Dosis og dosisberegninger - Astra...2012/12/10 · dosis og absorberet dosis og deres enheder Gy og Sv ofte forveksles med hinanden. Dosisgrænser til enkelte organer såsom øje,

Dosis og dosisberegninger

Forskellige dosisbegreber

Røntgenstråling er ioniserende elektromagnetisk

stråling. Når røntgenstråling propagerer gennem et

materiale, vil vekselvirkningen mellem strålingen og

materialet give anledning til, at der overføres energi

fra strålingen til materialet, hvorved neutrale atomer

eller molekyler splittes op i positive og negative ioner.

Det er dannelsen af disse ioner, der giver anledning til

betegnelsen ioniserende stråling, og som har en

biologisk skadelig effekt (se nærmere under afsnittet

Biologisk skadesvirkning).

Af historiske årsager findes der forskellige metoder til

at karakterisere strålingen, og disse - sammen med

metoder til at beskrive den skadelige effekt - uddybes

nedenfor.

[Foto] Røntgen afdeling SVS – dosis indtastet i computeren

Kapitlet vil gennem teori og regneeksempler give dig

indsigt i den komplicerede proces med at beregne

hvor farlig en røntgenundersøgelse er for patienten.

Du vil blive i stand til at vurdere den enkeltes

kræftrisiko og hvor mange kræfttilfælde på landsplan

undersøgelserne er årsag til.

Udarbejdet af…

Forfatter: Leif Poulsen (og konsulent Asbjørn Seegert)

Redaktion: Beth Wehner Andersen, Claus Auning,

Linda Ahrenkiel og Mette Auning

Layout: Rune Skeel-Gjørling

December 2012

EN DAG SOM RADIOGRAF DOSIS OG DOSISBEREGNINGER

ntsnet.dk/projektsyd 2

Absorberet dosis

Vekselvirkning mellem stråling og materiale vil betyde,

at materialet absorberer energi fra strålingen.

Absorberet dosis gives betegnelsen og måles i

enheden Gray (Gy). 1 Gy svarer til, at der er afsat 1

Joule i 1 kg af det materiale, der har absorberet

strålingen.

Det er vigtigt at huske, at begrebet absorberet dosis

eller bare dosis først giver mening, når man ved,

hvilket materiale energien for røntgenstrålingen er

afsat i. Disse materialer kan f.eks. være luft, knogle,

blødvæv, kobberfiltre, aluminiumsfiltre osv.

Når der i daglig tale benyttes ordet ”dosis” (uden at

specificere begrebet yderligere), er det formentlig den

absorberede dosis i luft (eller bare luftdosis), der

beskrives. Den absorberede dosis i luft betegnes .

Det er denne størrelse, man typisk måler med en

røntgendetektor.

Dosis afsat i det eksponerede væv er meget mere

kompliceret. Her kan nævnes følgende til illustration

af kompleksiteten. Dosis afhænger bl.a. af:

1) Hvilket spektrum røntgenrøret udsender.

Spektret afhænger af den påsatte

rørspænding, kV (maxenergi), rørets

egenfiltrering og eventuel indsatsfiltreringer i

lysvisiret. Der kan være stor forskel i

filtreringerne fra rør til rør!

2) Hvilken mAs der påtrykkes. mAs er produktet

af rørstrømmen og eksponeringstiden.

Rørstrømmen er ikke strømmen i glødetråden

(som også kaldes filamentstrømmen), men

derimod den strøm der går mellem glødetråd

og anode. For en given kV og en given

filamentstrøm vil rørstrømmen antage en

bestemt værdi.

3) Hvilken afstand fra fokus dosis evalueres i.

(Diagnostiske røntgenfelter er altid

divergerende, og derfor skal der tages hensyn

til afstandskvadratloven)

4) Hvilket materiale der afsættes dosis i. For et

bestemt materiale og et bestemt spektrum,

vil der være en bestemt vekselvirkning

mellem materiale og stråling, hvorved

strålingen afsætter energi i materialet. Rent

faktisk vil denne vekselvirkning ændres ved

strålingens passage gennem materialet fordi

strålingens energifordeling ændres ved

strålingens passage gennem materialet

(lavenergetisk stråling absorberes i større

grad end højenergetisk stråling).

