1 A-kursus i Diagnostisk radiologi Hanne Waltenburg Statens Institut for Strålebeskyttelse Ioniserende stråling Røntgenstråling W.C. Røntgen, 1895 Radioaktivitet A.H. Becquerel, 1896 M. Curie, 1898 1.6.00 Generel/SIS 2 Deterministiske (akutte) skader år 1900 3 1.6.00 Generel/SIS
2 Peru 1999 Svejser bærer Ir-192 kilde i baglommen i 6,5 time 4 Deterministiske skader - Akutte skader Tærskelværdi (tærskeldosis), hvorunder skaden ikke kommer til udtryk Sværhedsgraden af skaden vokser med stråledosis Eksempler: Stråleforbrænding, katarakt, nedsat funktion af bloddannende knoglemarv, nedsat fertilitet risiko grad af skade 100 % 8.11.07 Generel/SIS dosis dosis 5 Stokastiske (sene) skader omkring 1930 1.6.00 Generel/SIS 6
3 Stokastiske skader - Sene skader Eksempler: Leukæmi, brystkræft, lungekræft, genetiske skader Ingen tærskelværdi: Risiko ved selv den mindste stråledosis Risikoen for en stokastisk skade vokser med stråledosis Sværhedsgraden er uafhængig af stråledosis Kan ikke skelnes fra skade forårsaget af andre påvirkninger Stokastisk fordelt til at beregne statistisk risiko Deterministiske skader indtræder grad af skade 09.11.09 Generel/SIS dosis dosis 7 8 Europæisk lovgivning om strålebeskyttelse UNSCEAR Rapporter ICRP Anbefalinger Europæiske Direktiver National Lovgivning 9
4 UNSCEAR United Nations Scientific Committee on Effects of Atomic Radiation Sources & Effects 6 fra 1977-1996 2000 2001 2006 2008 Annex A: Medical Radiation Exposures www.unscear.org 10 08.11.08 Generel/SIS ICRP Principper for strålebeskyttelse Situationsbaseret tilgang til bestråling Planlagte Uheld Eksisterende Berettigelse Nye kilder/praksisser Eksisterende kilder/praksisser Optimering ALARA Iterativ proces Begrænsning af doser Dosisgrænser Dosisbinding Referenceniveau 11 International Commission on Radiological Protection Rådgivende organ der udgiver anbefalinger og yder rådgivning inden for strålebeskyttelsen Grundlagt i 1928 (International X-ray and Radium Protection Committee) Omstruktureret med nuværende navn i 1950 Non-profit organisation (UK) Videnskabeligt sekretariat i Canada www.icrp.org Main Commission Committees 1: Radiations Effects 2: Dose from Radiation Exposure 3: Protection in Medicine 4: Application of ICRP Recommendations 5: Protection of the Environment 12 11.11.09 Generel/SIS
5 ICRP Publikation 60 (1990) / 103 (2007) Grundlæggende anbefalinger Anvendelsen skal være berettiget (fordele skal opveje risici) Alle stråledoser skal holdes så lave som rimeligt opnåeligt under hensyntagen til økonomiske og øvrige samfundsmæssige forhold ALARA as low as reasonably achievable Ingen personer må modtage doser, der overstiger dosisgrænserne Ingen dosisgrænser for patienter Nyt i ICRP 103 (2007): Ændret følsomhed for nogle væv Hensyntagen til miljøet Ikke implementeret endnu 8.10.08 Generel/SIS 13 ICRP publikationer (3/3) Publikation 105 (2008) Strålebeskyttelse ved medicinsk brug Særlige publikationer: ICRP 85 (2000) Interventionsradiologi ICRP 87 (2000) CT ICRP 93 (2004) Digital radiologi ICRP 102 (2007) Multi-detektor CT 14 09.11.09 Generel/SIS Europæiske direktiver Strålebeskyttelsesdirektiv (96/29/Euratom) Direktiv om medicinsk bestråling (97/43/Euratom) Direktiv om kontrol med lukkede højaktive strålekilder (2003/122/Euratom) Nyt samlet direktiv under forberedelse Nuværende forslag findes på: ec.europa.eu/energy/nuclear/radiation_protection/radiation_protection_en.htm 17.11.09 SIS/Rtg/Strålebeskyttelse 15
