RADIOBIOLOGIA, RADIOPATOLOGIA E RADIOPROTEZIONE Corsi di Laurea Tecniche di Radiologia Medica, per...
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RADIOBIOLOGIA, RADIOPATOLOGIA E RADIOPROTEZIONE
Corsi di Laurea Tecniche di Radiologia Medica, per Immagini e
Radioterapia - Fisioterapia - Logopedia
AA. 2010-2011
Marco FerdeghiniDipartimento di Patologia & Diagnostica Sezione di RadiologiaS.S.O. Radioterapia MetabolicaUniversità di Verona
Interazioni onde elettromagnetiche (fotoni γ e X)-
materia
Effetto fotoelettrico
Effetto Compton
Produzionedi coppie e+e-
Interazioni particelle β- - materia
Percorsi assai maggiori di quelli delle particelle α
α da 5 MeVin aria in tessuto in
alluminio
3.5 cm 0.021 cm 0.0021 cm
β- da 1 MeVin aria in tessuto in
alluminio
420 cm 0.5 cm0.5 cm 0.15 cm0.15 cm
Interazioni particella β- - materia
Interazioni con i nuclei atomici (Radiazione di frenamento, Bremsstrahlung) Emissione di fotoni di frenamento La decelerazione subita dalle particelle
durante gli urti provoca emissione di radiazione elettromagnetica (raggi X)
Interazioni particella β- - materia
Interazioni particelle α - materia
Decadimento +: emissione dal nucleo di e+ e Energia cinetica suddivisa tra e+ e e+ perde progressivamente propria energia cinetica per ionizzazione ed eccitazione dei tessuti circostantiQuando e+ ha rallentato per perdita di energia cinetica si crea un POSITRONIO, costituito da e+ + e-
POSITRONIO ha T1/2 di 10-10sMassa è trasformata in energia con consevazione del momento = 0 ANNICHILAZIONERisulta in 2 raggi di energia 511 keV ciascuno emessi in direzione opposta ~180°± 0,6°
Radiazione beta+, β+
Radiobiologia
Disciplina multidisciplinare che studia gli effetti delle radiazioni sui sistemi biologici Medicina Fisica Biologia
Applicazioni per la salute dell’uomo e dell’ambiente
Effetti delle radiazioni ionizzanti
Gli effetti delle RI si manifestano solo se si verifica una cessione di energia al mezzo attraversato. In particolare il danno subito dai tessuti biologici è in relazione all'energia assorbita per unità di massa
RI rilasciano energia nell’interazione con la materia
Determinano Serie di eventi
correlati e conseguenti tra loro secondo una precisa scala temporale
Alterazioni cellulari aspecifiche rispetto ad altri agenti fisici e chimici
RI rilasciano energia nell’interazione con la materia
Evento fisico Ionizzazione ed eccitazione di atomi di
molecole biologicamente importanti Alterazioni strutturali di tali molecole che
perdono specifiche caratteristicheEvento chimico-fisicoAzione diretta
Molecole biologicamente importanti alterate
Azione indiretta Molecole biologicamente non importanti possono modificare molecole biologicamente importanti diffondendo nell’ambiente
RI rilasciano energia nell’interazione con la materia
Produzione di radicali liberi Specie instabili Caratterizzati da elettrone disaccoppiato Altamente reattive Di piccole dimensioni ed elevata mobilità Capaci di reagire con molecole
biologicamente importanti alterandone struttura e funzione
Interazione fotoni-materiaEvento fisico
Attivazione delle molecole di H2O
hνH2OH2O°H°+OH°
Ionizzazione delle molecole di H2O
hνH2OH2O- + H2O+
H2O- H+ +OH°
H2O+ H° +OH-
Azione chimica perossidante hνH2O in presenza di O2
HO2° idroperossido
O2°- superossido
Evento chimico-fisico: azione diretta Molecole biologicamente importanti
alterate
Radiazioni Ionizzanti rilasciano energia
nell’interazione con la materiaEvento biochimico Alterazione funzionale di macromolecole DNA RNA
Proteine
Effetto biologico Alterazioni cellulari
Effetto tissutale Danno anatomo-funzionale
Effetto su organismp Danno acuto e tardivo
Effetto sulla popolazione Alterazione del patrimonio genetico ed effetto sulle
generazioni successive
Danni irreversibili (non riparabili) Rottura della catena Rottura del doppio filamento Rottura cromosomica (RI ad alto LET)
Cross-linkingMutazioni puntiformi Alterazioni o sostituzioni di una singola base (RI a
basso LET) Cellule somatiche: alterazioni a livello di
metabolismo cellulare ( p.es. crescita incontrollata tumori radioindotti)
Cellule germinali (effetti nella progenie)
Effetti biologici delle radiazioni
Effetto diretto
sui cromosomi Delezione di un
frammento Inversione con
rotazione a 180° di un frammento
Traslocazione scambio di frammenti tra cromosomi differenti
Effetti biologici delle radiazioni
Effetto diretto sui cromosomi Aberrazione (es. aberrazione anulare) Cromosoma dicentrico
Effetti biologici delle radiazioni
X-ray passes straightthrough cell
No change to cell
X-ray causes achemical reaction incell, but no damage
done or damagerepaired by cell
No change to cell
*
DNA damaged in a“fatal” way”
Cell killed
*
DNA damaged,causing cell to
reproduceuncontrollably
Cancer?
