Эффективная доза (излучение)

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

Она представляет собой тканевзвешенную сумму эквивалентных доз во всех указанных тканях и органах человеческого тела и представляет собой стохастический риск для здоровья всего организма, который представляет собой вероятность индукции рака и генетических эффектов низких уровней ионизирующего излучения . ^[2]^[3] Он учитывает тип радиации и природу каждого облучаемого органа или ткани и позволяет суммировать дозы органов от различных уровней и типов радиации, как внутренней, так и внешней, для получения общей рассчитанной эффективной дозы.

Единицей эффективной дозы в системе СИ является зиверт (Зв), который соответствует 5,5% вероятности развития рака. ^[4] Эффективная доза не предназначена для измерения детерминированного воздействия на здоровье, которое представляет собой тяжесть острого повреждения тканей, которое наверняка произойдет, и которое измеряется количеством 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 «эквивалент эффективной дозы». ^[6] Название «эффективная доза» заменило название «эффективный эквивалент дозы» в 1991 году. ^[7] С 1977 года он является центральной величиной для ограничения дозы в международной системе радиологической защиты МКРЗ . ^[1]

Использование

По данным МКРЗ, основными видами использования эффективной дозы являются прогнозируемая оценка дозы для планирования и оптимизации радиологической защиты, а также демонстрация соблюдения пределов дозы для целей регулирования. Таким образом, эффективная доза является центральной величиной дозы для целей регулирования. ^[8]

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

Использование для внешней дозы

Расчет эффективной дозы необходим при частичном или неравномерном облучении организма человека, поскольку в эквивалентной дозе учитывается не облучаемая ткань, а только тип излучения. Различные ткани организма по-разному реагируют на ионизирующее излучение, поэтому МКРЗ присвоил коэффициенты чувствительности конкретным тканям и органам, чтобы можно было рассчитать эффект частичного облучения, если известны облучаемые области. ^[10] Радиационное поле, облучающее только часть тела, несет меньший риск, чем если бы то же поле облучало все тело. Для этого рассчитывают и суммируют эффективные дозы облученных частей тела. становится эффективной дозой для всего тела, величиной дозы $E.$ Это Это «защитная» доза, которую можно рассчитать, но невозможно измерить на практике.

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

Использование для внутренней дозы

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

Используемая доза составляет:

доза $E(t)$ представляет собой сумму произведений ожидаемых эквивалентных доз в органах или тканях и соответствующих весовых коэффициентов тканей $WT Ожидаемая эффективная$ , где $t$ — время интегрирования в годах после поступления. Срок действия обязательств принят равным 50 годам для взрослых и 70 годам для детей. ^[11]

Расчет эффективной дозы

Ионизирующее излучение накапливает энергию в облучаемом веществе. Величина, используемая для выражения этого, представляет собой поглощенную дозу , физическую величину дозы, которая зависит от уровня падающего излучения и поглощающих свойств облучаемого объекта. Поглощенная доза представляет собой физическую величину и не является удовлетворительным индикатором биологического эффекта, поэтому, чтобы обеспечить учет стохастического радиологического риска, величины дозы, эквивалентная доза и эффективная доза, были разработаны Международной комиссией по радиационным единицам и измерениям (ICRU) и МКРЗ для расчета биологического эффекта поглощенной дозы.

Для получения эффективной дозы рассчитанную поглощенную дозу в органе $D T$ сначала корректируют с учетом типа излучения с использованием коэффициента $W R,$ чтобы получить средневзвешенное значение эквивалентной дозы $H T,$ полученной в облученных тканях организма, а затем результат дополнительно корректируют с учетом ткани или органы, облучаемые с использованием фактора $W T$ , для получения эффективной дозы $E$ .

