomi che decadono al secondo

• bequerel, Bq: unità di misura della attività, corrisponde ad una trasformazione nucleare al secondo –3,7·10¹⁰bequerel (Bq) = 1 curie (Ci)

• tempo dimezzamento, T_1/2 (s): tempo necessario affinché l’attività si dimezzi

• vita media, τ (s): tempo medio di sopravvivenza del nuclide

decadimento radioattivo e attività Att(t)=

λ

λ

n(t)=A(t) λ ⁼

A(t)⋅ T_{1/ 2} ln(2)

RADIOATTIVITÀ NEL CORPO UMANO

Radionuclidi naturali Attività [Bq]

K-40 (T½ =1,27E9 a) 4.500 C-14 (T½ =5400 a) 3.800 Rb-87 (T½ =48,8E9 a) 650 Pb-210, Bi-210, Po-210 60

figli del Rn-220 30

H-3 (T½ =13 a) 25 Be-7 (53,2 g) 25

Altri 7

TOTALE ~9.120 Bq

Elettricità Svizzera Italiana A. Romer, marzo 2004

Tubo a raggi X

TRE PARAMETRI

• corrente, mA

• lineare con la dose

• alta tensione, kVp

• energia e “durezza” del fascio

• incrementa anche la dose

• tempo, s

• lineare con la dose

RX presenti solo durante erogazione

effetti biologici delle radiazioni ionizzanti

Microscopia elettronica a trasmissione di autoradiografia di alveolo, con radiazioni alfa di ²⁴¹Am (Sanders et al, 1989)

radiazioni che ionizzano

la materia molecola vitaleDNA

radiazioni non ionizzanti

le radiazioni emesse da:

• risonanza magnetica

• telefoni cellulari

• antenne (radiotelevisive e cellulari)

• linee dell’alta tensione

• ecografi (ultrasuoni)

non hanno energia sufficiente per ionizzare

EFFETTI delle RADIAZIONI IONIZZANTI

i possibili effetti

danni deterministici:frequenza e gravità variano con la dose; è individuabile una soglia (alte dosi);

comprendono: radiodermite, cataratta (!), sterilità, sindrome acuta da raggi, ecc.

danni stocastici:la probabilità e non la gravità di accadimento è proporzionale alla dose; sembra non esistere soglia; distribuiti casualmente; esistono naturalmente tra la popolazione (>20%); appaiono dopo anni; comprendono: leucemie, tumori solidi, malattie ereditarie nella progenie

danni deterministici da radiazioni ionizzanti

Strambi E, Irradiazioni accidentali ed emergenze nucleari ed. SECUP srl, Rep.S.Marino, 1995

Chronic radiodermatitis in 17 year old female patient after x2 radiofrequency ablation procedures

Hyper & hypo pigmentation, with telangiectasia

Atrophic indurated plaque

Example of chronic skin injury due to cumulative skin dose of ~20,000 mGy (20 Gy) from coronary

angiography and x2 angioplasties

21 months after first procedure, base of ulcer exposes spinous process

Fonte: Lo sbiancamento dei negri, di R. Renzetti V. Forbin, La Nature, boll.

Académie des Sciences, Parigi, articolo apertura n. 1814 del 1908

radioprotezione, storia...

si può cambiare colore alla pelle …?

POSSIBLI CURVE RISPOSTA DOSE vs EFFETTI STOCASTICI

Fonte: NRPB, Cerrie Report, 2004

ipotesi LNT

E<100 mSv/anno

radiazioni ionizzanti

• non si vedono

• non si sentono

• non profumano…

⇒

ma… sono tossiche!

ionizzano la materia

Fonte: ICRP 1991, 1990 Recommendations of ICRP

fattori ponderazione, w_T, - ICRP60 e ICRP103

Organo o tessuto Fatt. pond.

wT ICRP60 Fatt. pond.

