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1 IRCCS – ISTITUTO ONCOLOGICO GIOVANNI PAOLO II – BARI UNITA OPERATIVA COMPLESSA DI FISICA SANITARIA D.ssa Enza Carioggia.

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1 1 IRCCS – ISTITUTO ONCOLOGICO GIOVANNI PAOLO II – BARI UNITA OPERATIVA COMPLESSA DI FISICA SANITARIA D.ssa Enza Carioggia

2 2 con il termine radiazione si indica qualsiasi fenomeno fisico che generi un trasporto di energia nello spazio le radiazioni ionizzanti

3 3 Il termine RADIAZIONE viene utilizzato in fisca per descrivere: Luce visibile di una lampadina Luce visibile di una lampadina Onde radio Onde radio Luce ultravioletta Luce ultravioletta Emissione infrarossa di un corpo incandescente Emissione infrarossa di un corpo incandescente Raggi X prodotti da un generatore Raggi X prodotti da un generatore ecc… ecc… le radiazioni ionizzanti

4 4 In generale esso indica il trasferimento di energia da un punto ad un altro dello spazio senza il movimento di corpi macroscopici e senza il supporto di un mezzo materiale. le radiazioni ionizzanti

5 5 si muovono in linea retta nel vuoto, viaggiano sino allinfinito la velocità è prossima o uguale a quella della luce le radiazioni ionizzanti

6 6 Le radiazioni ionizzanti sono quelle radiazioni che possiedono unenergia sufficiente (100 eV) a ionizzare (cioè a rimuovere un elettrone dallatomo di appartenenza) il mezzo che attraversano. le radiazioni ionizzanti Il risultato della ionizzazione è la scissione dellatomo in due parti elettricamente cariche, dette per lappunto ioni: la prima è costituita dallelettrone rimosso (carico negativamente) e la seconda dallatomo stesso privato dellelettrone (carico positivamente).

7 7

8 i processi di emissione 8 I più comuni processi di emissione sono: Radiazione elettromagnetica (Raggi x – Raggi gamma)Radioattività

9 9 i processi di emissione latomo elettrone (-) protone (+) neutrone dimensione approssimativa: un milione di miliardi di volte meno di un metro Il numero di protoni (carichi positivamente) é uguale al numero di elettroni (carichi negativamente), così che l'atomo é elettricamente neutro. numero totale di protoni = numero atomico (determina di quale elemento chimico si tratta)

10 10 i processi di emissione i più comuni processi di emissione delle R.I. (1) elettrone veloce radiazione X

11 11 i processi di emissione i più comuni processi di emissione delle R.I. (1) elettrone veloce radiazione X

12 12 i processi di emissione i due processi precedenti rappresentano i fenomeni di base della emissione dei raggi X utilizzati nella radiodiagnostica tradizionale e nella radioterapia con raggi X mediante gli acceleratori di particelle i più comuni processi di emissione delle R.I. (1)

13 13 i processi di emissione bassissima frequenza ELF Hz eV radiofrequenzeRF10 5 Hz Hz eV microondeMW Hz GHz eV infrarossoIR Hz10 -2 eV luceV10 14 Hz1 eV ultraviolettoUV10 15 Hz2 eV raggi X e gamma X, oltre Hz>100 eV Sono onde elettromagnetiche prive sia di massa che di carica, che si propagano nello spazio alla velocità della luce. Sono generalmente classificate in base allenergia che possiedono o, equivalentemente alla lunghezza donda.

14 14 LO SPETTRO ELETTROMAGNETICO i processi di emissione

15 15 proprietà che hanno gli atomi di alcuni elementi di emettere spontaneamente radiazioni ionizzanti i processi di emissione i più comuni processi di emissione delle RI (2)

16 16 i processi di emissione particella - + neutrone n particella + radiazione forme di disintegrazione: Gli isotopi costituenti la materia sono talvolta instabili, e tendono a trasformarsi spontaneamente emettendo particelle elementari (alfa, beta, neutroni), generalmente accompagnate da radiazione elettromagnetica.

