Dosimetría

Existen diversas formas de medir las dosis absorbidas por radiación ionizante. Las personas que trabajan en contacto con sustancias radiactivas o que pueden estar expuestas a la radiación suelen llevar dosímetros personales . Estos están diseñados específicamente para registrar e indicar la dosis recibida. Tradicionalmente, se trataba de medallones sujetos a la ropa de la persona monitorizada, que contenían una película fotográfica conocida como dosímetro de película . Estos han sido sustituidos en gran medida por otros dispositivos como la dosimetría termoluminiscente (TLD), la luminiscencia estimulada ópticamente (OSL) o los detectores fluorescentes de tractos nucleares (FNTD). ^{[ 2 ] [ 3 ]}

La guía del Comité Internacional de Protección Radiológica (ICRP) establece que si se usa un dosímetro personal en una posición del cuerpo representativa de su exposición, asumiendo una exposición de todo el cuerpo, el valor de la dosis equivalente personal Hp(10) es suficiente para estimar un valor de dosis efectiva adecuado para la protección radiológica. La dosis equivalente personal es una magnitud de radiación diseñada específicamente para ser utilizada en mediciones de radiación con dosímetros personales. ^{[ 4 ]} Los dosímetros se conocen como "dosímetros legales" si han sido aprobados para su uso en el registro de la dosis personal con fines reglamentarios. En casos de irradiación no uniforme, dichos dosímetros personales pueden no ser representativos de ciertas áreas específicas del cuerpo, donde se utilizan dosímetros adicionales en el área de interés.

Se han popularizado varios dispositivos electrónicos conocidos como dosímetros personales electrónicos (DPE), que utilizan tecnología de detección por semiconductores y procesadores programables. Estos se llevan como insignias y proporcionan una indicación de la tasa de dosis instantánea, además de una alarma sonora y visual si se supera la tasa de dosis o la dosis total integrada. El usuario puede acceder de inmediato a información detallada sobre la dosis registrada y la tasa de dosis actual mediante una pantalla local. Pueden utilizarse como dosímetro principal independiente o como complemento de otros dispositivos. Los DPE son especialmente útiles para la monitorización de la dosis en tiempo real cuando se prevé una alta tasa de dosis, lo que limita el tiempo de exposición del usuario.

En determinadas circunstancias, se puede inferir la dosis a partir de las lecturas tomadas por instrumentación fija en el área donde la persona en cuestión ha estado trabajando. Esto generalmente solo se utilizaría si no se hubiera proporcionado un dosímetro personal, o si este se hubiera dañado o extraviado. Dichos cálculos adoptarían una perspectiva pesimista de la dosis probablemente recibida.

La dosimetría interna se utiliza para evaluar la dosis comprometida debida a la ingesta de radionúclidos en el cuerpo humano.

Existen varias medidas diferentes de dosis de radiación, incluida la dosis absorbida ( D ) medida en:

• energía gris (Gy) absorbida por unidad de masa ( J · ^kg⁻¹ )
• Dosis equivalente ( H ) medida en sieverts (Sv)
• Dosis efectiva ( E ) medida en sieverts
• Kerma (K) medida en grays
• Producto dosis-área (DAP) medido en centímetros grises ²
• Producto dosis-longitud (DLP) medido en centímetros de gray
• rads, una unidad en desuso de dosis de radiación absorbida, definida como 1 rad = 0,01 Gy = 0,01 J/kg
• Roentgen, una unidad de medida tradicional para la exposición a rayos X.

Cada medida se suele describir simplemente como «dosis», lo que puede generar confusión. Todavía se utilizan unidades distintas al SI , sobre todo en EE. UU., donde la dosis se suele expresar en rads y la dosis equivalente en rems . Por definición, 1 Gy = 100 rad y 1 Sv = 100 rem.

La magnitud fundamental es la dosis absorbida ( D ), que se define como la energía media impartida [por la radiación ionizante] (dE) por unidad de masa (dm) de material (D = dE/dm) ^{[ 8 ].} La unidad del SI de la dosis absorbida es el gray (Gy), definido como un julio por kilogramo. La dosis absorbida, como medición puntual, es adecuada para describir exposiciones localizadas (es decir, de órganos parciales), como la dosis tumoral en radioterapia. Puede utilizarse para estimar el riesgo estocástico siempre que se especifique la cantidad y el tipo de tejido afectado. Los niveles de dosis diagnóstica localizada suelen estar en el rango de 0 a 50 mGy. Con una dosis de 1 miligray (mGy) de radiación fotónica, cada núcleo celular es atravesado por un promedio de 1 trayectoria de electrón liberado. ^{[ 9 ]}

