Säteilyn suureet ja yksiköt. Jussi Aarnio sairaalafyysikko Lääketieteellisen fysiikan tulosyksikkö Etelä-Savon sairaanhoitopiirin ky

Transkriptio

1 Säteilyn suureet ja yksiköt Jussi Aarnio sairaalafyysikko Lääketieteellisen fysiikan tulosyksikkö Etelä-Savon sairaanhoitopiirin ky

2

3 n ESD Y CTDI CTDI FDA nctdi100, x FDD FSD 1 S 7S 7S D 2 Q BSF Sd 1 M S N E 50mm i i D i 50mm d MGD K g cs 1 air 2 100,w 3 n CTDI100,c 3 n CTDI100, p E w H T T T CTDI vol H T wrdt, R T n R DLP CTDI w T R CTDI w Pitch R 100, w D vol T, R d

4

5 Kerma, K [J/kg, Gy] Kinetic Energy Released per unit MAss Kermalla mitataan varauksettomien hiukkasten tuottamien sekundaarihiukkasten saamaa liike-energiaa niiden syntyhetkellä Varauksettomilla hiukkasilla tarkoitetaan fotoneita ja neutroneita, sekundaarihiukkasilla lähinnä elektroneita Kerma mittaa tapahtumapaikalta poistuville sekundaarihiukkasille luovutettua energiaa Säteilyenergian muuntumista kuvaava suure Säteilyannosmittauksissa mitattava suure radiologiassa käytetyllä energia-alueella (yleensä ilmakerma tai K ilma ) Vastaavasti on määritelty kermanopeus [Gy/s, jne.] Ikäheimonen T.K. [toim.], Säteily ja sen havaitseminen, Hämeenlinna, 2002.

6 Absorboitunut annos, D [J/kg, Gy] Säteilyn absorbtiolla tarkoitetaan säteilyenergian luovuttamista väliaineen atomeille ja molekyyleille Tarkastellaan pientä tilavuusalkiota, johon tulevan ja josta poistuvan energian erotuksena saadaan tilavuuteen absorboitunut annos Poistuvaa energiaa ovat tilavuusalkiosta ulosvuotavat sekundaarielektronit Tulevaa energiaa ovat sekundaarielektronit, jotka ovat muodostuneet alkion ulkopuolella tapahtuneesta ionisaatiosta ja sironneet tarkastelualkioon Käytännön säteilysuojelutyössä absorboituneen annoksen mittaaminen on lähes mahdotonta. Röntgendiagnostiikassa käytetyllä energia-alueella ( kev) ilmakermaa (K ilma ) ja absorboitunutta annosta ilmassa (D ilma ) voidaan pitää yhtä suurina Vastaavasti on määritelty annosnopeus [Gy/s, jne.]

7 Absorboitunut annos Säteilyn vaikutukset kudokseen riippuvat absorboituvan energian määrästä Huomattava, että säteilyn haittavaikutus ei perustu lämpövaikutukseen. Esimerkiksi 4 Gy kokovartaloannos 70 kg standardihenkilölle on kuolettava 50 %:lle altistetuista yksilöistä, mutta se Aiheutuu vain noin 280 J = 67 cal energian absorboitumisesta. Lämmöksi muutettuna se vastaa noin 0,002 C lämpötilannousua. Toisaalta kudoksessa säteilyn vaikutusten mekanismi on monimutkainen, solukuolemaan johtava ketju voi käynnistyä solulla, joka ei altistu säteilylle lainkaan, ns. bystander effect

8 Röntgenlaitteiden annosnäytöt ja -suureet STUK antanut ohjeen pykälän soveltamisesta ST-ohjeessa 3.3 ( ) Uusissa tavanomaisissa röntgenkuvauslaitteissa DAP-mittari tai muu soveltuva näyttö (esim. pinta-annoksen näyttö) Läpivalaisulaitteissa DAP-näyttö TT-laitteissa DLPw- tai MSADw-näyttö Mammolaitteet Sähkömäärän tai ESD:n näyttö täyttää ST 3.3:n vaatimuksen MGD-näyttö, tuleeko uuteen ST 3.3:een?

9 ESD [Gy] Entrance Surface Dose (ESD), pinta-annos laajasti käytetty annossuure potilasannosseurannassa käytettäessä tavanomaisia röntgenkuvauslaitteita Vertailutasosuure Määritetään laskennallisesti röntgenputken säteilytuoton perusteella tai mitataan potilaan iholta, esimerkiksi termoloistedosimetreilla ESD lasketaan kaavasta: ESD Y Y on röntgenputken säteilytuotto FDD säteilymittarin etäisyys fokuksesta säteilytuottomittauksessa FSD etäisyys fokuksesta potilaan iholle säteilykeilan keskellä Q on potilastutkimuksessa käytetty sähkömäärä BSF on kuvauskohteesta riippuva takaisinsirontakerroin FDD FSD 2 Q BSF

