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Dosis absorbida

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La dosis absorbida es una magnitud que representa la energía específica ( energía por unidad de masa ) depositada por la radiación ionizante en la materia viva . Se utiliza para calcular la captación de dosis en los tejidos vivos, tanto en radioprotección (reducción de efectos nocivos) como en radiooncología (posibles efectos beneficiosos, por ejemplo, en el tratamiento del cáncer). También se emplea para comparar directamente el efecto de la radiación en la materia inanimada, como en el endurecimiento radiológico .

La unidad de medida del SI es el gray (Gy), que se define como un julio de energía absorbida por kilogramo de materia. [ 1 ] La unidad CGS más antigua, que no pertenece al SI , el rad , también se usa a veces, principalmente en los EE. UU.

Relación entre algunas unidades de radiación ionizante [ 2 ]

Efectos deterministas

Tradicionalmente, en protección radiológica, la dosis absorbida sin modificar se utiliza únicamente para indicar los efectos inmediatos en la salud debidos a altos niveles de dosis aguda. Estos son efectos tisulares, como en el síndrome de irradiación aguda , también conocidos como efectos deterministas. Son efectos que se producirán con certeza en un corto período de tiempo. El tiempo transcurrido entre la exposición y el vómito puede utilizarse como heurística para cuantificar una dosis cuando no se dispone de métodos de prueba más precisos. [ 3 ]

Efectos de la exposición aguda a la radiación

Radioterapia

Cálculo de dosis

La dosis absorbida es igual a la exposición a la radiación (iones o C /kg) del haz de radiación multiplicada por la energía de ionización del medio que se va a ionizar.

Por ejemplo, la energía de ionización del aire seco a 20  °C y 101,325 kPa de presión es 33,97 ± 0,05  J/C . [ 5 ] (33,97  eV por par de iones) Por lo tanto, una exposición de2,58 × 10 −4  C/kg (1 roentgen ) depositaría una dosis absorbida de8,76 × 10 −3  J/kg (0,00876  Gy o 0,876  rad) en aire seco en esas condiciones.

Cuando la dosis absorbida no es uniforme, o cuando solo se aplica a una parte de un cuerpo u objeto, se puede calcular una dosis absorbida representativa de todo el elemento tomando un promedio ponderado por la masa de las dosis absorbidas en cada punto.

Más precisamente, [ 6 ]

D¯T=∫TD(incógnita,y,z)ρ(incógnita,y,z)dV∫Tρ(incógnita,y,z)dV{\displaystyle {\overline {D}}_{T}={\frac {\displaystyle \int _{T}D(x,y,z)\,\rho (x,y,z)\,dV}{\displaystyle \int _{T}\rho (x,y,z)\,dV}}}

Dónde

  • D¯T{\displaystyle {\overline {D}}_{T}} es la dosis absorbida promedio ponderada por la masa de todo el artículo.T{\displaystyle T};
  • T{\displaystyle T} es el elemento de interés;
  • D(incógnita,y,z){\displaystyle D(x,y,z)} es la densidad de dosis absorbida (dosis absorbida por unidad de volumen) en función de la ubicación;
  • ρ(incógnita,y,z){\displaystyle \rho (x,y,z)}es la densidad (masa por unidad de volumen) en función de la ubicación;
  • V{\displaystyle V}es volumen.

Riesgo estocástico: conversión a dosis equivalente

Magnitudes de dosis externas utilizadas en protección radiológica y dosimetría.
Gráfico que muestra la relación de las cantidades de "dosis de protección" en unidades del SI.

Para el riesgo de radiación estocástica , definido como la probabilidad de inducción de cáncer y efectos genéticos que ocurren en una escala de tiempo prolongada, se debe considerar el tipo de radiación y la sensibilidad de los tejidos irradiados, lo que requiere el uso de factores modificadores para producir un factor de riesgo en sieverts . Un sievert conlleva una probabilidad del 5,5 % de desarrollar cáncer eventualmente según el modelo lineal sin umbral . [ 7 ] [ 8 ] Este cálculo comienza con la dosis absorbida.

Para representar el riesgo estocástico, se utilizan las cantidades de dosis equivalente H T y efectiva E , y se emplean factores y coeficientes de dosis apropiados para calcularlas a partir de la dosis absorbida. [ 9 ] Las cantidades de dosis equivalente y efectiva se expresan en unidades de sievert o rem , lo que implica que se han tenido en cuenta los efectos biológicos. La derivación del riesgo estocástico se ajusta a las recomendaciones del Comité Internacional de Protección Radiológica (ICRP) y la Comisión Internacional de Unidades y Medidas de Radiación (ICRU). El sistema coherente de cantidades de protección radiológica desarrollado por ellos se muestra en el diagrama adjunto.

En el caso de la radiación de cuerpo entero, ya sea con rayos gamma o rayos X , los factores modificadores son numéricamente iguales a 1, lo que significa que en ese caso la dosis en grays es igual a la dosis en sieverts.

