Эффективная доза (излучения)

Эффективная доза — это величина дозы в системе радиационной защиты Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) . ^[1]

Это взвешенная по тканям сумма эквивалентных доз во всех указанных тканях и органах человеческого тела, которая представляет собой стохастический риск для здоровья всего организма, то есть вероятность возникновения рака и генетических эффектов при низких уровнях ионизирующего излучения . ^[2]^[3] Он учитывает тип излучения и природу каждого облучаемого органа или ткани и позволяет суммировать дозы облучения органов, обусловленные различными уровнями и типами излучения, как внутреннего, так и внешнего, для получения общей расчетной эффективной дозы.

Единицей измерения эффективной дозы в системе СИ является зиверт (Зв), который представляет собой 5,5% вероятности развития рака. ^[4] Эффективная доза не предназначена для измерения детерминированных последствий для здоровья, которые представляют собой тяжесть острого повреждения тканей, которое наверняка произойдет и измеряется величиной поглощенной дозы . ^[5]

Концепция эффективной дозы была разработана Вольфгангом Якоби и опубликована в 1975 году, и была настолько убедительной, что МКРЗ включила ее в свои общие рекомендации 1977 года (публикация 26) как «эффективный эквивалент дозы». ^[6] Название «эффективная доза» заменило название «эффективный эквивалент дозы» в 1991 году. ^[7] С 1977 года это центральная величина для ограничения дозы в международной системе радиологической защиты МКРЗ . ^[1]

Использует

Согласно МКРЗ, основные применения эффективной дозы — это перспективная оценка дозы для планирования и оптимизации радиологической защиты, а также демонстрация соответствия пределам дозы для целей регулирования. Таким образом, эффективная доза является центральной величиной дозы для целей регулирования. ^[8]

МКРЗ также утверждает, что эффективная доза внесла значительный вклад в радиологическую защиту, поскольку она позволила суммировать дозы от облучения всего тела и его частей от внешнего излучения различных типов и от поступления радионуклидов. ^[9]

Применение для наружного применения

Расчет эффективной дозы необходим для частичного или неравномерного облучения человеческого тела, поскольку эквивалентная доза не учитывает облученную ткань, а только тип излучения. Различные ткани организма реагируют на ионизирующее излучение по-разному, поэтому МКРЗ назначила коэффициенты чувствительности для определенных тканей и органов, чтобы можно было рассчитать эффект частичного облучения, если известны облученные области. ^[10] Поле излучения, облучающее только часть тела, будет нести меньший риск, чем если бы то же поле облучало все тело. Чтобы учесть это, эффективные дозы для составных частей тела, которые были облучены, рассчитываются и суммируются. Это становится эффективной дозой для всего тела, дозовой величиной $E.$ Это «защитная» дозовая величина, которую можно рассчитать, но нельзя измерить на практике.

Эффективная доза будет нести тот же эффективный риск для всего организма, независимо от того, где она была применена, и она будет нести тот же эффективный риск, что и такое же количество эквивалентной дозы, примененной равномерно ко всему организму.

Использование для внутренней дозы

Эффективную дозу можно рассчитать для ожидаемой дозы, которая представляет собой внутреннюю дозу, возникающую в результате вдыхания, проглатывания или инъекции радиоактивных материалов.

Используемая доза составляет:

Гарантированная эффективная доза, $E(t)$ представляет собой сумму произведений гарантированных эквивалентных доз органов или тканей и соответствующих весовых коэффициентов тканей $W T$ , где $t$ — время интеграции в годах после приема. Период обязательств принимается равным 50 годам для взрослых и 70 годам для детей. ^[11]

Расчет эффективной дозы

Ионизирующее излучение выделяет энергию в облучаемом веществе. Для выражения этого используется поглощенная доза — физическая величина дозы, зависящая от уровня падающего излучения и поглощающих свойств облучаемого объекта. Поглощенная доза — это физическая величина, которая не является удовлетворительным индикатором биологического эффекта, поэтому для учета стохастического радиологического риска Международная комиссия по радиационным единицам и измерениям (МКРЕ) и МКРЗ разработали величины дозы: эквивалентную дозу и эффективную дозу для расчета биологического эффекта поглощенной дозы.

Для получения эффективной дозы рассчитанная поглощенная органом доза $D T$ сначала корректируется с учетом типа излучения с использованием коэффициента $W R$ для получения средневзвешенного значения эквивалентной величины дозы $H T ,$ полученной в облученных тканях организма, а затем результат дополнительно корректируется с учетом облучаемых тканей или органов с использованием коэффициента $W T$ для получения эффективной величины дозы $E$ .