10 Takaisinsirontakertoimet, BSF Tutkimus Projektio BSF Vatsa AP 1,40 Lanneranka AP 1,35 Lanneranka LAT 1,34 Lanneranka, L5-S1 LAT 1,28 Keuhkot LAT 1,40 Keuhkot PA 1,41 Lantio AP 1,40 Virtsatiet AP 1,35 Mammografia 1,10 STUK Tiedottaa 1/2004: Röntgentutkimuksesta potilaalle aiheutuvan säteilyaltistuksen määrittäminen

11 DAP [Gy cm 2 ] Dose Area Product (DAP), annoksen ja pinta-alan tulo erittäin laajasti käytetty annossuure potilasannosseurannassa tavanomaisilla röntgenkuvauslaitteilla, optg-laitteilla ja läpivalaisulaitteilla Vertailutasosuure Tutkimuksen kokonaisannos Määritetään mittaamalla laitteen kaihdinkoppaan kiinnitetyllä DAP-mittarilla tai laskennallisesti projektiokohtaisen ESD:n ja säteilykentän pinta-alan perusteella DAP-mittari on kalibroitu yhdellä kuvausjännitteellä ja suodatuksella, muilla mittarin lukema voi yli- tai aliarvioida annosta Erittäin käyttökelpoinen nopeutensa ansiosta

12

13

14

15 MGD [Gy] Mean Glandular Dose (MGD), rauhaskudosannos Rintarauhasen saamaa säteilyaltistusta kuvaava annossuure mammografiassa Vertailutasosuure alkaen MGD:tä ei voi suoraan mitata, se määritetään ilmakerman, laite- ja säteilylaatu- sekä potilaskohtaisten kertoimien avulla MGD lasketaan kaavasta: MGD K air g cs, K air on ilmakerma rinnan yläpinnan iholla ilman takaisinsirontaa g on konversiokerroin ilmakermasta MGD:hen c korjauskerroin rauhaskudoksen määrästä johtuen * s korjauskerroin säteilylaadusta (spektristä) johtuen * * Korjaa muutokset vuonna 1990 julkaistuun alkuperäiseen Dancen taulukointiin

16

17 CTDI [Gy] CT Dose Index (CTDI) Tutkimuksen TT-annoksen tilavuuskeskiarvo Vertailutasosuure CTDI mitataan 10 cm pitkällä ionisaatiokammiolla 16 cm tai 32 cm sylinterisymmetrisessä fantomissa Suure määriteltiin alkuperäisesti aksiaalikuvauksessa, ja sille on FDA:lla ja IEC:llä hieman erilaiset määritelmät edelleen CTDI:n käyttö helikaali-/spiraalikuvauksessa aiheuttaa joitakin hankaluuksia Epätasainen annos eri perifeerisissä mittapisteissä (valjaiden käyttö pitäisi poistaa tämän ongelman) Sironnut säteily voi ohittaa mittakammion -suunnan kollimoinnin kasvaessa koko säteilykeila tai sironnut säteily ei välttämättä mahdu kammioon

18 100,p n ,c n ,w n CTDI CTDI CTDI 50mm 50mm 100, 1 d D S M nctdi x Pitch CTDI CTDI w 100, n vol S S d D S CTDI 7 7 FDA 1

19 DLP [Gy cm] Dose Length Product (DLP), annoksen ja pituuden tulo Eräänlainen TT-tutkimuksen kokonaisannos Vertailutasosuure Määritellään CTDI:n avulla DLP CTDI vol d d on säteilytetyn alueen pituus Jos samaa aluetta kuvataan useaan kertaan, esim. natiivi- ja varjoainesarjat, pitäisi DLP-lukemat laskea yhteen (vrt. DAP)

20 Säteilysuojelusuureet Säteilysuojelussa tarvitaan selkeitä annosrajoja Toisaalta absoluuttinen annos ei ole riittävä kuvaamaan havaittua biologista vaikutusta Eri säteilylajeilla on erilainen biologinen vaikutus samallakin abs.annoksella Esim. röntgen- ja neutronisäteily, a-aktiivisen nuklidin aiheuttama a-säteily jne. Huomioitavia seikkoja Säteilylaji Energiajakauma Annoksen jakauma, myös onko ulkoinen vai sisäinen altistus Annosnopeus Kohteena olevan kudoksen vaurioitumisalttius ja merkitys terveydelle, jne. (Sukupuoli ja ikä)

21 Säteilysuojelusuureet Säteilyn terveysvaaroja arvioitaessa kysytään todennäköisyyttä sille, että tietyn annoksen saanut henkilö joutuu kärsimään säteilyaltistuksen vahingollisista vaikutuksista Diagnostiikassa kyse on (aina) epätasaisesti jakautuneesta säteilytyksestä, jolloin tarvitaan erityinen suure kuvaamaan kokonaisriskiä Käytännön säteilysuojelutyössä käytetään keskimääräisiä suureita, kuten ekvivalenttiannos H T ja efektiivinen annos E Perustuu ICRP:n vuonna 1990 antamaan suositukseen, jossa ekvivalenttiannos ja efektiivinen annos otettiin ensimmäisen kerran käyttöön. Ennen tätä, säteilysuojelun annosrajoitukset annettiin annosekvivalentin avulla H ja E eivät ole suoraan mitattavissa, vaan ne joudutaan arvioimaan mitattavien käyttösuureiden avulla