*
Effetti biologici delle RI
Fattori fisici che modificano la risposta alle radiazioni ionizzanti
Qualità delle radiazioni Relazione dose-effetto Intensità di dose Modalità di somministrazione
Sensibilità alle radiazioniLegge di Bergonié & Tribondeau (1906)
Cellule e tessuti diversi hanno livelli di radiosensibilità diversi, maggiore per Cellule con elevata attività proliferativa Minor grado di differenziazione Elevato numero di processi mitotici prima
della completa differenziazione
Scala di radiosensibilità Classi
Apparato emolinfopoietico Gonadi maschili e femminili Epitelio del cristallino Epitelio gastrointestinale Epidermide Altri epiteli Parenchimi Endoteli Connettivo Tessuto osseo Tessuto muscolare Tessuto nervoso
Radiosensibilità
Intrinseca DNA, membrana cellulare, organelli etc
Reale Funzione di condizioni fisiologiche,
patologiche, microambientali al momento dell’esposizione
Attività proliferativa Età Embrione>Feto>Bambino>Adulto
Fase del ciclo cellulare G2/M >G1/G0 – Stardiva > Sprecoce
Trasferimento Lineare di Energia (LET)Efficacia Biologica Relativa (RBE)
Qualità delle radiazioni
LET: linear energy transfer
Rapporto tra energia rilasciata dalla RI nel percorrere una certa distanza e la distanza percorsa nella materiaUnità tradizionali 1 keV/μm = 1.60 x 10-10 J/mUnità SI 1 J/m = 6.25 x 109 keV/μm
è funzione delle caratteristiche fisiche della radiazione, massa e carica
Le radiazioni elettromagnetiche (X e γ) e particelle b sono a basso LET Producono poche e sparse
interazioni con la materia vivente
Fotoni X da 200 keV ~ 1,7 keV/μm
Le radiazioni α e neutroni sono ad alto LET, altamente ionizzanti Hanno una maggiore
probabilità di produrre interazioni mentre attraversano la materia
Protoni da 3 MeV ~ 10 keV/μm
Particelle α da 5.3 MeV ~ 40 keV/μm
LET, Linear Energy Transfer
Tiene conto della distribuzione spaziale dell’energia dissipata dalla particella carica iniziale nel tratto l in collisioni che comportano trasferimenti di energia < di un prefissato Δ (eV), considerati come energia ceduta localmente al mezzo
Dimensione: J x m-1 keV x m-1
LET, Linear Energy Transfer
LET: linear energy transfer
Piu’ alto il LET di una radiazione, maggiore la probabilità di conseguenze biologicheTIPO DI RADIAZIONE LET (keV/m)
60Co 0.3Raggi X 200 keV 2.5Elettroni
1 MeV 0.2100 keV 0.510 keV 21 keV 10
Protoni 10 MeV 4.02 MeV 17.0
Neutroni 2.5 MeV 15-8014.1 MeV 3-30
Particelle a 5meV 90.0Nuclei pesanti 1000.0
LET: linear energy transfer
LET: linear energy transfer
RBE: Efficacia biologica relativa
Rapporto tra due dosi di radiazioni ionizzanti diverse che provocano lo stesso effetto
La radiazione di riferimento è rappresentata da fotoni X da 1000 KV EBR = 1 Fotoni X, Fotoni γ, particelle β-,
elettroni accelerati EBR = 5-20 neutroni, particelle α
RBE(A) Driferimento/DA
Quantifica l’influenza del LET sulla frequenza o gravità degli effetti biologici
Driferimento = dose assorbita della RI di riferimento (radiazione γ del 60Co / fotoni X da 1000 KV) necessaria per produrre un effetto biologico specifico, quantitativamente espresso
DA = dose assorbita della RIA necessaria per produrre la stessa frequenza e gravità dello stesso effetto biologico specifico
Efficacia biologica relativa (RBE)
RBE(A) Driferimento/DA
Quantifica l’influenza del LET sulla frequenza o gravità degli effetti biologici
ESEMPIO Se irradiamo cellule con raggi x da 250
keV, ci vogliono 300 rad per indurre apoptosi
Se le stesse cellule vengono irradiate con nuclei pesanti, bastano 100 rad per ottenerne l’apoptosi
RB nuclei pesanti = 300 rad/ 100 rad = 3
Efficacia biologica relativa (RBE)
LET e RBE sono direttamente correlati Radiazioni a basso LET hanno bassa RBE e
viceversa Raggi X usati in diagnostica hanno RBE 1
Efficacia biologica relativa (RBE)
Interazioni radiazioni-materia
Gli effetti delle RI si manifestano soltanto se si verifica una cessione di energia al mezzo attraversato
In particolare il danno subito dai tessuti biologici è in relazione all'energia assorbita per unità di massa
Unità di misura delle radiazioniEsposizione nell’ariaUnità tradizionali
Roentgen (R) Quantità di raggi x e <3
MeV in grado di produrre nell’aria ioni che trasportano 1 unità elettrostatica di carica elettrica positiva o negativa in 1 cm3 di aria secca a 0° 760 mmHg (= 0,001293 g)
Misura della quantità di ionizzazione nell’aria (numero di elettroni rimossi dagli atomi) prodotta da raggi X e
Unità SI (Système International)
Coulombs/Kg (C/Kg) Misura della carica
(numero di elettroni) che si muovono lungo un conduttore per una corrente di 1 Ampere in 1 sec per Kg di aria
1 R = 2,58 x 104 C/kg
Dose assorbita [D]
Energia media ceduta dalla radiazione in un volume di massa m
Gy (Gray) 1 Gy = 1 J x kg-1 = 100 rad
Il potenziale danno biologico è funzione della dose assorbita
Intensità o rateo di dose assorbita [D’]
Energia media ceduta dalla radiazione in un certo volume di massa m nell’unità di tempo
