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La dosimetría de radiación en los campos de la física de la salud y la protección radiológica es la medición, cálculo y evaluación de la dosis de radiación ionizante absorbida por un objeto, generalmente el cuerpo humano. Esto se aplica tanto internamente, debido a la ingestión o inhalación de sustancias radiactivas, como externamente debido a la irradiación de fuentes de radiación.
La evaluación de la dosimetría interna se basa en una variedad de técnicas de monitorización, bioensayo o imágenes de radiación, mientras que la dosimetría externa se basa en mediciones con un dosímetro o se infiere de mediciones realizadas con otros instrumentos de protección radiológica . [1]
La dosimetría de radiación se utiliza ampliamente para la protección radiológica; Se aplica rutinariamente para monitorear a los trabajadores que trabajan bajo radiación, donde se espera irradiación, o donde la radiación es inesperada, como en el período posterior a los incidentes de liberación radiológica de Three Mile Island , Chernobyl o Fukushima . La absorción de dosis pública se mide y calcula a partir de una variedad de indicadores, como mediciones ambientales de radiación gamma, monitoreo de partículas radiactivas y medición de niveles de contaminación radiactiva .
Otras áreas importantes de dosimetría de radiación son la médica, donde se monitorea la dosis absorbida del tratamiento requerida y cualquier dosis absorbida colateral, y la ambiental, como la monitorización del radón en los edificios.
Hay varias formas de medir las dosis absorbidas de radiación ionizante. Las personas en contacto ocupacional con sustancias radiactivas, o que pueden estar expuestas a la radiación, habitualmente llevan dosímetros personales . Están diseñados específicamente para registrar e indicar la dosis recibida. Tradicionalmente, se trataba de medallones sujetos a la ropa exterior de la persona supervisada, que contenían una película fotográfica conocida como dosímetros de placa de película . Estos han sido reemplazados en gran medida por otros dispositivos, como las placas de dosimetría termoluminiscente (TLD), luminiscencia ópticamente estimulada (OSL) o detectores fluorescentes de tracto nuclear (FNTD). [2] [3]
La guía del Comité Internacional de Protección Radiológica (ICRP) establece que si se usa un dosímetro personal en una posición del cuerpo representativa de su exposición, suponiendo una exposición de todo el cuerpo, el valor de la dosis equivalente personal Hp(10) es suficiente para estimar un valor de dosis eficaz adecuado para la protección radiológica. La dosis equivalente personal es una cantidad de radiación diseñada específicamente para usarse en mediciones de radiación mediante dosímetros personales. [4] Los dosímetros se conocen como "dosímetros legales" si han sido aprobados para su uso en el registro de dosis del personal con fines reglamentarios. En casos de irradiación no uniforme, dichos dosímetros personales pueden no ser representativos de determinadas zonas específicas del cuerpo, cuando se utilizan dosímetros adicionales en la zona de interés.
Se han generalizado el uso de varios dispositivos electrónicos conocidos como dosímetros personales electrónicos (EPD) que utilizan detección de semiconductores y tecnología de procesador programable. Se usan como insignias, pero pueden dar una indicación de la tasa de dosis instantánea y una alarma visual y audible si se excede una tasa de dosis o una dosis total integrada. Se puede poner inmediatamente a disposición del usuario una gran cantidad de información sobre la dosis registrada y la tasa de dosis actual a través de una pantalla local. Se pueden utilizar como dosímetro principal independiente o como complemento de otros dispositivos. Los EPD son particularmente útiles para el monitoreo de dosis en tiempo real cuando se espera una tasa de dosis alta que limitará en el tiempo la exposición del usuario.
En determinadas circunstancias, una dosis puede deducirse de lecturas tomadas mediante instrumentos fijos en una zona en la que el interesado haya estado trabajando. Por lo general, esto sólo se utilizaría si no se hubiera emitido dosimetría personal o si un dosímetro personal se hubiera dañado o perdido. Estos cálculos adoptarían una visión pesimista de la dosis probable recibida.
La dosimetría interna se utiliza para evaluar la dosis comprometida debido a la entrada de radionucleidos en el cuerpo humano.