Сумма эффективных доз для всех органов и тканей организма представляет собой эффективную дозу для всего организма. Если облучена только часть тела, то для расчета эффективной дозы используются только эти области. Сумма весовых коэффициентов тканей равна 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 ткани $W T$

Тканевые весовые коэффициенты ICRP 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 непропорционально большой весовой коэффициент по сравнению с долей массы тела, которую они представляют. Другие ткани, такие как поверхность твердой кости, особенно нечувствительны к радиации, и им присвоен непропорционально низкий весовой коэффициент.

Весовые коэффициенты для различных тканей ^[12]
Органы	Весовые коэффициенты тканей
Органы	МКРЗ26 1977	МКРЗ60 1990 ^[13]	ICRP103 2007 ^[14]
Гонады	0.25	0.20	0.08
Красный костный мозг	0.12	0.12	0.12
Двоеточие	–	0.12	0.12
Легкое	0.12	0.12	0.12
Желудок	–	0.12	0.12
Грудь	0.15	0.05	0.12
мочевой пузырь	–	0.05	0.04
Печень	–	0.05	0.04
пищевод	–	0.05	0.04
Щитовидная железа	0.03	0.05	0.04
Кожа	–	0.01	0.01
кости Поверхность	0.03	0.01	0.01
Слюнные железы	–	–	0.01
Мозг	–	–	0.01
Остаток тела	0.30	0.05	0.12
Общий	1.00	1.00	1.00

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

эффективная доза для всего организма

H_{T}

– эквивалентная доза, поглощенная тканью

T

W_{T}

- весовой коэффициент ткани, определяемый регулированием

W_{R}

весовой коэффициент излучения, определенный нормативными актами

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

— среднемассовая поглощенная доза в ткани

Т

при типе излучения

R.

D_{R}(x,y,z)

поглощенная доза излучения типа

R

в зависимости от местоположения

\rho (x,y,z)

плотность как функция местоположения

V

объем

T

представляет собой ткань или орган, представляющий интерес

Весовые коэффициенты ткани МКРЗ выбраны так, чтобы отражать долю риска для здоровья или биологического эффекта, который можно отнести на счет конкретной названной ткани. Эти весовые коэффициенты пересматривались дважды, как показано на диаграмме выше.

США Комиссия по ядерному регулированию до сих пор использует в своих правилах весовые коэффициенты тканей, принятые МКРЗ в 1977 году, несмотря на более поздние пересмотренные рекомендации МКРЗ. ^[15]

По типу медицинской визуализации

Эффективная доза в зависимости от типа медицинской визуализации v т и
Органы-мишени	Тип экзамена	Эффективная доза у взрослых ^[16]	Эквивалентное время фонового излучения ^[16]
КТ головы	Одиночная серия	2 мЗв	8 месяцев
КТ головы	С + без рентгеноконтрастного средства	4 мЗв	16 месяцев
Грудь	КТ грудной клетки	7 мЗв	2 года
	КТ грудной клетки, протокол скрининга рака легких	1,5 мЗв	6 месяцев
	Рентген грудной клетки	0,1 мЗв	10 дней
Сердце	Коронарная КТ-ангиография	12 мЗв	4 года
Сердце	Коронарная КТ с кальцием	3 мЗв	1 год
брюшной	КТ брюшной полости и таза	10 мЗв	3 года
	КТ брюшной полости и таза, протокол низких доз	3 мЗв ^[17]	1 год
	КТ органов брюшной полости и таза с + без рентгеноконтрастного вещества	20 мЗв	7 лет
	КТ-колонография	6 мЗв	2 года
	Внутривенная пиелограмма	3 мЗв	1 год
	Серия верхних отделов желудочно-кишечного тракта	6 мЗв	2 года
	Серия нижнего отдела желудочно-кишечного тракта	8 мЗв	3 года
Позвоночник	Рентген позвоночника	1,5 мЗв	6 месяцев
Позвоночник	КТ позвоночника	6 мЗв	2 года
конечности	рентген конечностей	0,001 мЗв	3 часа
конечности	нижних конечностей КТ-ангиография	0,3–1,6 мЗв ^[18]	5 недель - 6 месяцев
Стоматологический рентген		0,005 мЗв	1 день
DEXA (плотность кости)		0,001 мЗв	3 часа
ПЭТ-КТ Комбинация		25 мЗв	8 лет
Маммография		0,4 мЗв	7 недель

