Поглощенная доза - Absorbed dose

Поглощенная доза ионизирующего излучения
Общие символы	D
Единица СИ	серый
Прочие единицы	Рад, Эрг
В Базовые единицы СИ	J ⋅кг^−1

Поглощенная доза - величина дозы, которая является мерой энергии, вложенной в иметь значение к ионизирующего излучения на единицу массы. Поглощенная доза используется для расчета поглощения дозы живой тканью в обоих радиационная защита (уменьшение вредных воздействий), и радиология (потенциальные положительные эффекты, например, при лечении рака). Он также используется для прямого сравнения воздействия радиации на неодушевленные вещества, например, на радиационное упрочнение.

В SI единица измерения - это серый (Гр), который определяется как один Джоуль энергии, поглощенной на килограмм вещества.^[1] Старший, не-СИ CGS единица измерения рад, иногда также используется, преимущественно в США.

Детерминированные эффекты

Обычно при радиационной защите немодифицированная поглощенная доза используется только для указания непосредственных последствий для здоровья из-за высоких уровней острой дозы. Это тканевые эффекты, такие как острый лучевой синдром, которые также известны как детерминированные эффекты. Это эффекты, которые обязательно произойдут через короткое время.

Последствия острого радиационного облучения

Фаза	Симптом	Все тело поглощенная доза (Гр )
		1–2 Гр	2–6 Гр	6–8 Гр	8–30 Гр	> 30 Гр
Немедленный	Тошнота и рвота	5–50%	50–100%	75–100%	90–100%	100%
	Время начала	2–6 часов	1–2 часа	10–60 мин	<10 мин	Минуты
	Продолжительность	<24 ч	24–48 ч	<48 ч	<48 ч	Нет данных (пациенты умирают менее чем за 48 ч)
	Диарея	Никто	От нулевого до легкого (<10%)	Тяжелый (> 10%)	Тяжелый (> 95%)	Тяжелый (100%)
	Время начала	—	3–8 ч	1–3 ч	<1 ч	<1 ч
	Головная боль	Незначительный	От легкой до умеренной (50%)	Умеренный (80%)	Тяжелая (80–90%)	Тяжелая (100%)
	Время начала	—	4–24 ч	3–4 ч	1–2 часа	<1 ч
	Высокая температура	Никто	Умеренное увеличение (10–100%)	От умеренной до тяжелой (100%)	Тяжелая (100%)	Тяжелая (100%)
	Время начала	—	1–3 ч	<1 ч	<1 ч	<1 ч
	ЦНС функция	Нет обесценения	Когнитивные нарушения 6–20 ч.	Когнитивные нарушения> 24 ч.	Быстрое выведение из строя	Судороги, тремор, атаксия, летаргия
Инкубационный период		28–31 день	7–28 дней	<7 дней	Никто	Никто
Болезнь		От легкой до умеренной Лейкопения Усталость Слабое место	От умеренного до тяжелого Лейкопения Пурпура Кровоизлияние Инфекции Алопеция после 3Гр	Суровый лейкопения Высокая температура Диарея Рвота Головокружение и дезориентация Гипотония Электролитное нарушение	Тошнота Рвота Сильная диарея Высокая температура Электролитное нарушение Шок	N / A (пациенты умирают менее чем за 48 часов)
Смертность	Без заботы	0–5%	5–95%	95–100%	100%	100%
	С осторожностью	0–5%	5–50%	50–100%	99–100%	100%
	Смерть	6–8 недель	4–6 недель	2–4 недели	2 дня - 2 недели	1-2 дня
Источник таблицы[2]

Радиационная терапия

Основная статья: радиационная терапия

Измерение поглощенной дозы в ткани имеет фундаментальное значение в радиобиологии, поскольку это мера количества энергии, передаваемой падающим излучением ткани-мишени.

Расчет дозы

Поглощенная доза равна дозе облучения (ионов или C / кг) пучка излучения, умноженного на энергию ионизации ионизируемой среды.

Например, энергия ионизации сухого воздуха при 20 ° C и 101,325кПа давления 33.97±0,05 Дж / Кл.^[3] (33,97 эВ на ионную пару) Следовательно, экспонирование 2.58×10⁻⁴ Кл / кг (1 рентген ) внесет поглощенную дозу 8.76×10⁻³ Дж / кг (0,00876 Гр или 0,876 рад) в сухом воздухе при этих условиях.

Когда поглощенная доза неоднородна или когда она применяется только к части тела или объекта, поглощенная доза, репрезентативная для всего объекта, может быть рассчитана путем взятия средневзвешенного значения поглощенных доз в каждой точке.