La dosimetría médica es el cálculo de la dosis absorbida y la optimización de la administración de dosis en radioterapia . Suele ser realizado por un físico profesional de la salud con formación especializada en ese campo. Para planificar la administración de radioterapia, la radiación producida por las fuentes generalmente se caracteriza con curvas de dosis porcentuales en profundidad y perfiles de dosis medidos por un físico médico . [5]
En radioterapia, las distribuciones de dosis tridimensionales a menudo se evalúan mediante una técnica conocida como dosimetría en gel . [6]
La dosimetría ambiental se utiliza cuando es probable que el medio ambiente genere una dosis de radiación significativa. Un ejemplo de esto es el monitoreo del radón . La mayor fuente de exposición a la radiación para el público en general es el gas radón natural, que representa aproximadamente el 55% de la dosis anual de fondo. Se estima que el radón es responsable del 10% de los cánceres de pulmón en los Estados Unidos. El radón es un gas radiactivo generado por la desintegración del uranio, que está presente en cantidades variables en la corteza terrestre. Ciertas áreas geográficas, debido a la geología subyacente, generan continuamente radón que impregna su camino hacia la superficie de la Tierra. En algunos casos la dosis puede ser importante en edificios donde se puede acumular el gas. Se utilizan varias técnicas de dosimetría especializadas para evaluar la dosis que pueden recibir los ocupantes de un edificio.
Los registros de los resultados de la dosimetría legal generalmente se conservan durante un período de tiempo determinado, dependiendo de los requisitos legales del país en el que se utilizan.
El monitoreo de la exposición a la radiación médica es la práctica de recopilar información sobre dosis de equipos de radiología y utilizar los datos para ayudar a identificar oportunidades para reducir dosis innecesarias en situaciones médicas. [5]
Para permitir la consideración del riesgo estocástico para la salud, se realizan cálculos para convertir la cantidad física de la dosis absorbida en dosis equivalentes y efectivas, cuyos detalles dependen del tipo de radiación y el contexto biológico. [7] Para aplicaciones en protección radiológica y evaluación de dosimetría, la (ICRP) y la Comisión Internacional de Unidades y Medidas de Radiación (ICRU) han publicado recomendaciones y datos que se utilizan para calcularlas.
Existen varias medidas diferentes de la dosis de radiación, incluida la dosis absorbida ( D ) medida en:
A menudo, cada medida se describe simplemente como "dosis", lo que puede generar confusión. Todavía se utilizan unidades distintas al SI , particularmente en los EE. UU., donde la dosis a menudo se informa en rads y la dosis equivalente en rems . Por definición, 1 Gy = 100 rad y 1 Sv = 100 rem.
La cantidad fundamental es la dosis absorbida ( D ), que se define como la energía media impartida [por radiación ionizante] (dE) por unidad de masa (dm) de material (D = dE/dm) [8] La unidad SI de dosis absorbida La dosis es el Gray (Gy) definido como un julio por kilogramo. La dosis absorbida, como medida puntual, es adecuada para describir exposiciones localizadas (es decir, órganos parciales), como la dosis tumoral en radioterapia. Puede usarse para estimar el riesgo estocástico siempre que se indique la cantidad y el tipo de tejido involucrado. Los niveles de dosis de diagnóstico localizados suelen estar en el rango de 0 a 50 mGy. Con una dosis de 1 miligray (mGy) de radiación de fotones, cada núcleo celular es atravesado por un promedio de 1 pista de electrones liberados. [9]
La dosis absorbida necesaria para producir un determinado efecto biológico varía entre los diferentes tipos de radiación, como fotones , neutrones o partículas alfa . Esto se tiene en cuenta mediante la dosis equivalente (H), que se define como la dosis media al órgano T por el tipo de radiación R ( D T,R ), multiplicada por un factor de ponderación W R . Esto está diseñado para tener en cuenta la eficacia biológica (RBE) del tipo de radiación. [8] Por ejemplo, para la misma dosis absorbida en Gy, las partículas alfa son 20 veces más potentes biológicamente que los rayos X o gamma. La medida de "dosis equivalente" no es un promedio de órganos y ahora sólo se utiliza para "cantidades operativas". La dosis equivalente está diseñada para estimar los riesgos estocásticos de la exposición a la radiación. El efecto estocástico se define para la evaluación de la dosis de radiación como la probabilidad de inducción de cáncer y daño genético. [10]
Como la dosis se promedia en todo el órgano; La dosis equivalente rara vez es adecuada para la evaluación de los efectos agudos de la radiación o la dosis tumoral en radioterapia. En el caso de la estimación de efectos estocásticos, suponiendo una respuesta de dosis lineal , este promedio no debería suponer ninguna diferencia ya que la energía total impartida sigue siendo la misma.
La dosis efectiva es la cantidad de dosis central para la protección radiológica que se utiliza para especificar los límites de exposición a fin de garantizar que la aparición de efectos estocásticos en la salud se mantenga por debajo de niveles inaceptables y que se eviten reacciones tisulares. [12]
Es difícil comparar el riesgo estocástico de exposiciones localizadas de diferentes partes del cuerpo (por ejemplo, una radiografía de tórax en comparación con una tomografía computarizada de la cabeza), o comparar exposiciones de la misma parte del cuerpo pero con diferentes patrones de exposición (por ejemplo, una tomografía computarizada cardíaca con una exploración de medicina nuclear cardíaca). Una forma de evitar este problema es simplemente promediar una dosis localizada en todo el cuerpo. El problema de este enfoque es que el riesgo estocástico de inducción de cáncer varía de un tejido a otro.