Desarrollo del concepto de dosis absorbida y el gris

Utilizando un aparato de rayos X de tubo de Crookes primitivo en 1896. Un hombre observa su mano con un fluoroscopio para optimizar la emisión del tubo, mientras que el otro acerca la cabeza al mismo. No se toman precauciones.
El monumento a los Mártires de la Radiología, erigido en 1936 en el hospital St. Georg de Hamburgo, añadió más nombres en 1959.

Wilhelm Röntgen descubrió los rayos X el 8 de noviembre de 1895, y su uso se extendió muy rápidamente para el diagnóstico médico, en particular para fracturas y objetos extraños incrustados, donde supusieron una mejora revolucionaria con respecto a las técnicas anteriores.

Debido al uso generalizado de los rayos X y a la creciente conciencia de los peligros de la radiación ionizante, se hicieron necesarios estándares de medición para la intensidad de la radiación, y varios países desarrollaron los suyos propios, aunque con definiciones y métodos diferentes. Finalmente, para promover la estandarización internacional, el primer Congreso Internacional de Radiología (ICR), celebrado en Londres en 1925, propuso un organismo independiente para considerar las unidades de medida. Este organismo se denominó Comisión Internacional de Unidades y Mediciones de Radiación (ICRU) [ a ] y se constituyó en el Segundo ICR, celebrado en Estocolmo en 1928, bajo la presidencia de Manne Siegbahn . [ 10 ] [ 11 ] [ b ]

Una de las primeras técnicas para medir la intensidad de los rayos X consistía en medir su efecto ionizante en el aire mediante una cámara de ionización llena de aire . En la primera reunión de la ICRU se propuso definir una unidad de dosis de rayos X como la cantidad de rayos X que produciría una unidad electrostática de carga en un centímetro cúbico de aire seco a 0 °C y 1 atmósfera estándar de presión. Esta unidad de exposición a la radiación recibió el nombre de roentgen en honor a Wilhelm Röntgen, fallecido cinco años antes. En la reunión de la ICRU de 1937, esta definición se extendió a la radiación gamma . [ 12 ] Este enfoque, si bien representó un gran avance en la estandarización, tenía la desventaja de no ser una medida directa de la absorción de la radiación y, por lo tanto, del efecto de ionización en diversos tipos de materia, incluido el tejido humano, sino que solo medía el efecto de los rayos X en una circunstancia específica: el efecto de ionización en aire seco. [ 13 ] 

En 1940, Louis Harold Gray , quien había estado estudiando el efecto del daño por neutrones en el tejido humano, junto con William Valentine Mayneord y el radiobiólogo John Read, publicó un artículo en el que se propuso una nueva unidad de medida, denominada "gramo roentgen" (símbolo: gr), y se definió como "la cantidad de radiación de neutrones que produce un incremento de energía en un volumen unitario de tejido igual al incremento de energía producido en un volumen unitario de agua por un roentgen de radiación". [ 14 ] Se encontró que esta unidad era equivalente a 88  ergios en el aire, e hizo que la dosis absorbida, como se la conoció posteriormente, dependiera de la interacción de la radiación con el material irradiado, y no solo de una expresión de exposición o intensidad de la radiación, como representaba el roentgen. En 1953, la ICRU recomendó el rad , igual a 100  erg/g, como la nueva unidad de medida de la radiación absorbida. El rad se expresó en unidades cgs coherentes. [ 12 ]

A finales de la década de 1950, la CGPM invitó a la ICRU a unirse a otros organismos científicos para trabajar en el desarrollo del Sistema Internacional de Unidades (SI). [ 15 ] Se decidió definir la unidad SI de radiación absorbida como energía depositada por unidad de masa, que es como se había definido el rad, pero en unidades MKS sería J/kg. Esto fue confirmado en 1975 por la 15.ª CGPM, y la unidad fue denominada «gray» en honor a Louis Harold Gray, quien había fallecido en 1965. El gray era igual a 100 rad, la unidad cgs.

Otros usos

La dosis absorbida también se utiliza para gestionar la irradiación y medir los efectos de la radiación ionizante sobre la materia inanimada en diversos campos.

Supervivencia de los componentes

La dosis absorbida se utiliza para evaluar la capacidad de supervivencia de dispositivos, como componentes electrónicos, en entornos de radiación ionizante.

Resistencia a la radiación

La medición de la dosis absorbida por la materia inanimada es vital en el proceso de endurecimiento contra la radiación , que mejora la resistencia de los dispositivos electrónicos a los efectos de la radiación.

irradiación de alimentos

La dosis absorbida es la cantidad de dosis física que se utiliza para asegurar que los alimentos irradiados hayan recibido la dosis correcta para garantizar su eficacia. Se utilizan dosis variables según la aplicación, que pueden llegar hasta los 70  kGy.