Точнее,^[4]

${\displaystyle {\bar {D_{T}}}={\frac {\int _{T}D(x,y,z)\rho (x,y,z)dV}{\int _{T}\rho (x,y,z)dV}}}$

Где

${\displaystyle {\bar {D_{T}}}}$ - усредненная по массе поглощенная доза всего объекта T

${\displaystyle T}$ предмет интереса

${\displaystyle D(x,y,z)}$ поглощенная доза как функция местоположения

${\displaystyle \rho (x,y,z)}$ плотность как функция местоположения

${\displaystyle V}$ объем

Медицинские соображения

Неравномерная поглощенная доза является обычным явлением для мягких излучений, таких как рентгеновские лучи низкой энергии или бета-излучение. Самоэкранирование означает, что поглощенная доза будет выше в тканях, обращенных к источнику, чем глубже в теле.

Среднее значение массы может быть важным при оценке рисков лучевой терапии, поскольку они предназначены для воздействия на очень определенные объемы тела, как правило, на опухоль. Например, если 10% массы костного мозга пациента облучается локальным излучением 10 Гр, то общая доза, поглощенная костным мозгом, составит 1 Гр. Костный мозг составляет 4% от массы тела, поэтому поглощенная доза всего тела составит 0,04 Гр. Первая цифра (10 Гр) указывает на локальное воздействие на опухоль, а вторая и третья цифры (1 Гр и 0,04 Гр) лучше отражают общее воздействие на здоровье всего организма. Чтобы получить значимую эффективную дозу, которая необходима для оценки риска рака или других стохастических эффектов, необходимо выполнить дополнительные дозиметрические расчеты по этим цифрам.

Когда ионизирующее излучение используется для лечения рака, врач обычно назначает лучевая терапия лечение в единицах серого. Медицинская визуализация дозы могут быть описаны в единицах кулон на килограмм, но когда радиофармпрепараты используются, они обычно вводятся в единицах беккерель.

Стохастический риск - перевод в эквивалентную дозу

Величины доз внешнего облучения, используемые в радиационной защите и дозиметрии

График, показывающий соотношение величин "защитной дозы" в SI единицы

За стохастический радиационный риск, определяемый как вероятность индукции рака и генетических эффектов, происходящих в течение длительного времени, необходимо учитывать тип излучения и чувствительность облучаемых тканей, что требует использования модифицирующих факторов для создания фактора риска в зиверты. Один зиверт несет с собой вероятность 5,5% в конечном итоге развития рака на основе линейная беспороговая модель.^[5][6] Этот расчет начинается с поглощенной дозы.

Для представления стохастического риска величины доз эквивалентная доза ЧАС _Т и эффективная доза E используются соответствующие дозовые факторы и коэффициенты для их расчета на основе поглощенной дозы.^[7] Эквивалентные и эффективные дозы выражаются в единицах зиверт или же rem что означает, что были приняты во внимание биологические эффекты. Расчет стохастического риска осуществляется в соответствии с рекомендациями Международный комитет по радиационной защите (МКРЗ) и Международная комиссия по радиационным единицам и измерениям (ICRU). Разработанная ими согласованная система величин радиационной защиты показана на прилагаемой диаграмме.

Для облучения всего тела, с Гамма излучение или же рентгеновские лучи модифицирующие коэффициенты численно равны 1, что означает, что в этом случае доза в серых тонах равна дозе в зивертах.

Разработка концепции поглощенной дозы и серого

Раннее использование Трубка Крукса Рентгеновский аппарат в 1896 году. Один мужчина рассматривает свою руку с помощью флюороскоп чтобы оптимизировать выбросы через трубку, другой держит голову близко к трубке. Никаких мер предосторожности не принимается.

Памятник мученикам радиологии, установленный в 1936 году в больнице Св. Георга в Гамбурге, новые имена добавлены в 1959 году.

Вильгельм Рентген впервые обнаружен Рентгеновские лучи 8 ноября 1895 года, и их использование очень быстро распространилось для медицинской диагностики, особенно для лечения переломов и инородных тел, где они были революционным улучшением по сравнению с предыдущими методами.