6 Dansk lovgivning Røntgenlov (nr. 147, 1930) Radioaktivitetsloven (nr. 94, 1953) Atomanlægsloven (nr. 170, 1962) Lov om medicinsk udstyr (nr. 1046, 2002) Sundhedsministeriets bekendtgørelser Medicinsk udstyr (nr. 1263, 2008) Brugen af røntgenanlæg (nr. 708, 1998) 17.11.09 SIS/Rtg/Strålebeskyttelse 16 Basale krav i dansk lovgivning Brug af røntgenstråling alle kilder skal anmeldes før idriftsættelse Brug af radioaktive stoffer kræver tilladelse på forhånd Inspektioner On-site / Dokumentation sendes ind Evt. krav Godkendelse SIS Register røntgenkilder lukkede radioaktive kilder tilladelser til brug af radioaktive kilder/stoffer Krav til Ansvarlige personer Uddannelse Procedurer Afskærmning Tekniske krav Kontroller 17 Bekendtgørelser vedr. brug af stråling Røntgen Diagnostik (975/1998 + 1090/2007) Dental brug (2) (209/1999 + 1091/2007 og 663/1999 + 1092/2007) Røntgenterapi (765/1999) Elektronacceleratorer (48/1999) Veterinær brug (494/1977 + 1089/2007) Industriel brug (307/1984 og 571/1981) Ny røntgenbekendtgørelse forventes snart i høring SIS bekendtgørelser åbne kilder lukkede kilder røntgenkilder dosisgrænser Dosisgrænser (823/1997) 08.11.07 SIS/Rtg/Strålebeskyttelse 1.6.00 Røntgen/Strålebeskyttelse 18
7 Ioniserende stråling kan skade levende celler Stråling (direkte rute) Stråling (indirekte rute) DNA molekyle Vand Fri radikal 1.6.00 Generel/SIS 19 Dosis terminologi Effektiv dosis Eksponering Absorberet dosis (D) J/kg - gray (Gy) w R Ækvivalent dosis (H) sievert (Sv) w T Effektiv dosis (E) sievert (Sv) Hvorfor? Behov for at sammenligne risikoen ved forskellige eksponeringer for ioniserende stråling Tager hensyn til: helkropsbestråling, inhomogen bestråling, enkeltorganer type og energi af strålingen forskelle i strålefølsomhed af organer og væv 1.6.00 Generel/SIS 20 Absorberet dosis Eksponering Absorberet dosis (D): J/kg - gray (Gy) w R Ækvivalent dosis (H) sievert (Sv) w T Effektiv dosis (E) sievert (Sv) Absorberet energi pr. masseenhed D = dē / dm 21
8 Ækvivalent dosis Eksponering Absorberet dosis (D) J/kg - gray (Gy) w R Ækvivalent dosis (H): sievert (Sv) w T Effektiv dosis (E) sievert (Sv) Absorberet dosis i organet eller vævet T vægtet for strålekvalitet H T = Σ R w R D T,R w R = 1 for røntgenstråling 1.6.00 Generel/SIS 22 Ioniseringstæthed - LET (Linear Energy Transfer) Low-LET Elektroner (beta-partikler) Fotoner (gammastråling, røntgenstråling) High-LET Alfa-partikler Protoner Neutroner (rekyl) Tunge partikler 23 Strålevægtningsfaktorer, ICRP 60 / ICRP 103 Stråletyper og energiområde Strålevægtningsfaktor, w R ICRP 60 ICRP 103 Fotoner, alle energier 1 1 Elektroner, alle energier 1 1 Neutroner Trappe 5 20 Max v. 100 kev 2 MeV Kontinuert funktion af energi 2,5-20 Max. ved 1 MeV Protoner 5 2 Alfa-partikler, fissionsfragmenter, tunge kerner 20 20 8.10.08 Generel/SIS 24
