LA RADIOPROTEZIONE NELL AMBIENTE SANITARIO

Transcript

1 LA RADIOPROTEZIONE NELL AMBIENTE SANITARIO FONTI DI ESPOSIZIONE PER L UOMO S. Aimonetto MASTER DI PRIMO LIVELLO PER LE FUNZIONI DI COORDINAMENTO DELLE PROFESSIONI SANITARIE Radioattività La radioattività è il fenomeno per cui alcuni nuclei, non stabili, si trasformano in altri emettendo particelle. La radioattività non è stata inventata dall'uomo, anzi, al contrario, l'uomo è esposto alla radioattività fin dal momento della sua apparizione sulla terra. Nel corso della sua esistenza un individuo è esposto a radiazioni naturali, sempre presenti nell ambiente, e a radiazioni artificiali, prodotte dall uomo per scopi medici ed industriali 1

2 L esposizione alle radiazioni naturali e/o artificiali è divisa in due categorie: esposizione esterna, cioè a tutte quelle radiazioni che dall esterno interagiscono con il corpo umano; esposizione interna (o contaminazione), cioè a tutte quelle radiazioni emesse dai radionuclidi naturali e/o artificiali depositati all interno del corpo umano mediante l ingestione o l inalazione. Essere esposti alle radiazioni, vuole dire assorbire una certa quantità di energia dovuta alle radiazioni, cioè ricevere una dose di radiazioni. Fonti di radiazione 2

3 RADIOATTIVITÀ NATURALE 1. presenza di radiazioni provenienti dal cosmo 2. presenza di molti elementi radioattivi esistenti fin dalle origini della terra RADIOATTIVITÀ NATURALE La radioattività naturale può essere considerata la sorgente principale a cui l uomo è normalmente esposto. Materiali naturalmente radioattivi sono presenti ovunque, le radiazioni emesse costituiscono il fondo naturale di radiazioni L Italia è uno dei paesi in cui è più spiccata la variabilità della radioattività naturale a causa della differenza nella composizione del sottosuolo. Il livello di radioattività naturale in un luogo può comunque essere considerato una costante caratteristica del luogo stesso. Il fondo di radiazioni naturali fa ricevere 1-3 (msv/anno) in Italia e perfino (msv/anno) in alcune piccole regioni del mondo. 3

4 Nella seguente tabella vengono riportati alcuni materiali da costruzione con i relativi valori di concentrazione di radio-226 e torio-232, espressi come il numero di decadimenti al secondo (Bq) in 1 kg di materiale. RADIAZIONI COSMICHE La radiazione cosmica è una radiazione che giunge sulla superficie terrestre, proveniente da tutte le direzioni dello spazio cosmico. Nel il fisico Victor Franz Hess dimostrò, mediante l uso di palloni sonda, che la ionizzazione dei gas che costituiscono l atmosfera aumenta con l altitudine. Perciò essa non poteva avere unicamente origine terrestre (suolo aria), ed Hess dedusse che la radiazione responsabile di questo fenomeno doveva provenire dallo spazio cosmico esterno. RADIAZIONI COSMICHE La dose dovuta alla radiazione cosmica aumenta con l altitudine, come mostrato a titolo di esempio nella tabella seguente 4

5 l intensità della radiazionedipende dalla latitudine: questo vuol dire che le particelle che la costituiscono sono elettricamente cariche e vengono deflesse dal campo magnetico terrestre.. i raggi cosmicisono fasci di particelle elementari ad alta energia provenienti dallo spazio interstellare, principalmente protoni (87%) e particelle alfa (12%), che viaggiano nello spazio a velocità vicine a quella della luce. Se non ci fosse l atmosfera che ne assorbe una buona parte, la Terra sarebbe bombardata da alte dosi di radiazione cosmica nociva per gli esseri viventi. RADIOATTIVITÀ ARTIFICIALE si genera a seguito di attività umane: 1. produzione di energia nucleare 2. apparecchiature industriali 3. attività di ricerca 4. attività legate alla produzione di materiale bellico. 5. apparecchiature mediche per diagnosi e cure Usi industriali: 1. Produzione di materiali plastici con l aiuto di radiazioni gamma. (cobalto 60) 2. Sterilizzazione degli attrezzi medici,per eliminare microrganismi (batteri, lieviti, muffe e spore). 3. Irraggiamento di Sostanze Alimentari ( sterilità e inibizione della germinazione nei tuberi) 5