17 17 Il processo di emissione radioattiva da parte di un atomo è chiamato disintegrazione o decadimento radioattivo disintegrazione o decadimento radioattivo mentre gli isotopi instabili sono detti radioisotopi. mentre gli isotopi instabili sono detti radioisotopi. Ad ogni disintegrazione corrisponde la formazione del nucleo di un nuovo elemento! i più comuni processi di emissione delle RI (2) i processi di emissione

18 18 Esistono sostanze radioattive naturali quali U-238, Th-228, Ra-226, Po-210, K-40 altre prodotte artificialmente (Co-60) mediante bombardamento neutronico di elementi non radioattivi come risultato del processo di fissione (Cs-137 e I- 131) i processi di emissione

19 19

20 20 i processi di emissione particella carica nucleo instabile Mediante una reazione nucleare è anche possibile rendere instabile (e quindi radioattivo) un nucleo inizialmente stabile: in questo caso si parla di radioisotopi artificiali per distinguerli da quelli naturali.

21 21 i processi di emissione modalità di origine: neutrone nucleo instabile

22 22 i processi di emissione modalità di origine: neutrone rottura del nucleo U 235 isotopi radioattivi

23 23 i processi di emissione la disintegrazione dei nuclei radioattivi segue leggi statistiche

24 24 i processi di emissione la attività si dimezza in un tempo caratteristico Tempo di dimezzamento ma non si estingue mai esempio : tecnezio-99 6 ore Per quantificare lintensità di un radioisotopo si utilizza il concetto di attività: lattività di una sorgente radioattiva è definita come il numero di disintegrazioni che avvengono nellunità di tempo in una data quantità di materiale. 1 Bq (Bequerel) = 1 dis/sec A seconda del tipo di isotopo, il T 1/2 può variare da qualche secondo fino a diversi milioni di anni (U-235)…

25 25

26 26 la radioattività naturale

27 27 la radioattività naturale carta vetro piombo raggi cosmici contribuiscono per il 14 % alla dose naturale totale

28 28 la radioattività naturale carta vetro piombo i raggi cosmici nello spazio 100 km 10 km 1 km 13 Sv / h 5 Sv / h 0.1 Sv / h 0.03 Sv / h

29 29 la radioattività naturale uranio torio radon si libera nel sottosuolo nelle formazioni geologiche di origine vulcanica e da qui per diffusione giunge in superficie ove si disperde nellambiente è presente in molti materiali da costruzione (granito, ceneri di carbone fossile, gessi fosfatici, tufi, ecc.)

30 30 la radioattività naturale dai gas radioattivi presenti nellaria e dai materiali da costruzione (37%) dalla radioattività originata nel sottosuolo (19%) radioisotopi primordiali

31 31 Esposizione a Sorgenti Naturali Sorgenti Naturali Esposizione a Sorgenti Artificiali Sorgenti Artificiali la radioattività naturale

32 32 la radioattività naturale

33 33 le interazioni con la materia

34 34 le interazioni con la materia Le radiazioni scambiano energia in maniera differente a seconda che si tratti di particelle o di radiazione elettromagnetica

35 alfa: beta: particelle cariche (elettroni, protoni ecc.) Direttamente ionizzanti Indirettamente ionizzanti elettromagnetiche: X - neutroni e….altre particelle le interazioni con la materia

36 36 le interazioni con la materia la interazione delle particelle cariche il passaggio di una particella attraverso un mezzo provoca la ionizzazione di un gran numero di atomi per attrazione o repulsione degli elettroni (ionizzazione primaria)

37 37 le interazioni con la materia ogni particella perde energia con gradualità, cedendola alle molecole incontrate sul percorso la interazione delle particelle cariche -ionizzazioni molecolari -eccitazioni molecolari -calore