La siguiente tabla muestra las cantidades de radiación en unidades del SI y en unidades que no pertenecen al SI:

Aunque la Comisión Reguladora Nuclear de los Estados Unidos permite el uso de las unidades curie , rad y rem junto con las unidades del SI, [ 16 ] las directivas de la Unión Europea sobre unidades de medida europeas exigieron que su uso para "fines de salud pública" se eliminara gradualmente antes del 31 de diciembre de 1985. [ 17 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ Originalmente conocido como el Comité Internacional de Unidades de Rayos X
  2. ↑ El país anfitrión designó al presidente de las primeras reuniones de la ICRU.

Referencias

  1. ↑ ICRP 2007 , glosario.
  2. ↑ "Medición de la radiación" . NRC Web . Archivado del original el 16 de mayo de 2025. Consultado el 6 de octubre de 2025 .
  3. ↑ "Exposición y contaminación por radiación: lesiones; intoxicación" . Merck Manuals Professional Edition . Consultado el 20 de mayo de 2023 .
  4. ↑ "Exposición a la radiación y contaminación: lesiones; intoxicación - Edición profesional de los Manuales Merck" . Edición profesional de los Manuales Merck . Consultado el 6 de septiembre de 2017 .
  5. ↑ Boutillon, M; Perroche-Roux, AM (1987-02-01). "Reevaluación del valor W para electrones en aire seco" . Física en Medicina y Biología . 32 (2): 213– 219. Bibcode : 1987PMB....32..213B . doi : 10.1088/0031-9155/32/2/005 . ISSN 0031-9155 . S2CID 250751778 .  
  6. ↑ ICRP 2007 , pág. 1.
  7. ↑ «Las Recomendaciones de 2007 de la Comisión Internacional de Protección Radiológica» . Anales de la ICRP . Publicación 103 de la ICRP. 37 ( 2–4 ). 2007. ISBN 978-0-7020-3048-2Consultado el 17 de mayo de 2012 .
  8. ↑ La ICRP afirma: «En el rango de dosis bajas, por debajo de aproximadamente 100 mSv, es científicamente plausible suponer que la incidencia de cáncer o efectos hereditarios aumentará en proporción directa a un incremento en la dosis equivalente en los órganos y tejidos relevantes». Publicación 103 de la ICRP, párrafo 64.
  9. ↑ ICRP 2007 , párrafos 104 y 105.
  10. ↑ Siegbahn, Manne; et al. (octubre de 1929). "Recomendaciones del Comité Internacional de Unidades de Rayos X" (PDF) . Radiología . 13 (4): 372–3 . doi : 10.1148/13.4.372 . S2CID 74656044. Consultado el 20 de mayo de 2012 .  
  11. ↑ "Acerca de la ICRU - Historia" . Comisión Internacional de Unidades y Medidas de Radiación . Consultado el 20 de mayo de 2012 .
  12. 1 2 Guill, JH; Moteff, John (junio de 1960). "Dosimetría en Europa y la URSS" . Documentos de la Tercera Reunión del Área del Pacífico: Materiales en Aplicaciones Nucleares . Simposio sobre Efectos de la Radiación y Dosimetría - Tercera Reunión del Área del Pacífico, Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales, octubre de 1959, San Francisco, 12-16 de octubre de 1959. Publicación Técnica de la Sociedad Estadounidense. Vol. 276. ASTM International. pág. 64. LCCN 60014734. Recuperado el 15 de mayo de 2012 .   
  13. ↑ Lovell, S (1979). "4: Cantidades y unidades dosimétricas" . Introducción a la dosimetría de radiación . Cambridge University Press. págs. 52–64 . ISBN  0-521-22436-5. Consultado el 15 de mayo de 2012 .
  14. ↑ Gupta, SV (19 de noviembre de 2009). «Louis Harold Gray» . Unidades de medida: pasado, presente y futuro : Sistema Internacional de Unidades . Springer. pág. 144. ISBN   978-3-642-00737-8. Consultado el 14 de mayo de 2012 .
  15. ↑ "CCU: Comité Consultivo de Unidades" . Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) . Consultado el 18 de mayo de 2012 .
  16. ↑ 10 CFR 20.1004 . Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU. 2009.
  17. ↑ El Consejo de las Comunidades Europeas (21 de diciembre de 1979). «Directiva 80/181/CEE del Consejo, de 20 de diciembre de 1979, relativa a la aproximación de las legislaciones de los Estados miembros sobre unidades de medida y por la que se deroga la Directiva 71/354/CEE» . Consultado el 19 de mayo de 2012 .

Literatura

  • ICRP (2007). «Recomendaciones de 2007 de la Comisión Internacional de Protección Radiológica» . Anales de la ICRP . Publicación ICRP 103. 37 ( 2–4 ). ISBN 978-0-7020-3048-2Consultado el 17 de mayo de 2012 .
  • Constantes específicas de dosis de rayos gamma para nucleidos importantes para la dosimetría y la evaluación radiológica , Laurie M. Unger y D. K. Trubey, Laboratorio Nacional de Oak Ridge, mayo de 1982 : contiene constantes de dosis de rayos gamma (en tejido) para aproximadamente 500 radionucleidos.