GRANDEZAS DE RADIOPROTEÇÃO - UTFPR

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GRANDEZAS DE

RADIOPROTEÇÃO Prof. André L. C. Conceição

DAFIS

GRANDEZAS DE RADIOPROTEÇÃO

• Os raios X foram descobertos por Roentgen em 1895 e a radioatividade por Becquerel em 1896.

• Iniciou-se, assim, o uso desenfreado das radiações ionizantes.

• Haviam sido criadas fábricas de tubos de raios X sem nenhum controle.

• Não demorou muito para que pesquisadores percebessem que estavam diante de um agente extremamente potente, com grandes aplicações, mas que também poderia causar grandes danos à saúde.


• Entretanto, decorreram 30 anos desde a descoberta

dos raios X até a tomada da decisão para se criar

uma comissão que tratasse das questões relativas

às radiações ionizantes: desenvolvimento de

equipamentos, protocolos para medir níveis de

radiação e cuidados ao se trabalhar com ela.

• A primeira comissão internacional a ser criada foi a

“International Commission on Radiation Units and

Measurements” (ICRU – Comissão Internacional de

Unidades e Medidas em Radiação), em 1925, em

Londres.

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• A demanda para a criação dessa comissão partiu

da comunidade médica da área de radiologia.

• Como o próprio nome diz, ela tinha por finalidade

estabelecer grandezas e unidades de Física das

Radiações, critérios de medida e efetuar sua

divulgação.

• Isso possibilitaria a comparação entre medidas

feitas em diferentes laboratórios, clínicas e

institutos de pesquisa, usando os mais variados

equipamentos.


• Três anos depois, em 1928, uma segunda comissão

internacional foi criada no Segundo Congresso Internacional

de Radiologia, em Estocolmo, a “International Commission

on Radiological Protection” (ICRP – Comissão Internacional

em Proteção Radiológica).

• Essa comissão nasceu com a incumbência de elaborar

normas de proteção radiológica e estabelecer limites de

exposição à radiação a indivíduos ocupacionalmente

expostos (trabalhadores).

• Ambas as comissões, ICRU e ICRP, reúnem-se

regularmente, ainda hoje e publicam normas novas ou

atualizam as já existentes.


• As grandezas da Física das Radiações estão separadas em três principais categorias: grandezas físicas, grandezas de proteção e grandezas operacionais.

• As duas últimas são empregadas, exclusivamente, para fins de proteção radiológica.

• Grandezas de proteção: grandezas dosimétricas especificadas no corpo humano que foram introduzidas para o estabelecimento de limites de exposição à radiação, mas não podem ser medidas por nenhum equipamento.

• Como saber se um profissional, que foi exposto à radiação, está dentro dos limites de exposição?

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• Para isso existem as grandezas operacionais.

• Grandezas operacionais: são empregadas para

monitoração de área e individual e podem ser usadas

para se estimar o limite dos valores das grandezas

de proteção nos tecidos ou órgão ou no corpo como

um todo exposto à radiação externamente.

• Elas estão correlacionadas com as respostas de

instrumentos e de dosímetros, usados na

monitoração.

• Entretanto, essas grandezas não foram definidas

para o caso de dosimetria interna (caso de um

indivíduo ingerir um radionuclídeo), onde outros

métodos são aplicados.


• Para se relacionar as grandezas de proteção, com as

operacionais, e ambas com as físicas, foram criados

coeficientes de conversão, calculados pelo ICRU-57 de

1997.


Grandeza Física:

Dose Absorvida

Grandezas de

Proteção:

Dose Equivalente

Dose Efetiva

wr ou wt

Grandeza

Operacional:

Equivalente de Dose

Q = wr

• GRANDEZAS FÍSICAS: Exposição, Atividade, Dose

Absorvida e Kerma.

• EXPOSIÇÃO (X): primeira grande grandeza relacionada à

radiação, foi introduzida em 1928 no Segundo Congresso

Internacional de Radiologia.

• Ela é definida pela letra “X”, pois está relacionada

somente para fótons (RX ou gama) interagindo com o ar.

• É uma medida da capacidade de um fóton ionizar o ar,

uma vez que ela verifica a quantidade de carga elétrica

(de mesmo sinal) produzida em uma determinada massa

de ar percorrida pela radiação.