Влияние на здоровье

Ионизирующее излучение, как правило, вредно и потенциально смертельно для живых существ, но может принести пользу здоровью при лучевой терапии для лечения рака и тиреотоксикоза . Его наиболее частым воздействием является индукция рака с латентным периодом в годы или десятилетия после воздействия. Высокие дозы могут вызвать визуальные драматические радиационные ожоги и/или быструю смерть в результате острого лучевого синдрома . Контролируемые дозы используются для медицинской визуализации и лучевой терапии .

Нормативная номенклатура

Правила Великобритании

Положения Великобритании об ионизирующем излучении 1999 г. определяют использование термина «эффективная доза»; «Любая ссылка на эффективную дозу означает сумму эффективной дозы внешнего облучения всего тела и ожидаемой эффективной дозы внутреннего облучения». ^[19]

Эффективный эквивалент дозы в США

США Комиссия по ядерному регулированию сохранила в системе регулирования США старый термин « эквивалент эффективной дозы», обозначающий величину, аналогичную эффективной дозе МКРЗ. (TEDE) NRC Общий эквивалент эффективной дозы представляет собой сумму внешней эффективной дозы и внутренней ожидаемой дозы; другими словами, все источники дозы.

В США кумулятивная эквивалентная доза, полученная в результате внешнего облучения всего тела, обычно сообщается работникам атомной энергетики в регулярных отчетах о дозиметрии.

Эквивалент глубокой дозы (DDE), который, по сути, является эквивалентной дозой для всего тела.
эквивалент малой дозы (SDE), который фактически представляет собой эффективную дозу, воздействующую на кожу.

История

Концепция эффективной дозы была введена в 1975 году Вольфгангом Якоби (1928–2015) в его публикации «Концепция эффективной дозы: предложение по комбинации доз для органов». ^[6]^[20] В 1977 году он был быстро включен МКРЗ как «эквивалент эффективной дозы» в Публикацию 26. В 1991 году публикация МКРЗ 60 сократила это название до «эффективной дозы». ^[21] Эту величину иногда неправильно называют «эквивалентом дозы» из-за более раннего названия, и это неправильное название, в свою очередь, приводит к путанице с эквивалентной дозой . Весовые коэффициенты тканей были пересмотрены в 1990 и 2007 годах в связи с появлением 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 как величины радиологической защиты, связанной с риском».

Это включало предложение прекратить использование эквивалентной дозы в качестве отдельной защитной величины. Это позволит 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]

Было также предложено использовать эффективную дозу в качестве грубого индикатора возможного риска при медицинских осмотрах. Эти предложения должны будут пройти следующие этапы:

Обсуждение в комитетах МКРЗ
Пересмотр отчета целевой группой
Повторное рассмотрение комитетами и главной комиссией
Общественное обсуждение

