Corsi di Laurea
Tecniche di Radiologia Medica, per Immagini e
Radioterapia
- Fisioterapia - Logopedia
AA. 2010-2011
RADIOBIOLOGIA,
RADIOPATOLOGIA E
RADIOPROTEZIONE
Marco Ferdeghini
Dipartimento di Patologia & Diagnostica
Sezione di Radiologia
S.S.O. Radioterapia Metabolica
Università di Verona
Interazioni onde elettromagnetiche
(fotoni γ e X)-materia
Effetto fotoelettrico
Effetto Compton
Produzione
di coppie e+e-
Interazioni particelle β- - materia
Percorsi assai maggiori di quelli
delle particelle α
α da 5 MeV
in aria
in tessuto
3.5 cm
0.021 cm
in
alluminio
0.0021 cm
β- da 1 MeV
in aria
in tessuto
420 cm
0.5 cm
in
alluminio
0.15 cm
Interazioni particella β- - materia
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 particelle α - materia
Radiazione beta+, β+
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
Quandocircostanti
e+ ha rallentato per
perdita di energia cinetica si crea
un POSITRONIO, costituito da
e+ + ePOSITRONIO ha T1/2 di 10-10s
Massa è trasformata in energia con
consevazione del momento = 0
ANNICHILAZIONE
Risulta in 2 raggi di energia 511
keV ciascuno emessi in direzione
opposta ~180°± 0,6°
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 caratteristiche
Evento chimico-fisico
Azione 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-materia
Evento 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 materia
Evento 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
Effetti biologici delle radiazioni
Danni irreversibili (non riparabili)
Rottura della catena
Rottura del doppio filamento
Rottura cromosomica (RI ad alto LET)
Cross-linking
Mutazioni 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
X-ray passes straight
through cell
No change to cell
*
X-ray causes a
chemical reaction in
cell, but no damage
done or damage
repaired by cell
No change to cell
*
DNA damaged in a
“fatal” way”
Cell killed
*
DNA damaged,
causing cell to
reproduce
uncontrollably
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 radiazioni
Legge 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
Qualità delle radiazioni
Trasferimento Lineare di Energia (LET)
Efficacia Biologica Relativa (RBE)
LET: linear energy transfer
Rapporto tra energia rilasciata dalla RI nel
percorrere una certa distanza e la distanza percorsa
nella materia
Unità tradizionali 1 keV/μm = 1.60 x 10-10 J/m
Unità SI
1 J/m = 6.25 x 109 keV/μm
è funzione delle caratteristiche fisiche della
radiazione, massa e carica
Le radiazioni α e neutroni sono ad alto
Le radiazioni elettromagnetiche (X e γ) LET, altamente ionizzanti
Hanno una maggiore probabilità di
e particelle b sono a basso LET
produrre interazioni mentre
Producono poche e sparse
attraversano la materia
interazioni con la materia vivente
Protoni da 3 MeV ~ 10 keV/μm
Fotoni X da 200 keV ~ 1,7 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 biologiche
TIPO DI RADIAZIONE
60Co
Raggi X 200 keV
Elettroni
1 MeV
100 keV
10 keV
1 keV
Protoni
10 MeV
2 MeV
Neutroni
2.5 MeV
14.1 MeV
Particelle a 5meV
Nuclei pesanti
LET (keV/m)
0.3
2.5
0.2
0.5
2
10
4.0
17.0
15-80
3-30
90.0
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
Efficacia biologica relativa (RBE)
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
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 radiazioni
Esposizione nell’aria
Unità tradizionali
Roentgen (R)
Unità SI (Système International)
Coulombs/Kg (C/Kg)
Quantità di raggi x e <3
Misura della carica (numero
MeV in grado di produrre
di elettroni) che si muovono
nell’aria ioni che trasportano 1
lungo un conduttore per
unità elettrostatica di carica
una corrente di 1 Ampere in
elettrica positiva o negativa in
1 sec per Kg di aria
3
1 cm di aria secca a 0° 760
1 R = 2,58 x 104 C/kg
mmHg (= 0,001293 g)
Misura della quantità di
ionizzazione nell’aria (numero
di elettroni rimossi dagli
atomi) prodotta da raggi X e
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
Protoni
Neutroni
Particelle α, ioni con Z>2
Q
Q
Q
Q
=
=
=
=
1
1-1,2
5-20
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 STOCASTICI è ritenuta
NULLA solo in presenza di E = 0 (ICRP)
Deve essere mantenuta quanto più bassa
ragionevolmente possibile (ALARA)
Ottimizzazione della RADIOPROTEZIONE
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
Unità di misura delle radiazioni