GRANDEZAS FÍSICAS

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GRANDEZAS FÍSICAS

• A definição de exposição é dada por:

X = Qi / m

• Onde:

• Qi é o valor absoluto da carga total de íons de mesmo sinal

(em Coulomb – C), produzidos em um volume de ar de

massa m (em kg).

• Entretanto, pode ser fornecida não a quantidade de cargas

(Qi), mas a quantidade de íons produzidos nas ionizações

(Ni). Nesse caso, para calcular a exposição, basta fazer:

X = Ni . 1,6 . 10-19 / m

GRANDEZAS FÍSICAS

• O ar foi o meio escolhido como padrão, porque:

• É muito mais fácil coletar íons produzidos em gases do

que em meios líquidos ou sólidos.

• Há correspondência de usar o ar como gás em uma

câmara de ionização (um tipo de detector).

• Na época em que foi estudada a exposição, a unidade

aplicada era o Roentgen (R), mas no SI a unidade é C/kg

(de ar), de modo que:

1 R = 2,58 x 10-4 C/kgar

GRANDEZAS FÍSICAS

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(1) Um volume de ar, de 500 g de massa, foi

ionizado pela passagem de fótons de raios

X. Verificou-se uma quantidade de 4,5 x

1012 íons produzidos por essa ionização.

Qual a exposição (em R) a esse volume de

ar?

Exercício

• ATIVIDADE (A): referência a um elemento radioativo.

• Se refere ao número de desintegrações (decaimentos

radioativos) por unidade de tempo (em segundos).

A = desintegrações / t

• A unidade de atividade, no SI, é o Becquerel (Bq), que

equivale a 1 desintegração/segundo.

• Mas, a unidade comumente utilizada é o Curie (Ci).

• Relação entre as duas unidades: 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq

GRANDEZAS FÍSICAS

Exercício

(2) Um radionuclídeo realiza 14,8 x 108

desintegrações em 20 segundos. Qual

a atividade desse radionuclídeo, em

Ci?

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• RELAÇÃO ENTRE “A” E “X”: a exposição devida a raios gama

emitidos por uma fonte radioativa de atividade conhecida, pode

ser dada por:

X = Γ . A . t / d2

• Onde:

• X é a exposição (em R),

• A é a atividade de um radionuclídeo (em Ci),

• t é o tempo de exposição do indivíduo à fonte (em h),

• d é a distância entre o radionuclídeo e o indivíduo (em m),

• Γ é a constante de taxa de exposição, característico de cada

radionuclídeo (em R.m2/h.Ci).

GRANDEZAS FÍSICAS

GRANDEZAS FÍSICAS

(3) Um profissional entrou numa sala de

irradiação e não percebeu uma fonte de Cs-

137 no local. Essa fonte estava com atividade

de 300 mCi e, foi estimado que, o profissional

permaneceu a 150 cm dela durante 2 minutos.

Qual a exposição, em R, na pele do corpo do

indivíduo?

Exercício

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• DOSE ABSORVIDA (D): a grandeza física mais importante na

radiobiologia, radiologia e proteção radiológica é a dose

absorvida (D), a qual se relaciona com a energia da radiação

absorvida por um meio.

• Ela é definida como:

D = Eab / m

• Onde, Eab é a energia média da radiação absorvida (em Joule –

J) por um volume de massa m de um meio qualquer (em kg).

• Ela foi introduzida em 1950 para ser usada, principalmente, em

radioterapia para o tratamento de tumores.

• Precisava-se saber a quantidade de energia a ser fornecida ao

tumor para matar as células malignas.

GRANDEZAS FÍSICAS

GRANDEZAS FÍSICAS

• Essa grandeza, ao contrário da exposição:

• Vale para qualquer meio.

• Vale para qualquer tipo de radiação.

• Vale para qualquer geometria de irradiação.

• Originalmente, sua unidade era o rad, mas a unidade no SI é

o J/kg, sendo que a relação entre elas é dada por:

1 J/kg = 100 rad

• A partir de 1975, foi recomendada a substituição dessa

unidade pelo gray (Gy), no sistema internacional (SI), onde:

1 Gy = 1 J/kg = 100 rad

GRANDEZAS FÍSICAS

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• RELAÇÃO ENTRE DOSE ABSORVIDA NO AR E EXPOSIÇÃO:

• Quando fótons interagem com o ar, partículas carregadas são liberadas

(Exposição), e essas, por sua vez, interagirão com outros átomos

através de colisões, depositando energia nesses átomos (Dose

Absorvida).