Gy (Gray) x s-1
1 Gy = 1 J x kg-1 = 100 rad
Dose assorbita [D]
Riveste ruolo di grande rilievo nella valutazione degli effetti indotti dalle radiazioni
Non è in grado di darne una completa interpretazione quantitativa
Non è in grado di tener conto della diversità degli effetti indotti a parità di dose assorbita da radiazioni incidenti diverse
Dose equivalente [H]
Tiene conto della diversa qualità delle radiazioni
H = D Q Q fattore di qualità della radiazione,
definito in funzione del LET in acqua della radiazione considerata
Sv (Sievert)1 Sv = 1 J x kg-1
Dose equivalente [H]
Fotoni, raggi γ, elettroni Q = 1 Protoni Q = 1-1,2 Neutroni Q = 5-20 Particelle α, ioni con Z>2 Q = 20
Dose efficace [E]
Tiene conto anche della diversa sensibilità dei diversi tessuti e organi rispetto alle radiazioni
E = H w W = weighting factor, fattore di peso o
di ponderazionedell’organo o tessuto
Sv (Sievert)1 Sv = 1 J x kg-1
Dose efficace [E]
Stima del rischio stocastico globale di cancro e difetti genetici di una determinata irradiazione del corpo totale, di una parte del corpo o di uno o più organi
Non si applica alle esposizioni elevate
Dose efficace totale al corpo [E]
E = Σi Hi wi
Somma delle dosi equivalenti medie nei diversi organi e tessuti, Hi, ciascuna moltiplicata per un fattore di ponderazione, Wi, che tiene conto della diversa radiosensibilità dei diversi organi e tessuti del corpo umano irraggiati per gli effetti stocastici I fattori di peso sono normalizzati
La loro sommatoria non può essere >1
Dose Efficace Grandezza radioprotezionistica Correla in modo appropriato con l’insorgenza di
effetti STOCASTICI a carico dei soggetti irradiati Correlazione con effetti STOCASTICISTOCASTICI è
ritenuta NULLA solo in presenza di E = 0 (ICRP)
Deve essere mantenuta quanto più bassa ragionevolmente possibile (ALARAALARA)
Ottimizzazione della RADIOPROTEZIONERADIOPROTEZIONE
Dose equivalente impegnata
Dose equivalente ricevuta da un organo o tessuto quando si verifica contaminazione interna (introduzione di radionuclidi nel corpo umano), tenendo conto che l'irraggiamento si protrarrà fin quando il radionuclide introdotto è presente nel corpo
Unitàconvenzionali
A
Fattore di conversione
B
Unità SI
CRoentgen 2.58 x104 Coulomb/kgRad 0.01 GrayRem 0.01 Sievert
Curie 3.7 x1010 Becquerel
C = A x B A = C : B
Unità di misura delle radiazioni
Potenza di 10
Fattore di moltiplicazio
ne
Simbolo
Prefisso
106 1.000.000 M Mega
103 1000 k chilo
10-3 0,001 m milli
10-6 0,000001 micro
10-9 0,000000001
n nano
Unità di misura delle radiazioni
Relazione dose-effetto
Dose di RI assorbita dalle cellule è il principale fattore fisico in grado di modificare la risposta
Relazione dose-effetto
Dosi della stessa entità somministrate in tempi di durata differente provocano effetti biologici diversi
Esposizione a RI riparazione endocellulare ripopolazione limitazione della gravità del danno
Dose somministrata nell’unità di tempo Effetto di dose erogato in breve intervallo di
tempo >> Effetto della stessa dose proveniente dal fondo naturale e/o dall’attività professionale accumulata durante tutta la vita
Fattori chimici che modificano la risposta alle radiazioni ionizzanti
Effetto ossigeno La presenza nel sistema al momento
dell’esposizione alle RI influenza l’effetto modificando la risposta cellulare
Provoca formazione di radicali liberi
Fattori chimici che modificano la risposta alle radiazioni ionizzanti
OER Oxigen Enhancement Ratio Misura l’incremento di effetto dovuto a O2
Ha importanza per RI a basso LET (OER = 2.5-3)
Acuta (con dosi elevate) incidenti a reattori
nucleari Frazionata
Principale modalità di trattamento con RI delle neoplasie maligne
Cronica Soggetti professionalmente esposti Popolazioni esposte a fondo naturale
elevato
Modalità di somministrazione
Particolarmente importante nelle applicazioni cliniche
30-100 Triliardi di Cellule (a Rischio) Differenti Istotipi Differenti Cicli Cellulari Differenti Bersagli Cellulari
LD/50 = 4 Gy4 Gy = 67 calorie67 calorie = 3 ml di caffé a 60°C
Modalità di somministrazione
Particolarmente importante per ottenere alta probabilità di successo nel trattamento con RI delle neoplasie maligne
Somministrare dose elevata Non tollerata dai tessuti sani compresi
nel volume da irradiare Provocare danni parziali con
somministrazioni frazionate Riparazione più efficace dei tessuti
normali, meno radiosensibili rispetto ai tessuti neoplastici
Modalità di somministrazioneFrazionamento della dose
Dose totale suddivisa in frazioni da somministrare ad intervalli prestabiliti Effetto globale diluito Dopo ogni frazione
Cellule radiosensibili danno irreversibile Cellule con danno subletale Attivano
meccanismi di riparazione Cellule non danneggiate o che hanno riparato
il danno e ripreso il ciclo cellulare Proliferano
Modalità di somministrazioneFrazionamento della dose
Effetti tardivi delle RI