Unità
convenzionali
A
Fattore di
conversione
B
Unità SI
Roentgen
Rad
Rem
Curie
2.58 x104
0.01
0.01
3.7 x1010
Coulomb/kg
Gray
Sievert
Becquerel
C=AxB
C
A=C :B
Unità di misura delle radiazioni
Potenza di
10
Fattore di
moltiplicazion
e
Simbol
o
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
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)
Modalità di somministrazione
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
Particolarmente importante nelle
applicazioni cliniche
Modalità di somministrazione
30-100 Triliardi di Cellule (a Rischio)
Differenti Istotipi
Differenti Cicli Cellulari
Differenti Bersagli Cellulari
LD/50 = 4 Gy
4 Gy = 67 calorie
67 calorie = 3 ml di caffé a 60°C
Modalità di somministrazione
Frazionamento della dose
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 somministrazione
Frazionamento 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
Effetti tardivi delle RI
Effetti somatici
Effetti deterministici
Effetti genetici
Effetti stocastici
Effetti teratogeni
Danni da radiazioni ionizzanti nei
lavoratori della sanità
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 deterministici da RI
non casuali/graduali
Prevedibili
Ad una certa dose di esposizione corrisponde sicuramente
l’insorgenza di un certo numero di effetti nell’individuo esposto
Comparsa/Frequenza
Individuabile 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 esposti
Su tutti gli esposti alla stessa dose
Danni deterministici da RI
non 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 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
0.25
Danni embrionali
Manifestazioni ematologiche
0.30
0.75
Sterilità transitoria
Malattia da raggi
1.00
Sindrome emopoietica (panirradiazione)
1.0-2.0
3.0
Cataratta
Eritema semplice
4.0
5.0
20.0
Dose letale media al 50%
Sindrome gastroenterica (panirradiazione)
Sindrome cerebrale
Effetto acuto delle RI sui tessuti
Sindromi da pan-irradiazione
Dose assorbita
Volume corporeo irradiato
Determinano le manifestazioni cliniche
Precocità di comparsa
Gravità
Durata della sindrome
Sindromi da pan-irradiazione
Sindrome gastrointestinale 300 – 450 rad
Sindrome midollare 400 - 1000 rad
Sindrome cerebrale 2000 rad
DANNI DA RADIAZIONI
Rapporto Dose / Effetto
Irraggiamento esterno totale acuto
Dose 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
Lesioni da irraggiamento esterno
totale acuto
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
Effetti tardivi “stocastici” delle RI
L’effetto tardivo si manifesta come
incremento statisticamente significativo
dell’incidenza naturale
Manca un effetto specifico
Probabilità dell’effetto di manifestarsi – e
non la gravità – è in funzione della dose cui
i soggetti sono stati esposti
Danno genetico
Carcinogenesi
Effetti tardivi “stocastici” delle RI
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
Danni stocastici da radiazioni
Coefficienti nominali di rischio
per effetti stocastici (ICRP60/1990)
Popolazione
esposta
Lavoratori
Adulti
Neoplasie
maligne
fatali
Neoplasie
maligne
NON fatali
Effetti
Ereditari
gravi
4.0*10-2 Sv-1 0.8*10-2 Sv-1 0.8*10-2 Sv-1
Popolazione
5.0*10-2 Sv-1 1.0*10-2 Sv-1 1.3*10-2 Sv-1
generale
Totale
5.6*10-2 Sv-1
0.056 * Sv-1
0.000056 * mSv-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%
I PRINCIPI FONDAMENTALI
DELLA RADIOPROTEZIONE
Nessuna esposizione alle RI, per quanto
modesta, può essere considerata
completamente sicura
Normativa in tema di radiazioni
ionizzanti
19 set 1994 D.Lgs. 626/1994
Miglioramento della sicurezza e della salute dei lavoratori sul
luogo di lavoro
1 gen 1996 D.Lgs. 230/1995 modificato da
D.Lgs. 241/2000 modificato da D.Lgs. 257/2001
D.Lgs. 187/2000 entrati in vigore da 1 gen 2001
Specifici 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 radiologica
International 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)
Obblighi del Datore di Lavoro
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230
Gli organi competenti variano a seconda della
tipologia e quantità di sorgenti detenute:
Ministero dell’Industria
Prefetto
ASL
Ispettorato del lavoro
ARPA
Vigili del fuoco
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.230
Nell'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
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230
Art.2 Comma 3.