• No caso de uma massa de 1 kg de ar ionizado pela passagem de fótons,

gerando uma exposição de 1 R, a dose absorvida por esse meio será de

0,008764 Gy ou 8,764 mGy.

• E se a exposição, nesse mesmo volume de ar, fosse de 2 R, qual seria a

dose?

• E se a exposição fosse de 3 R?

• Assim, para sabermos a dose absorvida pelo ar, a partir da exposição,

basta fazer:

GRANDEZAS FÍSICAS

• Para essa relação, a unidade da Dose no ar será

em mGy para a unidade de X dada em R.

GRANDEZAS FÍSICAS

𝐷𝑎𝑟 = 8,764 × 𝑋

Exercício

(4) Um indivíduo entrou numa sala de irradiação e não

percebeu uma fonte de Na-24. Essa fonte estava com

atividade de 0,5 Ci e, foi estimado que, o mesmo

permaneceu a 50 cm dela durante 20 minutos. Calcule:

• a) A exposição na superfície do indivíduo, em R.

• b) A dose absorvida pelo ar na superfície do corpo do

indivíduo, em mGy.

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• Podemos, também, determinar a dose absorvida em um

meio material a partir da dose absorvida no ar.

• Basta empregar um fator de conversão, chamado de fator

“fm”:

𝑫𝒎𝒆𝒊𝒐 = 𝑫𝒂𝒓 × 𝒇𝒎

GRANDEZAS FÍSICAS

• Tabela do fator fm para alguns meios, em função da

energia do fóton:

Energia do Fóton fágua fmúsculo fgordura fosso

10 keV ou 0,01 MeV 1,04 1,05 0,62 5,65

30 keV ou 0,03 MeV 1,01 1,05 0,62 6,96

50 keV ou 0,05 MeV 1,03 1,06 0,75 5,70

100 keV ou 0,1 MeV 1,10 1,09 1,05 1,97

200 keV ou 0,2 MeV 1,11 1,10 1,11 1,12

600 keV ou 0,6 MeV 1,11 1,10 1,11 1,03

1250 keV ou 1,25 MeV 1,11 1,10 1,11 1,03

GRANDEZAS FÍSICAS

(5) A radiação gama emitida por uma fonte de

Co-60, com atividade de 5 kCi, é usada para

irradiar um tumor muscular de um paciente

durante 2 minutos, posicionando-o a 100 cm

da fonte. Sendo a energia média do raio gama

emitido pelo Co-60 igual a 1,25 MeV, qual a

dose absorvida pelo tumor (músculo), em Gy?

Exercício

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• KERMA (K): é uma grandeza com a mesma unidade que a

dose absorvida (Gy).

• Kerma significa “Kinetic Energy Released per Unit of Mass”

(Energia Cinética Transferida por unidade de Massa).

• É representada pelo quociente:

• Onde, Etr é a energia transferida ao meio (soma das

energias cinéticas de todas as partículas carregadas

liberadas a partir das interações dos fótons com o meio –

Compton, Fotoelétrico ou Produção de Pares).

GRANDEZAS FÍSICAS

𝑲 =𝑬𝒕𝒓𝒎

• O kerma refere-se à energia que é transferida ao meio no ponto de

interação (ou seja, quando o fóton incide na matéria).

• Muitas vezes, ele é confundido com dose absorvida, devido ao fato

das duas grandezas terem a mesma unidade.

• Mas, o kerma se refere à energia do fóton que foi transferida ao

meio no momento da interação, enquanto que a dose se refere à

energia que foi absorvida pelo meio, a partir da liberação de

partículas carregadas.

GRANDEZAS FÍSICAS

• O kerma é válido para fótons e para qualquer meio,

e podemos relacioná-lo com a exposição da

mesma forma que a dose absorvida no ar:

GRANDEZAS FÍSICAS

𝑲𝒂𝒓 𝒎𝑮𝒚 = 𝑫𝒂𝒓 𝒎𝑮𝒚 = 𝟖, 𝟕𝟔𝟒 × 𝑿 𝑹

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Exercício

(6) Um indivíduo permaneceu exposto a uma

fonte de Ir-192 (a qual possuía atividade de

32 Ci), por 9 minutos, estando a 3,7 m dela.

Avalie o valor do kerma no ar, em Gy.