Effetti deterministici
Effetti stocastici
Effetti somatici Effetti genetici Effetti teratogeni
Danno deterministico Legato all’eventualità di situazioni incidentali Non fa parte della routine quotidiana
Danno stocastico Può manifestarsi anche per esposizioni a basse dosi
Oggetto di interesse prevalente nella sorveglianza medica della radioprotezione
Danni da radiazioni ionizzanti nei lavoratori della sanità
Prevedibili Ad una certa dose di esposizione corrisponde sicuramente l’insorgenza di un certo numero di effetti nell’individuo esposto
Comparsa/FrequenzaIndividuabile una dose-soglia Relazione tra dose ed effetto non è lineare ma sigmoide
Dipende da Tipo e qualità della RI Fattore di protrazione della dose Tessuto ed organo irradiato Variabilità individuale
Solo sugli espostiSu tutti gli esposti alla stessa dose
Danni deterministici da RInon casuali/graduali
Gravità Varia con la dose (elevata) Funzione del volume di tessuto irradiato (danno policitico)
Periodo di latenza dall’irradiazione Solitamente breve
Lesioni Potenzialmente reversibili (entro certi limiti) Non tipiche delle radiazioni ionizzanti Relativamente specifiche
Danni deterministici da RInon casuali/graduali
Danni deterministici somatici da RI
non casuali/graduali
Sindrome acuta da irradiazione Radiodermiti Cataratta Infertilità Aplasia midollare Altri
Dose soglia indicativa per danni deterministici somatici da RI
Dose soglia (Gy)
Effetto
0.10 Danni embrionali
0.25 Manifestazioni ematologiche
0.30 Sterilità transitoria
0.75 Malattia da raggi
1.00Sindrome emopoietica
(panirradiazione)
1.0-2.0 Cataratta
3.0 Eritema semplice
4.0 Dose letale media al 50%
5.0Sindrome gastroenterica
(panirradiazione)
20.0 Sindrome cerebrale
Effetto acuto delle RI sui tessutiSindromi da pan-irradiazione
Dose assorbitaVolume corporeo irradiato Determinano le manifestazioni cliniche Precocità di comparsa Gravità Durata della sindrome
Sindromi da pan-irradiazione
Sindrome gastrointestinale 300 – 450 radSindrome midollare 400 - 1000 radSindrome cerebrale 2000 rad
Irraggiamento esterno totale acutoDose di 600 Rad letale nel 100% dei soggetti esposti, entro 30
giorni
Dose di 450 Rad letale nel 50% dei soggetti esposti, entro 30
giorni
Dose di 250 Rad letale nel 5 - 10% dei soggetti esposti, entro 30
giorni
DANNI DA RADIAZIONIRapporto Dose / Effetto
Dopo 10 - 20 anni aumento di incidenza di neoplasie maligne
cute: carcinomi e sarcomi scheletro: osteosarcomi organi emopoietici: linfosarcomi, neoplasie della tiroide, ovaio,
mammella e polmone
Lesioni da irraggiamento esterno totale acuto
Dopo 7 - 10 anni aumento di incidenza per i radioesposti
LEUCEMIA nelle forme mieloidi acute e croniche
Lesioni da irraggiamento esterno totale acuto
Effetti tardivi “stocastici” delle RI
Probabilità dell’effetto di manifestarsi – e non la gravità – è in funzione della dose cui i soggetti sono stati esposti
Danno genetico Carcinogenesi
L’effetto tardivo si manifesta come incremento statisticamente significativo dell’incidenza naturale
Manca un effetto specifico
Somatici Tumori solidi Leucemie
Genetici: Mutazione, aberrazioni cromosomiche
in una cellula sessuale, ovocita o spermatozoo
Si manifestano nella progenie di 1° - 2° -3° generazione degli individui irradiati
Effetti tardivi “stocastici” delle RI
Danni stocastici da radiazioni
Coefficienti nominali di rischio per effetti stocastici
(ICRP60/1990)
Popolazione esposta
Neoplasie maligne
fatali
Neoplasiemaligne
NON fatali
EffettiEreditari
graviTotale
LavoratoriAdulti
4.0*10-2 Sv-1
0.8*10-2 Sv-1
0.8*10-2 Sv-1
5.6*10-2 Sv-1
0.056 * Sv-1
0.000056 * mSv-1
Popolazionegenerale
5.0*10-2 Sv-1
1.0*10-2 Sv-1
1.3*10-2 Sv-1
7.3*10-2 Sv-1
0.073 * Sv-1
0.000073 * mSv-1
Lavoratore che ha assorbito per 50 anni 20 mSv/anno (1 Sv) Ha probabilità di danni gravi: 0.056 Sv-1 * 50 a * 0.020 Sv/a = 0.056 = 5.6%
Lavoratore che ha assorbito per 50 anni 1 mSv/anno (50 mSv) Ha probabilità di danni gravi: 0.056 Sv-1 * 50 a * 0.001 Sv/a = 0.0028 = 0.3%
Nessuna esposizione alle RI, per quanto modesta, può essere
considerata completamente sicura
I PRINCIPI FONDAMENTALI DELLA RADIOPROTEZIONE
Normativa in tema di radiazioni ionizzanti
19 set 1994 D.Lgs. 626/1994D.Lgs. 626/1994 Miglioramento della sicurezza e della salute dei lavoratori sul luogo di lavoro
1 gen 1996 D.Lgs. 230/1995D.Lgs. 230/1995 modificato da
D.Lgs. 241/2000D.Lgs. 241/2000 modificato da D.Lgs. D.Lgs. 257/2001257/2001
D.Lgs. 187/2000D.Lgs. 187/2000 entrati in vigore da 1 gen 2001Specifici al rischio da impiego delle RI, finalizzati a
Prevenzione dei possibili danni per i Lavoratori addetti all’impiego delle RI
Prevenzione dei possibili danni per i Pazienti che si sottopongono ad esami e terapie con uso di RI
Prevenzione dei possibili danni per la Popolazione, derivanti dalla introduzione ed uso di una pratica facente uso di RI
Organizzazioni Internazionali coinvolte nella protezione