Сумма эффективных доз для всех органов и тканей тела представляет собой эффективную дозу для всего тела. Если облучается только часть тела, то только эти области используются для расчета эффективной дозы. Весовые коэффициенты тканей суммируются до 1,0, так что если все тело облучается равномерно проникающей внешней радиацией, эффективная доза для всего тела равна эквивалентной дозе для всего тела.

Использование весового коэффициента тканиВ Т

Весовые коэффициенты МКРЗ для тканей приведены в прилагаемой таблице, а также приведены уравнения, используемые для расчета поглощенной дозы или эквивалентной дозы.

Некоторые ткани, такие как костный мозг, особенно чувствительны к радиации, поэтому им присваивается весовой коэффициент, который непропорционально велик по отношению к той доле массы тела, которую они представляют. Другие ткани, такие как твердая поверхность кости, особенно нечувствительны к радиации и им присваивается непропорционально низкий весовой коэффициент.

Расчет из эквивалентной дозы:

E=\sum _{T}W_{T}\cdot H_{T}=\sum _{T}W_{T}\sum _{R}W_{R}\cdot {\overline {D}}_{T,R}

Расчет по поглощенной дозе:

E=\sum _{T}W_{T}\sum _{R}W_{R}\cdot {\frac {\displaystyle \int _{T}D_{R}(x,y,z)\rho (x,y,z)dV}{\displaystyle \int _{T}\rho (x,y,z)dV}}

Где

E

это эффективная доза для всего организма

H_{T}

эквивалентная доза, поглощенная тканью

T

W_{T}

это коэффициент веса ткани, определяемый регуляцией

W_{R}

весовой коэффициент радиации, определенный нормативными актами

{\overline {D}}_{T,R}

это усредненная по массе поглощенная доза в ткани

T

от типа излучения

R

D_{R}(x,y,z)

поглощенная доза от типа излучения

R

как функция местоположения

\rho (x,y,z)

это плотность как функция местоположения

V

это объем

Т

ткань или орган интереса

Весовые коэффициенты тканей МКРЗ выбираются для представления доли риска для здоровья или биологического эффекта, приписываемого конкретной названной ткани. Эти весовые коэффициенты были пересмотрены дважды, как показано в таблице выше.

Комиссия по ядерному регулированию США по-прежнему использует в своих правилах весовые коэффициенты тканей МКРЗ 1977 года, несмотря на более поздние пересмотренные рекомендации МКРЗ. ^[15]

По типу медицинской визуализации

Влияние на здоровье

Ионизирующее излучение, как правило, вредно и потенциально смертельно для живых существ, но может иметь пользу для здоровья при лучевой терапии для лечения рака и тиреотоксикоза . Его наиболее распространенным воздействием является индукция рака с латентным периодом в годы или десятилетия после воздействия. Высокие дозы могут вызывать визуально выраженные лучевые ожоги и/или быструю смерть из-за острого лучевого синдрома . Контролируемые дозы используются для медицинской визуализации и лучевой терапии .

Нормативная номенклатура

Правила Великобритании

В Положениях Великобритании об ионизирующем излучении 1999 года дается определение термина «эффективная доза»: «Любая ссылка на эффективную дозу означает сумму эффективной дозы для всего тела от внешнего облучения и ожидаемой эффективной дозы от внутреннего облучения». ^[19]

Эффективная доза США эквивалентна

Комиссия по ядерному регулированию США сохранила в системе регулирования США старый термин эквивалент эффективной дозы для обозначения величины, аналогичной эффективной дозе МКРЗ. Эквивалент общей эффективной дозы (TEDE) NRC представляет собой сумму внешней эффективной дозы с внутренней ожидаемой дозой; другими словами, все источники дозы.

В США кумулятивная эквивалентная доза внешнего облучения всего тела обычно сообщается работникам атомной энергетики в регулярных дозиметрических отчетах.

эквивалент глубокой дозы (DDE), который по сути является эквивалентной дозой для всего тела
эквивалент поверхностной дозы (SDE), который фактически является эффективной дозой для кожи

История

Концепция эффективной дозы была введена в 1975 году Вольфгангом Якоби (1928–2015) в его публикации «Концепция эффективной дозы: предложение по комбинированию доз органов». ^[6]^[20] Она была быстро включена в 1977 году как «эффективный эквивалент дозы» в Публикацию 26 МКРЗ. В 1991 году публикация МКРЗ 60 сократила название до «эффективная доза». ^[21] Эту величину иногда неправильно называют «эквивалентом дозы» из-за более раннего названия, и это неправильное название, в свою очередь, вызывает путаницу с эквивалентной дозой . Весовые коэффициенты тканей были пересмотрены в 1990 и 2007 годах из-за новых данных.