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Публикация МКРЗ, 103 п. 103
^ Публикация МКРЗ 103, глоссарий.
^ Публикация МКРЗ 103, параграфы 104 и 105.
^ Публикация МКРЗ 103
^ Отчет МКРЗ 103, пункты 104 и 105.
^ Перейти обратно: ^а ^б Журнал радиологической защиты Том 35 № 3 2015. «Некролог - Вольфганг Якоби 1928 – 2015».
^ Публикация 103 МКРЗ, краткое изложение, пункт 101.
^ Публикация 103 МКРЗ, краткое изложение, пункт j.
^ Публикация МКРЗ 103, пункт 101.
^ Публикация МКРЗ 103, параграф 22 и глоссарий.
^ Публикация МКРЗ 103 - Глоссарий.
^ UNSCEAR-2008 Приложение A, стр. 40, таблица A1, получено 20 июля 2011 г.
^ Веннарт, Дж. (1991). «Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 1990 года» . Анналы МКРЗ . Публикация МКРЗ 60. 21 (1–3): 8. Бибкод : 1991JRP....11..199V . дои : 10.1016/0146-6453(91)90066-П . ISBN 978-0-08-041144-6 .
^ «Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 2007 г.» . Анналы МКРЗ . Публикация МКРЗ 103. 37 (2–4). 2007. ISBN 978-0-7020-3048-2 . Архивировано из оригинала 16 ноября 2012 года . Проверено 17 мая 2012 г.
^ 10 С.Ф.Н. 20.1003 . Комиссия по ядерному регулированию США. 2009 . Проверено 25 ноября 2012 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Если иное не указано в графах, ссылка следующая:
- «Доза радиации при рентгенологических и компьютерных исследованиях» . RadiologyInfo.org Радиологического общества Северной Америки . Проверено 23 октября 2017 г.
^ Брисбен, Уэйн; Бейли, Майкл Р.; Соренсен, Мэтью Д. (2016). «Обзор методов визуализации камней в почках» . Nature Reviews Урология (обзорная статья). 13 (11). Спрингер Природа: 654–662. дои : 10.1038/nrurol.2016.154 . ISSN 1759-4812 . ПМЦ 5443345 . ПМИД 27578040 .
^ Чжан, Чжуоли; Ци, Ли; Мейнель, Феликс Г.; Чжоу, Чан Шэн; Чжао, Ян Э.; Шепф, У. Джозеф; Чжан, Лун Цзян; Лу, Гуан Мин (2014). «Качество изображения и доза радиации при КТ-ангиографии нижних конечностей с использованием 70 кВпик, регистрации высокого тона и итеративной реконструкции, подтвержденной синограммой» . ПЛОС ОДИН . 9 (6): e99112. Бибкод : 2014PLoSO...999112Q . дои : 10.1371/journal.pone.0099112 . ISSN 1932-6203 . ПМК 4051648 . ПМИД 24915439 .
^ Правила Великобритании по ионизирующему излучению 1999 г.
^ Якоби В. (1975). «Понятие эффективной дозы. Предложение по сочетанию органных доз». Радиат. Окружающая среда. Биофиз . 12 (2): 101–109. дои : 10.1007/BF01328971 . ПМИД 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

М. А. Бойд. «Загадочный мир радиационной дозиметрии - 9444» (PDF) . Агентство по охране окружающей среды США . Архивировано из оригинала (PDF) 21 декабря 2016 г. Проверено 26 мая 2014 г. – отчет о хронологических различиях между дозиметрическими системами США и МКРЗ.

[ICRP_publication,_103_para_103-1] Перейти обратно: ^а ^б Публикация МКРЗ, 103 п. 103

[2] Публикация МКРЗ 103, глоссарий.

[3] Публикация МКРЗ 103, параграфы 104 и 105.

[4] Публикация МКРЗ 103

[5] Отчет МКРЗ 103, пункты 104 и 105.

[obituary-6] Перейти обратно: ^а ^б Журнал радиологической защиты Том 35 № 3 2015. «Некролог - Вольфганг Якоби 1928 – 2015».

[7] Публикация 103 МКРЗ, краткое изложение, пункт 101.

[8] Публикация 103 МКРЗ, краткое изложение, пункт j.

[9] Публикация МКРЗ 103, пункт 101.

[10] Публикация МКРЗ 103, параграф 22 и глоссарий.

[11] Публикация МКРЗ 103 - Глоссарий.

[12] UNSCEAR-2008 Приложение A, стр. 40, таблица A1, получено 20 июля 2011 г.

[ICRP60-13] Веннарт, Дж. (1991). «Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 1990 года» . Анналы МКРЗ . Публикация МКРЗ 60. 21 (1–3): 8. Бибкод : 1991JRP....11..199V . дои : 10.1016/0146-6453(91)90066-П . ISBN 978-0-08-041144-6 .

