02. Единицы измерения излучения и величин доз

Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии
Радиационная защита
в диагностике
и интервенционной радиологии
Л 2: Единицы измерения радиации
IAEA
International Atomic Energy Agency
Введение
• Предмет: основные дозиметрические
величины
• Несколько единиц измерения и величин,
используются в рентгенодиагностике и
дозиметрии
• Некоторые величины могут быть измерены, а другие только оценены
IAEA
Примечание: радиационные единицы и величины находятся
в процессе согласования в ICRU and IAEA. В будующем
могут быть изменения, которые должны быть включены в
учебный материал.
2: Единицы измерения радиации
2
Темы
• Экспозиционная доза и мощность
•
•
•
•
•
•
экспозиционной дозы
Поглощенная доза и керма
Средняя поглощённая доза в ткани
Эквивалентная доза H
Эффективная доза
Относительные дозиметрические величины
(поверхностная и глубинная дозы,
коэффициент обратного рассеяния…..)
Специальные дозиметрические величины
(маммография , КТ…)
IAEA
2: Единицы измерения радиации
3
Обзор/ цель
• Ознакомиться с дозиметрическими
единицами измерения и величинами,
чтобы выполнять соответствующие
расчёты
IAEA
2: Единицы измерения радиации
4
Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии
Часть 2: Единицы измерения
радиации
Тема 1: Экспозиционная доза и мощность
дозы
IAEA
International Atomic Energy Agency
Экспозиционная доза: X
• Экспозиционная доза ионизирующего
электромагнитного излучения – это
дозиметрическая величина, определяемая на основе ионизации воздуха,
вызываемой излучением.
• Эта величина определяется только для
электромагнитного излучения, взаимодействующего с воздухом.
IAEA
2: Единицы измерения радиации
6
Экспозиционная доза : X
• Перед облучением пациентов (прямой
пучок) или персонала (рассеянное
излучение), рентгеновские лучи
взаимодействуют с воздухом
• “Экспозиционная доза” является
индикатором возможности излучения
произвести определённый эффект в
воздухе
• Эффект для ткани в основном
пропорционален эффекту в воздухе
IAEA
2: Единицы измерения радиации
7
Экспозиционная доза : X
• Экспозиционная доза равна абсолютной
величине суммарного заряда ионов
одного знака, образованных в воздухе
под действием излучения, после того как
все освобождённые фотонами электроны
в единице массы воздуха полностью
остановлены. X = dQ/dm
IAEA
2: Единицы измерения радиации
8
Экспозиционная доза: X
• Единица СИ экспозиционной дозы – это
Кулон на килограмм [Кл/кг]
• Прежняя специальная единица экспозиционной дозы называется Рентген [Р]
• 1 Р = 2,58 x 10-4 Кл/кг
• 1 Кл/кг = 3876 Р
IAEA
2: Единицы измерения радиации
9
Мощность экспозиционной дозы : X/t
• Мощность экспозиционной дозы
(мощность дозы ) – это эксп. доза в
единицу времени.
• Единица SI мощности эксп. дозы - это
[Кл/кг] в сек (или в старых ед.) [Р/с].
• В радиационной защите мощность
• дозы часто указывается
“в час” (т.е. Р/час).
IAEA
2: Единицы измерения радиации
10
Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии
Часть 2: Единицы измерения
радиации
Тема 2: Поглощённая доза и КЕРМА
IAEA
International Atomic Energy Agency
Величины при дозиметрии пациентов
IAEA
2: Единицы измерения радиации
12
Поглощённая доза, D
• Поглощённая доза D – это энергия,
поглощённая единицей массы. Эта
величина определяется для любого
ионизирующего излучения (не только для
электромагнитного, как в случае с экспозиционной дозой) и для любого материала
• D = dE/dm. Единица SI для D – это Грей
[Гр]. 1 Гр = Дж/кг.
• Прежняя единица – это “рад”. 1 Гр = 100
rad.