22 Ekvivalenttiannos [Sv] Entä jos altistus aiheutuu useasta eri säteilylaadusta? Ekvivalenttiannosta käytetään eri säteilylajeista saadun absorboituneen annoksen vertailun mahdollistamiseksi Lasketaan keskimääräisen absorboituneen annoksen avulla äärellisen kokoisessa elimessä tai kudoksessa Eri suure kuin annosekvivalentti, joka on määritellään pistemäisessä massa-alkiossa ICRP:n julkaisemat painotuskertoimet w R ovat suuripiirteisiä säteilyn laatutekijöitä, joiden avulla absorboitunut annos saadaan muunnettua kudos tai elinkohtaisiksi ekvivalenttiannoksiksi

23 Ekvivalenttiannos [Sv] Ekvivalenttiannoksen laskennassa tarvittava keskimääräinen absorboitunut annos lasketaan tietylle elimelle, kudokselle (esim. lihas) tai kudoksen herkälle osalle (esim. luuston pintakudokset) Keskimääräisen annoksen edustavuus riippuu mm. altistuksen tasaisuudesta, säteilyn läpäisevyydestä jne. Elin tai kudos voi sijaita laajalla alueella (esim. iho, imusolmukkeet tai luuydin) Kehon sisällä olevista radionuklideista aiheutuva annosjakauma voi olla erittäin epätasainen, tällöin voidaan käyttää erityisiä dosimetrisia malleja

24 Ekvivalenttiannos [Sv] H T wrdt, R R w R on säteilylaadun painotuskerroin, ja D T,R on keskimääräinen säteilyaltistus kudokselle T Säteilylaji Fotonit 1 Elektronit 1 Protonit 2 Alfahiukkaset, raskaat ionit Neutronit Säteilyn painotuskerroin, W R 20 n. 2,5-21 (Riippuu neutronin energiasta)

25 Efektiivinen annos [Sv] Efektiivinen annos on ekvivalenttiannosten painotettu summa, joka huomioi eri elinten ja kudosten herkkyyden stokastisille vaikutuksille Painotuskertoimet w T on valittu siten, että ne edustavat yksittäisten elinten ja kudosten osuutta stokastisten vaikutusten aiheuttamassa kokonaishaitassa Efektiivistä annosta ei voi suoraan mitata Efektiivisen annoksen laskenta huomioi todennäköisyyden säteilyperäisen fataalin ja ei-fataalin syövän synnylle huomioi eri tyyppisten syöpien syntymiseen kestävän ajan huomioi todennäköisyyden vakavien perinnöllisten haittojen synnylle perustuu haittavaikutuksiin populaatiossa, jossa on kaikenikäisiä ihmisiä ja molempia sukupuolia

26 Efektiivinen annos [Sv] E w H T T T T w T R w R D T,R w T on elin tai kudoskohtainen painotuskerroin, H T on elimen tai kudoksen ekvivalenttiannos, w R on säteilylaadunpainotuskerroin ja D T,R on elimeen tai kudokseen absorboitunut keskim. annos Kudos W T W T Luuydin, paksusuoli, keuhkot, mahalaukku, rinta, muut kudokset* 0,12 0,72 Sukurauhaset 0,08 0,08 Virtsarakko, ruokatorvi, maksa, kilpirauhanen 0,04 0,16 Luun pinta, aivot, sylkirauhaset, iho 0,01 0,04 *) Muut kudokset: lisämunuaiset, rintakehän ulkopuoliset hengitystiet, sappirakko, sydän, munuaiset, imurauhaset, lihakset, suun limakalvot, haima, eturauhanen, ohutsuoli, perna, kateenkorva, kohtu/kohdunkaula Yhteensä 1,00

27

28 Efektiivinen annos

29 Henkilöannosekvivalentti [Sv] Henkilön annosmonitoroinnissa käytetään henkilöannosekvivalenttia H p (d) Annosekvivalentti kehon pehmytkudoksessa syvyydellä d Säteilysuojelussa Ulkoisesta säteilylähteestä aiheutuneen efektiivisen annoksen arviona käytetään henkilöannosekvivalenttia syvyydellä 10 mm, H p (10) Ihon, käsien ja jalkojen annosten monitoroinnissa käytetään arvoa H p (0,07) Silmän mykiön annoksen monitorointiin on ehdotettu arvoa H p (3)

30 Kollektiivinen (efektiivinen) annos [mansv] Kollektiivinen annos on tietyn väestöryhmän laskennallinen kokonaisannos ryhmän yksilöiden efektiivisten annosten summa yksikkö mansievert (mansv) Silloin kun väestöryhmä on henkilökohtaisessa annostarkkailussa on kollektiivisen annoksen määrittäminen helppoa Jos henkilökohtainen efektiivinen annos ei ole tiedossa, lasketaan kollektiivinen efektiivinen annos jonkin alapopulaation i keskimääräisen efektiivisen annoksen avulla S N i E i i N i alapopulaation jäsenten lukumäärä

31 Kiitos