9 Effektiv dosis Eksponering Absorberet dosis (D) J/kg - gray (Gy) w R Ækvivalent dosis (H) sievert (Sv) w T Effektiv dosis (E): sievert (Sv) Summen af de ækvivalente doser vægtet for følsomhed af de enkelte væv E = Σ T (w T H T ) 1.6.00 Generel/SIS 25 Risiko for stokastiske skader - Effektiv dosis Regnestørrelse til overordnet sammenligning af risiko for stokastiske skader Tager hensyn til: type og energi af strålingen forskelle i strålefølsomhed af organer og væv helkropsbestråling, inhomogen bestråling, enkeltorganer Måleenhed: sievert Symbol: Sv 1 msv (millisievert) = 0,001 Sv 1 µsv (mikrosievert) = 0,001 msv Effektiv dosis, E, er givet ved: E = Σ T (w T H T ) H T er den ækvivalente dosis i organet eller vævet T w T er vævsvægtningsfaktoren for organet eller vævet T. 09.11.09 Generel/SIS 26 Vævsvægtningsfaktorer, ICRP 60 Væv/organ w T Σw T Kønskirtler (gonader) 0,20 0,20 Rød knoglemarv, tyktarm, lunger, mavesæk 0,12 0,48 Urinblære, bryst, lever, spiserør, skjoldbruskkirtel 0,05 0,25 Hud, knogleoverflader 0,01 0,02 Resten af kroppen 0,05 0,05 Tager hensyn til: Stråleinduceret fatal cancer Ikke fatal cancer Arvelige sygdomme Reduktion af den forventede livslængde 27
10 Nye vævsvægtningsfaktorer, ICRP 103 (1/2) Væv/organ w T Σw T Rød knoglemarv, bryst, tyktarm, lunger, mavesæk, resten af kroppen 0,12 0,72 Gonader 0,08 0,08 Urinblære, spiserør, lever, skjoldbruskkirtel 0,04 0,16 Knogleoverflader, hjerne, spytkirtler, hud 0,01 0,04 Binyrer, ydre luftveje, galdeblære, hjerte, nyrer, lymfeknuder, muskler, slimhinder i munden, bugspytkirtel, prostata, tyndtarm, milt, brissel, livmoder 28 Nye vævsvægtningsfaktorer, ICRP 103 (2/2) Væv/organ ICRP 60 ICRP 103 Gonader 0,20 0,08 Bryst 0,05 0,12 Hjerne, spytkirtler - 0,01 08.10.08 Generel/SIS 29 Effektiv dosis Effekt = Effekt 10 msv til lungevævet svarer til en effektiv dosis på 1,2 msv, (10 msv 0,12) 1,2 msv effektiv dosis, giver samme risiko for biologisk skade som 10 msv kun til lungevævet 02.05.05 Generel/SIS 30
11 Risikofaktorer for stokastiske skader (1/2) Gennemsnit for alle aldersgrupper ifølge ICRP 60 (1990) Dødelig cancer i forskellige organer opgivet i % pr. Sv ækvivalent dosis til organet Blære 0,30 Knoglevæv 0,05 Bryst 0,20 Tyktarm 0,85 Lever 0,15 Spiserør 0,30 1.6.00 Generel/SIS 31 Risikofaktorer for stokastiske skader (2/2) Dødelig cancer i forskellige organer opgivet i % pr. Sv ækvivalent dosis til organet Ovarier 0,10 Hud 0,02 Mavesæk 1,10 Skjoldbruskkirtel 0,08 Rød knoglemarv 0,50 Øvrige 0,50 Cancer i alt 5,0 Børn 2 3 gange større risiko 1.6.00 Generel/SIS Arvelige sygdomme i alle generationer: 1,3% (ikke påvist hos mennesker) 32 Datamateriale Hiroshima og Nagasaki 87.000 personer 0 Sv 4 Sv kollektiv dosis 17.000 mansv 28.10.03 Generel/SIS 33