IAEA
2: Единицы измерения радиации
13
Поглощённая доза, D и КЕРМА
• KERMA (kinetic energy released in a material)
K = dEtrans/dm
• где dEtrans – это сумма кинетических энергий всех
заряжённых частиц, освобождённых незаряжёнными
частицами в материале массой dm
• Единица SI для КЕРМА - это Джоуль на
килограмм (Дж/кг) называемая Грей (Гр)
• В рентгенодиагностике КЕРМА и D равны
IAEA
2: Единицы измерения радиации
14
Соотношение между поглощённой и
экпозиционной дозой
• При известной экспозиционной дозе
можно рассчитать поглощенную дозу в
материале
• D [Гр] = f . X [Кл/кг]
• f = коэф. преобраз. зависящий от материала
• Поглощённая энергия в воздухе при эксп.
дозе 1 [Кл/кг] ренгеновского излучения
равна 0,869 [Гр]
• f(воздуха) = 0,869
IAEA
2: Единицы измерения радиации
15
Пример коэффициента преобразования: f
f значения ([Гр / Кл кг-1])
Энергия
фотонов
Вода
Кость
Мышцы
10 keV
0,91
3,5
0,93
100 keV
0,95
1,5
0,95
IAEA
2: Единицы измерения радиации
16
Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии
Часть 2: Единицы измерения
радиации
Тема 3: Средняя поглощённая доза в ткани
IAEA
International Atomic Energy Agency
Средняя поглощённая доза в ткани
или органе
• Средняя поглощённая доза в ткани или
органе DT – это энергия, переданная
органу, и делённая на массу этого органа
IAEA
2: Единицы измерения радиации
18
Экспозиционная и поглощённая
доза или КЕРМА
• Эксп. доза может быть связана с погл.
дозой в воздухе или кермой с помощью
соответствующего коэф. преобразования.
• Например, для 100 кВ рентгеновского
излучения с эксп. дозой в точке 1 Р керма
в воздухе составляет около 8,7 мГр (0,87
рад), а в ткани около 9,5 мГр (0,95 рад) в
этой же точке.
IAEA
2: Единицы измерения радиации
19
Соотношение поглощённых доз в
мягкой ткани и воздухе
• Значения поглощённой дозы в ткани
варьируют в пределах нескольких
процентов в зависимости от состава
материала, который представляет собой
мягкую ткань
• Значение, которое обычно используется
для 80 кВ и 2,5 мм Al:
Доза в мягкой ткани = 1,06 дозы в воздухе
IAEA
2: Единицы измерения радиации
20
Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии
Часть 2: Единицы измерения
радиации
Тема 4: Эквивалентная доза H
IAEA
International Atomic Energy Agency
Эквивалентная доза : H
• Эквивалентная доза H – это поглощённая
доза, умноженная на безразмерный
весовой коэффициент wR, который
отражает биологическую эффективность
излучения данного типа
• Чтобы избежать путаницы с поглощённой
дозой, единица SI эквивалентной дозы
называется Зиверт (Зв). Старая единица
называется “бэр”
• 1 Зв = 100 бэр
IAEA
2: Единицы измерения радиации
22
Весовой коэффициент излучения, wR
• Для большинства излучений, используемых
в медицине (рентгеновское, , e-) wR = 1,
так что поглощённая и эквивалентная дозы
численно равны
• Исключения:
• альфа частицы (wR = 20)
• нейтроны (wR = 5 - 20).