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 A
Normativa in tema di RI
ICRP
(International Commission on Radiological Protection)
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
Obblighi del Datore di Lavoro
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230
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
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
Obblighi del Datore di Lavoro
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230
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, dei Dirigenti e
Preposti D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230, a
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
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Art.2
CLASSIFICAZIONE DELLE AREE
Zona interdetta
Zona controllata
Zona sorvegliata
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230 Art.2
CLASSIFICAZIONE DELLE AREE
Zona interdetta
Area nella quale i ratei di dose possono
raggiungere valori elevati
Necessario
Istituire procedure di accesso e di ronda
Installare dei sistemi di sicurezza
Impedire 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 controllata
Ogni 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 sorvegliata
ogni 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 superamento in un anno di uno
qualsiasi dei seguenti valori
1 mSv per esposizione globale ovvero
15 mSv per il cristallino
50 mSv per la pelle
50 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 malfunzionamenti
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
Obblighi del Datore di Lavoro
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230
Sorveglianza medica tramite la figura del
medico addetto alla sorveglianza medica
(medico autorizzato, medico competente)
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230
Art.2 Comma 4.
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
D. Lgs. n.241/2000
PERSONE
Individui della
popolazione
(persone del pubblico)
LAVORATORI
Allegato IV, paragrafi 7, 8 e 9
Lavoratori non esposti
Lavoratori esposti
Allegato 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 esposti di
categoria A
Allegato III, paragrafo 3.1.
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 B
Allegato III, paragrafo 3.2.
Dose Efficace
E
mSv/anno
Dose Equivalente
HT
mSv/anno
Popolazione
<1
HCristallino <15
HPelle,mani,estremità <50
Categoria A
>6 - ≤20
HCristallino ≤150
HPelle,mani,estremità ≤500
Categoria B
≤6
HCristallino ≤45
HPelle,mani,estremità ≤150
Apprendisti, Studenti
Ecc.: 16-18 anni
≤6
HCristallino ≤45
HPelle,mani,estremità ≤150
Apprendisti, Studenti
Ecc.: >18 anni
Cat. A o Cat. B
Cat. A o Cat. B
Al feto <1
Non possono lavorare in
zone segnalate come
controllate o sorvegliate
durante l’impiego di RI
Non possono svolgere
attività con rischio di
contaminazione
Non possono lavorare in
MN e RT
PERSONALE
Lavoratrici gestanti
Lavoratrici che
allattano al seno
Obblighi del Datore di Lavoro
D.Lgs. 17 marzo 1995 n.230
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
Giudizio di idoneità al lavoro con RI
Al termine degli accertamenti sanitari è
formulato dal medico autorizzato
Idoneità
Non idoneità
Idoneità 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)
Organizzazione del Lavoro
D.Lgs. 626/1994 Art. 3 Misure generali di tutela
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 Lavoro
D.Lgs. 626/1994 Art. 5 Obblighi dei Lavoratori
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 Lavoro
D.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 Lavoro
D.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 Lavoro
D.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
Protezione dalle radiazioni ionizzanti
Rischio da irraggiamento esterno
Tempo
Distanza
Barriere
Norme di radioprotezione
Ottimizzare (MINIMIZZARE)
il tempo dell’esposizione
Il tempo (durata) determina in maniera
lineare, 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 esposizione
Manipolazioni 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
Radioprotezione: Distanza
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 quadrato
valida 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 / D12
Radioprotezione: Distanza
Legge dell’inverso del quadrato della distanza
Radioprotezione: Distanza
Legge dell’inverso del quadrato della
distanza
Distanza massima dalle sorgenti radioattive
Utilizzo 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
A = piccolo campo elettrico intenso processo
di ricombinazione delle coppie elettrone-ione
positivonon tutte le cariche prodotte sono
raccolte
B 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
C e D 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
E 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
F = 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
