AZIENDA OSPEDALIERA G. BROTZU FACOLTA’ DI INGEGNERIA Seminario “Le Tecnologie di Imaging e l’Ospedale” Cagliari 28 febbraio 2014 ELEMENTI DI RADIOPROTEZIONE OPERATIVA A cura del Dr. G. Atzori, Esperto Qualificato 3° grado Che cos’è la radioprotezione? • Protezione dai rischi derivanti dall’utilizzo di fonti radiogene (spettro elettromagnetico-particelle elementari) • In particolare si considerano i rischi dovuti alle radiazioni ionizzanti (a più alto danno biologico); • Normativa italiana: DLgs N. 230/95 e successive modifiche ed integrazioni Tipologia delle radiazioni Radiazioni Non ionizzanti Campi magnetici, Infrarossi, onde radio, ultravioletti Ionizzanti Direttamente ionizzanti Indirettamente ionizzanti Particelle dotate di carica elettrica e, p, α, … Energia sufficiente a mettere in moto particelle cariche raggi X, raggi γ, n Le radiazioni ionizzanti negli ospedali Apparecchi emittenti raggi X Servizi di Radiologia • Diagnostica • Interventiva Sale operatorie Radioterapia Fasci esterni Le radiazioni ionizzanti negli ospedali Sostanze emittenti raggi γ Medicina nucleare • Diagnostica • Terapia metabolica Alcune sale Operatorie (Radiochirurgia) Radioterapia Brachiterapia Endocavitaria (Cs-137) Le radiazioni ionizzanti negli ospedali Apparecchi e sostanze emittenti particelle cariche Medicina nucleare PET (ciclotrone) Radioterapia • Fasci esterni (e, p, ioni) • Brachiterapia (β) Scopo della Radioprotezione EVITARE DETRIMENTO DA EFFETTI NON STOCASTICI (danni certi) LIMITARE LA PROBABILITA’ DI EFFETTI STOCASTICI A LIVELLI CONSIDERATI ACCETTABILI (Valori dose < Limiti riconosciuti) Grandezza fondamentale della radioprotezione: Dose = energia trasferita dalla radiazione al tessuto umano Effetto dannoso A parità di dose assorbita, la probabilità di insorgenza di un determinato effetto dannoso dipende dalle modalità di irradiazione: • Tipo di radiazione (X, n, , …) • Energia della radiazione • Intensità della dose • Fattori biochimici La grandezza “Dose assorbita” non è sufficiente per valutare il danno biologico delle radiazioni Dose efficace DOSE ASSORBITA (Gray) Fattore di peso della radiazione WR DOSE EFFICACE (Sievert) Valuta il rischio biologico DOSE EQUIVALENTE (Sievert) Fattori di peso per l’organo WT Fattori di peso della radiazione WR Tipo radiazione WR WR DLgs 230/95 ICRP 103/07 Fotoni di tutte le energie 1 1 Elettroni e muoni di tutte le energie 1 1 Neutroni: E < 10 keV 5 10 keV<E<100 keV 10 100 keV<E<2 MeV 20 2 MeV<E<20 MeV 10 E>20 MeV 5 Protoni (e pioni carichi) 5 2 Part. , frammenti fissione, nuclei pesanti 20 20 Fattori di peso tessutale WT TESSUTO OD ORGANO WT DLgs 230 WT ICRP 103 Midollo osseo (rosso) 0,12 0,12 Colon 0,12 0,12 Polmone 0,12 0,12 Stomaco 0,12 0,12 Mammelle 0,05 0,12 Vescica 0,05 0,04 Esofago 0,05 0,04 Fegato 0,05 0,04 Tiroide 0,05 0,04 Gonadi 0,20 0,08 Superficie ossea 0,01 0,01 Cervello 0,01 Ghiandole salivari 0,01 Pelle 0,01 0,01 Rimanenti organi o tessuti 0,05 0,12 Energia trasferita e Dose assorbita Trasferimento di energia: - messa in moto di secondari carichi dalla radiazione primaria - dissipazione di energia nel mezzo da parte dei secondari carichi D = Ea / m Ea: J / kg = Gray ENERGIA MEDIA CEDUTA DALLA RADIAZIONE IONIZZANTE ALL’ELEMENTO DI VOLUME DI MASSA m h’ (diffusione) Ea = Etr- h’- h’’ h e - (secondario carico) h’’ (frenamento) Scopo della Radioprotezione DETRIMENTO (insieme dei vari effetti dannosi) DETRIMENTO DETRIMENTO SANITARIO NON SANITARIO (induzione di tumori, (limitazione di talune aree effetti ereditari, …) o di taluni prodotti) Effetti sanitari non stocastici o deterministici • Gravità dell’effetto aumenta con il crescere della dose ricevuta • Esiste soglia sopra la quale il danno è sicuro Soglia iniziale dipende da: • tipo di radiazione • rateo di radiazione • estensione spaziale dell’irradiazione Effetti sanitari non stocastici o deterministici FREQUENZA PERCENTUALE DI COMPARSA EFFETTI 100% LET >> LET << ε Δl dE L ( ) dl 50% keV/μm SOGLIA 100 % SOGLIA 50 % • Tipo radiazione • Rateo irradiazione • Estensione spaziale irradiazione SOGLIA INIZIALE DOSE Effetti sanitari stocastici o probabilistici • Probabilità di insorgenza di un effetto dannoso aumenta con il crescere della dose ricevuta • Il danno può manifestarsi anche a basse dosi (soglia zero) P P=a.D D Scopo della Radioprotezione i lavoratori addetti all’impianto • Proteggere gli individui della popolazione • Proteggere Sicurezza impianti Sicurezza ambiente Giustificazione Ottimizzazione Limiti di dose Principi fondamentali della Radioprotezione Più beneficio che danno Esposizione più bassa possibile (ALARA) Non superamento dei limiti Modalità di esposizione alle radiazioni • IRRADIAZIONE ESTERNA (non contatto) • CONTAMINAZIONE (contatto) – INTERNA (introduzione) – ESTERNA (deposito su cute, arti, …) La contaminazione dell’individuo è la conseguenza della contaminazione dell’aria o dei materiali. si estende il concetto di contaminazione al mezzo materiale (matrice) Irradiazione esterna • PARAMETRI CHE DETERMINANO LA DOSE ASSORBITA: • TEMPO DI ESPOSIZIONE • DISTANZA DALLA SORGENTE • SCHERMATURA TRA SORGENTE E PERSONA Tempo D = (dD/dt) . t La dose è direttamente proporzionale al tempo di esposizione D = 50 uSv/h . 8 h = 400 uSv Distanza (dD1/dt) r12 --------------- = ---------(dD2/dt) r22 Per sorgenti puntiformi l’intensità di dose è inversamente proporzionale al quadrato della distanza Costante Gamma Specifica = (l2 /A) . (dD/dt) • Caratterizza i singoli radionuclidi gamma emittenti • Consente il calcolo dell’attività della sorgente (numero di disintegrazioni per unità di tempo) : costante gamma specifica (Gy.m2/Bq/sec) l: distanza dalla sorgente (m) A: attività della sorgente (Bq) dD/dt: rateo di dose in aria a 1 m dalla sorgente Misura dell’attività di una sorgente Conoscendo la costante specifica dell’emettitore gamma e misurando il rateo di dose a distanza nota, si risale all’attività della sorgente. (dD/dt). l2 A = ---------------- Esempio di calcolo Attività di una sorgente di cobalto-60 che fornisce un rateo di dose di 25 uSv/h a 2 m. Co-60 = 0,351 uGy . m2/ (MBq.h) A = 25 . 22 / 0,351 = 285 MBq Costante Gamma Specifica di alcuni radioisotopi Simbolo Nome T1/2 R.m2/(h .Ci) uGy.m2/(h. MBq) 226Ra Radio1 1620 a 0,825 0,248 60Co Cobalto-60 5,27 a 1,25 0,375 125I 53 Iodio-125 60,14 g 0,165 0,05 131I 53 Iodio-131 8,04 g 0,20 0,060 137Cs 55 Cesio-137 30,0 a 0,35 0,105 192Ir Iridio-192 74,02 g 0,50 0,15 Oro-198 2,70 g 0,23 0,069 88 27 77 198Au 79 1 Si suppone che il radio sia incapsulato con 0,5 mm di platino Criteri di progettazione impianti • Tipologia di impianto: tipo sorgenti e utilizzo • Macchina radiogena, sostanze radioattive • sorgenti sigillate / non sigillate • Esigenze strutturali e logica dei percorsi • separare zone calde dalle zone fredde • prevedere zone filtro • zone controllate e zone a libero accesso • Schermature necessarie • Confinamento sorgenti (Alloggiamenti) • Sistema di ventilazione • locali in depressione o in sovrappressione • numero ricambi/ora • Sistema di monitoraggio radiazioni • Gestione rifiuti radioattivi (solidi, liquidi, gassosi) PORTA REI 120 3M 210 2M 210 2M 210 PORTA REI 120 WC LOCALE QUADRI ELETTRICI 75 210 USCITA PAZIENTI SPOGLIATOIO 1 90 210 90 210 REFERTI 90 210 ANTI WC 90 210 SPOGLIATOIO 2 WC AREA FREDDA 75 210 90 210 90 210 UFFICIO 90 90 210 210 PARETE A VETRI ATTESA FREDDA INGRESSO-USCITA PERSONALE 90 210 120 210 90 210 PORTA REI 120 75 210 VUOTA DEPOSITO PULIZIE 75 210 SP. U. 125 210 STOCCAGGIO RIFIUTI 90 210 SP. D. 90 210 120 210 75 210 120 210 SALA ESAMI PET-CT COMANDI CONTROLLO QUADRO CDZ 125 210 USCITA DI EMERGENZA 90 210 ATTESA CALDA BARELLATI DECONT. INGRESSO PAZIENTI 75 210 75 210 DECONT. PORTA REI 120 75 210 WC FILTRO ZONA CALDA 120 210 COMANDI ANTI WC PORTA REI 120 TENUTA FUMI FREDDI WC DECONT. PORTA REI 120 ATTESA CALDA 3 75 210 90 210 SALA STAMPANTI 120 210 ATTESA CALDA 2 75 210 interlock PORTA SCHERMATA 100 210 90 210 90 210 90 210 2M 210 120 210 100 210 MATERIALI RADIOFARMACIA 75 210 PORTA REI 120 TENUTA FUMI FREDDI PARETE PREFABBRICATA FINESTRA PASSAPRODOTTI STAGNA VENTILATA 120 100 PORTA REI 120 TENUTA FUMI FREDDI CICLOTRONE 14 90 210 75 210 75 210 DECONT. interlock 90 210 90 210 LAVAMANI CONTROLLO QUALITA' PORTA REI 120 TENUTA FUMI FREDDI FINESTRA PASSAPRODOTTI STAGNA VENTILATA SPEDIZIONE RADIOFARMACIA LOCALE TECNICO DECONT. RADIOFARMACIA CORRIDOIO RADIOFARMACIA interlock FILTRO 90 210 75 210 VISITA SOMMINISTRAZIONE SPORTELLO REI 120 TENUTA FUMI FREDDI 75 210 WC WC CALDO CALDO 75 210 WC CALDO PORTA REI 120 TENUTA FUMI FREDDI CAMINO CICLOTRONE ZONA CONTROLLATA 75 210 PORTA REI 120 TENUTA FUMI FREDDI DEPOSITO PULIZIE PORTA REI 120 interlock CAMINO DECONT. 120 210 75 210 75 210 90 210 CORRIDOIO CALDO 90 210 FILTRO CICLOTRONE 75 210 SALA TECNICA ATTESA CALDA 1 120 210 90 210 LOCALE TECNICO FLUSSO RADIOISOTOPO CICLOTRONE Produzione Radioisotopo Trasferimento Radioisotopo CELLA FRAZIONAMENTO VIALS CELLA SINTESI Produzione Radiofarmaco Trasferimento Radiofarmaco CELLA FRAZIONAMENTO SIRINGHE VIALS PER SPEDIZIONE ALTRI UTENTI SIRINGHE PER USO INTERNO SOMMINISTRAZIONE Tomografo PET LABORATORIO CONTROLLO QUALITA’ (OK!) RISCHI RELATIVI AL CICLOTRONE E LABORATORIO DI RADIOCHIMICA Radiazione attorno al bunker durante il funzionamento Esposizione esterna operatori e pubblico Manipolazione di parti radioattive nel bunker ciclotrone Esposizione e Contaminazione esterna operatori Aria radioattiva nel bunker per attivazione Esposizione esterna, Contaminazione interna operatori Manipolazione Radioisotopi nel laboratorio di radiochimica e controllo qualità Esposizione esterna, contaminazione esterna ed interna operatori Manipolazione e scarico rifiuti prodotti Esposizione esterna operatori; contaminazione esterna ed interna popolazione Immissione in atmosfera di gas e particolato radioattivo da bunker e celle sintesi Esposizione esterna e contaminazione interna popolazione RISCHIO DURANTE FUNZIONAMENTO DEL CICLOTRONE Filtro HEPA Filtro HEPA IN OUT 10 ric/h Δp < -15 Pa Attività in aria (γ) Neutroni Raggi γ 30 cm cls CICLOTRONE 10 uSv/h 1m Autoschermatura Camino espulsione RISCHIO DOPO UTILIZZO DEL CICLOTRONE Filtro HEPA Camino espulsione Filtro HEPA OUT IN 10 ric/h Δp < -15 Pa Attività residua in aria (γ) Possibile contaminazione per contatto con parti attivate CICLOTRONE 1m Attività indotta (γ) 1 uSv/h con