radiologicaInternational Commission on Radiological Protection (ICRP)
1928 Esperti in RI e radioprotezione Raccomandazioni di natura generale
Comitato Scientifico dell’ONU sugli effetti delle radiazioni atomiche (UNSCEAR)
1956 Rischi da fallout nucleare
Organizzazione Mondiale della Sanità (WHO)Fondo Mondiale per l’Agricoltura (FAO)Organizzazione Mondiale per la Meteorologia (WMO)Agenzia Internazionale per l’Energia Atomica (IAEA)Organizzazione Internazionale per il Lavoro (ILO)
Gli organi competenti variano a seconda della tipologia e quantità di sorgenti detenute:Ministero dell’IndustriaPrefettoASLIspettorato del lavoroARPAVigili del fuoco
Obblighi del Datore di Lavoro
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230
Organizzazione Aziendale nella tutela della salute degli esposti a RI
Assunzione di precise responsabilità da parte di Datore di Lavoro, che esercisce
Direttore Generale / Rettore Direttore di Presidio Ospedaliero, Distretto, Dipartimento
Dirigenti, che dirigono Direttori di II livello o espressamente nominati con delibera
Preposti, che sovrintendono le attività disciplinate dal decreto
Dirigente Medico, Caposala, Capotecnico, o altre figure espressamente nominate con delibera
Lavoratori
Organizzazione Aziendale nella tutela della salute degli esposti a RI
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230Nell'ambito delle rispettive attribuzioni e competenze Valutare i rischi Attuare le cautele di protezione e di sicurezza
previste dalla legge e dai provvedimenti emanati per applicarla
Proporre soluzioni con l’obiettivo di ridurre o eliminare il rischio
Provvedere affinché i singoli lavoratori Osservino le norme interne,le modalità di esecuzione del lavoro, di protezione e di sicurezza previste
Usino i mezzi di protezione
Qualsiasi pratica deve essere svolta in modo da mantenere l’esposizione al livello più basso ragionevolmente ottenibile, tenuto conto dei fattori economici e sociali
A L A R AA L A R A
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230
Art.2 Comma 3.
Raccomanda un sistema di protezione protezione dalle RI basato su tre principi fondamentali:Giustificazione della pratica Tutte le attività che comportano esposizioni a RI devono
essere giustificate Devono rappresentare un beneficio netto e positivo
Ottimizzazione della protezione Le esposizioni a RI devono essere mantenute al livello ALARA
Limitazione delle dosi L’esposizione del lavoratore non può superare annualmente
un limite di dose fissato per legge in accordo con il principio di ottimizzazione
Comunque si dovrà agire affinché la dose assorbita risulti ALARA
Normativa in tema di RIICRP ICRP
(International Commission on Radiological Protection)
Prevenzione dei danni deterministici e limitazione degli eventi stocastici obiettivi del sistema di protezione dalle RI demandati a
organizzazione della radioprotezione alle azioni della sorveglianza fisica e medica
Obblighi del Datore di Lavoro
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230
Figure coinvolte nel sistema di prevenzione e protezione dei lavoratori esposti esposti a
RI Esperto Qualificato / Fisico Specialista Medico Competente /Medico Autorizzato Responsabile di Apparecchiature
Radiologiche di Radiologia,. Radioterapia, Medicina Nucleare (individuati con Delibera del DG)
Responsabile del Servizio di Prevenzione e Protezione
Ingegnere Clinico Rappresentante dei Lavoratori per la
Sicurezza
Sorveglianza fisica tramite la figura dell'esperto qualificato che possiede le cognizioni e l'addestramento necessari per Misurare le radiazioni ionizzanti Assicurare l'esatto funzionamento dei dispositivi di
protezione Dare le istruzioni e le prescrizioni necessarie a
garantire la sorveglianza fisica della radioprotezione Valutare le dosi assorbite dai lavoratori Monitorare il rispetto delle procedure stabilite Avvalersi per la gestione corrente della collaborazione
di Preposti scelti tra il personale con specifica esperienza
Obblighi del Datore di Lavoro
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230
Preliminare classificazione di radioprotezione Operazione indispensabile per la corretta
programmazione delle azioni di radioprotezione Prima di adibire il personale alle attività con rischio
da radiazioni
Provvedere affinché gli ambienti di lavoro in cui sussista un rischio da RI
vengano delimitati, segnalati, classificati in zone l'accesso ad essi sia adeguatamente
regolamentato
Obblighi del Datore di Lavoro, dei Dirigenti e Preposti D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230, a
CLASSIFICAZIONE DELLE AREEZona interdettaZona controllataZona sorvegliata
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Art.2
Zona interdettaArea nella quale i ratei di dose possono raggiungere valori elevati
NecessarioIstituire procedure di accesso e di rondaInstallare dei sistemi di sicurezzaImpedire al personale di trovarsi al loro
interno durante il funzionamento e/o irraggiamento
