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Azienda Ospedaliera di Perugia Area Comune PET-TC Ciclotrone

TSRM Andrea Mazzasette

Area Comune PET/TC CICLOTRONE

La Radioprotezione in Medicina Nucleare e

Radiofarmacia



Radiazioni Ionizzanti

Le Radiazioni Ionizzanti sono radiazioni elettromagnetiche di

energia sufficiente per poter ionizzare atomi o molecole con i quali

vengono a contatto.

Il fenomeno della ionizzazione consiste nella

separazione di uno o di più elettroni dagli atomi o dalle molecole di cui fanno parte, che restano di conseguenza carichi positivamente. La ionizzazione non comporta

quindi una generazione di carica elettrica netta, ma una messa a disposizione di cariche elettriche per successive

ricombinazioni e reazioni all'interno della materia irraggiata.

Questa è l'origine del danno biologico prodotto dalle Radiazioni Ionizzanti: in conseguenza della ionizzazione prodotta dalla radiazione si generano all'interno

delle cellule nuove molecole o frammenti di molecole molto aggressivi dal punto di vista biochimico, in grado di danneggiare irreparabilmente a livello molecolare le strutture responsabili della funzionalità delle cellule, o dell'integrità del

patrimonio di informazione genetica.



l danno può essere immediato, se la dose di radiazione è tale da inibire direttamente le funzioni della cellula e dell'organo o

degli organi di cui fanno parte, oppure ritardato nel tempo, in caso di danneggiamento del patrimonio genetico della cellula.

La quantità di energia della radiazione necessaria per produrre danni,

anche molto gravi, è, in termini assoluti, molto piccola: del tutto

trascurabile rispetto alle energie in gioco nelle più comuni operazioni della vita quotidiana, quali il riscaldamento di un pentolino d'acqua, o

l'infissione di un chiodo alla parete.

Per esempio l'energia di un fascio di radiazioni ionizzanti in grado di indurre, se assorbita dal corpo intero, la morte della persona irradiata

entro trenta giorni con una probabilità del 50% (un effetto dunque della

massima gravità) produrrebbe, se completamente convertita in energia termica, un innalzamento della temperatura del corpo di un millesimo di

grado centigrado, del tutto trascurabile, neppure misurabile.

Radiazioni Ionizzanti

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La Radioprotezione si occupa di regolare e sorvegliare qualsiasi

attività che implica esposizione alle radiazioni ionizzanti.

Tale attività deve essere giustificata, e i limiti di esposizione devono essere rispettati così come i livelli di esposizione tenuti ai minimi

valori ragionevolmente possibili tenendo in dovuta considerazione

fattori economici e sociali (principio di ottimizzazione).

La radioprotezione include tutte quelle misure volte alla protezione della popolazione e dei lavoratori che svolgono attività

che comportano esposizione alle radiazioni ionizzanti: laboratori, ospedali, industria nucleare, attività aeronautiche, ecc.

Le tecniche di radioprotezione utilizzate sono svariate, in dipendenza dal

grado del potere penetrante della radiazione in oggetto.

Radioprotezione



Foglio di carta

Foglio di alluminio

PbCemento

Il potere penetrante delle radiazioni dipende dalla loro natura e possono

essere classificate come:

α: composta da 4 nucleoni (2 neutroni+ 2

protoni: nuclei di elio). Interagiscono fortemente con la materia e quindi vengono facilmente assorbiti dai materiali.Fortemente

Ionizzanti.

β: costituita da elettroni positivi o negativi.

β+ p → n + e+ β- n → p + e-

Meno ionizzanti delle α.

γ: Radiazione non corpuscolata è meno

ionizzante di α e β ma molto più penetrante.

Direttamente ionizzanti

Indirettamente ionizzanti

Percorso nel

tessuto

Percorso in

aria

Radiazione

1MeV

31.28cm~300mγ

0.43cm2.32mβ

0.006cm0,7cmα



Radiazioni: α,β,γ.