IAEA
2: Единицы измерения радиации
23
Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии
Часть 2: Единицы измерения
радиации
Тема 5: Эффективная доза
IAEA
International Atomic Energy Agency
Ущерб
• Вероятность и степень вреда от облучения разных органов и тканей тела не
одинакова
• Сочетание вероятности и степени вреда
называется ущербом
IAEA
2: Единицы измерения радиации
25
Взвешивающий коэффициент для
ткани
• С целью определения суммарного ущерба от стохастического эффекта при эквивалентных дозах для всех органов и
тканей тела, эквивалентная доза облучения каждого органа и ткани умножается
на взвешивающий коэффициент wT и
суммируется для всего тела, чтобы
получить эффективную дозу E
IAEA
2: Единицы измерения радиации
26
Взвешивающий коэффициент для
ткани, wT
Орган/Ткань
WT
Орган/Ткань
WT
Костный мозг
0,12
Лёгкие
0,12
Мочевой
пузырь
0,05
Пищевод
0,05
Поверхность
кости
0,01
Кожа
0,01
Грудь
0,05
Желудок
0,12
Толстая кишка
0,12
Щитовидная
железа
0,05
Гонады
0,20
Остальное
0,05
Печень
IAEA
0,05
2: Единицы измерения радиации
27
Эффективная доза, E
• E = T wT.HT
• E: эффективная доза
• wT: взвешивающий коэф. для органа или
ткани T
• HT: эквивалентная доза для органа или
ткани T
IAEA
2: Единицы измерения радиации
28
Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии
Часть 2: Единицы измерения
радиации
Тема 6: Относительные дозиметрические
величины (поверхностная и глубинная дозы,
фактор отражённого рассеяния…..)
IAEA
International Atomic Energy Agency
Входная поверхностная доза (ВПД)
• Поглощённая доза зависит от материала и
облучаемого поля, поэтому должен быть
указан точный состав материала
• Обычно ВПД относится к мягкой ткани
(мышцам) или воде
• Соотношение поглощённой дозы в мышцах и
воздухе определяется отношением массовых
коэффициентов поглощения энергии
IAEA
2: Единицы измерения радиации
30
Входная поверхностная доза (ВПД)
• Полученная величина отношения для типичного
диапазона энегий, применяемых в
рентгенодиагностике, может быть принята
равной 1,06 (± 1%)
(
• где (µ /) массовые коэффициенты поглощения
en
энергии для воды и воздуха соответственно
IAEA
2: Единицы измерения радиации
31
Входная поверхностная доза (ВПД)
• ВПД , измеренная на поверхности пациента или
фантома, включает в себя вклад рассеянного излучения,
отражённого от более глубоких слоёв ткани, которое не
присутствует при измерениях в воздухе
• По этой причине должен быть введён коррек-тирующий
коэффициент (фактор отражённого рассеяния)
• Если измерения проводятся на расстоянии отличном от
истинного кожно-фокусного расстояния, то дозы должны
быть скорректированны по закону обратных квадратов
IAEA
2: Единицы измерения радиации
32
Фактор отражённого рассеяния (вода)
Слой половинного
ослабления
(СПО)
Размер поля (cм x cм)
мм Al
10 x 10
15 x 15
20 x 20
25 x 25
30 x 30
2,0
1,26
1,28
1,29
1,30
1,30
2,5
1,28
1,31
1,32
1,33
1,34
3,0
1,30
1,33
1,35
1,36
1,37
4,0
1,32
1,37
1,39
1,40
1,41
IAEA
2: Единицы измерения радиации
33
Произведение дозы на площадь (I)
• Произведение дозы на площадь (ПДП) определяется как доза в воздухе, интегрированная
по заданной площади
• ПДП (сГр·см 2) не изменяется с расстоянием,
так как увеличение размеров сечения и
уменьшение дозы с расстоянием взаимно
компенсируются
• Это утверждение верно, если не принимать во
внимание поглощение и рассеивание
излучения в воздухе
IAEA
2: Единицы измерения радиации
34