6 Ricerca: 1. Datazione Mediante il Carbonio 14 applicabile unicamente ai fossili di natura organica (esseri viventi) che abbiano un età dell ordine delle migliaia di anni. In vita la quantità di carbonio viene mantenuta costante attraverso la respirazione e l alimentazione, dopo la morte questo assorbimento cessa e la concentrazione del carbonio radioattivo diminuisce rispetto ai valori iniziali. In pratica, la frazione di isotopo radioattivo 14C inizia a decadere in 14N, dimezzandosi ogni 5730 anni circa. Stime dell età dei reperti archeologici, come ossa e mummie, sono state possibili mediante misurazioni della concentrazione del carbonio 14 in essi contenuta. 2. Traccianti Una parte della conoscenza moderna è dovuta all impiego di "etichette" di atomi radioattivi che possono essere inseriti in molecole come quelle del DNA. immagini radiologiche sono ottenute sfruttando l'attenuazione del fascio di radiazioni X" da parte dei tessuti interposti tra l'apparecchiatura che le ha prodotte e il sistema di rilevazione RAGGI X : PROPRIETÀ Non sono deflessi da campi elettrici e magnetici Impressionano lastre fotografiche Producono il fenomeno della ionizzazione nei gas Generano fenomeni di fluorescenza in molti gas Attraversano senza apprezzabile assorbimento e diffusione la maggior parte delle sostanze 6

7 Primo articolo di Roentgen Dicembre 1895 pubblicato dalla rivista Sitzungsberichte der Physikalisch-Medizinischen Gesellschaft zu Würzburg Eine Neue Art von Strahlen "una specie di nuovi raggi" Radiografia con raggi Roentgen eseguita, negli stessi anni, dal Prof. Augusto Righi al Dipartimento di Fisica a Bologna. Immagine di un apparato per radiografie riportata nel 1896,ad un anno dalla scoperta dei raggi X, sulla rivista medica Archivesof Clinical Skiagraphy. Arteriogramma della testa di un cadavere riportato nel 1904 sulla rivista Annalesof the Rontgen Ray, Melbourne, Australia. Apparato per radiografie da campo ( ) 7

8 Tubo radiogeno Il tubo radiogeno è una ampolla di vetro sotto vuoto spinto, che contiene un catodo e un anodo ad alta tensione. Il tubo è contenuto a sua volta in una guaina metallica, generalmente di alluminio con schermature di piombo riempita di olio dielettrico che Dissipa il calore generato dal tubo in funzione La guaina protegge meccanicamente il tubo e assorbe alcune lungh ezze d'onda degli X emessi che non sono utili agli scopipreposti catodorappresenta la sorgente degli elettroni estratti da una spiralina metallica per effetto termoionico, L'anodo (polo positivo) è costituito da un disco obliquo di metallo pesante: tungsdeno per i tubi diagnostici tradizionali molibdeno o rodio, per i tubi usati in diagnostica senologica generalmente metalli ad alto numero atomico e bassa energia di ionizzazione Tubo radiogeno 8

9 L'angiografia è la rappresentazione a scopo diagnostico dei vasi sanguigni o linfatici tramite una tecnica che prevede l'infusione di un mezzo di contrasto idrosolubile all'interno dei vasi e la generazione di immagini mediche tramite varie tecniche di imaging biomedico. Immagine DSA di un processo arteriosclerotico a livello della biforcazione dell'arteria carotide comune. Sono ben rappresentate la struttura e l'estensione del processo e sono visualizzate anche le arterie di diametro più piccolo. Immagini analogiche Un immagine radiografica è normalmente analogica : non esiste nessuna discontinuità tra le varie tonalità di grigio, se è a colori, l intensità e la cromaticità del colore passa in modo continuo da punto a punto dell immagine ( non ci sono scale cromatiche discontinue ). Nell immagine analogica il valore del segnale o dell annerimento della lastra viene naturalmente assegnato al punto stesso, un immagine analogica contiene un numero infinito di punti, di grigi e di colori 9