12 Stokastiske skader - Humane undersøgelser Ud af 86.572 overlevende fra Hiroshima og Nagasaki, døde 7.827 personer af cancer mellem 1950 1990 In 86 572 survivors of Hiroshima and Nagasaki, 7827 persons died of cancer in 1950-90 Observeret Forventet Excess % Alle tumorer Observed 7.578 Expected 7.244 Excess 334 4,4 (%) All tumours 7578 7244 334 (4.4) Leukaemia Leukæmi 249 162 87 87 35,0 (35.0) All cancers 7827 7406 421 (5.4) Alle cancere 7.827 7.406 421 5,4 Ref: Pierce et al, Rad.Res. 146: 1-27, 1996 Ref: Pierce et al., Rad.Res. 146: 1-27, 1996 34 Minearbejdere og overlevende fra atombombesprængning Parameter Miner Bomber Antal personer 62.000 86.000 Eksponering (middel) 160 WLM (800 msv) 100 msv Opfølgningstid (middel) 25 år 49 år Antal ekstra kræfttilfælde 1.900 (lunge) 500 (alle) WLM = Work-level month mål for udsættelse for radon 35 Risiko for stråleinduceret cancer datapunkter ved høje doser og høj dosishastighed rigtigt kurveforløb Lineær forlængelse ICRP's teori ved lave doser og lav dosishastighed DDREF = 2 (Dose and dose-rate effectiveness factor) 9.11.09 Generel/SIS stråledosis 50 dødsfald ved en helkropsdosis på 1 msv til 1 million personer 36
13 Livstidsrisiko for stråleinduceret cancer 5 %/Sv BF Wall; Radiation Protection Dosimetry 2004;109:409-419 Oxford University Press 2004 37 27.08.10 Generel/SIS Data på baggrund af diagnostiske undersøgelser Studie fra Storbritannien Data CT undersøgelser patienter under 22 år 1985 2002 estimerede stråledoser hjerne rød knoglemarv Cancerregistreringer 1985 2008 Kumulative doser der tredobler risiko 50 msv for leukæmi 60 msv for hjernetumorer Pearce et al., The Lancet, Published online June 7, 2012 DOI:10.1016/S0140-6736(12)60815-0 38 Eksempel på stokastiske skader Forholdet mellem forventede og observerede (SIR) tilfælde af cancer i skjoldbrugskirtel i fire regioner omkring Tjernobyl, (Ivanor, 1999, J. Radiol. Prot., 19: 305-318). 39 14.10.03 Generel/SIS
14 Deterministiske skader - Akutte skader risiko grad af skade 100 % dosis dosis 8.11.07 Generel/SIS 40 Tærskeldoser for akut dødsrisiko Helkropsbestråling (Gy) 3-5 5-15 Væsentligste dødsårsag Knoglemarv (LD 50/60 ) Mave-tarmkanal Lunger Tid for dødens indtræden (dage) 30-60 10-20 > 15 Centralnervesystemet 1-5 41 Tærskeldoser for andre deterministiske effekter Organ / Effekt Testikler Midlertidig sterilitet Permanent sterilitet Engangsdosis (Gy) 0,15 3,5 6 Årlig dosis over flere år (Gy/år) 0,4 2 Æggestokke Sterilitet 2,5 6 > 0,2 Øjets linse Påviselige uklarheder 0,2 2 > 0,1 Nedsat synsevne (katarakt) 2-10 0,5 0,05 > 0,15 Knoglemarv Ændret blodbillede 0,5 > 0,4 Seneste melding fra ICRP Hud (Gy) Rødmen og tør afskalning Væskende afskalning Nekrose 3 5 20 50 ICRP 103 42 ICRP: Statement on Tissue reactions, 2011