Røntgenstrålings passage gennem 1 kg luft og

1 kg bly vil resultere i to meget forskellige

doser til de to materialer.

Hvis man kender/fastholder indstillingerne i et

røntgenrør og måler på samme emne (f.eks. luft) vil

man dog kunne regne dosis ud som følger

hvor konstanten tager højde for alle nævnte

parametre og ”mAs´en” er slangsproget for

ovennævnte produkt af rørstrømmen og

eksponeringstiden, dvs. (ladningen af) det antal

elektroner, der rammer anoden.

D(luft) = konstant*mAs

Definition på absorberet dosis: ”den energi

røntgenstrålingen afsætter i et materiale per kilogram

af materialet”.



Definition for ækvivalent dosis:

Den absorberede dosis vægtet i forhold til

strålingstypen med strålevægtningsfaktoren

( tidligere kaldet kvalitetsfaktoren Q).

er et rent tal, dvs. det har ingen enhed.

Ækvivalent dosis måles i enheden Sievert

(Sv) og gives betegnelsen .

Ækvivalent dosis

Dette ”biofysiske” begreb indføres, da forskellige

strålingstyper (røntgenstråling, alfastråling,

betastråling) påvirker vævet forskelligt. For eksempel

er en absorberet dosis af alfastråling i et organ ca. 20

gange så skadeligt som en absorption af

røntgenstråling.

Beregning af ækvivalent dosis for røntgenstråling er

nemt, da er lig med 1. Her gælder det, at den

absorberede dosis D målt i Gy er lig den ækvivalente

dosis H målt i Sv. Det betyder, at en absorberet dosis

på 0,1 mGy stammende fra røntgenstråling svarer til

en ækvivalent dosis på 0,1 mSv. Men det giver også

anledning til forvirring, da begreberne ækvivalent

dosis og absorberet dosis og deres enheder Gy og Sv

ofte forveksles med hinanden.

Dosisgrænser til enkelte organer såsom øje, hud,

lunger etc. samt til ekstremiteterne (fødder, hænder

osv.) angives som en ækvivalent dosis.

Effektiv dosis

Effektiv dosis er en beregnet dosis, som bruges til at

vurdere risikoen for stråleinduceret kræft.

Effektiv dosis beregningen tager hensyn til forskellen i

absorption og farlighed i de enkelte organer.

En oversigt over beregningsgangen ses under

eksempler side 7.

Effektiv dosis beregnes i trin. For hvert bestrålet organ

(organer i den primære stråling såvel som organer, der

kun har modtaget spredt stråling) tages den

absorberede dosis og omregnes til den ækvivalente

organdosis. Herefter multipliceres den med organets

vævsvægtningsfaktor wT (tabel).

Herved fås en række ”effektive organdoser”. Effektiv

dosis findes ved at addere alle disse udregnede

effektive organdoser.

Vævsvægtningsfaktorerne er direkte et udtryk for,

hvor risikofyldt en bestemt ækvivalent dosis i et organ

er. Værdien af disse faktorer for de forskellige organer

kan ses i nedenstående liste1.

Organ eller væv Vævsvægtningsfaktor, wT

Kønskirtler (gonader) 0,20

Rød knoglemarv 0,12

Tyktarm 0,12

Lunger 0,12

Mavesæk 0,12

Urinblære 0,05

Bryst 0,05

Lever 0,05

Spiserør 0,05

Skjoldbruskkirtel 0,05

Hud 0,01

Knogleoverflader 0,01

Resten af kroppen 0,05

[Figur 1] Vævsvægtningsfaktorer, ICRP 60

1 Gældende vævsvægtningsfaktorer fastsættes af International

Commission of Radiation Protection ”ICRP” i deres rapport nr. 103



Eksempel

Et eksempel på udregning fra absorberet organdoser

til effektiv dosis, f.eks. hidrørende fra en indåndet

radioaktiv kilde eller CT-røntgenundersøgelser:

Lunger har absorberet en dosis på 5 mGy. Dette giver

en ækvivalent dosis til lungerne på 5 mSv.

Bryst har absorberet en dosis på 2 mGy. Dette giver en

ækvivalent dosis til brystet på 2 mSv.

