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

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

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

Effetto diretto sui cromosomi Aberrazione (es. aberrazione anulare) Cromosoma dicentrico

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

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

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

LET e RBE sono direttamente correlati Radiazioni a basso LET hanno bassa RBE e

viceversa Raggi X usati in diagnostica hanno RBE 1

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

Fattore di conversione

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

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

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

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

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

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

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

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

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)

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

Lavoratori esposti di categoria B

PERSONALEPERSONALEDose EfficaceDose Efficace

mSv/annomSv/anno

Dose EquivalenteDose Equivalente

mSv/annomSv/anno

Popolazione <1HCristallino <15

HPelle,mani,estremità <50

Categoria A >6 - ≤20HCristallino ≤150

HPelle,mani,estremità ≤500

Categoria B ≤6HCristallino ≤45

Apprendisti, StudentiEcc.: 16-18 anni

≤6HCristallino ≤45

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

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

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

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

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

Lavoratori

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

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

Legge dell’inverso del quadrato della Legge dell’inverso del quadrato della distanzadistanza

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.

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

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

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

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

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

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

Emissione luminosa glow curve composta da un insieme di picchi, ognuno dei quali corrisponde a un determinato livello di intrappolamento

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

RADIOBIOLOGIA, RADIOPATOLOGIA E RADIOPROTEZIONE Corsi di Laurea Tecniche di Radiologia Medica, per...

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