15 Deterministiske (akutte) - gennemlysning (ICRP 85) 6-8 uger 16-21 uger 18-21 mdr 16.02.05 SIS/Rtg/diverse 43 Fosterskader Deterministiske Periode Tærskel (msv) Manglende implantation 2. uge Misdannelser 3. uge > 100 8. 15. uge (Alvorlig) mental retardation 120-200 16. 24. uge 8. 15. uge IQ-reduktion 400 16. 25. uge Væksthæmning Stokastiske Kræft senere i livet Genetiske effekter i senere generationer (ikke påvist hos mennesker) 05.10.11 Generel/SIS 44 Misdannelser Fra 3. uge Muligt specielt i organer der er i udvikling ved stråleudsættelsen Tærskel 100-200 msv eller højere 45
16 Alvorlig mental retardation/iq - reduktion (ICRP 84) IQ-reduktion Alvorlig mental retardation IKKE eller næppe før 3. 8. uge JA mellem 8. 15. uge 40 % ved 1000 msv JA mellem 16. 24. uge 10 % ved 1000 msv Tærskel 120-200 msv 8. 15. uge (mindre udtalt 16. 25. uge) 30 point efter 1000 msv HVIS lineær dosis-effekt sammenhæng =>3 point efter 100 msv (ikke målbart!) Mere sandsynligt: mindre effekt ved lavere doser Færre celler ramt: andre kan tage over Tærskel højst sandsynligt omkring 400 msv 46 Kræft (ICRP 84) Oprindelig forventet kun i sidste trimester nogle resultater tyder på hele graviditeten Risikoen formodes at være den samme for hele graviditeten den samme som for små børn (< 10 år) 2-3 gange højere end for voksne 10-15 % per 1000 msv (fatal) 11.11.09 Generel/SIS 47 Normale fosterskader uden stråling (ICRP 84) Alvorlig mental retardation 1 ud af 200 IQ < 70 3 ud af 100 Børnecancer 2-3 ud af 1000 48
17 Menneskets strålemiljø Intern stråling via fødevarer m.v. 0,4 msv/år Himalayas toppe Indånding af radon 2 msv/år (0,2-40) Lhasa, Tibet Gammastråling fra jorden 0,3 msv/år 20.2.02 Generel/SIS 49 Menneskets strålemiljø Kosmisk stråling 15 km 10 µsv h -1 10 km 5 µsv h -1 Himalayas toppe 6,7 km 1 µsv h -1 3,7 km 0,1 µsv h -1 Lhasa, Tibet 14.04.05 Generel/SIS Havets overflade (RPD, Vol. 109 no. 4, 2004) 0,03 µsv h -1 50 Menneskets strålemiljø Kosmisk stråling til astronauter Rejsetid /døgn Samlet dosis mgy Daglig middeldosis mgy Apollo 12 10,19 månen retur 5,80 0,57 Apollo 13 5,95 månen retur 2,40 0,40 Himalayas toppe Apollo 14 9,00 månen retur 11,40 1,27 Lhasa, Tibet 51 10.11.00 Generel/SIS
18 Bestråling af den danske befolkning (1/2) Årlig middeldosis pr. person Fødevarer 0,4 msv Gamma 0,3 msv Kosmisk 0,3 msv Radon 2 msv Medicinsk diagnostik 1 msv 74% naturlig 30.01.08 Generel/SIS 0,0005 msv Erhvervsmæssig bestråling 0,02 msv Nedfald 0,01 msv Tjernobyl 0,01 msv Andet (Stråleterapi ikke medregnet) 26% menneskeskabt 52 SIS 06 Bestråling af den danske befolkning (2/2) Baggrundsstrålingen er velkarakteriseret og konstant Medicinsk bestråling Nuklearmedicin Årlige rapporter fra afdelingerne om antallet af undersøgelser og gennemsnitlige doser 0,075 msv per person (2011) Røntgendiagnostik Antal af undersøgelser fra Landspatientregistret Doser for undersøgelserne fra hospitaler Repræsentative doser TOP-20 (70-90% of total dose): 0,45 msv per person (2008) Total for røntgen (estimat): 0,65 msv per person (2008) 53 Kollektiv dosis Top-20 tilgangen http://www.irpa2010europe.com/proceedings/s02/s02-03.pdf Radiation protection 154: European Guidance on Estimating Population Doses from Medical X-Ray Procedures: http://ec.europa.eu/energy/nuclear/radiation_protection/doc/publication/154.zip 54