Den effektive dosis (også kaldet helkropsdosis)

udregnes således:

( )

( )

( )

( )

Effektiv dosis (helkropsdosis) og risiko for

kræft.

Som allerede fortalt er effektiv dosis et mål for, hvor

risikofyldt en bestråling har været. Det er altså en

beregningsteknisk størrelse. Statistisk set anses

risikoen for at udvikle kræft i dag at være sådan, at

hver gang den effektive dosis øges med 1 mSv, så øges

risikoen for at udvikle kræft i løbet af livet med

risikofaktoren 005%. Det skal understreges, at dette er

et gennemsnit over køn og alder.

Risikoen for børn og unge er større, fordi børn og unge

stadig vokser. Celler, som deler sig, har en større

følsomhed over for stråling. Risikoen falder også som

funktion af alder, da høj alder betyder mindre

sandsynlighed for at kræftsygdommen kommer til

udtryk i den resterende livsperiode. Procenttallet skal

ses i forhold til, at livstidsrisikoen for at dø af kræft er

ca. 25 % i Danmark. I dag giver en konventionel

røntgenundersøgelse en effektiv dosis på omtrent

mens CT-undersøgelser sjældent giver

over 20 mSv. Til sammenligning får en dansker i

gennemsnit en dosis på ca. 1-3 mSv årligt fra den

naturlige baggrundstråling.

Eksempel (fortsat)

Cancerrisikoen fra eksemplet ovenfor bliver med de

opgivne data:

For en hel befolkning vil det give

tilfælde

Bemærk: Antallet skal ses i forhold til, at

livstidsrisikoen for at dø af kræft er ca. 25 % i

Danmark).

Se flere eksempler sidst i kapitlet.

Praktiske metoder til at måle og beregne

absorberet dosis

Absorberet dosis til luft (luftdosis) målt med halvleder-

dosismeter: Der måles kun dosisbidrag fra den stråling

der rammer den strålefølsomme overflade på

halvleder-dosismeteret (fig. 1.1). Derfor er det vigtigt

at placere halvlederens strålefølsomme overflade

vinkelret på røntgenstrålen. Stråling reflekteret tilbage

mod detektoren giver ikke bidrag til den målte

luftdosis.

Luftdosis målt på denne måde er en god indikator til at

karakterisere den stråling, der kommer fra et

røntgenrør.

Absorberet dosis til luft (luftdosis) målt med

ionkammer-dosismeter: Der detekteres både

Målinger af absorberede dosis



dosisbidrag til luften fra stråling forfra samt fra

stråling, der reflekteres tilbage mod detektoren (fig.

1.2). Det er dog igen vigtigt, at tænke over

orienteringen af ionkammeret.

[Fig. 1.1] Princip for strålingsdetektion med halvleder

[Fig. 1.2] Princip for strålingsdetektion med ionkammer eller

TLD-tablet

Biologisk skadevirkning.

Hos mennesket indeholder benvæv ca. 45 % vand,

mens andre vævstyper indeholder mellem 10 % og 90

% vand. Når vand (i cellevæsken) absorberer energirig

ioniserende stråling, kan der foregå følgende

processer:

1) ,

hvorefter

2)

hvorefter

og kaldes frie radikaler, (de indeholder en

uparret elektron). De er ekstremt kemisk aktive og vil i

løbet af brøkdele af sekunder reagere med andre

molekyler. De fleste radikaler vil reagere med

hinanden og danne vand igen, men enkelte reagerer

med andre af vævets molekyler, som f. eks.

Brintoverilte, er et kraftigt oxidationsmiddel. Det er

altså giftigt for cellerne og medvirker til at slå dem

ihjel. Radikalerne kan også reagere med molekyler,

som styrer cellerne, f.eks. DNA molekyler. Disse kan

også beskadiges direkte af strålingen. Skaderne kan

føre til ændringer i cellens funktion (f.eks.

cancerudvikling), evt. kan de forhindre cellen i at dele

sig, eller de kan direkte ødelægge cellen.

Det har vist sig, at der er størst sandsynlighed for varig

skade på et DNA-molekyle, hvis to eller flere bindinger

brydes samtidig af strålingen. Det er derfor alfastråling

har en meget større Q faktor, , end

røntgenstråling, hvor .