portelloni chiusi Alto rischio con portelloni aperti manutenzione dopo 48 h di fermo-macchina • 50 uSv/h a 1 m • 1 mSv/h a 5 cm da target SISTEMA RADIOMETRICO: CAMPIONAMENTO ARIA Camino di espulsione Centralina Bq/l Pozzetto Marinelli con pompa estrazione IN IN Bunker ciclotrone IN Radiochimica OUT Diagnostica OUT OUT IN CASO DI ARIA CONTAMINATA IL LOCALE VIENE ISOLATO CHIUDENDO LE BOCCHE DI MANDATA E/O DI RIPRESA PER EVITARE ESPULSIONE NEL CAMINO SISTEMA RADIOMETRICO: MONITORAGGIO AMBIENTALE Centralina Unità derivazione uSv/h uSv/h Bunker ciclotrone 1 Cont. Prop. 1 rivel. neutroni uSv/h uSv/h 2 Geigers Radiochimica uSv/h 1 Geiger Vano Frazionamento 1 Geiger Laboratorio Controllo Qualità Beam ON Radiofrequency ON Magnet ON Ready for beam Δp < - 15 Pa Ciclotrone Allarme Allarme Preallarme Vano sintesi Preallarme OK Frazionamento e Controllo qualità ALTRI TIPI DI RISCHIO • Campo magnetico statico (generato dalle bobine di accelerazione) Rischio trascurabile per mini-trace – Accelerazione di oggetti meccanici – Danno a portatori di impianti fisiologici (pacemakers) • Radiofrequenze di alta potenza dal generatore RF – Alta tensione, danno biologico • Presenza di gas nel locale ciclotrone – H2 (esplosivo se concentrazione > 4%) – CH4 (metano) • Rivelatori gas nell’ambiente Schermatura Lo spessore della schermatura dipende: • • • • Tipo di radiazione (X, , , , n, …) Tipo di barriera (primaria, secondaria) Energia della radiazione Materiale schermante Tipo di barriera HVL (SEV) di alcuni materiali per sorgenti gamma 1 - Acqua ( 1g/cm3) 2 - Mattone forato (1,2 g/cm3) 3 - Calcestruzzo leggero (2,2 g/cm3) 4 - Calcestruzzo pesante (3,2 g /cm3) 5 - Ferro (7,8 g/cm3) 6 - Piombo (11,4 g/cm3) 7 - Tungsteno (19,1 g/cm3) 8 - Uranio (19 g/cm3) I0 I0/2 Spessore emivalente (dimezzamento della radiazione incidente) Attenuazione particelle • Alta ionizzazione specifica (coppie ioni/cm) • Range in aria = qualche cm • Strato Esterno della Pelle Arresta fino a 7,5 MeV CONCLUSIONE: ASSENZA DI RISCHIO DA IRRADIAZIONE ESTERNA Particelle • Range in Aria (1 MeV) = 3 m • Per Superare lo Strato Morto della Pelle è Sufficiente una energia di 70 keV • Produzione di Radiazione di Frenamento (Bremsstrahlung) pari a circa: Z . Emax /3000 Schermatura particelle • RISCHIO DA IRRADIAZIONE ESTERNA • SCHERMATURE PROGETTATE PER ARRESTARE SIA CHE I FOTONI DI FRENAMENTO PRODOTTI NELLA SCHERMATURA O NELLA STESSA SORGENTE • MATERIALI AD ALTO Z FAVORISCONO IL BREMSSTRAHLUNG Schermatura ideale: A Due Strati - Materiale Leggero per arrestare i (Al, lucite, vetro,…) - Materiale ad alto Z per attenuare i fotoni di frenamento Dosi Da Scarichi e Rilasci Dosi da irraggiamento esterno Sommersione in aria contaminata Particelle radioattive nel suolo In particolare gas nobili radioattivi Contaminazione terreni Dosi Da Scarichi e Rilasci Dosi da Contaminazione interna Inalazione aria contaminata In particolare I-131 Ingestione di alimenti contaminati Latte, vegetali, carni, pesci, … Acqua potabile RIFIUTI LIQUIDI: VASCHE DECADIMENTO E CAMPIONAMENTO Fognatura urbana Centralina Bq/l Pozzetto Marinelli con pompa prelievo Bunker ciclotrone Radiochimica Diagnostica Scarichi caldi Scarichi caldi Scarichi caldi Vasche di decadimento LO SCARICO IN FOGNATURA AVVIENE QUANDO LA CONCENTRAZIONE < 1 kBq/litro OUT ZONE CALDE Vie di ritorno all’uomo Gaseous Effluents Transport of fuel and waste Deposition Ingestion
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