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Art.2
CLASSIFICAZIONE DELLE AREE
Zona controllataOgni area di lavoro in cui, ove sussista, sulla base degli accertamenti compiuti dall'Esperto Qualificato, per i lavoratori ivi operanti il rischio di superamento in un anno di uno qualsiasi dei seguenti valori
6 mSv per esposizione globale ovvero 45 mSv per il cristallino 150 mSv per la pelle 150 mSv per le estremità
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Art.2
CLASSIFICAZIONE DELLE AREE
Zona sorvegliataogni area di lavoro, non classificata zona controllata, ove sussista, sulla base degli accertamenti compiuti dall'Esperto Qualificato, per i lavoratori ivi operanti il rischio di rischio di superamento in un annosuperamento in un anno di uno qualsiasi dei seguenti valori
1 mSv1 mSv per esposizione globale ovvero 15 mSv15 mSv per il cristallino50 mSv50 mSv per la pelle50 mSv50 mSv per le estremità
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Art.2
CLASSIFICAZIONE DELLE AREE
L'esperto qualificato deve tener conto anche delle esposizioni potenziali conseguenti a eventi anomali e a eventi anomali e a malfunzionamentimalfunzionamenti che siano suscettibili di aumentare le dosi derivanti dalla normale attività lavorativa programmata
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Art.2
CLASSIFICAZIONE DELLE AREE
Obblighi del Datore di Lavoro, dei Dirigenti e Preposti D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230, g
Le zone interdette, controllate, sorvegliate sono segnalate Mediante idonei cartelli di segnalazione in
corrispondenza degli accessi che indichino
il tipo di zona la natura delle sorgenti i relativi tipi di rischio
Mediante appositi contrassegni le sorgenti di RI, fatta eccezione per quelle non
sigillate in corso di manipolazione
Sorveglianza medica tramite la figura del medico addetto alla sorveglianza medica (medico autorizzato, medico competente)
Obblighi del Datore di Lavoro
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230
La somma delle dosi derivanti da tutte le pratiche non deve superare i limiti di dose stabiliti per i lavoratori esposti, gli apprendisti, gli studenti e gli individui della popolazione
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230
Art.2 Comma 4.
PERSONE
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 D. Lgs. n.241/2000
Individui della popolazione
(persone del pubblico)Allegato IV, paragrafi 7, 8 e 9
LAVORATORI
Lavoratori espostiAllegato III, paragrafo 1.1.
Chiunque sia suscettibile, durante l’attivita’ lavorativa, di una esposizione alle radiazioni ionizzanti superiore a uno qualsiasi dei limiti
fissati per le persone del pubblico
Lavoratori non esposti
Allegato III, paragrafo 1.2.
I lavoratori che non sono suscettibili di una esposizione alle radiazioni ionizzanti
superiore a detti limiti sono da classificarsi lavoratori non esposti
Lavoratori esposti di categoria A
Allegato III, paragrafo 3.1.
Lavoratori esposti di categoria B
Allegato III, paragrafo 3.2.
PERSONALEPERSONALEDose EfficaceDose Efficace
EE
mSv/annomSv/anno
Dose EquivalenteDose Equivalente
HHTT
mSv/annomSv/anno
Popolazione <1HCristallino <15
HPelle,mani,estremità <50
Categoria A >6 - ≤20HCristallino ≤150
HPelle,mani,estremità ≤500
Categoria B ≤6HCristallino ≤45
HPelle,mani,estremità ≤150
Apprendisti, StudentiEcc.: 16-18 anni
≤6HCristallino ≤45
HPelle,mani,estremità ≤150
Apprendisti, StudentiEcc.: >18 anni
Cat. A o Cat. B Cat. A o Cat. B
Lavoratrici gestanti Al feto <1
Non possono lavorare in zone segnalate come
controllate o sorvegliate durante
l’impiego di RI
Lavoratrici che allattano al seno
Non possono svolgere attività con
rischio di contaminazione
Non possono lavorare in MN e RT
Per i lavoratori di categoria A sono previste la sorveglianza fisica individuale, mediante
uno o più apparecchi di misura individuali la sorveglianza medica, con frequenza
semestrale dei controlli, effettuata da parte del medico autorizzato
Obblighi del Datore di Lavoro
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230
Per i lavoratori di categoria B sono previste la sorveglianza fisica individuale può essere
eseguita sulla scorta dei risultati della sorveglianza fisica ambientale
la sorveglianza medica, con frequenza annuale dei controlli, effettuata da parte del medico autorizzato o dal medico competente
Obblighi del Datore di Lavoro
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230
Al termine degli accertamenti sanitari è formulato dal medico autorizzatoIdoneitàNon idoneitàIdoneità con prescrizioni
Obbligo di utilizzo di dispositivi di protezione individuali
Riduzione del limite di esposizione annuale dose personalizzata
Limite proporzionalmete ridotto in base all’aumento del rischio di sviluppare neoplasie (per cause diverse dall’esposizione a RI = familiarità, pregresse patologie, stili di vita)
Giudizio di idoneità al lavoro con RI