38 38 le interazioni con la materia la interazione con lambiente intracellulare radiolisi dellacqua + H2O+H2O+ - H2O-H2O- OH ione ossidrile H ione idrogeno lurto avviene secondo leggi statistiche e non dipende dalla struttura e dalla funzione chimica delle molecole incontrate

39 39 le interazioni con la materia la probabilità di incontrare una molecola vitale e quindi di produrre un danno biologico dipende dalla rapidità con cui viene ceduta lenergia (LET) materia ionizzazioni ……nella interazione con la materia vivente

40 40 le interazioni con la materia molecola di DNA particella 3 nm

41 41 le interazioni con la materia IL POTERE DI PENETRAZIONE NEI TESSUTI DALLESTERNO m derma strato corneo

42 42 le interazioni con la materia IL POTERE DI IONIZZAZIONE NELLE CELLULE m derma strato corneo

43 43 le interazioni con la materia

44 44 le interazioni con la materia i raggi X e i raggi gamma Interagiscono con la materia solo quando entrano in collisione con una particella (elettrone) Nellurto cedono tutta lenergia e scompaiono

45 45 le interazioni con la materia i fotoni spesso generano anche una radiazione secondaria (diffusa)

46 46 le interazioni con la materia

47 47 IL POTERE DI PENETRAZIONE NELLA MATERIA le interazioni con la materia

48 48 la dose

49 49 la dose tessuto esprime lenergia assorbita in media da una massa unitaria di tessuto UNITA DI MISURA: 1 gray (Gy) = 1 joule/kg 1 mGy = 1/1000 Gy 1 cGy = 1/100 Gy

50 50 la dose TABELLA – Livelli di riferimento della dose per alcuni comuni esami radiologici su pazienti adulti.- NRPB 1992 radiogrammadose in ingresso (mGy) massima colonna lombare AP 59.1 lat108 addome AP62.4 pelvi AP31.6 torace PA 1.43 lat10.6 cranio AP13.9 lat 9.1

51 51 la dose la probabilità del danno biologico non dipende solo dalla energia assorbita ma anche dal tipo di radiazione e dalla radiosensibilità del tessuto

52 52 la dose fotoni, tutte le energie 1 elettroni e radiazioni beta, tutte le energie 1 neutroni, energie tra MeV 5 – 20 protoni 5 particelle alfa, nuclei pesanti 20 FATTORI DI PESO PER LA RADIAZIONE (W R )

53 53 la dose FATTORI DI PESO PER I TESSUTI (W T ) gonadi0,20 midollo osseo rosso0,12 polmone0,12 stomaco0,12 vescica0,05 fegato0,05 tiroide0,05 ossa (superfici ossee)0,01 pelle0,01 rimanenti organi0,05

54 54 la dose UNITA DI MISURA : 1 sievert (Sv) = 1 joule/kg mSv µSv w R = fattore di qualità della radiazione w R = fattore di qualità della radiazione w T = fattore di sensibilità del tessuto w T = fattore di sensibilità del tessuto

55 55 la dose nel caso di introduzione di sostanze radioattive nellorganismo, lirraggiamento si prolunga nel tempo il rischio radiobiologico è correlato alla: dose ricevuta da un organo o da un tessuto, in un determinato intervallo di tempo (*) (*) per gli adulti = 50 anni DOSE EFFICACE IMPEGNATA

56 56 la dose per esempio: a parità di radioattività introdotta cesio – 137la dose impegnata nello scheletro è elevata perchè lemivita è di 37 anni tecnezio-99la dose impegnata nella tiroide è trascurabile perchè lemivita è di poche ore

57 57

58 irraggiamento esterno la sorgente di radiazioni è situata esternamente al corpo umano contaminazione interna la sorgente viene introdotta nell'organismo a seguito di ingestione, inalazione.. modalità di esposizione