19 Årlig effektiv dosis pr. person Globalt beg. af 90 erne Globalt slut 90 erne Globalt slut 00 erne USA slut 00 erne 55 Ola Holmberg, IAEA (baseret på UNSCEAR og NCRP data) IAEA Workshop: International Workshop on Justification of Medical Exposure in Diagnostic Imaging, September 2009 Effektive doser - flyvning Rute København Dublin Rejsetid Samlet dosis Dosis/time min µgy µgy 120 9,4 4,7 Stockholm - Vienna 140 11 4,7 Stockholm - Tokyo 605 66 6,5 Frankfurt - Bangkok 630 42 4,0 Amsterdam - Vancouver 645 85 7,9 28.05.02 Generel/SIS 56 CARI-6, 2001, Published timetables Simpel risikovurdering - planlægning af strålebeskyttelse Risikofaktor for dødelig cancer: 5 % pr. Sv, 0,005 % pr. msv Livtidsrisiko for dødelig cancer i DK: 25 % Ekstra livstidsrisiko: Efter 1 msv: 0,005 % Efter 20 msv: 0,1 % Efter 1 msv pr. år i 40 år: 0,2 % Efter 20 msv pr. år i 40 år: 4 % 57
20 Menneskeskabte strålekilder i Danmark 9.240 154 65 7 1.100 3 3 mio. 50.000 røntgenapparater CT- skannere acceleratorer cyklotroner brugere af radioaktive stoffer industrielle bestrålingsanlæg røgdetektorer transporter af radioaktive stoffer pr. år Dansk Dekommissionering 02.10.07 Generel/SIS 58 Direkte stråleudsatte fra menneskeskabte strålekilder Medicinsk bestråling pr. år 3,5 mio. røntgenundersøgelser på sygehuse 4,1 mio. røntgenundersøgelser hos tandlæger 134.000 nuklearmedicinske undersøgelser 230.000 behandlinger (14.000 patienter) på onkologiske afdelinger 2.400 behandlinger med radioaktive lægemidler Erhvervsmæssigt stråleudsatte 11.000 personer 02.10.07 Generel/SIS 59 Statens Institut for Strålebeskyttelse Strålebeskyttelsesmyndighed Instituttets varetager strålebeskyttelsen og sikrer mennesker og miljø mod ioniserende strålings skadelige effekter Administration 25.03.08 SIS/generel 26 Medarbejdere Institutchef 28 Eksperter 3 Laboranter 4 Administrative medarbejdere 24/7-vagt Medicinsk Anvendelse Persondosimetri Industri, Forskning og Miljø 60
21 Instituttets mission at fremme strålebeskyttelsen inden for alle områder, hvor ioniserende stråling forekommer, anvendes eller frembringes baseret på tre grundlæggende principper: berettigelse optimering dosisbegrænsning herunder at sikre at eksponering fra naturlige og menneskeskabte strålekilder begrænses i det omfang, det med rimelighed kan opnås under hensyn til økonomiske og samfundsmæssige forhold at forhindre akutte dødsfald og anden alvorlig akut skade forårsaget af ioniserende stråling at forebygge og begrænse ioniserende strålings skadelige sene effekter 61 Sundhedsstyrelsen - Strålebeskyttelse Statens Institut for Strålebeskyttelse Knapholm 7, Herlev, 44 54 34 54, sis@sis.dk www.sis.dk (del af www.sst.dk) Strålebeskyttelsesmyndighed Nuklear tilsynsmyndighed sammen med Beredskabsstyrelsen Røntgenloven (1930) Radioaktivitetsloven (1953) Atomanlægsloven (1962) EU-strålebeskyttelsesdirektiv (1996) EU-direktiv om medicinsk bestråling (1997) EU-direktiv om kontrol med lukkede højaktive strålekilder (2003) 15.05.07 Generel/SIS 62