10 immagini digitali sono dei veri e propri file informatici che possono essere aperti, copiati e trasferiti come ogni supporto informatico. I vantaggi più importanti delle immagini digitali sono: possibilità dimodificare "a posteriori" le caratteristiche iconografiche delle immagini, senza dover ripetere l'esame risparmio di dose radiante rispetto alle pellicole tradizionali archiviazione rapida in minimo spazio (CD-ROM) e recupero in tempi brevissimi possibilità diteletrasmissione in maniera molto semplice, realizzando consultazioni e discussioni di casi da parte di esperti a distanza ("teleradiologia"). DIGITALIZZAZIONE DELL IMMAGINE Viene effettuata dividendo l immagine in quadratini ( pixels ) e stabilendo una scala di grigi o di diversi colori in modo da classificare il segnale nei vari pixels( o il numero di eventi ) tra un valore massimo ed uno minimo CONVERSIONE DI UN SEGNALE ANALOGICO IN DIGITALE a) La conversione a 2 bits implica 4 valori di grigio e quindi 3 intervalli : ai primi 3 pixelsviene attribuito lo stesso segnale,la risoluzione spaziale è scarsa b) La conversione a 4 bits comporta 16 valori di grigio : a parità di pixels, migliora nettamente la risoluzione spaziale.solo ai pixels 2 e 3 viene attribuito lo stesso segnale 10

11 Profondità di colore: numero massimo di colori possibili; si misura in bit. Valori tipici: 8 bit (256 colori), 16 bit (65mila colori), 24 bit (milioni di colori). 11

12 Grandissima risoluzione di densità INIZIO PROCESSO LA DIGITALIZZAZIONE schema a blocchi del processo di formazione dell immagine schema a blocchi dell ottenimento dell immagine digitale esempio di CR CR: SISTEMA DI LETTURA 12

13 DIGITALE DIRETTA Connettore elettonico Linee di connessione Amorphous Silicon Array scintillatore (CsI) Substrato in vetro Scintillatore asi Array Graphite Cover Electronics / Seal Glass Substrate Pixel Architecture Scan Line Le righe sono lette una alla volta Data Line le colonne sono lette simultaneamente Area sensibile MAMMOGRAFIA DIGITALE Immagine non processata Immagine processata 13

14 TAC La CT è stata la prima macchina ad avvalersi della conversione digitale dell immagine essa rappresenta la distribuzione del coefficiente di attenuazione µ(x, y) dell'oggetto in una sezione predefinita ed in esse sono osservabili differenze di attenuazione non apprezzabili con altre tecniche un tubo radiogeno ruota intorno al corpo del paziente emettendo un sottile fascio di raggi x. Funzionamento TAC Dall'altra parte del corpo una corona di sensori radiosensibili collegati al computer misura l'intensità dei raggi che hanno attraversato il paziente punto per punto. L insieme di dati viene raccolto e rielaborato dal computer che è in grado di ricostruire la distribuzione delle densità radiografiche all'interno della sezione del corpo attraversata dai raggi e quindi ne crea l'immagine virtuale su un monitor. 14

15 La scala Hounsfield Questi sono i campi di valori per diversi Tessuti corporei nella TAC Notare la sovrapposizione tra alcune sostanze e tessuti. 15

16 TAC MULTISLICE Fascio X ruota in maniera continua incidendo su una matrice di rivelatori Il lettino scorre internamente al gantry L accoppiamento dei rivelatori viene scelto in funzione del protocollo di indagine MULTI SLICE CT 2 x 0.63 mm mm escursione massima per secondo 4 x 1.25 mm - 15 mm escursione massima per secondo 4 x 2.5 mm - 30 mm escursione massima per secondo 4 x 3.75 mm - 45 mm escursione massima per secondo 4 x 5 mm - 60 mm escursione massima per secondo Applicazioni: Imaging 3D volume rendering virtual endoscopy 16

17 Applicazioni: Valutazioni quantitative analisi dei vasi perfusione screening polmone Applicazioni: cardiologia cardiac scoring cardiac imaging cardiac function Applicazioni: oncologia simulazione fusione CT/PET fusione CT/RM 17

18 Medicina nucleare le immagini medico-nucleari vengono ottenute per mezzo della rilevazione di radiazioni emesse da radiofarmaci distribuiti nell'organismo. il paziente che emette le radiazioni ("gamma" o "x") che vengono registrate da apposite apparecchiature in grado di ricreare l'immagine corrispondente. "gamma" o "x", Medicina nucleare le immagini da esse fornite vengono dette "SCINTIGRAFIE Dal termine "scintillazione", che definisce il fenomeno fisico sfruttato da queste apparecchiature per trasformare in energia elettrica l'energia quantica dei fotoni 18