Misure relative alla sicurezza, all’igiene ed alla salute durante il lavoro non devono in nessun caso comportare oneri finanziari per il lavoratore
Organizzazione del LavoroD.Lgs. 626/1994 Art. 3 Misure generali di
tutela
Ciascun lavoratore deve prendersi cura della propria sicurezza e della propria salute di quella delle altre persone presenti sul
luogo di lavoro, su cui possano ricadere gli effetti delle sue azioni od omissioni, conformemente alla sua formazione alle istruzioni ai mezzi forniti dal datore di lavoro
Organizzazione del LavoroD.Lgs. 626/1994 Art. 5 Obblighi dei
Lavoratori
Osservano le disposizioni e le istruzioni impartite
dal Datore di lavoro, dai Dirigenti, dai Preposti ai fini della protezione collettiva ed individuale
Utilizzano correttamente macchinari, apparecchiature, utensili, sostanze e preparati
pericolosi, attrezzature di lavoro dispositivi di sicurezza
Utilizzano in modo appropriato dispositivi di protezione messi a loro disposizione
Segnalano immediatamente al Datore di lavoro, ai Dirigenti, ai Preposti deficienze dei mezzi e dispositivi eventuali condizioni di pericolo di cui vengono a conoscenza
Organizzazione del LavoroD.Lgs. 626/1994 Art. 5 Obblighi dei
Lavoratori
Non rimuovono o modificano senza autorizzazione i dispositivi di sicurezza, di segnalazione, di controllo
Non compiono di propria iniziativa operazioni o manovre non di loro competenza che possono compromettere la sicurezza propria o di altri
lavoratori
Si sottopongono ai controlli sanitari previsti nei loro confronti
Si adoperano direttamente in caso di urgenza nell’ambito delle competenze e possibilità a Ridurre deficienze o pericoli Dandone notizia ai rappresentanti dei lavoratori per la
sicurezza
Organizzazione del LavoroD.Lgs. 626/1994 Art. 5 Obblighi dei
Lavoratori
Contribuiscono insieme al Datore di lavoro, ai Dirigenti, ai Preposti all’adempimento di tutti gli obblighi imposti dall’autorità competente comunque necessari per tutelare la sicurezza e
la salute dei lavoratori durante il lavoro
Organizzazione del LavoroD.Lgs. 626/1994 Art. 5 Obblighi dei
Lavoratori
Tempo
Distanza
Barriere
Norme di radioprotezione
Protezione dalle radiazioni ionizzanti
Rischio da irraggiamento esterno
Ottimizzare (MINIMIZZARE) il tempo dell’esposizione
Il tempo (durata) determina in maniera linearelineare, a parita’ di condizioni di esposizione, l’intensita’ dell’esposizione e di conseguenza il rischio Raddoppiare il tempo di esposizione
raddoppia la dose assorbita Dimezzare il tempo di esposizione
dimezza la dose assorbita
Radioprotezione: Tempo
Ridurre il tempo di esposizioneManipolazioni di sorgenti radioattive e soste in aree calde dovrebbero essere “veloci”, compatibilmente con l’attività da svolgere
Per ridurre l’esposizione alle radiazioni al tempo minimo indispensabile si richiede una
minuziosa programmazione del lavoro
2 x Distanza = 1/4 dose
3 x Distanza = 1/9 dose
Radioprotezione: Distanza
Radioprotezione: Distanza
La distanza è il metodo più efficace per ridurre l’esposizione alle radiazioni
ionizzanti
Legge dell’inverso del quadratovalida per il raggio primario ma non per la radiazione secondaria
scatter
=L’intensità della radiazione varia con l’inverso del quadrato della distanza
rispetto al punto di emissione
I1 / I2 = D22 / D1
2
Radioprotezione: Distanza
Legge dell’inverso del quadrato della Legge dell’inverso del quadrato della distanzadistanza
Radioprotezione: Distanza
Legge dell’inverso del quadrato dellaLegge dell’inverso del quadrato della
distanzadistanza
Distanza massima dalle sorgenti radioattiveUtilizzo di pinze (emettitori β come 90Y)Carrelli per trasporto
Radioprotezione: Barriere Schermature
Rivelazione delle radiazioni ionizzanti
Misura di una grandezza Carica Corrente elettrica Calore Luce Effetto chimico Opacizzaizone di sostanza trasparente Trasformazione in un diverso tipo di
radiazione
influenzata dall’interazione della radiazione con il rivelatore
Rivelazione delle radiazioni ionizzanti
Principi fisici più utilizzati Ionizzazione di un gas Scintillazione indotta in un materiale
organico o inorganico Produzione di coppie elettrone-lacuna in un
semiconduttore
Rivelatori a ionizzazione Ionizzazione prodotta in un gas
dall’energia ceduta dalla radiazione Il numero di coppie elettrone-ione positivo
che si formano è proporzionale all’energia depositata dalla radiazione
W, potenziale di ionizzazione, costante di proporzionalità dipende dal tipo di gas ed è maggiore della corrispondente energia di legame Parte dell’energia depositata è impiegata in
processi di eccitazione
n = E / W
Rivelatori a ionizzazione
L’applicazione di un campo elettrico provoca l’accelerazione degli elettroni e degli ioni positivi lungo le linee di forza del campo elettrico, rispettivamente, verso l’anodo e verso il catodo
L’accelerazione si interrompe per gli urti con le molecole del gas quando è raggiunta la velocità massima di deriva.