NOTA: I raggi gamma si distinguono dai raggi X per la loro origine: i

gamma sono prodotti da transizioni nucleari o comunque subatomiche, mentre gli X sono prodotti da transizioni energetiche dovute ad elettroni

in rapido movimento. Poiché è possibile per alcune transizioni

elettroniche superare le energie di alcune transizioni nucleari, i raggi Xpiù energetici si sovrappongono con i raggi gamma più deboli.

Tutti i radioisotopi

utilizzati in PET

sono β+

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Radioprotezione

I concetti fondamentali legati alle metodiche di radioprotezionesono fondamentalmente tre:

Tempo: La quantità di radiazione assorbita cresce al crescere del tempo di

esposizione alla sorgente. In generale il tempo di esposizione è il tempo in

cui una persona viene esposta al materiale radioattivo (irradiazione esterna

diretta). Se il materiale radioattivo penetra all’interno del corpo, il tempo di esposizione dipende oltre che dal tempo di dimezzamento fisico anche dal

tempo di decadimento dell’isotopo o dal tempo che impiega l’organismo ad

eliminarlo (tempo di dimezzamento biologico del radionuclide). Le particelle alfa a beta sono quelle maggiormente pericolose per esposizione interna.



Distanza: L’esposizione è tanto minore quanto più lontana è la sorgente

radioattiva dal corpo irraggiato. Ma qual è la distanza limite fra la sorgente radioattiva ed il corpo irraggiato, oltre la quale si parla di alta esposizione?

Tale distanza dipende dall’energia della radiazione e dall’attività della

sorgente. La distanza ha un ruolo fondamentale per quanto riguarda i raggi gamma, perché sono particolarmente penetranti. Al contrario le particelle

alfa e beta non hanno energia sufficiente a percorrere lunghe distanze.

Raddoppiando la distanza, l’esposizione viene ridotta di un fattore quattro

Schermo: Maggiore è la schermatura attorno ad una sorgente radioattiva,

minore è l’esposizione. Uno schermo posto fra il corpo e la sorgente

radiogena costituisce un mezzo in grado di assorbire la radiazione. Ilmateriale schermante è generalmente costituito da metalli ad alto peso

atomico (piombo, tungsteno, etc). Lo spessore necessario alla protezione

dipende dal tipo e dall’energia della radiazione ionizzante.

Radioprotezione



IRRADIAZIONE

• ESTERNA: irradiato da sorgenti di radiazioni situate all’esterno oppure

all’interno di esso (es. in organi cavi come

tubo digerente, app. respiratorio, utero, retto),

ma in questo caso provenienti da sorgenti sigillate (senza dispersione di radioattività)

oppure anche da sorgenti non sigillate ma

senza alcuna possibilità di assorbimento

biometabolico.

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IRRADIAZIONE

• INTERNA: Quando avviene l’assorbimento in circolo di sostanze radioattive per via parenterale, inalatoria, digerente, cutanea o attraverso ferite.

Le sostanze radioattive, una volta assorbite, vengono distribuite agli organi ed ai tessuti seguendo le normali leggi del ricambio fisiologico e andranno ad irradiare gli organi ed i tessuti di deposito in caso di affinità elettive (es. I = tiroide, Stronzio = ossa) o anche l’intero organismo (Trizio, Cesio = distribuzione ubiquitaria)



IRRADIAZIONE

I fattori che condizionano la gravità di una

radiocontaminazione interna:

• Tf: Tempo di dimezzamento fisico

tempo impiegato da una certa quantità di radioisotopo di ridursi

della metà (immodificabile e costante).

• Tb: Tempo di dimezzamento biologico

intervallo di tempo necessario affinché la sostanza assorbita si riduca della metà in virtù dei processi fisiologici e metabolici di

depurazione dell’organismo.