Закон обратных квадратов
IAEA
2: Единицы измерения радиации
35
ПДП-измеритель (Diamentor ®)
IAEA
2: Единицы измерения радиации
36
Измеритель произведения дозы на
площадь
IAEA
2: Единицы измерения радиации
37
Произведение дозы на площадь (II)
• При установке рентгеновского оборудования
всегда необходимо калибровать и проверять
прозрачную ионизационную камеру
• В некоторых европейских странах является
обязательным снабжать новое оборудование
суммирующими прозрачными ионизационными
камерами или использовать автоматические
методы расчёта
• В этом случае также стоит проверять показания
приборов, так как некоторые системы переоценивают величину ПДП
IAEA
2: Единицы измерения радиации
38
Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии
Часть 2: Единицы измерения
радиации
Тема 7: Специфические дозиметрические
величины (Маммография, КТ,…)
IAEA
International Atomic Energy Agency
Средняя доза облучения железы
(СДОЖ)
• Средняя доза облучения железы (СДОЖ)
– это дозиметрическая величина, рекомендуемая для оценки риска
• Использование СДОЖ рекомендовано
ICRP, Британским институтом физических
наук в медицине, NCRP, BSS и Нидерландской комиссией по лучевой дозиметрии (NCS)
IAEA
2: Единицы измерения радиации
40
Средняя доза облучения железы
СДОЖ (маммография)
• СДОЖ не может быть измерена непосредст-
венно. Она определяется из измерений со
стандартными фантомами при обычных
уставках оборудования для маммографии
• Входная поверхностная КЕРМА в воздухе
(ВПКВ) (без отражённого рассеяния) стала в
основном использоваться для дозиметрии
пациентов в маммографии
• Для других целей (соответствие с эталонным
уровнем дозы) можно использовать входную
поверхностную дозу, содержащую отражённое
рассеяние
IAEA
2: Единицы измерения радиации
41
ВПКВ (маммография)
• ВПКВ может быть измерена с помощью:
• TLD дозиметра, откалиброванного в единицах кермы в
воздухе при слое половинного ослабления (СПО)
ближайшем к 0,4 мм Al со стандартным фантомом
• TLD дозиметра, откалиброванного в единицах кермы в
воздухе при СПО ближайшем к 0,4 мм Al, и прикреплённым к коже пациента (соответствующий коэф.
отражённого рассеяния должен применяться к входной
поверхностной дозе изменной с помощью TLD)
• Примечание: при низких кВ TLD виден на изображении
• Радиационный дозиметр с динамическим диапазоном
от 0,5 to 100 мГр (с точностью выше, чем  10%)
IAEA
2: Единицы измерения радиации
42
Дозиметрические величины для КТ
• CTDI (индекс дозы компьютерной
томографии)
• DLP (произведение доза-длина)
• MSAD (Средняя доза для нескольких
слоёв)
IAEA
2: Единицы измерения радиации
43
Индекс дозы компьютерной томографии (CTDI)
• CTDI это интеграл профиля дозы (D(z)) для одного слоя
вдоль линии, параллельной оси вращения (z), делённый на
номинальную толщину слоя T
1
CTDI = T

+
D(z)dz
-
• На практике CTDI удобно оценивать с помощью
ионизационной камеры, имеющей форму карандаша с
активной длиной 100 мм, так чтобы измерения CTDI 100,
были выражены в значениях поглощенной дозы в воздухе
(мГр).
IAEA
2: Единицы измерения радиации
44
Индекс дозы компьютерной томографии (CTDI)
• Измерения CTDI могут выполняться
CTDI  1s  D( x)dx
IAEA
в свободном воздухе параллельно
оси вращения томографа
(CTDI100, в )
• или в центре (CTDI100, ц)
• и на 10 mm ниже поверхности
(CTDI100, ф) стандартного дозиметричекого фантома для КТ
• буква ‘n’ (n CTDI) означает, что
измерения нормализованы к
единице мАс.