Rivelatori a ionizzazione
A seconda dell’entità del campo elettrico applicato si suddividono in zone di lavoro AA = piccolo campo elettrico intenso
processo di ricombinazione delle coppie elettrone-ione positivonon tutte le cariche prodotte sono raccolte
BB regione di saturazione o di camera a ionizzazione = campo elettrico applicato è sufficiente per raccogliere tutte ( esoltanto) le coppie elettrone-ione positivo generate dalla ionizzazione
Rivelatori a ionizzazione
CC e DD contatori proporzionali = campo elettrico sufficientemente intenso da far acquistare agli elettroni primari energia cinetica sufficiente a ionizzare gli atomi del gas moltiplicazione a valanga di ioni a forma di goccia determinata dalla diversa mobilità degli elettroni e ioni positivi La ionizzazione secondaria è strettamente
dipendente da quella primaria
Rivelatori a ionizzazione
EE contatori Geiger-Műller = campo elettrico molto elevato (>contatori proporzionali) pochi elettroni in moto verso l’anodo provocano scarica intensa indipendente dall’energiareazione a catena di valanghe
Contatore Geiger-Műller
Oltre alla ionizzazione si verificano fenomeni di eccitazione molecolare con emissione di fotoni nella banda di frequenza dell’UV e del visibile da de-eccitazione Una piccola parte di tali fotoni induce emissione di fotoelettroni che generano nuova ionizzazione per moltiplicazione a valanga La scarica è spenta dalla presenza di un quenching gas che assorbe i fotoni nell’UV e visibile
Contatore Geiger-Műller
Dispositivo per il conteggio di particelle cariche (α, β, protoni…) e con opportuno convertitore anche di R. indirettamente I.Consiste di un CATODO metallico cilindrico di 1-10 cm di Ø e una
lunghezza 2-10 volte maggiore, contenente un gas rarefatto
Filo conduttore isolato, COLLETTORE, cui è applicata una differenza di potenziale prossima a quella di scarica (~800 V)
Contatore Geiger-Műller Quando una R.I. attraversa il tubo, determina
una breve scarica elettrica, indipendente dalla radiazione prodotta
Basta una sola coppia primaria a dar luogo a una scarica a valanga completa
L’impulso elettrico rilevato al passaggio di una R.I. è indipendente dalla radiazione prodotta
Non permette di riconoscere il tipo di R.I. e di misurarne l’energia
È utilizzabile solo come contatore di radiazione ed è il più utile strumento di misura delle particelle β e dei fotoni γ
Non necessita come altri contatori di schermature o isolamento
Rivelatori a ionizzazione
FF = ulteriore incremento della tensione non permette nessuna rivelazione avviene una scarica in presenza ma anche in assenza di radiazione
Penna dosimetrica / Stilodosimetro
Piccola camera a ionizzazione a forma di penna stilografica per il controllo dosimetrico personale Volume sensibile ~2 cm2
Intervallo di misura da decina di mR a qualche R Si carica preventivamente e si misura la
variazione di tensione tra gli elettrodi dovuta alla scarica per il passaggio della R.I.
A lettura diretta Si osserva su un quadrante a
retroilluminazione incluso nello strumento lo spostamento del filo di un elettrometro
A lettura indiretta Carica immagazzinata
residua è misurata con un lettore esterno
Dosimetri
A film (pellicola fotografica)A termoluminescenza (TLD)
Dosimetri a film (pellicola fotografica)
L’annerimento della pellicola provocato dall’assorbimento delle R.I. è messo in relazione alla dose assorbita dalla pellicola, mediante opportuna taratura
Dosimetri a film (pellicola fotografica)
Dosimetri a termoluminescenza (TLD)
Si basano sulle proprietà di cristalli (Ca2F, LiF) di emettere luce se riscaldate dopo aver subito irraggiamento con R.I.
L’intensità di luce emessa è proporzionale alla dose assorbita
Dosimetri a termoluminescenza (TLD)
La R.I. produce nel cristallo elettroni liberi
Alcuni elettroni possono essere catturati per tempi più o meno lunghi da atomi di impurezze o difetti presenti nel reticolo cristallino solido (trappole)
Il riscaldamento del cristallo fa acquistare agli elettroni intrappolati energia sufficiente per uscire dalle trappole e ritornare nelle loro posizioni originarie produce emissione di luce
Dosimetri a termoluminescenza (TLD)
Emissione luminosa glow curve composta da un insieme di picchi, ognuno dei quali corrisponde a un determinato livello di intrappolamento
Dosimetri a termoluminescenza (TLD)
Materiali solidi e di piccole dimensioni (4 x 4 x 1 mm) rispondono alla R.I. nello stesso modo del
tessuto biologico
Risposta indipendente da angolo di incidenza della R.I. indipendente da rateo di dose lineare in zona di dose assorbita (da pochi mGy
a decine di Gy) Fading, perdita di informazione a temperatura
ambiente nell’intervallo tra irraggiamento e lettura è trascurabile
Lettura è automatizzata
Contatore Geiger-Műller