• Tempo effettivo (Teff): Tf x Tb

Tf + Tb



DOSIMETRIA FISICA

Definizioni:

• Dose assorbita (D): quantità di Energia ceduta in una massa unitaria di tessuto ( Gray: Gy).

• Dose equivalente (DH): esprime la capacità della radiazione di generare effetti biologici nei tessuti non solo in rapporto all’energia ceduta ma anche al tipo di radiazione. (Sievert: Sv).

• Dose efficace (DE): esprime la probabilità che un organo o tessuto irradiato possa subire un danno stocastico rispetto al corpo intero. (Sv).

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DOSIMETRIA FISICA

20Particelle alfa,

nuclei pesanti

5Protoni

5-10-20Neutroni

1Fotoni, Elettroni

Fattore di ponderazione

Tipo di radiazione



DOSIMETRIA FISICA

Fattore di ponderazioneTessuto

0,20Gonadi

0,05Organi restanti

0,05Vescica

0,05Tiroide

0,01Superficie ossea

0,12Stomaco

0,12Polmone

0,01Pelle

0,12Midollo rosso

0,05Mammella femminile

0,05Fegato

0,05Esofago

0,12Colon

Organi più

radiosensibili



RADIOBIOLOGIA

• EFFETTI STOCASTICI: di tipo probabilistico (a carico di una o poche cellule) →es. tumori solidi e leucemie.

• EFFETTI NON STOCASTICI o DETERMINISTICI: legati ad una dose soglia (effetto a carico di più cellule) →es. cataratta, ecc…

• EFFETTI SOMATICI:

se interessano il soggetto direttamente esposto.

• EFFETTI GENETICI:

se riguardano le generazioni successive.

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Chi effettua il controllo sulla

radioesposizione?

ESPERTO QUALIFICATO (EQ): viene attribuito il compito della sorveglianza fisica sulle radiazioni. Questo titolo viene attribuito solo a fisici, tecnici, ingegneri, chimici; dopo aver

sostenuto un esame davanti ad una apposita commissione.

EQ I grado: macchine fino a 200kVEQ II grado: sorgenti sigillate e non sigillate fino a 10MeVEQ III grado: sorgenti superiori a 10Mev; Centrali Nucleari



ESPERTO QUALIFICATO

All’Esperto qualificato spetta:• Individuazione sorgenti radiogene e definizione delle operazioni

legate al loro uso

• Stabilisce i mezzi idonei di radioprotezione da adottare

• Stabilisce il tipo di dosimetria fisica: ambientale e personale• Classificazione del lavoratore (A,B)

• Definire parametri costruttivi dei locali (barriere di protezione) e

procedure per evitare rilascio di radiocontaminanti nell’ambiente esterno

• Regolamentare accessi ai luoghi di lavoro e definire le aree di: zona

controllata e zona sorvegliata• Controlli sistematici sui livelli di esposizione ambientale ed

individuale• Opera in stretta collaborazione con il Medico Autorizzato



AREE DI LAVORO

ZONE SORVEGLIATE: quelle aree in cui sussiste per i lavoratori in esse operanti il rischio di superamento di uno

dei limiti di dose fissati per le persone del pubblico, sempre riferiti ad un anno solare:esposizione globale: 1 mSvesposizione parziale: cristallino (15 mSv), per la pelle (50 mSv), per mani e piedi (50 mSv).

ZONE CONTROLLATE: quelle aree in cui sussiste per i lavoratori in esse operanti il rischio di superamento di uno dei seguenti valori, riferiti ad un anno solare:

esposizione globale: 6 mSv

esposizione parziale : cristallino (150 mSv), per la pelle (500 mSv), per mani e piedi (500 mSv).

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SORVEGLIANZA MEDICAAttività di prevenzione medica basata sui principi della

MDL, condotta sul lavoratore esposto al rischio da R.I. per ragioni professionali. E’ affidata al Medico Autorizzato, ed è costituita dall’analisi dei rischi individuali connessi all’attività lavorativa ed al tipo di mansione, e dall’insieme delle visite mediche, degli esami di laboratorio e strumentali, delle consulenze mediche specialistiche, della trasmissione delle informazioni sul rischio e sui risultati delle valutazioni sanitarie, dei provvedimenti e degli interventi medici.