19 Gamma camera differenza delle apparecchiature radiologiche, la gamma camera non emette radiazioni ma si limita a rilevare le radiazioni emesse dal paziente. L esecuzione di un esame Medico Nucleare comporta la somministrazione di radiofarmaci per via endovenosa, per os o per inalazione. Isotopi utilizzati presso la Medicina Nucleare di Aosta e loro tempi di dimezzamento ISOTOPO 99mTc 67Ga 123I 131I 111In 201Tl GIORNI 0,25 3,25 0,54 8,00 2,79 3,04 Tavola periodica degli elementi 19

20 Decadimento radioattivo instabile 99m Tc g stabile 99 Tc Decadimento radioattivo 99m Tc 99 Tc 1 Kg 0 Kg Dopo 6 ore 1/2 Kg 1/2 Kg Dopo 24 ore 0 Kg 1 Kg Decadimento radioattivo Dopo 6 ore Dopo 24 ore 99m Tc 1 Kg 1/2 Kg 0 Kg 67 Ga 1 Kg Dopo 3 giorni Dopo 12 giorni 1/2 Kg 0 Kg 20

21 Eluitore SPECT-CT Campo di utilizzo: Miglior localizzazione Visualizzazione accurata della localizzazione della malattia Correzione dell attenuazione mediante immagini CT radioterapia Applicazioni in chirurgia Maggiore accuratezza di quantificazione 21

22 La metodica PET-CT (tomografia per emissioni di positroni) impiega radioisotopi a vita breve, come il l8f che emettono positroni Il positrone emesso si scontra, in spazi e tempi brevissimi, con un elettrone e a seguito della collisione, si ha la scomparsa (annichilazione) delle due particelle con produzione di due fotoni gamma, ciascuno con energia di 511 Kev, che vanno in direzione opposte. Questi fotoni, poiché originano nello stesso istante e hanno la stessa energia, possono venir rilevati con il tomografo PET-CT, che rivela i fotoni in coincidenza. La metodica PET-CT Attualmente il Fluoro 18 viene impiegato legato al desossiglucosio, molecola che si comporta come il glucosio, limitatamente alle prime tappe della glicolisi, accumulandosi in misura maggiore nelle sedi dove questa via metabolica è attivata in misura abnorme.rispetto al consueto metabolismo aerobico, cosa che avviene in varie condizioni patologiche, come ad esempio nel contesto di tumori primitivi e di loro metastasi 22

23 PET_CT RADIOTERAPIA Irradiazione con raggi gamma del DNA delle cellule malate che costituiscono il tumoreimpedendo la capacità di replicarsi la radioterapia consente di impedire la crescita del tumore, diminuisce la sua dimensione ed infine porta alla sua eliminazione. 23

24 Volume bersaglio Valutazione con fusione CT/PET-CT/RM definizione volumetrica tridimensionale del tumore e dell'anatomia degli organi critici Radioterapia conformazionale La terapia si effettua con l acceleratore lineare, collocando, però, alcuni blocchetti metallici o lamelle nella traiettoria del fascio di radiazioni per conformarlo quanto più possibile alla forma dell area da irradiare. dose più elevata di radiazioni. risparmio tessuti sani Brachiterapia consente di trattare tumori nati in particolari distretti anatomici : Capocollo, prostata, mammella, utero impiantando semi radioattivi 24

25 Brachiterapia consente di trattare tumori nati in particolari distretti anatomici: Capocollo, prostata, mammella, utero Brachiterapia 1. dose di radiazioni estremamente elevate, senza danneggiare le strutture adiacenti alla ghiandola. 2. procedura minimamente invasiva, che si completa in una unica seduta operatoria di circa 90 minuti 3. consente di ottenere percentuali di cura estremamente elevate, sovrapponibili a quelle dell'intervento chirurgico e superiori a quelle conseguite con la radioterapia convenzionale a fasci esterni. RADIOCHIRUGIA STEREOTASSICA Questa tecnica è nata per il trattamento dei tumori cerebrali immobilizzazione del paziente accurata con casco per stereotassi e maschere termoplastiche per il corpo) e la somministrazione di una o più dosi convenzionali. Il trattamento non è comunque indicato per tutti i pazienti ed è disponibile solo presso centri di alta specializzazione 25

26 Gamma-knife (bisturi a raggi gamma) terapia è per lo più indicato nella cura dei tumori cerebrali e di alcune patologie benigne di natura vascolare (ad esempio, le malformazioni arterovenose) del cervello. Il trattamento consiste in un fascio di raggi gamma orientato in modo molto preciso ed emesso da centinaia di angoli diversi. È sufficiente una sola seduta di radioterapia, che può durare da quattro a cinque ore. 26