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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.
GRANDEZAS DE RADIOPROTEÇÃO
• 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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GRANDEZAS DE RADIOPROTEÇÃO
• 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.
GRANDEZAS DE RADIOPROTEÇÃO
• 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.
GRANDEZAS DE RADIOPROTEÇÃO
• 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.
GRANDEZAS DE RADIOPROTEÇÃO
• 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.
GRANDEZAS DE RADIOPROTEÇÃO
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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GRANDEZAS DE PROTEÇÃO
• 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
GRANDEZAS DE PROTEÇÃO
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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?
GRANDEZAS DE PROTEÇÃO
• 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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GRANDEZAS DE PROTEÇÃO
Wt 1 Wt 2
Wt 3
E = (Ht . Wt1) + (Ht . Wt2) + (Ht . Wt3)
GRANDEZAS DE PROTEÇÃO
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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