Finalità:

valutazione e conservazione dello stato di salute del lavoratore ed espressione di un giudizio di

compatibilità con il rischio radiologico.



SORVEGLIANZA MEDICA

• VISITE PREVENTIVE:per constatare assenza di controindicazioni

• VISITE PERIODICHE:per controllare stato di salute dei lavoratori

• VISITE STRAORDINARIE:per cambio mansione od aumento dei rischi, inizio maternità, per riconoscimento di eventuale danno da R.I.

• VISITE CONCLUSIVE:per cambio mansione o cessazione della attività



Il ciclotrone: MiniTRACE General Electric

Caratteristiche principali:

• Autoschermatura totale

• Porta di ingresso al locale interbloccata

• Energia di fascio 9,6

MeV

• Corrente di fascio 50 uA (sul target)

ASPETTI RADIOPROTEZIONISTICI:

CICLOTRONE E RADIOFARMACIA

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Dosimetria Ambientale

In tutti i locali dove viene prodotto o

manipolato materiale radioattivo sono presenti rilevatori a parete collegati con un

sistema elettronico che registra i dati 24h/24h. I dati possono essere richiamati su consolle,

registrati e salvati per controlli futuri.

Rilevatori

Geiger Muller

Rilevatore

Neutroni



Dosimetria Ambientale

Rilevatore Geiger Muller a parete

Centralina Raccolta Dati

Rilevatore

Portatile

Rilevatore Neutroni

Colonna

segnalazioneAudio-Visiva



Dosimetria Personale

Rilevatore

Portatile

Estremità e vesti

Badge e anello

dosimetrico

Dosimetro a

lettura immediata

Rilevatore mani&piedi

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L’aspetto radioprotezionistico in una struttura dove viene

realizzato il radiofarmaco deve essere attentamente studiato fin

dalle prime fasi e prevede:

• individuazione del sito di costruzione

• determinazione della disposizione dei

locali

• caratterizzazione di tutte le sorgenti di emissione

• valutazione del rischio del personale

• valutazione del rischio per la

popolazione

• classificazione delle aree e del

personale

• definizione del programma di monitoraggio ambientale / personale

• individuazione delle criticità nella routin e in caso di “incidente”

• progettazione di idoneo sistema di

ventilazione



Valutazioni Dosimetriche alla Popolazione ed al Personale

Particolare importanza riveste lo studio legato alla dosimetria del personale

e della popolazione ed in particolare al monitoraggio della:

• irradiazione esterna

• contaminazione interna

• contaminazione della cute

Valutazione del rischio per i lavoratori e la popolazione nelle condizioni di:

• normale attività

• incidenti minori (limitata a 1-

2 persone)

• Incidenti gravi (incendio, allagamento,sisma ) che

coinvolgono più persone.



Aspetti radioprotezionistici

La pianificazione di un tale sistema di radioprotezione

richiede uno studio preventivo approfondito, non limitato

alle sole competenze della Fisica Sanitaria, ma che rende

necessario un approccio multidisciplinare.

E’ necessaria quindi una stretta collaborazione trà il

costruttore edile, i progettisti degli impianti, e gli

installatori delle case produttrici degli apparecchi di

produzione

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Aspetti radioprotezionisticiDosimetria Personale

Tutti gli operatori sono dotati di:

• Dosimetro personale a termo luminescienza (TL) per la rilevazione della

dose al corpo intero

• Dosimetro personale ad anello (TL), per la rilevazione della dose alle

estremità

Dosimetria ausiliaria

• Rilevatore Geiger Muller portatile

• Dosimetro elettronico portatile personale a lettura immediata



Aspetti radioprotezionistici

Il ciclotrone MiniTrace a differenza del fratello

maggiore PetTrace possiede una autoschermatura

Inibizione al funzionamento con autoschermature aperte

Valori di radioattività vicina alla radioattività di fondo con ciclotrone in

standby

Accesso senza restrizioni al locale in standby

Radioattività minore a 20mSv/hr con bombardamento a 25uA, a 1metro

Accesso vietato al locale in fase di beam-on

Schermatura completa ai neutroni

Locale a pressione atmosferica negativa per evitare eventuali fughe di radioattività nei locali attigui

Sistema di monitoraggio ambientale per radiazioni gamma e per neutroni



Manutenzione del Target

Oltre all’aspetto radioprotezionistico c’è quello legato

alla contaminazione chimica.

Le problematiche maggiori per quello che riguarda la

radioprotezione sono legate alle operazioni di

smontaggio, pulizia, manutenzione target e

rimontaggio.

Per questo motivo vengono utilizzati due target che

vengono utilizzati alternati nel tempo (4-6) mesi.

Questo permette di operare con un livello di

radioattività più basso, ma sempre ad un valore di

attenzione!

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Nel locale ciclotrone è presente un bancone di lavoro

con paratia schermata, che permette di ridurre la

dose al corpo. La dose alle mani è invece funzione

dell’abilità dell’operatore nelle varie fasi di

disassemblaggio e allontanamento dei foil attivi.

La fase di smontaggio e allontanamento dei foil attivi

è la più critica da punto di vista dosimetrico. L’uso

di strumenti idonei, (chiavi con manico di prolunga,

pinze con becchi lunghi) e soprattutto rapidità nelle

operazioni, sono di fondamentale importanza

…. homo avvisato!!




Nel locale ciclotrone sono stati installati contenitori con schermatura in piombo di dimensioni adatte a contenere il target. E presente inoltre un contenitore a schermatura

maggiore per contenere i foils attivati.

5 contenitori in Pbspessore delle pareti 5cm

1 contenitore in Pb

spessore delle pareti 8 cm




Durante le operazioni di manutenzione della camera a vuoto, esiste la possibilità

di contaminazione interna ad opera di polveri sottili che si originano nel normale funzionamento. Alcune polveri contengono isotopi radioattivi a lunga emivita.

Queste operazioni di manutenzione sono svolte indossando tute di protezione chimica, maschera con filtro e carboni

attivi, occhiali di protezione.

Manutenzione Camera a Vuoto

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Docce Decontaminazione

Spogliatotio PersonaleCaldo e Freddo

Area Comune PET/TC CICLOTRONE

Decontaminazione Occhi

Monitor Mani e Piedi



Le celle di sintesi possiedono schermature in piombo dello

spessore di circa 8cm che provvede ad un abbatimentopressoché totale dell’irraggiamento esterno.

Inoltre la cella è dotata di portelli a chiusura ermetica, che unitamente ad un sistema di

ventilazione forzata garantisce una pressione atmosferica interna più bassa rispetto a quella esterna (50-75Pa).

Radioprotezione nelle Celle di Sintesi e

Frazionamento



Le celle di sintesi sono dotate di due monitor per la

rilevazione della radioattività: uno bloccal’apertura del portello nel caso la radioattività superi

un determinato valore soglia, mentre l’altro chiude i condotti di ventilazione, evitando la fuoriuscita di

aria contaminata, al superamento di livelli prefissati.

Radioprotezione nelle Celle di Sintesi e

Frazionamento

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Tutti gli ambienti in cui viene prodotto o manipolato il radiofarmaco sono controllati da un sistema di monitoraggio ambientale che regola pressione atmosferica

e temperatura in modo indipendente.

Il locale ciclotrone ed il locale radiofarmacia sono tenuti ad una pressione atmosferica più bassa rispetto ai locali

adiacenti (30-60Pa).