La dosis efectiva E está diseñada para tener en cuenta esta variación mediante la aplicación de factores de ponderación específicos para cada tejido ( W T ). La dosis efectiva proporciona la dosis equivalente en todo el cuerpo que genera el mismo riesgo que la exposición localizada. Se define como la suma de dosis equivalentes a cada órgano ( HT ) , cada una multiplicada por su respectivo factor de ponderación tisular ( WT ) .
Los factores de ponderación son calculados por la Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP), en función del riesgo de inducción de cáncer para cada órgano y ajustados por la letalidad asociada, la calidad de vida y los años de vida perdidos. Los órganos que están alejados del sitio de irradiación sólo recibirán una pequeña dosis equivalente (debido principalmente a la dispersión) y, por lo tanto, contribuirán poco a la dosis efectiva, incluso si el factor de ponderación para ese órgano es alto.
La dosis efectiva se utiliza para estimar los riesgos estocásticos para una persona de "referencia", que es un promedio de la población. No es adecuado para estimar el riesgo estocástico de exposiciones médicas individuales y no se utiliza para evaluar los efectos agudos de la radiación.
La dosis de radiación se refiere a la cantidad de energía depositada en la materia y/o a los efectos biológicos de la radiación, y no debe confundirse con la unidad de actividad radiactiva ( becquerel , Bq) de la fuente de radiación, ni con la intensidad del campo de radiación (fluencia ). El artículo sobre el sievert ofrece una descripción general de los tipos de dosis y cómo se calculan. La exposición a una fuente de radiación producirá una dosis que depende de muchos factores, como la actividad, la duración de la exposición, la energía de la radiación emitida, la distancia a la fuente y la cantidad de protección.
La dosis de fondo promedio mundial para un ser humano es de aproximadamente 3,5 mSv por año [1], proveniente principalmente de la radiación cósmica y los isótopos naturales de la Tierra. La mayor fuente de exposición a la radiación para el público en general es el gas radón natural, que representa aproximadamente el 55% de la dosis anual de fondo. Se estima que el radón es responsable del 10% de los cánceres de pulmón en los Estados Unidos.
Debido a que el cuerpo humano está compuesto aproximadamente en un 70% de agua y tiene una densidad general cercana a 1 g/cm 3 , la medición de la dosis generalmente se calcula y calibra como dosis al agua.
Los laboratorios de estándares nacionales, como el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido (NPL), proporcionan factores de calibración para cámaras de ionización y otros dispositivos de medición para convertir la lectura del instrumento a la dosis absorbida. Los laboratorios de patrones funcionan como un patrón primario , que normalmente se calibra mediante calorimetría absoluta (el calentamiento de sustancias cuando absorben energía). Un usuario envía su estándar secundario al laboratorio, donde se expone a una cantidad conocida de radiación (derivada del estándar primario) y se emite un factor para convertir la lectura del instrumento a esa dosis. Luego, el usuario puede utilizar su estándar secundario para derivar factores de calibración para otros instrumentos que utilice, que luego se convierten en estándares terciarios o instrumentos de campo.
El NPL utiliza un calorímetro de grafito para la dosimetría fotónica absoluta. Se utiliza grafito en lugar de agua, ya que su capacidad calorífica específica es una sexta parte de la del agua y, por lo tanto, el aumento de temperatura en el grafito es 6 veces mayor que el equivalente en agua y las mediciones son más precisas. Existen problemas importantes a la hora de aislar el grafito del entorno circundante para poder medir los pequeños cambios de temperatura. Una dosis letal de radiación para un ser humano es de aproximadamente 10 a 20 Gy. Esto es de 10 a 20 julios por kilogramo. Por tanto, un trozo de grafito de 1 cm 3 que pese 2 gramos absorbería entre 20 y 40 mJ. Con una capacidad calorífica específica de unos 700 J·kg −1 ·K −1 , esto equivale a un aumento de temperatura de sólo 20 mK.
Los dosímetros en radioterapia ( acelerador lineal de partículas en terapia de haz externo) se calibran habitualmente utilizando cámaras de ionización [14] o tecnología de diodos o dosímetros de gel. [15]
La siguiente tabla muestra cantidades de radiación en unidades SI y no SI.
Aunque la Comisión Reguladora Nuclear de los Estados Unidos permite el uso de las unidades curie , rad y rem junto con las unidades SI, [16] las directivas europeas de unidades de medida de la Unión Europea exigían que su uso para "fines de salud pública..." se eliminara gradualmente. antes del 31 de diciembre de 1985. [17]
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