Будущее использование эффективной дозы

На 3-м Международном симпозиуме МКРЗ по системе радиологической защиты в октябре 2015 года целевая группа 79 МКРЗ представила доклад на тему «Использование эффективной дозы в качестве величины радиологической защиты, связанной с риском».

Это включало предложение прекратить использование эквивалентной дозы как отдельной защитной величины. Это позволило бы избежать путаницы между эквивалентной дозой, эффективной дозой и эквивалентной дозой, а также использовать поглощенную дозу в Гр как более подходящую величину для ограничения детерминированных эффектов на хрусталик глаза, кожу, руки и ноги. ^[22]

Также было предложено использовать эффективную дозу в качестве приблизительного индикатора возможного риска от медицинских обследований. Эти предложения должны будут пройти следующие этапы:

Обсуждение в комитетах МКРЗ
Пересмотр отчета целевой группой
Пересмотр комитетами и главной комиссией
Общественные консультации

Смотрите также

Ссылки

^ ab публикация МКРЗ, 103, пункт 103
^ Публикация МКРЗ 103, глоссарий
^ Публикация МКРЗ 103, параграф 104 и 105
^ Публикация МКРЗ 103
^ Отчет МКРЗ 103, параграфы 104 и 105
^ ab Журнал радиологической защиты Том 35 № 3 2015. «Некролог - Вольфганг Якоби 1928 - 2015».
^ Публикация МКРЗ 103, краткое содержание, параграф 101
^ Публикация МКРЗ 103, краткое содержание, параграф j
^ Публикация МКРЗ 103, параграф 101
^ Публикация МКРЗ 103, параграф 22 и глоссарий
^ Публикация МКРЗ 103 - Глоссарий.
^ UNSCEAR-2008 Приложение A, страница 40, таблица A1, получено 20 июля 2011 г.
^ Vennart, J. (1991). "Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 1990 года". Annals of the ICRP . Публикация ICRP 60. 21 (1–3): 8. Bibcode :1991JRP....11..199V. doi : 10.1016/0146-6453(91)90066-P . ISBN 978-0-08-041144-6.
^ "Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 2007 года". Анналы МКРЗ . Публикация МКРЗ 103. 37 (2–4). 2007. ISBN 978-0-7020-3048-2. Архивировано из оригинала 16 ноября 2012 . Получено 17 мая 2012 .
^ 10 CFR 20.1003. Комиссия по ядерному регулированию США. 2009. Получено 25 ноября 2012 г.
^ ab Если в полях не указано иное, ссылка:
- «Доза облучения при рентгеновских и КТ-исследованиях». RadiologyInfo.org , Радиологическим обществом Северной Америки . Получено 23 октября 2017 г.
^ Брисбен, Уэйн; Бейли, Майкл Р.; Соренсен, Мэтью Д. (2016). «Обзор методов визуализации почечных камней». Nature Reviews Urology (обзорная статья). 13 (11). Springer Nature: 654–662. doi :10.1038/nrurol.2016.154. ISSN 1759-4812. PMC 5443345 . PMID 27578040.
^ Чжан, Чжуоли; Ци, Ли; Майнель, Феликс Г.; Чжоу, Чан Шэн; Чжао, Янь Э.; Шёпф, У. Джозеф; Чжан, Лонг Цзян; Лу, Гуан Мин (2014). «Качество изображения и доза облучения при КТ-ангиографии нижних конечностей с использованием 70 кВп, высокочастотного получения и итеративной реконструкции, подтвержденной синограммой». PLOS ONE . 9 (6): e99112. Bibcode : 2014PLoSO...999112Q. doi : 10.1371/journal.pone.0099112 . ISSN 1932-6203. PMC 4051648. PMID 24915439 .
^ Правила Великобритании по ионизирующим излучениям 1999 г.
^ Якоби В. (1975). «Концепция эффективной дозы — предложение по комбинированию доз для органов». Radiat. Environ. Biophys . 12 (2): 101–109. doi :10.1007/BF01328971. PMID 1178826. S2CID 44791936.
^ Публикация МКРЗ 103, параграф 101
^ «Использование эффективной дозы», Джон Харрисон. 3-й Международный симпозиум по системе радиологической защиты, октябрь 2015 г., Сеул.

Внешние ссылки

MA Boyd. "The Confusing World of Radiation Dosimetry - 9444" (PDF) . Агентство по охране окружающей среды США . Архивировано из оригинала (PDF) 21.12.2016 . Получено 26.05.2014 . – отчет о хронологических различиях между дозиметрическими системами США и МКРЗ