Exercício

(7) Uma fonte radioativa de Tc-99m realiza 74 x 108

desintegrações em 10 segundos. Como resultado dessas

desintegrações, são emitidos fótons gama com uma

energia próxima de 100 keV. Um tumor ósseo de um

paciente foi irradiado por 5 minutos, a uma distância de

95 cm.

• a) Qual a exposição (em R) devido à essa fonte, no

local onde está o paciente?

• b) Qual o valor do kerma no ar (em mGy), devido à essa

exposição?

• c) Qual a dose entregue ao tumor (em mGy)?

GRANDEZAS DE PROTEÇÃO

• GRANDEZAS DE PROTEÇÃO: dose equivalente

no tecido ou órgão e dose efetiva.

• Elas são usadas para limitar a dose no tecido ou

órgão (no primeiro caso) ou no corpo todo

(segundo caso).

• Não são medidas, mas podem ser calculadas.

• As unidades de ambas é o Sievert (Sv).

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• DOSE EQUIVALENTE NO TECIDO OU ÓRGÃO (Ht): ela é definida

para qualquer tipo de radiação e o meio é o tecido ou o órgão em

questão.

• A unidade original de dose equivalente era o rem, mas no SI a

unidade é o Sv ou J/kg, de modo que:

1 Sv = 100 rem

• Ela é obtida a partir da dose absorvida D pelo tecido ou órgão

exposto a alguma forma de radiação.

• É definida como:

• Onde, wr é o fator de ponderação da radiação, listado na tabela a

seguir.

𝐻𝑡 = 𝑤𝑟 × 𝐷

GRANDEZAS DE PROTEÇÃO • Os valores de wr são referentes a cada tipo de radiação

e energia representando a efetividade biológica da

radiação em induzir efeitos estocásticos (câncer ou

hereditários).

• Essa grandeza é válida para limitar a exposição do

cristalino, da pele, das mãos e dos pés, e também

serve para o cálculo da dose efetiva.

TIPOS DE RADIAÇÃO wr (ICRP-2007)

Fótons de todas as

energias

1

Elétrons de todas as

energias

1

Prótons 2

Partículas Alfa 20


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Exercício

(8) A radiação gama emitida por uma fonte de Co-60,

com atividade de 500 mCi, é usada para irradiar um

tumor ósseo, de um paciente, durante 5 minutos,

posicionando-o a 100 cm da fonte. Sendo a energia

média do raio gama emitido pelo Co-60 igual a 1,25

MeV, responda:

a) Qual a dose absorvida pelo tumor?

b) Qual a dose equivalente recebida pelo tumor?


• DOSE EFETIVA (E): serve para estabelecer limites de exposição

do corpo todo ou de uma grande área à radiação, a fim de limitar

a ocorrência de efeitos cancerígenos e hereditários.

• É a soma das doses equivalentes nos tecidos ou órgãos (Ht)

multiplicada pelo fator de ponderação de um tecido ou órgão wt,

e a sua unidade, também, é o Sievert (Sv).

• É definida como:

• Os fatores de ponderação wt de um tecido ou órgão estão

listados na tabela a seguir e estão relacionados com a

sensibilidade um dado tecido ou órgão à radiação, no que se

refere à indução de câncer e efeitos hereditários.

𝐸 = 𝐻𝑡 × 𝑤𝑡

TECIDO OU ÓRGÃO Wt (ICRP-103 DE

2007)

Gônadas 0,08

Medula Óssea 0,12

Cólon 0,12

Pulmão 0,12

Estômago 0,12

Mama 0,12

Bexiga 0,04

Esôfago 0,04

Fígado 0,04

Tireoide 0,04

Superfície do Osso 0,01

Cérebro 0,01

Glândulas Salivares 0,01

Pele 0,01

Restante (Suprarrenais, Intestinos G e D, rins, músculo, pâncreas, baço,

timo e útero)

0,12

Soma Total 1,00

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Wt 1 Wt 2

Wt 3

E = (Ht . Wt1) + (Ht . Wt2) + (Ht . Wt3)