wT NEW

Gonadi 0,20 0,08

Midollo osseo emopoiet. 0,12 0,12

Colon 0,12 0,12

Polmone, vie toraciche 0,12 0,12

Stomaco 0,12 0,12

Vescica 0,05 0,04

Mammella (uomo/donna) 0,05 0,12

Fegato 0,05 0,04

Esofago 0,05 0,04

Tiroide 0,05 0,04

Pelle 0,01 0,01

Superficie ossea 0,01 0,01

Cervello org.riman. 0,01

Rene org.riman. 0,01

Ghiandole salivari org.riman. 0,01 Organi e tessuti rimanenti 0,05 0,12 TOTALE COMPLESSIVO 1,00 1,00

d.Lgs 187/00, 230/95 e d.Lgs 81/08 (e smi)

la radioprotezione 1. Giustificazione 2. Ottimizzazione

3. Limitazione dosi individuali

• per lavoratori e popolazione

• non per pazienti, volont. ecc.

La protezione dalle radiazioni ionizzanti richiede:

• sorveglianza fisica: esperto qualificato

• sorveglianza medica: med. competente/autorizzato

• protezione dei pazienti: esperto in fisica medica

limiti di dose individuale

Limiti di dose, mSv/anno solare (+) ESPOSTI A (B) (*) NON ESPOSTI

Dose efficace 20 (6) 1

Cristallino 150 (20!!!) (45) 15 (?)

Mani, avambracci 500 (150) 50

Piedi, caviglie 500 (150) 50

Pelle, media 1 cmq 500 (150) 50

Nascituro 1

Sorv. fisica individ. Si dipende Non

richiesta

Visita medica/anno 2 1

Fonte: all. IV d.lgs 230/95; (+) si riferiscono a TUTTE sedi lavorative, ma non comprendono le quelle mediche o per assistere i pazienti; (*) sono classificati in categoria B i lavoratori che non sono suscettibili di superare i valori in parentesi;

Sono complessivi

‰ minori

‰ apprendisti e studenti <18 anni

‰ gestanti (occhio alle indagini mediche)

‰ non attività in zone classificate o, comunque, al feto dose <1mSv

‰ non frequentare zone fino a 7 mesi dopo parto

‰ donne che allattano al seno

‰ evitare contaminazione interna

Tutele

particolari

A

dosimetro anello/bracciale

F

Dosimetro al petto SOTTO CAMICE Pb

Dosimetro al braccio/PETTO;

SOPRA CAMICE Pb

B

USO: obbligatorio

DOVE: lo stabilisce l’esperto qualificato

non protegge, ma misura…

0,4 0,6

2 0,3

1,2 0,0002

0,005 0,002

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Cosmici Radiazione terrestre Radon e toron Ingestione naturali Mediche Energia nucleare Fallout Chernobyl

Dose efficace, mSv/anno

DOSI MEDIE alla

POPOLAZIONE ITALIANA

E ≈4,5 mSv/anno

fonte: APAT, Annuario 2006

Valori sottostimati!!!

radiazioni ionizzanti e sanità

„ Materiali radioattivi:

„ laboratori di radiobiologia

„ laboratori di radioimmunologia

„ reparto di medicina nucleare

„ altri reparti: in pazienti sottoposti a indagini di medicina nucleare

„ radon negli interrati

„ Raggi X e gamma:

„ sale di radiodiagnostica

„ sale di cardio-chirurgia

„ reparti di radioterapia

„ altri reparti: uso occasionale

marcature radioattive imaging molecolare

1) Target ⇒bersaglio ⇒biomarcher (virus, anticorpo, ecc.) 2) Ricerca del legante che si lega al bersaglio

3) Sul legante si posiziona l’agente emissivo: PET, SPECT, RMN

MEDICINA NUCLEARE

si iniettano molecole specifiche, con legato un atomo radioattivo, che si concentrano nelle molecole (negli organi) di interesse da cui

irraggiano

Fonte: cd-rom Regione Piemonte 2000

positron emission tomography, PET

AAVV, Enciclopedia del corpo umano, cd-rom, 1997

positron emission tomography, PET

Parkinson avanzato

Paziente normale

Comunicazione di Röntgen, 28.12.1895

“...se si tiene la mano tra l’apparecchio di scarica e lo schermo si vedono le ossa della mano stessa...”