De omtalte fysisk-kemiske processer, som er omtalt

her, foregår meget hurtigt (1ms). De efterfølgende

biologiske forandringer foregår meget langsommere.

Cancer- udviklingen kan vise sig mange år efter

bestrålingen. Det er blandt andet derfor, at det er

svært at sætte sikre tal på risikofaktorerne.

Primære/Direkte

stråle

Halvleder-dosismeter,

som kun detektere den

stråling der rammer den

strålefølsomme side af

detektoren

Spredende objekt, f.eks.

En patient eller et fantom

Primære/Direkte

stråle





detektoren



Primære/Direkte

stråle





detektoren



Primære/Direkte

stråle

Dosismeter (ionkammer

eller TLD-tablet), som

kun detektere både den

primære/direkte stråling

og den spredte stråling



Primære/Direkte

stråle








Primære/Direkte

stråle










Eksempler

Dosis ved røntgenbilleder (og anden stråling) følger

følgende regneskabelon:

[Figur 2] Metodik i bestemmelse af forskellige doser og risiko ved strålepåvirkning

Eksempel 1

a) Når der bliver taget et røntgenbillede af brystkassen, bruges typisk røntgenstråler med en fotonenergi på op til 100 keV. Effekten pr. areal er omkring 0,050 W/m

2 og bestrålingen varer ca. 0,1

sek. (apparatdata)

b) I væv er halveringstykkelsen for sådanne stråler omkring 4 cm og ca. 90 % af strålingen absorberes. Et bestrålet område på 10*10 cm, 15 cm tykt, svarer til 1,5 kg. Den absorberede energi er da

J Da kvalitetsfaktoren er 1, er den ækvivalente strålingsdosis givet ved

c) Effektiv dosis eller helkropdosis er da (se

fremgangsmåden ovenfor):

7

d) Cancerrisikoen (over et helt liv) er: 7

Ganges denne størrelse med antal billeder på et

år, fås antallet af kræfttilfælde i befolkningen.

Eksempel 2

a) I et andet eksempel bestråles lungerne med et røntgenudstyr indstillet på 120 – 150 kV og en ”mAs”- værdi på . Med en afskærmning på 3 mm Al og en afstand på 1,85 m vil patienten modtage en stråledosis i størrelsesordenen 0,6 mGy (fx målt med dosismeter).

b) Ækvivalent dosis er, da , som fordeles på forskelligt væv.

c) I lungevæv er halveringstykkelsen 8 cm. Lungerne fylder i sammenklappet tilstand 4 cm. Den ækvivalente strålingsdosis i lungerne vil derfor være 50 % af det der kommer frem til lungerne. I størrelsesordenen til lungerne.

Fysisk Måling

eller Computer

Simulering

Strålepåvirkning

Absorberede

organdoser

Ækvivalente

organdoser

Vævsvægtnings-

faktorer

(ICRP 103)

Effektiv dosis

Risiko for

stråleinduceret kræft

Statistisk model

Vægtning for

stråletyper

(røntgen, alfa,

beta osv.)



Eksempel 3.

Følg beregningen ved hjælp af modellen ovenfor. Hvis

vi tænker os en lungeoptagelse af en kvinde hvor vi

har følgende ækvivalentdoser:

- Hud: 0.1 mSv w=0.01 - Lungevæv: 0.5 mSv w=0.12 - Brystvæv: 0.2 mSv w=0.05 - Knogleoverflade: 0.3 mSv w=0.01 - Rød knoglemarv: 0.2 mSv w=0.12

Vævsvægtningsfaktorer er hentet fra tabellen i Figur 1

(1.1 · 0.01)+(0.5 · 0.12)+(0.2 · 0.05)+(0.3 · 0.01)+(0.2 · 0.12) =

0.001 + 0.06 + 0.01 + 0.003 + 0.024 =

= 0.098 mSv

Documents

Dosis og dosisberegninger - Astra...2012/12/10 · dosis og absorberet dosis og deres enheder Gy og Sv ofte forveksles med hinanden. Dosisgrænser til enkelte organer såsom øje,