οσιµετρίαιοντιζουσώνακτινοβολιών: ΒασικάΜεγέθη ηµήτρηςεµφιετζόγλου Εργ. ΙατρικήςΦυσικής Παν/µιοΙωαννίνων
οσιµετρία Ηκατανόησητηςβιολογικήςδράσηςτων ιοντιζουσώνακτινοβολιώνπροϋποθέτει, σανπρώτοβήµα, τηνποσοτικοποίησητων φυσικώνφαινοµένων. Η οσιµετρίαασχολείταιµετηνµέτρηση ήτονυπολογισµό, τηςαπορροφούµενης ενέργειας (καιάλλωνσυναφώνποσοτήτων) σεέναυλικό, ωςαποτέλεσµατης αλληλεπίδρασηςιοντίζουσαςακτινοβολίας µεαυτό.
Τοπιοβασικόδοσιµετρικόµέγεθοςείναιη απορροφούµενηδόση (ήαπλάδόση) που ορίζεται, γιαόλαταείδηιοντιζουσών ακτινοβολιώνκαιγιαόλαταυλικά, ωςτο πηλίκοτηςµέσηςεναποτιθέµενηςενέργειας σεέναυλικόπροςτηµάζατουυλικού: ε m ενέργεια/µάζα (π.χ. Joule/kg) Χαρακτηριστικήµονάδαείναιτο Gy (Gray): 1 Gy1 J/kg Παλαιότερηµονάδαήταντο rad: 1 rad 0.01 Gy
Ηεναποτιθέµενηενέργεια (ε)δίνεταιαπό τηνπαρακάτωσχέση: ε ε in ε out ± Q ε in είναιησυνολικήενέργειατωνιοντιζουσών ακτινοβολιών που εισέρχεται στον όγκο της µάζα m (εξαιρούνται οι µάζες ηρεµίας). ε out είναιαντίστοιχαηενέργειαπουεξέρχεται. Σ Q είναι το άθροισµα των µεταβολών των µαζών ηρεµίαςπουσυµβαίνουν (m Eθετικόπρόσηµο, E mαρνητικόπρόσηµο).
T T 3 E γ T 1 T T / E γ / E 1 E ε, T m ( ) ( / / E + T E + E + T ) εεin εout± Q γ γ 1 +
Ηαπορροφούµενηδόσηεξαρτάταικαιαπό χαρακτηριστικάτουπεδίουακτινοβολίας & απόχαρακτηριστικάτουυλικού. Φωτόνια: µ πεδ Ψ ρ υλ ενεργειακή ροή δέσµης: ενέργεια δέσµης / επιφάνεια Φορτισµένα: S πεδ Φ c ρ υλ σωµατιδιακή ροή δέσµης: # σωµατιδίων δέσµης / επιφάνεια
εξασθένηση vs.απορρόφηση µ ρ µ ρ E absorbed E µ:εκφράζειτηνπιθανότητααλληλεπίδρασης τωνφωτονίωνανάµονάδαπάχουςυλικού. µ :εκφράζειτοποσοστότηςενέργειαςτων φωτονίωνπουαπορροφάταιανάµονάδα πάχουςυλικού.
Compton: E absorbed Τe < E µ ρ<µ ρ Photoelectric: E absorbed ( ) Τe+ B E µ ρµ ρ
οσιµετρία: τοπρόβληµα Ηµέτρησητηςαπορροφούµενηςδόσηςσεένα υλικό (π.χ. ιστός) γίνεταιµέσωκάποιας συσκευής (δοσίµετρο) ηοποία, γενικά, είναι διαφορετικήςατοµικήςσύστασης (και πυκνότητας) απότουλικόπουµαςενδιαφέρει. Θεµελιώδεςπρόβληµαστηδοσιµετρία ιοντιζουσώνακτινοβολιώνείναιηµετατροπή τηςµέτρησηςενόςδοσιµέτρουστηνδόση στουλικόπουµαςενδιαφέρει.
Οιαναλυτικέςσχέσειςµαςεπιτρέπουννα υπολογίζουµετηδόσησεέναυλικό (π.χ. στονιστό) απότηµετρούµενηδόσησεένα άλλουλικό (π.χ. δοσίµετρο)*. Φωτόνια: Ψ πεδ µ ρ υλ 1 ( µ ) ρ ( µ ρ) 1 Φορτισµένα: Φ πεδ S ρ c υλ 1 ( S ) c ρ ( S ρ) 1 c * Θεωρώντας τις ίδιες συνθήκες ακτινοβόλησης.