I raggi X

Fonte: Johns, Cunningham, Phys of Radiolg

immagine radiologica

µ_metallo> µ_osso> µ_musc> µ_aria (a parità di energia)

( )

e x I

I ( ) =

e x I

I =

Radiografia/scopia con mezzo contrasto

il mezzo di contrasto

• non è radioattivo

• il Ba è più opaco del tessuto umano

• anche con sottrazione immagine

Fonte: cd-rom Regione Piemonte 2000

tomografiaTAC assiale computerizzata

AAVV, Enciclopedia del corpo umano, cd-rom, 1997

Figura tratta da Brenner et al., N Engl J Med 2007;357:2277‐84.

TAC tomografia assiale computerizzata

TAC spirale

nuove frontiere:

CT-PET

PET/CT Camera

DIAGNOSTICA PER IMMAGINI

At/cell.

(*) Risoluz. Osservazioni

CT 10⁹ 0,5 mm

ottima per definire le dimensioni

Anatomico Struttura

RMN 3·10⁷ 0,5-1

mm buona per la

morfologia Fisiologico Mecca-nismi

PET 10² 3-5 mm

localizza la malattia o il

tumore Molecolare Bersaglio ECO 10⁹ 2 mm _dimenzioni^definisce Anatomico Struttura (*) numero di atomi/cellula necessari per visualizzare la patologia

Le radiazioni intorno al paziente

fascio primario (80-210 mSv/h a 1 m) radiazione di fuga (<1 mSv/h a 1 m)

radiazione diffusa (0,6-1,8 mSv/h a 50 cm)

interazione delle radiazioni ionizzanti con la materia

piombo mattoni

ferro acqua

assorbimento raggi X di bassa E varia con:

• densità

• numero atomico, ~Z⁴

Protezione da irradiazione ESTERNA

raggi X o gamma

¾ Schermi:usare schermature

appropriateper ridurre esposizione

¾ Distanza: allontanarsi

dalle sorgenti il più possibile

¾ Tempo:ridurre al minimo,

minuziosoprogramma delle procedure

TEMPO

META’ TEMPO = META’ DOSE

dose = dose (^• τ)⋅dτ

t₀ t₀+ t

∫

⁽

⁾

dose = dose (^• τ)⋅dτ

t₀ t₀+ t

∫

⁽

⁾

meglio usare fermo immagine

o modalità pulsata PO Melzo; Sorgente: Mecall, mod: SMAM, SN: 89472, 110 kVp; 1 mA; 2,8 mmAl filtraz; 2,8 mmAl HVL a 81 keV;

Dosimetro TOLF LB1321 dose Hp(10); Fantoccio simulatore: acqua, 9 lt a DFP 70cm; data 19 feb 1999

INTENSITA' DI DOSE IN ARIA INTORNO AL PAZIENTE

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

0 50 100 150 200 250 300

distanza dal paziente [cm]

Intensità di dose in aria [mSv/h]

2 0) ) (

( d

d d D

D ≈ (₂⁰) )

( d

d d D

D ≈

il paziente “diffonde” le radiazioni il paziente “diffonde” le radiazioni

distanza doppia = dose ¼!

Foto dal catalogo di Europrotex)

Fattore protezione a 80 kVp:

• 0,5 mmPb equiv attenua >>20 volte

• 0,25 mm Pb equiv. attenuaz. >>10 volte

DPI schermati…

zone e schermature mobili

MODALITA’ DI ESPOSIZIONE E RADIOATTIVITA’

„ Irradiazione esterna

„ Contaminazione

„ esterna: pelle, ecc.