[ICRP103-14] «Рекомендации Международной комиссии по радиологической защите 2007 г.» . Анналы МКРЗ . Публикация МКРЗ 103. 37 (2–4). 2007. ISBN 978-0-7020-3048-2 . Архивировано из оригинала 16 ноября 2012 года . Проверено 17 мая 2012 г.

[15] 10 С.Ф.Н. 20.1003 . Комиссия по ядерному регулированию США. 2009 . Проверено 25 ноября 2012 г.

[RSNA-16] Перейти обратно: ^а ^б Если иное не указано в графах, ссылка следующая:
- «Доза радиации при рентгенологических и компьютерных исследованиях» . RadiologyInfo.org Радиологического общества Северной Америки . Проверено 23 октября 2017 г.

[Brisbane2016-17] Брисбен, Уэйн; Бейли, Майкл Р.; Соренсен, Мэтью Д. (2016). «Обзор методов визуализации камней в почках» . Nature Reviews Урология (обзорная статья). 13 (11). Спрингер Природа: 654–662. дои : 10.1038/nrurol.2016.154 . ISSN 1759-4812 . ПМЦ 5443345 . ПМИД 27578040 .

[ZhangQi2014-18] Чжан, Чжуоли; Ци, Ли; Мейнель, Феликс Г.; Чжоу, Чан Шэн; Чжао, Ян Э.; Шепф, У. Джозеф; Чжан, Лун Цзян; Лу, Гуан Мин (2014). «Качество изображения и доза радиации при КТ-ангиографии нижних конечностей с использованием 70 кВпик, регистрации высокого тона и итеративной реконструкции, подтвержденной синограммой» . ПЛОС ОДИН . 9 (6): e99112. Бибкод : 2014PLoSO...999112Q . дои : 10.1371/journal.pone.0099112 . ISSN 1932-6203 . ПМК 4051648 . ПМИД 24915439 .

[19] Правила Великобритании по ионизирующему излучению 1999 г.

[20] Якоби В. (1975). «Понятие эффективной дозы. Предложение по сочетанию органных доз». Радиат. Окружающая среда. Биофиз . 12 (2): 101–109. дои : 10.1007/BF01328971 . ПМИД 1178826 . S2CID 44791936 .

[21] Публикация МКРЗ 103, параграф 101.

[22] «Использование эффективной дозы», Джон Харрисон. 3-й Международный симпозиум по системе радиологической защиты, октябрь 2015 г., Сеул.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

v т и Радиационная защита
Основные статьи	Фоновое излучение Дозиметрия Физика здоровья Ионизирующее излучение Внутренняя дозиметрия Радиоактивное загрязнение Радиоактивные источники Радиобиология
Измерение количества и единицы	Поглощенная доза Беккерель Ожидаемая доза Индекс дозы компьютерной томографии Счетов в минуту Эффективная доза Эквивалентная доза Серый Средняя доза для желез Мониторный блок Рад рентген Рем Зиверт
Инструменты и методы измерения	Воздушный мониторинг радиоактивных частиц Дозиметр счетчик Гейгера Ионная камера Сцинтилляционный счетчик Пропорциональный счетчик Радиационный мониторинг Полупроводниковый детектор Обзорный измеритель Подсчет всего тела
Методы защиты	Свинцовая защита Перчаточный ящик Йодид калия Смягчение воздействия радона Респираторы
Организации	Евратом ГПС (США) МАГАТЭ МКРУ МКРЗ IRPA СРП (Великобритания) НКДАР ООН
Регулирование	IRR (Великобритания) НРК (США) ОНР (Великобритания) Конвенция о радиационной защите, 1960 г.
Радиационные эффекты	Острый лучевой синдром Радиационно-индуцированный рак
См. также категории: Медицинская физика , Радиационные эффекты , Радиоактивность , Радиобиология и Радиационная защита.