2: Единицы измерения радиации
45
Индекс дозы компьютерной томографии (CTDI)
• Если предположить, что доза в данном фантоме
уменьшается линейно поверхности к центру, тогда
средняя нормализованная доза, полученная срезом,
примерно равна взвешенному (нормализованному)
CTDI :
[ мГр(мАс)-1]
• где:
1
n CTDI w =
C
(
1
2
CTDI100,c + CTDI100,p
3
3
)
• C – произведение тока трубки на время экспозиции
• CTDI100,p – среднее арифметическое результатов
измерений в 4-ех различных точках по периферии
фантома
IAEA
2: Единицы измерения радиации
46
Эталонные величины доз
• Две эталонные величины доз предложены для КТ, чтобы
способствовать использованию надежных методов
измерения:
• CTDIw в стандартном дозиметрическом КТ фантоме для
головы или тела при одном срезе в серийном сканировании или обороте при спиральном сканировании : [мГр]
•
CTDI w =
n
CTDI w  C
где:
• nCTDIw нормализованный взвешанный CTDI в фантоме
головы или тела для номинальной толщины среза и
напряжения, использованного при процедуре
• C произведение тока трубки на время экспозиции (мАс)
для одного среза при серийном сканировании или одного
оборота при спиральном сканировании.
IAEA
2: Единицы измерения радиации
47
Эталонные величины доз
• DLP произведение дозы на длину для полного исследования: [мГр • cм]
DLP =  n CTDI w T  N  C
i
где:
• i представляет собой каждую серию срезов, являющуюся
частью исследования
• N число срезов толщиной T (cм) с экспозицией C (мАс), в
каждой из последовательностей.
Любые изменения в напряжении на трубке во время
исследования требуют соответствующих изменений в
используемом значении nCTDIw.
IAEA
2: Единицы измерения радиации
48
Эталонные величины доз
•
•
В случае спирального сканирования [мГр • cм]:
DLP =  n CTDI w  T  A  t
i
где для каждой из i спиральных серий, входящих в
исследование:
• T – номинальная толщина облучаемого среза (cм)
• A – ток трубки (мA)
• T – общее время сканирования (с) серии.
• nCTDIw определён для одного среза как при серийном
сканировании.
IAEA
2: Единицы измерения радиации
49
Эталонные величины доз
• Средняя доза для нескольких срезов (MSAD):
Средняя доза по центральному срезу серии из N
срезов (каждый из которых имеет толщину T) при
постоянном приращении между
последовательными срезами:
I
• где:
1 +2
MSAD =
I

I
2
D N, I (z)dz
•
• DN,I(z) – это профиль дозы для нескольких срезов вдоль линии, параллельной оси вращения
(z).
IAEA
2: Единицы измерения радиации
50
Резюме
• Дозиметрические величины используются
для определения потенциальной
опасности облучения и мер для
радиационной защиты, которые должны
быть приняты.
• Старые, не применяемые в СИ величины
и единицы упомянуты, так как они всё
ещё используются в некоторых странах,
особенно в Соединенных Штатах
Америки
IAEA
2: Единицы измерения радиации
51
Где можно получить информацию
• Gregg EC. Effects of ionizing radiation on humans.
In Waggener RG and Kereikas JG., editors.
Handbook of medical physics, Volume II. Boca
Raton, CRC Press Inc., 1984.
• Radiation Dosimetry. Volume 1. Ed: Attix F.H. and
Roesch W.C. New York, Academic Press, 1968.
• Radiation exposure in Computed Tomography; 4th
revised Edition, December 2002, H.D.Nagel, CTB
Publications, D-21073 Hamburg
IAEA
2: Единицы измерения радиации
52
Ссылки
• Protection against ionizing radiation from external
sources used in medicine. ICRP Publication 33.
Pergamon Press 1982.
• Radiological protection and safety in medicine.
ICRP Publication 73. Pergamon 1996.
• Quality Criteria for Computed Tomography. EUR
16262. Office for Official Publications of the
European Communities. Luxembourg 1999
IAEA
2: Единицы измерения радиации
53
Ссылки
• Radiological protection of the worker in
medicine and dentistry. ICRP Publication 57.
Pergamon Press 1989.
• Avoidance of radiation injuries from medical
interventional procedures. ICRP Publication
85. Ann ICRP 2000;30 (2). Pergamon.
• Quantities and Units in Radiation Protection
Dosimetry. ICRU report 51. Bethesda, USA,
1993.
IAEA
2: Единицы измерения радиации
54