DISCIPLINA: PROTEO RADIOLGICA AULA 7 GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Profa. Danielle Filipov 2013 ORGANIZAO DA AULA GRANDEZAS FSICAS GRANDEZAS DE PROTEO GRANDEZAS OPERACIONAIS GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Os raios X foram descobertos por Roentgen em 1895 e a radioatividade por Becquerel em 1896. Iniciou-se,assim,ousodesenfreadodasradiaes ionizantes. Haviam sido criadas fbricas de tubos de raios X sem nenhumcontrole,emgaragensounofundode quintais. Nodemoroumuitoparaquepesquisadores percebessemqueestavamdiantedeumagente extremamente potente, com grandes aplicaes, mas que tambm poderia causar grandes danos sade. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Entretanto,decorreram30anosdesdeadescoberta dosraiosXatatomadadadeciso para secriaruma comissoquetratassedasquestesrelativass radiaesionizantes:desenvolvimentode equipamentos,protocolosparamedirnveisde radiao e cuidados ao se trabalhar com ela. Aprimeiracomissointernacionalasercriadafoia InternationalCommissiononRadiationUnitsand Measurements (ICRU), em 1925, em Londres. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Ademandaparaacriaodessacomissopartiu da comunidade mdica da rea de radiologia. Como o prprio nome diz, ela tinha por finalidade estabelecergrandezaseunidadesdeFsicadas Radiaes,critriosdemedidaeefetuarsua divulgao. Issopossibilitariaacomparaoentremedidas feitasemdiferenteslaboratrios,clnicase institutosdepesquisa,usandoosmaisvariados equipamento. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Trsanosdepois,em1928,umasegundacomisso internacionalfoicriadanoSegundoCongresso InternacionaldeRadiologia,emEstocolmo,a InternationalCommissiononRadiologicalProtection (ICRP). Essacomissonasceucomaincumbnciadeelaborar normasdeproteoradiolgicaeestabelecerlimites de exposio radiao a indivduos ocupacionalmente expostos. Ambasascomisses,ICRUeICRP,renem-se regularmente, ainda hoje e publicam normas novas ou atualizam as j existentes. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO As grandezas de Fsica das Radiaes esto separadas em trs principais categorias: grandezas fsicas, grandezas de proteo e grandezas operacionais. Asduasltimassoempregadas,exclusivamente,para fins de proteo radiolgica. Grandezasdeproteo:grandezasdosimtricas especificadasnocorpohumanoeforamintroduzidas paraoestabelecimentodelimitesdeexposio radiao,masnopodemsermedidaspornenhum equipamento. Comosaberseumprofissional,quefoiexposto radiao, est dentro dos limites de exposio? Para isso existem as grandezas operacionais. Grandezasoperacionais:soempregadaspara monitoraodereaeindividualepodemserusadas paraseestimarolimitedosvaloresdasgrandezasde proteonostecidosourgoounocorpocomoum todo exposto radiao externamente. Elasestocorrelacionadascomasrespostasde instrumentos e de dosmetros, usados na monitorao. Entretanto,essasgrandezasnoforamdefinidasparao caso de dosimetria interna (caso de um indivduo ingerir um radionucldeo), onde outros mtodos so aplicados. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Paraserelacionarasgrandezasdeproteo,comas operacionais,eambascomasfsicas,foramcriados coeficientes de converso, calculados pelo ICRU-57 de 1997. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Grandeza Fsica: Dose Absorvida Grandezas de Proteo: Dose Absorvida no meio Dose Equivalente Dose Efetiva wr ou wt Grandeza Operacional: Equivalente de Dose Q = wr GRANDEZAS FSICAS: Exposio, Atividade, Dose Absorvida e Kerma. EXPOSIO(X):primeiragrandegrandezarelacionadaradiao, foiintroduzidaem1928noSegundoCongressoInternacionalde Radiologia. EladefinidapelaletraX,poisestrelacionadasomentepara ftons (RX ou gama) interagindo com o ar. uma medida da capacidade de um fton ionizar o ar, uma vez que elaverificaaquantidadedecargaeltrica(demesmosinal) produzidaemumadeterminadamassadearpercorridapela radiao. Essa carga eltrica verificada resultados das partculas carregadas emitidas pelos processo de interao dos ftons com a matria (EC, EF, e PP). GRANDEZAS DE RADIOPROTEO A definio de exposio dada por: X = Q / m Onde,Qovalorabsolutodacargatotaldeonsde mesmo sinal, produzidos no ar, quando todos os eltrons epsitronsliberadosoucriadosporftons,num elementodevolumedearcommassam,foremfreados no ar. Psitronseeltronsliberadosnovolumedeinteresse podem sair dele e depositar energia fora do volume; mas, ainda assim devem ser contabilizados em Q. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO O ar foi o meio escolhido como padro, porque: muitomaisfcilcoletaronsproduzidosem gases do que em meios lquidos ou slidos. Hcorrespondnciadeusaroarcomogsem uma cmara de ionizao (um tipo de detector). Oarpodeserconsideradoequivalenteguae aotecidomoleemtermosdeabsorode energiadaradiao,porqueosnmeros atmicosefetivosdo ar,dagua,dotecidomole edomsculoso,respectivamente,7,64;7,42; 7,22 e 7,46. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Napocaemquefoiestudadaaexposio,aunidade aplicadaeraoRoentgen(R),masnoSIaunidade C/kg (de ar), de modo que: 1 R = 2,58 x 10-4 C/kgar Podemos,tambm,calcularaquantidadedeons formadosemumvolumedear;bastausarmosa frmula: N = carga de ons / carga do eltron Onde, a carga do eltron , sempre, igual a 1,6 x 10-19 C GRANDEZAS DE RADIOPROTEO A grandeza exposio (X) s definida para os raios X egamaeparaoar.Almdisso,elaindefinidapara feixesdeftonscomenergiasacimade3MeV,em razo das limitaes tcnicas de deteco de todas as cargasproduzidas,eoalcancedoseltrons produzidos com essa energia de 1,26 m. Aorelacionarmosaexposioaumaunidadede tempo, teremos uma taxa de exposio. Porexemplo:aradiaodefundodeumlocaltem uma taxa de exposio de 0,03 mR / h. Ou seja, em 1 hora, o local exposto a 0,03 mR. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Exemplo1:Umvolumedear,de1kgde massa,foiionizadopelapassagemdeftons de raios X. Verificou-se uma quantidade de 4,5 x1012onsproduzidosporessaionizao. Qual a exposio (em R) a esse volume? GRANDEZAS DE RADIOPROTEO GRANDEZAS DE RADIOPROTEO ATIVIDADE (A): referncia a um elemento radioativo. Serefereaonmerodedesintegraes(decaimentos radioativos) por unidade de tempo. A = N / t Onde, N a quantidade de desintegraes de um radionucldeo. A unidade de atividade, no SI, o Becquerel (Bq), que equivale a 1 desintegrao/segundo. Mas, a unidade comumente utilizada o Curie (Ci). Relao entre as duas unidades: 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq Exemplo2:Umradionucldeorealiza14,8x 108desintegraesem20segundos.Quala atividade desse radionucldeo, em Ci? GRANDEZAS DE RADIOPROTEO RELAOENTREAEX:aexposiodevidaaraios gamaemitidosporumafonteradioativadeatividade conhecida, pode ser dada por: X = . A . t / d2 Onde,Xaexposio(emR),Aaatividadedeum radionucldeo (em Ci), t o tempo de exposio (em h), dadistnciaentreoradionucldeo(emm)eo medidor (em m) e a constante de taxa de exposio, caracterstico de cada radionucldeo (em R.m2/h.Ci). GRANDEZAS DE RADIOPROTEO GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Exemplo 3: Umtcnicoentrounumasaladeirradiaoe no percebeu uma fonte de Cs-137. Essa fonte estava com atividade de 0,3 Ci e, foi estimado que,otcnicopermaneceua150cmdela durante2minutos.Qualaexposiona entrada da pele do corpo do tcnico? GRANDEZAS DE RADIOPROTEO DOSEABSORVIDA(D):agrandezafsicamaisimportantena radiobiologia,radiologiaeproteoradiolgicaadoseabsorvida (D), a qual se relaciona com a energia da radiao absorvida. Ela definida como: D = Eab / m Onde,Eabaenergiamdiadepositadapelaradiaoemum volume elementar de massa m. Elafoiintroduzidaem1950paraserusada,principalmente,em radioterapia para o tratamento de tumores. Precisava-sesaberaquantidadedeenergiaaserfornecidaao tumor para matar as clulas malignas. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Originalmente, sua unidade era o rad, mas a unidade no SI o J/kg, sendo que a relao entre elas dada por: 1 J/kg = 100 rad Essa grandeza, ao contrrio da exposio: Vale para qualquer meio. Vale para qualquer tipo de radiao. Vale para qualquer geometria de irradiao. Apartirde1975,foirecomendadaasubstituiodessa unidadepelogray(Gy),nosistemainternacional(SI), onde: 1 Gy = 1 J/kg = 100 rad GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Relao entre dose absorvida no ar e exposio: Quandoftonsinteragemcomamatria,partculas carregadassoliberadasnomeio,eessasinteragirocom outrostomosatravsdecolises,depositandoenergia nesses tomos. A dose entregue ao meio por essas partculas dada por: D ar = W N / 1 kg ar Onde, W a energia mdia para formar umaionizao no ar (para eltrons e ftons, essa energia de 54,35 x 10-19 J), e N onmerodeonsproduzidosnovolumedearcommassa de 1 kg. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Se a irradiao com ftons que produzem umaexposio de 1 R, N = 1,6 x 1015 ons. Substituindo na equao da dose, temos: D = W N / 1 kg = 54,35 x 10-19 x 1,6 x 1015 / 1 kg D = 0,008764 J/kg = 0,008764 Gy = 8,764 mGy Assim,umaexposiode1Rnoarequivaleaumadeposiodeuma dose de 8,764 mGy no ar: 1 R = 8,764 mGy Para outras exposies, basta fazer: D ar (mGy) = 8,764 . X (R) GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Exemplo 4: Umtcnicoentrounumasaladeirradiaoe nopercebeuumafontedeNa-24.Essafonte estavacomatividadede0,5Cie,foiestimado que,otcnicopermaneceua0,5mdela durante 20 minutos. Calcule: A) A exposio na entrada da pele do tcnico. B) A dose absorvida no ar na entrada da pele do corpo do tcnico. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Podemos,tambm,determinaradoseabsorvidaemum meio material a partir da dose absorvida no ar. Bastaempregarumfatordeconverso,chamadodefator fm: D meio = D ar x fm GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Tabeladofatorfparaalgunsmeios,em funo da energia do fton. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Energia do Ftonf (gua)f (msculo)f (gordura)f (osso) 10 keV ou 0,01 MeV1,041,050,625,65 30 keV ou 0,03 MeV1,011,050,626,96 50 keV ou 0,05 MeV1,031,060,755,70 100 keV ou 0,1 MeV1,101,091,051,97 200 keV ou 0,2 MeV1,111,101,111,12 600 keV ou 0,6 MeV1,111,101,111,03 1250 keV ou 1,25 MeV1,111,101,111,03 Exemplo 5: AradiaogamaemitidaporumafontedeCo-57, com atividade de 5 kCi, usada para irradiar umtumornasuperfciedopacientedurante2 minutos,posicionando-oa100cmdafonte. Sendoaenergiamdiadoraiogamaemitido peloCo-60iguala1,25MeV,qualadose absorvida pelo tumor? Considere o tumor como um msculo. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO GRANDEZAS DE RADIOPROTEO KERMA(K):umagrandezacomamesmaunidadequeadose absorvida(Gy).KermasignificaKineticEnergyReleasedperUnit of Mass (Energia Cintica Transferida a uma Certa Massa). representada pelo quociente: K = Etr / m Onde,Etraenergiatransferidaaomeio(somadasenergias cinticasdetodasaspartculascarregadasliberadasapartirdas interaesdosftonscomomeioCompton,Fotoeltricoou Produo de Pares). Essaspartculascarregadas,liberadasporumadessasformasde interao,votransferirenergiaaomeioatravsdecolises, ionizaes ou excitaes. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Okermarefere-seenergiaquetransferidaaomeionopontode interao (ou seja, quando o fton incidir na matria). Muitas vezes, ele confundido com dose absorvida, devido ao fato das duas grandezas terem a mesma unidade. Mas,okermaserefereenergiadoftonquefoitransferidaaomeio no momento da interao, enquanto que a dose se refere energia que foi absorvida pelo meio, a partir da liberao de partculas carregadas. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO O kerma vlido para ftons e para qualquer meio, e podemosrelacion-locomaexposiodamesma forma que a dose absorvida: K ar (mGy) = 8,764 . X (R) Exemplo6:Umtecnlogoentrounumasalade irradiaoenopercebeuqueumafontedeIr-192 estavaexposta.Essafontepossuaatividadede 32Ci, efoiestimadoqueotecnlogopermaneceua3,7m dafontedurante9minutos.Avalieovalordokerma no ar. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO GRANDEZAS DE RADIOPROTEO GRANDEZASDEPROTEO:doseequivalente no tecido ou rgo e a dose efetiva. Elassousadasparalimitaradosenotecido ou rgo (no primeiro caso) ou no corpo todo (segundo caso). No so medidas, mas podem ser calculadas. As unidades de ambas o Sievert (Sv). GRANDEZAS DE RADIOPROTEO DOSE EQUIVALENTE NO TECIDO OU RGO (Ht): ela definida para qualquertipoderadiaoeomeiootecidoouorgoem questo. Aunidadeoriginaldedoseequivalenteeraorem,masnoSIa unidade o Sv ou J/kg, de modo que: 1 Sv = 1 J/kg = 100 rem ElaobtidaapartirdadoseabsorvidamdiaDnotecidoourgo exposto a alguma forma de radiao. definida como: Ht = wr . D Onde,wrofatordeponderaodaradiao,listadonatabelaa seguir. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Osvaloresdewrsoreferentesacadatipode radiaoeenergiarepresentandoaefetividade biolgicaefetiva(RBE)daradiaoeminduzirefeitos estocsticos (cncer ou hereditrios). Essagrandezavlidaparalimitaraexposiodo cristalino,dapele,dasmosedosps,etambm serve para o clculo da dose efetiva. TIPOS DE RADIAOwr (ICRP-2007) Ftons de todas as energias1 Eltrons de todas as energias1 Prtons2 Partculas Alfa20 GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Adose absorvidase refere energia transferida a um ponto qualquer da matria. Entretanto,paraadoseequivalente,precisamos saber da energia transferida a um rgo como um todo. Logo,definimosadoseabsorvidamdianorgo ou tecido como: D = Erg / m Onde, Erg a energia total transferida a um rgo ou tecido de massa m. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Exemplo 7: AradiaogamaemitidaporumafontedeCo-60,com atividade de 500 mCi, usada para irradiar um tumor na superfcie do paciente durante 5 minutos, posicionando-oa100cmdafonte.Sendoaenergiamdiadoraio gama emitido pelo Co-60 igual a 1,25 MeV, responda: A)Qualadoseabsorvidapelotumor?Considerecomo msculo. B)Qualadoseequivalenterecebidapelasuperfciedo paciente? C) Esta dose ultrapassa o limite recomendado? GRANDEZAS DE RADIOPROTEO DOSE EFETIVA (E): serve para estabelecer limites de exposio do corpotodoradiao,afimdelimitaraocorrnciadeefeitos cancergenos e hereditrios. asomadasdosesequivalentesnostecidosourgos(H) multiplicada pelo fator de ponderao de um tecido ou rgo wt, e a sua unidade, tambm, o Sievert (Sv). definida como: E= wt . Ht Os fatores de ponderao wt de um tecido ou rgo esto listados natabelaaseguireestorelacionadoscomasensibilidadeum dadotecidoourgoradiao,noqueserefereinduode cncer e efeitos hereditrios. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO TECIDO OU RGOWt (ICRP-103 DE 2007) Gnadas0,08 Medula ssea0,12 Clon0,12 Pulmo0,12 Estmago0,12 Mama0,12 Bexiga0,04 Esfago0,04 Fgado0,04 Tireoide0,04 Superfcie do Osso0,01 Crebro0,01 Glndulas Salivares0,01 Pele0,01 Restante (Suprarrenais, Intestinos G e D, rins, msculo, pncreas, bao, timo e tero)0,12 Soma Total1,00 GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Wt 1 Wt 2 Wt 3 E = (Ht . Wt1) + (Ht . Wt2) + (Ht . Wt3)GRANDEZAS DE RADIOPROTEO APLICAODOSE LIMITE OCUPACIONAL DOSE EFETIVA20 mSv por ano (mdia definida pelas doses nos ltimos 5 anos)50 mSv em um nico ano DOSE EQUIVALENTE ANUAL EM: CRISTALINO150 mSv PELE500 mSv EXTREMIDADES (MOS E PS)500 mSv GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Exemplo 8: Suponhaqueumapessoasejaexposta,aum campohomogneoderaiosXcomumaexposio total de 19 R, responda (unidades do SI): A) Qual o valor da dose absorvida? B) Qual o valor da dose equivalente? C)Qualovalordadoseefetiva?(irradiaodo corpo inteiro wT = 1) D)Qualovalordadoseefetiva,casosomenteas gnadas fossem expostas? GRANDEZAS DE RADIOPROTEO GRANDEZASOPERACIONAIS:existemasrecomendaes internacionaisenacionaisdelimitaodedosede radiao,easpessoasocupacionalmenteexpostas devem obedecer a essa limitao. Asgrandezasutilizadasnalimitao,porm,noso mensurveis. Comopossvelsaber,ento,seumapessoaexposta ocupacionalmenteradiaoestobedecendos recomendaes? Para correlacionar essas grandezas ao campo de radiao oICRUeoICRPintroduziramasgrandezasoperacionais para medidas de exposio radiao externa. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Aprincipalgrandezaintroduzidaoequivalentede dosepessoal(Hp=Q.D),aumacertaprofundidade paraoscasosdeirradiaocomfontesexternasao corpo. Paraftonsacimade20keV,adota-seaprofundidade de10mmeovalorobtidopodeserusadocomo estimativa da dose efetiva. Paraftonscomenergiaabaixode20keV(pouco penetrantes), adota-se a profundidade de 0,07 mm e o valorobtidopodeserusadopraestimaradose equivalente na pele e extremidades. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Hp usado, em ltimo caso, para avaliar a exposio ocupacional quando as pessoas que esto num dado ambientenoutilizammonitoresindividuais(ex.: pilotos e comissrios de bordo). Teoricamente,essasgrandezassocorrelacionadas com as grandezas de proteo. A unidade dessas grandezas, tambm, o Sv. Essasgrandezasoperacionaisutilizamfatoresde qualidade da radiao Q como fator de peso. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Essesfatoresdequalidadedaradiaosodadosem funodatransferncialineardeenergia(LET),umavez que o LET depende do tipo de radiao e de sua energia. Parafeixesaosquaisestamospotencialmentemais expostos (RX, gama e eltrons), o fator de qualidade Q 1,oquefazcomqueadoseabsorvidaD(Gy)eo equivalentededoseH(Sv)tenhamomesmovalor numrico. Por exemplo: uma dose absorvida de 1 mGy corresponde aum equivalentede dose de1mSv.4Gycorrespondem a4Sv,eassimpordiante(quandoaradiaoforde ftons ou eltrons). GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Naprtica,paraavaliarospotenciaisefeitos biolgicos, usam-se para Q os mesmos valores de wr.

Assim,umadoseabsorvidade1mGy,no cassodeirradiaoporpartculasalfa, equivale a um equivalente de dose de 20 mSv. TIPOS DE RADIAOwr (ICRP-2007) Ftons de todas as energias1 Eltrons de todas as energias1 Prtons2 Partculas Alfa20 GRANDEZAS DE RADIOPROTEO EQUIVALENTEDEDOSEPESSOAL(Hp):uma grandezaoperacionalparamonitoraoindividual externa(radiaoqueincidenumindivduodefora para dentro). AgrandezaHpobtidapeloprodutodadose absorvida(emumdeterminadoponto),emuma certaprofundidade,pelofatordequalidadeQda radiao (Hp = Q . D). OvalordeHpobtidopormeiodomonitor individualqueoindivduoocupacionalmente exposto(trabalhador)utilizanolocaldocorpo, geralmente o trax. GRANDEZAS DE RADIOPROTEO Narotina,adoseacumuladaduranteumms para,emseguida,haveroprocessamentodo dosmetro. Ovalorobtidodevefornecerumaestimativa conservadora da dose efetiva. Paraaverificaodocumprimentodas recomendaes,emrelaoaoslimitesdedose efetivaE,deve-semediroHpa10mmeparaa doseequivalentenocristalino,napeleenas extremidades o Hp deve ser verificado a 0,07 mm. Exemplo9:Umapesquisadoraingeriu,acidentalmente, umasoluocontendoPo-210,queumafonteemissora departculasalfacomenergiade5,3MeV.Essafonte entregouumadosede5,56x10-5Gynocorpoda pesquisadora. Responda: A) Qual o equivalente de dose? B)Seelativesseingeridoumafontedepartculasbeta (como o S-35, por exemplo), que tivesse entregue a mesma dose ao corpo, qual teria sido o equivalente de dose? C)Comparandoosdoisvalorescalculados,comosoos potenciaisefeitosbiolgicosproduzidospelos2elementos radioativos mencionados?GRANDEZAS DE RADIOPROTEO RESUMINDO GrandezaEquaoMeioTipo de Radiao Unidade SI Unidade Original Converso ExposioX = dQ / dmarX e gamaC/kgR1R = 2,58 x 10-4 C/kg Dose Absorvida D = dE / dmqualquerqualquerGy (J/kg)rad1 Gy = 100 rad KermaK = dEtr / dmqualquerX, gama e nutrons Gy (J/kg)rad1 Gy = 100 rad Dose Equivalente Ht = wr . Drgo ou tecido qualquerSvrem1 Sv = 100 rem Dose EfetivaE = wt . Htcorpo todo qualquerSvrem1 Sv = 100 rem Equivalente de Dose Pessoal H = Q . Dcorpo todo qualquerSvrem1 Sv = 100 rem