Nel caso di fuoriuscite accidentali, di materiale radioattivo volatile, questo assicura un passaggio forzato nelle condotte di aspirazione.

Sistema Di Ventilazione

Alcuni centri sono dotati di un sistema di monitoraggio continuo sui

condotti di aspirazione dei locali ciclotrone e radiofarmacia



Nella Routine lavorativa:

• Impiego di indumenti appropriati e protettivi nei casi indicati• Astensione dal fumo e dall’alimentazione durante l’attività di lavoro.

• Lavaggio frequente delle mani.• Controlli sulla validità dei rilevamenti della radioattività ambientale.

• Controlli delle apparecchiature e delle metodiche di lavoro.

Norme Comportamentali

In caso di Incidente “lieve”, se non riguarda l’operatore:

• Informare l’esperto qualificato • Verificare il livello di esposizione della zona interessata• Procedere alla decontaminazione della zona e delle superfici interessate (basse attività)



In caso di Incidente “grave”, se riguarda anche l’operatore:

• Informare l’esperto qualificato e il medico autorizzato• Verificare il livello di esposizione della zona interessata• Se la contaminazione è ambientale: abbandonare il locale e chiudere l’accesso (per almeno 20 periodi di emivita)• Se la contaminazione è individuale, procedere il più rapidamente possibile alle operazioni di decontaminazione• Effettuare misure individuali per la valutazione dell’attività residua• In caso di contaminazione grave il medico autorizzato disporrà le opportune indagini per la valutazione del rischio (esami clinici, strumentali, etc)

Norme Comportamentali

NOTA: In tutti gli ambienti radiologigi, l’Azienda Ospedaliera ha redatto un manuale di comportamento del personale in zona controllata. In Radiofarmacia e Ciclotrone il regolamento delle attività è in fase di compilazione!

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RUOLO DELL’OPERATORE

Attività elevata ( 1-2 Ci al giorno )

Competenza:

• Radioprotezionistica

• Laboratorio

• Conoscenza approfondita

delle apparecchiature




Competenza Radioprotezionistica:

� Utilizzo dispositivi:� radioprotezionistici

� monitoraggio ambientale

� monitoraggio individuale (lettura immediata)

� Limitare il tempo di esposizione

� Ottimizzare le procedure operative

�Contaminazione

� Ambientale

� Individuale




Competenze di laboratorio:

� Pulizia delle apparecchiature sterili

� Preparazione reagenti di sintesi

in cappa a flusso laminare

� Manipolazione in ambiente asettico

� Controllo di qualità sul radiofarmaco

� Frazionamento del radiofarmaco:

� Siringhe

� Flaconi

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Manutenzione delle apparecchiature:

� Periodicità variabile:

� Giornaliera → Semestrale

� Anche in presenza di radioattività (ciclotrone)

� Protocolli di manutenzione

� casa produttrice

� interni (di nostra creazione)

� Monitoraggio parametri di funzionamento

� Prevenzione e predizione guasti

� Manutenzione straordinaria




Protocolli di Produzione (check-list)

in tutti gli ambiti di attività:

� Limitare gli errori procedurali

� Garantire la ripetibilità dei risultati(Indipendentemente dall’operatore)

� Ottimizzare e standardizzare i tempi

� Archiviazione check-list per riscontri futuri



IMPOSSIBILITA’ DI GESTIRE GLI ERRORI

Gli elevati livelli di radioattività presenti all’interno

delle apparecchiature, non permettono di riparare

in real-time inconvenienti alle macchine.

Guasti, errori od omissioni portano inevitabilmente al

blocco delle attività ed all’annullamento o posticipazione

delle sedute PET/TC.

Una manutenzione accurata e una osservanza

scrupolosa dei protocolli operativi sono la garanzia

migliore per un esito positivo.

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Manifestazioni necrotiche al 20° giorno dall’esposizione accidentale ad una sorgente di

cobalto 60 da 3700Ci

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