APLICAÇÃO DOSE LIMITE OCUPACIONAL

DOSE EFETIVA 20 mSv por ano (média definida

pelas doses nos últimos 5 anos)

No máximo 50 mSv em um único

ano

DOSE EQUIVALENTE ANUAL EM:

CRISTALINO

PELE

EXTREMIDADES (MÃOS E PÉS)

20 mSv

500 mSv

500 mSv

Exercício

(9) Suponha que um profissional tenha sido exposto a

um campo homogêneo de raios X de 200 keV de

energia, produzindo uma exposição total (durante 1 ano

de exposição) de 19 R, responda (unidades do SI):

a) Qual o valor da dose absorvida pela pele do indivíduo

(considere a pele como sendo similar à água)?

(b) Qual o valor da dose equivalente, na pele do

indivíduo?

(c) Qual o valor da dose efetiva em toda a pele do

indivíduo?

(d) Esse resultado supera o limite anual estipulado?

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Exercício

(10) Um paciente foi exposto a uma fonte de Co-60,

gerando uma exposição total de 450 mR. Responda:

(a) Qual a dose absorvida pela água, pelo tecido

muscular e pelo tecido ósseo do paciente, devido à

essa exposição?

(b) Qual a dose equivalente recebida por cada um dos

meios acima?

(c) Qual a dose efetiva caso, nesta exposição, a

mama (tecido similar à água), o músculo peitoral maior

e as costelas tenham sido irradiados?

• GRANDEZAS OPERACIONAIS (Equivalente de Dose Pessoal –

Hp): existem as recomendações internacionais e nacionais de

limitação de dose de radiação, e as pessoas ocupacionalmente

expostas devem obedecer a essa limitação.

• As grandezas utilizadas na limitação, porém, não são mensuráveis.

• Como é possível saber, então, se uma pessoa exposta

ocupacionalmente à radiação está obedecendo às

recomendações?

• A principal grandeza introduzida é o equivalente de dose pessoal,

determinada a uma certa profundidade para os casos de irradiação

com fontes externas ao corpo.

• A grandeza Hp é obtida pelo produto da dose absorvida (em um

determinado ponto), em uma certa profundidade, pelo fator de

qualidade Q da radiação:

𝐻𝑝 = 𝑄 × 𝐷

GRANDEZAS OPERACIONAIS

GRANDEZAS OPERACIONAIS

• Para fótons acima de 20 keV, adota-se a profundidade de 10

mm da pele e o valor obtido pode ser usado como estimativa da

dose efetiva.

• Para fótons com energia abaixo de 20 keV (pouco penetrantes),

adota-se a profundidade de 0,07 mm e o valor obtido pode ser

usado pra estimar a dose equivalente na pele e extremidades.

• O valor de Hp é obtido por meio do monitor individual que o

indivíduo ocupacionalmente exposto (trabalhador) utiliza no local

do corpo, geralmente o tórax.

• Na rotina, a dose é acumulada durante um mês para, em

seguida, haver o processamento do dosímetro.

• O valor obtido deve fornecer uma estimativa conservadora da

dose efetiva.

• A unidade dessa grandezas também, é o Sv.

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GRANDEZAS OPERACIONAIS • Esse fator de qualidade da radiação é dado em função

da transferência linear de energia (LET), uma vez que o

LET depende do tipo de radiação e de sua energia.

• Para feixes aos quais estamos potencialmente mais

expostos (RX, gama e elétrons), o fator de qualidade Q é

1, o que faz com que a dose absorvida D e o equivalente

de dose Hp tenham o mesmo valor numérico.

TIPOS DE RADIAÇÃO Q = wr (ICRP-2007)

Fótons de todas as energias 1

Elétrons de todas as energias 1

Prótons 2

Partículas Alfa 20

(11) Uma pesquisadora estava exposta a uma solução contendo Po-210, que é uma fonte emissora de partículas alfa com energia de 5,3 MeV. Essa fonte entregou uma dose de 5,56 x 10-5 Gy à profundidade de 10 mm da pele da pesquisadora. Responda:

a) Qual o equivalente de dose pessoal esta região?

b) Se a fonte fosse o S-53 (emissor de partículas beta), que tivesse entregue a mesma dose ao corpo, qual teria sido o equivalente de dose pessoal na superfície?

Exercício

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