В связи с широким использованием рентгеновских лучей и растущим осознанием опасности ионизирующего излучения возникла необходимость в стандартах измерения интенсивности излучения, и в разных странах были разработаны свои собственные, но с использованием разных определений и методов. В конце концов, чтобы способствовать международной стандартизации, на первом заседании Международного радиологического конгресса (ICR) в Лондоне в 1925 году было предложено создать отдельный орган для рассмотрения единиц измерения. Это называлось Международная комиссия по радиационным единицам и измерениям, или ICRU,^[а] и возникла во Втором МЦР в Стокгольме в 1928 году под председательством Манн Зигбан.^[8][9][b]

Одним из первых методов измерения интенсивности рентгеновских лучей было измерение их ионизирующего эффекта в воздухе с помощью заполненного воздухом ионная камера. На первом заседании ICRU было предложено, чтобы одна единица дозы рентгеновского излучения определялась как количество рентгеновских лучей, которые производят один ESU заряда в одном кубический сантиметр сухого воздуха при 0° C и 1 стандартная атмосфера давления. Эта единица радиационного воздействия получила название рентген в честь Вильгельма Рентгена, скончавшегося пять лет назад. На заседании ICRU в 1937 году это определение было распространено на гамма-излучение.^[10] Этот подход, хотя и был большим шагом вперед в стандартизации, имел недостаток в том, что он не являлся прямым измерением поглощения излучения и, следовательно, эффекта ионизации в различных типах материи, включая ткани человека, и представлял собой измерение только эффекта рентгеновские лучи при определенных обстоятельствах; эффект ионизации в сухом воздухе.^[11]

В 1940 г. Луи Гарольд Грей, которые изучали влияние нейтронного поражения на ткани человека вместе с Уильям Валентайн Мейнорд и радиобиолог Джон Рид опубликовали статью, в которой новая единица измерения получила название «грамм рентген» (символ: gr) был предложен и определялся как «такое количество нейтронного излучения, которое дает приращение энергии в единице объема ткани, равное приращению энергии, произведенной в единице объема воды одним рентгеном излучения».^[12] Было обнаружено, что эта единица эквивалентна 88 эрг в воздухе, а поглощенная доза, как впоследствии стало известно, зависела от взаимодействия излучения с облучаемым материалом, а не только от выражения радиационного воздействия или интенсивности, которые рентген представлены. В 1953 году ICRU рекомендовал рад, равный 100 эрг / г, как новая единица измерения поглощенного излучения. Рад выражался в когерентных cgs единицы.^[10]

В конце 1950-х CGPM пригласил ICRU присоединиться к другим научным организациям для работы над разработкой Международная система единиц, или SI.^[13] Было решено определить в системе СИ единицу поглощенного излучения как энергию, выделяемую на единицу массы, как было определено в рад, но в Установки МКС это было бы Дж / кг. Это было подтверждено в 1975 году 15-м CGPM, и устройство было названо «серым» в честь Луи Гарольда Грея, умершего в 1965 году. Серый цвет был равен 100 рад, единице cgs.

Другое использование

Поглощенная доза также используется для управления облучением и измерения воздействия ионизирующего излучения на неодушевленные вещества в ряде областей.

Живучесть компонентов

Поглощенная доза используется для оценки живучести таких устройств, как электронные компоненты, в условиях ионизирующего излучения.

Радиационное упрочнение

Измерение поглощенной дозы, поглощенной неодушевленным веществом, имеет жизненно важное значение в процессе радиационное упрочнение что повышает устойчивость электронных устройств к радиационным воздействиям.

Облучение пищевых продуктов

Поглощенная доза - это физическая доза, используемая для обеспечения облученная еда получил правильную дозу для обеспечения эффективности. В зависимости от области применения используются переменные дозы, которые могут достигать 70 кГр.

Величины, связанные с радиацией

В следующей таблице показаны величины излучения в единицах СИ и других единицах:

Величины, связанные с ионизирующим излучением Посмотреть ‧ разговаривать ‧ редактировать

Количество	Единица измерения	Символ	Вывод	Год	SI эквивалентность
Мероприятия (А)	беккерель	Бк	s^−1	1974	Единица СИ
	кюри	Ci	3.7 × 10^10 s^−1	1953	3.7×10^10 Бк
	Резерфорд	Rd	10^6 s^−1	1946	1000000 Бк
Контакт (Икс)	кулон на килограмм	Кл / кг	C⋅kg^−1 воздуха	1974	Единица СИ
	рентген	р	ESU / 0,001293 г воздуха	1928	2.58 × 10^−4 Кл / кг
Поглощенная доза (D)	серый	Гр	J ⋅кг^−1	1974	Единица СИ
	эрг за грамм	эрг / г	эргег^−1	1950	1.0 × 10^−4 Гр
	рад	рад	100 эрг⋅г^−1	1953	0,010 Гр
Эквивалентная доза (ЧАС)	зиверт	Sv	Дж⋅кг^−1 × Wр	1977	Единица СИ
	рентген-эквивалент человека	rem	100 эрг⋅г^−1 Икс Wр	1971	0,010 Зв
Эффективная доза (E)	зиверт	Sv	Дж⋅кг^−1 × Wр Икс WТ	1977	Единица СИ
	рентген-эквивалент человека	rem	100 эрг⋅г^−1 Икс Wр Икс WТ	1971	0,010 Зв