έκθεση Ηµέτρησητηςαπορροφούµενηςδόσηςγίνεται συνήθως µε συσκευές (δοσίµετρα) που µετράνε το φορτίο που παράγεται στην αέρια µάζα τους από τους ιονισµούς που προκαλούνται από την ιοντίζουσα ακτινοβολία. Τοµέγεθοςέκθεσηορίζεταιωςτοπηλίκοτου φορτίου που παράγεται από φωτόνια σε µια µάζα αέραπροςτηµάζααυτή: X Q m φορτίο/µάζα (π.χ. C/kg) Χαρακτηριστική µονάδα είναι το Rotg (R): 1 R.58 10-4 C/kg.
σχέσηδόσης-έκθεσης H απορροφούµενηδόσησυνδέεταιµετην έκθεσηµέσωτηςσχέσης: air X W e W air :ηµέσηενέργειαπουαπαιτείταιγιατην δηµιουργία ενός ιονισµού στον αέρα (~33 ev). Απότηνµέτρησητηςέκθεσηςµπορούµενα υπολογίσουµε την απορροφούµενη δόση σε ένα υλικό από τη σχέση: material air ( µ ρ) ( µ ρ) material air X W e air air ( µ ρ) ( µ ρ) air material
water air ( µ ) ρ water ( ) water air µ ρ air ±10%
Παράδειγµα Eρώτηση:Πόσηείναιηαπορροφούµενη δόσηπουδέχεταικάποιοςπουβρίσκεται για hrsσεαπόσταση 50 cmαπόπηγή 60 Co (Τ 1/ 5 y)ενεργότητας 100µCi κατάτηνηµ/νίακατασκευήςτης (1990)? πηγή
Βήµα 1ο:Ηενεργότητατηςπηγής σήµεραείναι: Bq Ci A A A e A A T t o t o 5 5 0 / 10.3 1 100 1 1/ µ λ Βήµα ο:οαριθµόςτωνφωτονίωνπου εκπέµπειηπηγήσε hr είναι: νια φωτ σεις διασπ ό ά N t A N 8 5 / 10 16.6 3600 sec sec 10.3
Βήµα 3ο: Oαριθµόςτωνφωτονίωνπου προσπίπτειστοσώµαανάµονάδα επιφάνειας (δηλ. ηροή) είναι: Φ r N 4πr e µ air r N 4πr Φ r 16.6 10 8 4 3.14 50 5.3 10 4 φωτόνια cm H εξασθένηση στον αέρα είναι αµελητέα: e µ airr exp ( 5 1 7.6 10 cm 50cm) 0.9961
Βήµα 4ο: H απορροφούµενηδόσηστην επιφάνειατουσώµατοςθαείναι: Φ E µ ρ 5.3 10 φωτόνια 1.6 10 cm.5 10 4 7 J kg 13 0.5µ Gy * J φωτόνιο 3 10 3 10 kg cm cm 1 3 * Απορροφούµενη δόση στο σώµα από µία ακτινογραφία θώρακα 50 100 µgy
Βήµα 5ο: H απορροφούµενηδόσησε κάποιοβάθος d µέσαστοσώµαθαείναι: depth surface e µ tissue d Σηµείωση: έχειαγνοηθείησυνεισφοράσκεδαζόµενωνφωτονίων. παράδειγµα:σεβάθος d5 cmστοσώµα ηαπορροφούµενηδόσηείναι: depth depth 0. surface 1 1 5/10 d / HVL µ Gy 0.14µ Gy
Απόενεργητικήσκοπιάησυνολικήαπορροφούµενη ενέργεια από ιοντίζουσες ακτινοβολίες είναι ασήµαντη: J J L50 4 Gy 4 70 kg 4.18 67 kg cal 67 cal 70 kg 10 3 kg cal o C 10 3 o cal Κατανάλωση 1 φέταςψωµιού130 kcal 130000 cal Μίαρουφηξιάζεστού (60 o C) καφέ3 ml (60-37) o C 1cal/ml/ o C69 cal Αύξησητηςθερµοκρασίαςκατά: * Ως L 50 ορίζεταιηαπορροφούµενηδόσηγιατηνοποίαέχουµε 50% θνησιµότητα. C
Τιιδιαίτεροέχουνοιιοντίζουσες ακτινοβολίες? Οικαταστροφικέςβιολογικέςεπιπτώσεις τωνιοντιζουσώνακτινοβολιών οφείλονταιστονµοναδικότρόποµετον οποίοναλληλεπιδράνεµετηνύλη, δηλ. τηνπαραγωγήιονισµών (ησυνολική ενέργειαπουαπορροφάταιαπότοσώµα µαςείναιµηδαµινή).