59 59 modalità di esposizione nelle sale radiologiche

60 60 modalità di esposizione nei reparti di radioterapia

61 61 modalità di esposizione nei reparti di medicina nucleare

62 62 modalità di esposizione la dose dipende: dalla durata della esposizione dalla distanza dalle schermature e indumenti protettivi indossati

63 63 negli operatori sanitari si determina quando si verifica una introduzione accidentale di sostanze radioattive nellorganismo modalità di esposizione

64 64 - per inalazione - per ingestione - per assorbimento trasferimento accidentale di sostanza radioattiva in aria o negli alimenti modalità di esposizione

65 65 modalità di esposizione INTRODUZIONE (intake) INGESTIONEINALAZIONE polmoni apparato gastro-intestinale ELIMINAZIONE sangue clearance linfonodi tiroide ossa altri organi uptake CUTE lesione FECI reni URINE SUDORE

66 66 nella irradiazione interna la dose dipende: dalle vie di introduzione nellorganismo dalle caratteristiche fisiche e chimiche del radioisotopo introdotto dalla cinetica di eliminazione della sostanza radioattiva incorporata modalità di esposizione

67 67 modalità di esposizione la dose interna non può essere misurata direttamente direttamente si può stimare solo mediante prelievo di si può stimare solo mediante prelievo di urina, feci, muchi, sangue, ecc.: urina, feci, muchi, sangue, ecc.: si determina la radioattività presente nei campioni si applicano equazioni analitiche, con le quali si determina la radioattività introdotta nei vari organi si calcola la dose impegnata con le formule che convertono la attività presente in un organo in dose assorbita

68 68 effetti biologici Effetti biologici delle radiazioni ultima parte

69 69 Lo studio degli effetti delle radiazioni ionizzanti sulla materia vivente è compito della radiobiologia effetti biologici

70 70 effetti biologici Il passaggio di radiazioni ionizzanti in una cellula vivente può dare origine ad una serie di eventi poiché in essa sono presenti molecole diverse alcune semplici (H2O) altre complesse (DNA)

71 71 L EFFETTO BIOLOGICO dipende: dalla natura del danno dai componenti cellulari danneggiati dalla funzione della cellula danneggiata effetti biologici

72 72 Possibili danni alla cellula effetti biologici

73 73 Pertanto gli effetti delle radiazioni sullorganismo possono essere di due tipi: SOMATICI individuo Si riferiscono ai danni che si osservano nellindividuo e si esauriscono con lui GENETICI Sono riferiti alle conseguenze dei danni prodotti sulle cellule germinali e trasmessi ai discendenti effetti biologici

74 74 sono di tipo probabilistico ovvero la loro frequenza di comparsa, comunque piccola, sono di tipo probabilistico ovvero la loro frequenza di comparsa, comunque piccola, è funzione della dose casualmente distribuiti casualmente nella popolazione effetti tardivi dopo anni sono effetti tardivi (appaiono dopo anni) indistinguibili sono indistinguibili dai tumori indotti da altri fattori cancerogeni Danni stocastici (o probabilistici) Danni stocastici (o probabilistici) effetti biologici

75 75 gravitàdose gravità dei danni varia con la dose valore soglia di dose presentano un valore soglia di dose sono prevedibili immediati (giorni o settimane) presentano effetti immediati (giorni o settimane) presentano effetti tardivi (dopo mesi o anni) presentano effetti tardivi (dopo mesi o anni) Danni non stocastici (o deterministici) Danni non stocastici (o deterministici) effetti biologici

76 76 soglia di dose La soglia di dose (dellordine del Sievert) varia fortemente a seconda delleffetto considerato. effetti biologici

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78 78 Le radiazioni non devono venire demonizzate né tanto meno sottovalutate. Devono semplicemente essere note a chi le impiega note a chi le impiega così come devono essere note le loro conseguenze sulluomo. CONCLUSIONI

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