Хотя Комиссия по ядерному регулированию США разрешает использование кюри, рад, и rem наряду с единицами СИ,^[14] то Евросоюз Европейские директивы по единицам измерения требовал, чтобы их использование в "целях общественного здравоохранения ..." было прекращено к 31 декабря 1985 г.^[15]

Смотрите также

• Керма (физика)
• Средняя доза для желез
• Категория: Единицы дозы облучения

Примечания

1. Первоначально известный как Международный комитет рентгеновских отделений
2. Страна-организатор назначила председателя на ранних заседаниях ICRU.

Рекомендации

1. МКРЗ 2007, глоссарий.
2. «Радиационное воздействие и загрязнение - травмы; отравления - Руководство Merck Professional Edition». Руководства Merck Professional Edition. Получено 2017-09-06.
3. Бутильон, М; Перрош-Ру, А. М. (1 февраля 1987 г.). «Переоценка значения W для электронов в сухом воздухе». Физика в медицине и биологии. 32 (2): 213–219. Дои:10.1088/0031-9155/32/2/005. ISSN  0031-9155.
4. МКРЗ 2007, п. 1.
5. «Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 2007 г.». Летопись МКРЗ. Публикация МКРЗ 103. 37 (2–4). 2007. ISBN  978-0-7020-3048-2. Получено 17 мая 2012.
6. В МКРЗ говорится: «В диапазоне низких доз, ниже примерно 100 мЗв, с научной точки зрения правдоподобно предположить, что заболеваемость раком или наследственные эффекты будут расти прямо пропорционально увеличению эквивалентной дозы в соответствующих органах и тканях». Публикация 103 МКРЗ, параграф 64
7. МКРЗ 2007, пункты 104 и 105.
8. Зигбан, Манн; и другие. (Октябрь 1929 г.). «Рекомендации Международного комитета по рентгенографии» (PDF). Радиология. 13 (4): 372–3. Дои:10.1148/13.4.372. Получено 2012-05-20.
9. «О ICRU - История». Международная комиссия по радиационным единицам и мерам. Получено 2012-05-20.
10. Guill, JH; Мотефф, Джон (июнь 1960). «Дозиметрия в Европе и СССР». Документы третьего совещания Тихоокеанского региона - Материалы в ядерных приложениях. Симпозиум по радиационным эффектам и дозиметрии - Третье совещание в Тихоокеанском регионе Американское общество по испытанию материалов, октябрь 1959 г., Сан-Франциско, 12–16 октября 1959 г. Техническая публикация Американского общества. 276. ASTM International. п. 64. LCCN  60014734. Получено 2012-05-15.
11. Ловелл, S (1979). «4: Дозиметрические величины и единицы». Введение в радиационную дозиметрию. Издательство Кембриджского университета. С. 52–64. ISBN  0-521-22436-5. Получено 2012-05-15.
12. Гупта, С. В. (19 ноября 2009 г.). "Луи Гарольд Грей". Единицы измерения: прошлое, настоящее и будущее: международная система единиц. Springer. п. 144. ISBN  978-3-642-00737-8. Получено 2012-05-14.
13. «CCU: Консультативный комитет по единицам». Международное бюро мер и весов (МБМВ). Получено 2012-05-18.
14. 10 CFR 20.1004. Комиссия по ядерному регулированию США. 2009 г.
15. Совет Европейских сообществ (1979-12-21). «Директива Совета 80/181 / EEC от 20 декабря 1979 г. о сближении законов государств-членов, касающихся единиц измерения, и об отмене Директивы 71/354 / EEC». Получено 19 мая 2012.

Литература

• МКРЗ (2007). «Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 2007 г.». Летопись МКРЗ. Публикация МКРЗ 103. 37 (2–4). ISBN  978-0-7020-3048-2. Получено 17 мая 2012.

внешняя ссылка

• Константные удельные дозы гамма-излучения для нуклидов, важных для дозиметрии и радиологической оценки, Лори М. Унгер и Д.К. Трубей, Национальная лаборатория Окриджа, май 1982 г. - содержит константы дозы гамма-излучения (в тканях) примерно для 500 радионуклидов.