„ Interna: per

„ ingestione

„ inalazione

„ ferite

„ perfusione cutanea

al termine del lavoro…

controlla la contaminazione superficiale e personale dopo qualunque manipolazione

lava le mani sia pur protette dai guanti

lascia in ordine e decontaminato

rifiuti radioattivi

„ Separati in fuzione di:

„ Radioattivi/non radioattivi

„ Solidi/liquidi

„ Tempo dimezzamento

32P, ³³P, ¹²⁵I, ^99mTc < 75 gg < ³H, ¹⁴C, ³⁵S

„ Etichettati sempre

„ Schermati se necessario

„ Riposti nel deposito frequentemente

„ ... non nel lavandino

riducili al minimo

d.Lgs 230/95 e smi

aree a rischio

„ Zona libera

ed in ordine crescente di rischio:

„ Zona sorvegliata: 2,5-7,5 μSv/h

„ Zona controllata: >7,5 μSv/h

„ Zona INTERDETTA

9Zona Controllata:ambiente di lavoro segnalato e sottoposto ad accesso regolamentato

9Zona Sorvegliata:ambiente di lavoro segnalato che non è Zona Controllata e ad accesso limitato

Esterno alla barriera: zona protetta

barriere e zone a rischio

Barriera protettiva

tavolo paziente

>2-3 m Zona sorvegliata

posizionarsi dietro le barriere o le pareti di protezione

Zona controllata

LA SEGNALETICA

Radiazioni ionizzanti

irradiazione contaminazione

i soggetti

direzione sanitaria

rappresentante dei lavoratori

medico competente

o autorizzato Responsabile

del Serv. di prevenzione e

protezione e Esperto qualificato

altri professionisti

Fabbricanti, progettisti Installatori e manutentori

vigilanza

lavoratore

preposto resp. struttura

...ma anche lo studente

E’ equiparato ai lavoratori

Non può accedere ai laboratori senza autorizzazione del responsabile delle attività

Fa riferimento al responsabile per una corretta prevenzione e protezione E’ informato e formato sui rischi e sulle

procedure di protezione dal responsabile

ed anche lavoratori atipici e assimilati

il DECALOGO della radioprotezione

1. formazione ed informazione

2. sorveglianza fisica e medica (ove richiesto) 3. utilizzare le sorgenti /esporsi sole se serve 4. ridurre il numero esposti (solo gli autorizzati) 5. minimo tempo

6. distanza maggiore possibile 7. schermi fissi e mobili

8. dispositivi individuali di protezione (schermati) 9. corrette procedure di lavoro e delle

apparecchiature

10.controlli constanti delle dosi, sistemi di sicurezza e

procedure: proteggi anche i pazienti DOSI in radiodiagnostica dosi tratte da Padovani et al., pubblicaz. interna ,(2008)

DOSI in medicina, Friuli, 2006

dosi tratte da Padovani et al., pubblicazione interna (2008)

radiazioni e rischio IN MEDICINA

dose eff.,

mSv esempi

0 zero Ultrasuoni, RMN, termografia

I <1 Rx torace, estremità, articolazioni, pelvi, cranio, colonna dorsale

II 1 – 5

Urogramma, mammografia, addome, colonna lombare, TAC cranio, scint. tiroidea/ossea,

renogramma, ventilazione/perfusione III 5 – 10 TAC torace, addome e pelvi, enema del colon,

studi di dinamica cardiaca di med. nucleare IV > 10 altri esami di medicina nucleare, radiologia

interventistica

¾ Pazienti

¾ Lavoratori (visite 626)

¾ Volontari che assistono

¾ Parenti (medicina nucleare)

¾ Volontari (per ricerca)

¾ Procedure medico legali

d.Lgs 187/00 (e smi) Soggetti particolari:

¾ Donne in gravidanza o allattamento

¾ Bambini

PROTEZIONE DEI PAZIENTI

Il TSRM e l’infermiere …

¾ collabora alla stesura del programma di garanzia della qualità

¾ può essere delegato dallo specialista

¾ può effettuare:

¾ alcuni controlli di qualità

¾ Valutazioni di dose, sotto le direttive del fisico

¾ fornisce gli idonei DPI

dispositivi di protezione individuale schermati per pazienti

Foto dal catalogo di Europrotex)

RADIAZIONI e radioprotezione

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