La dosis absorbida necesaria para producir un determinado efecto biológico varía entre los diferentes tipos de radiación, como fotones , neutrones o partículas alfa . Esto se tiene en cuenta mediante la dosis equivalente (H), que se define como la dosis media al órgano T por tipo de radiación R ( D _T,R ), multiplicada por un factor de ponderación W _R . Esto se diseñó para tener en cuenta la eficacia biológica (EB) del tipo de radiación, ^{[ 8 ]} Por ejemplo, para la misma dosis absorbida en Gy, las partículas alfa son 20 veces más potentes biológicamente que los rayos X o gamma. La medida de "dosis equivalente" no se promedia en los órganos y ahora solo se utiliza para "cantidades operacionales". La dosis equivalente se diseñó para la estimación de riesgos estocásticos derivados de la exposición a la radiación. El efecto estocástico se define para la evaluación de la dosis de radiación como la probabilidad de inducción de cáncer y daño genético. ^{[ 10 ]}

Dado que la dosis se promedia en todo el órgano, la dosis equivalente rara vez resulta adecuada para evaluar los efectos agudos de la radiación o la dosis tumoral en radioterapia. En el caso de la estimación de efectos estocásticos, suponiendo una respuesta de dosis lineal , este promedio no debería suponer ninguna diferencia, ya que la energía total administrada permanece constante.

La dosis efectiva es la magnitud de dosis central para la protección radiológica que se utiliza para especificar los límites de exposición y garantizar que la aparición de efectos estocásticos sobre la salud se mantenga por debajo de niveles inaceptables y que se eviten las reacciones tisulares. ^{[ 12 ]}

Resulta difícil comparar el riesgo estocástico derivado de exposiciones localizadas en diferentes partes del cuerpo (por ejemplo, una radiografía de tórax frente a una tomografía computarizada de la cabeza), o comparar exposiciones en la misma parte del cuerpo con patrones de exposición diferentes (por ejemplo, una tomografía computarizada cardíaca frente a una gammagrafía cardíaca). Una forma de evitar este problema es simplemente promediar la dosis localizada en todo el cuerpo. El inconveniente de este enfoque es que el riesgo estocástico de inducción de cáncer varía de un tejido a otro.

La dosis efectiva E está diseñada para tener en cuenta esta variación mediante la aplicación de factores de ponderación específicos para cada tejido ( W _T ). La dosis efectiva proporciona la dosis equivalente para todo el cuerpo que produce el mismo riesgo que la exposición localizada. Se define como la suma de las dosis equivalentes para cada órgano ( H _T ), cada una multiplicada por su respectivo factor de ponderación tisular ( W _T ).

La Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP) calcula los factores de ponderación basándose en el riesgo de inducción de cáncer para cada órgano y ajustándolos según la letalidad asociada, la calidad de vida y los años de vida perdidos. Los órganos alejados del lugar de irradiación solo recibirán una pequeña dosis equivalente (principalmente debido a la dispersión) y, por lo tanto, contribuirán poco a la dosis efectiva, incluso si el factor de ponderación para ese órgano es alto.

La dosis efectiva se utiliza para estimar los riesgos estocásticos de una persona de referencia, que representa el promedio de la población. No es adecuada para estimar el riesgo estocástico de exposiciones médicas individuales ni para evaluar los efectos agudos de la radiación.

La dosis de fondo promedio mundial para un ser humano es de aproximadamente 3,5 mSv por año.La radiación proviene principalmente de la radiación cósmica y de los isótopos naturales presentes en la Tierra. La principal fuente de exposición a la radiación para la población general es el radón, un gas de origen natural que representa aproximadamente el 55 % de la dosis anual de radiación de fondo. Se estima que el radón es responsable del 10 % de los casos de cáncer de pulmón en Estados Unidos.

Debido a que el cuerpo humano está compuesto aproximadamente por un 70 % de agua y tiene una densidad general cercana a 1 g/cm³ ^, la medición de la dosis generalmente se calcula y calibra como dosis en agua.

Los laboratorios nacionales de normalización, como el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido (NPL), proporcionan factores de calibración para cámaras de ionización y otros dispositivos de medición, que permiten convertir la lectura del instrumento en dosis absorbida. Estos laboratorios funcionan como patrón primario , que normalmente se calibra mediante calorimetría absoluta (el calentamiento de las sustancias al absorber energía). El usuario envía su patrón secundario al laboratorio, donde se expone a una cantidad conocida de radiación (derivada del patrón primario) y se emite un factor para convertir la lectura del instrumento a dicha dosis. Posteriormente, el usuario puede utilizar su patrón secundario para obtener factores de calibración para otros instrumentos que utilice, los cuales se convierten en patrones terciarios o instrumentos de campo.

El NPL opera un calorímetro de grafito para dosimetría absoluta de fotones. Se utiliza grafito en lugar de agua, ya que su capacidad calorífica específica es una sexta parte de la del agua y, por lo tanto, el aumento de temperatura en el grafito es 6 veces mayor que el equivalente en agua, y las mediciones son más precisas. Existen problemas importantes para aislar el grafito del entorno circundante con el fin de medir los pequeños cambios de temperatura. Una dosis letal de radiación para un ser humano es de aproximadamente 10–20 Gy. Esto equivale a 10–20 julios por kilogramo. Por lo tanto, un trozo de grafito de 1 cm³ que pesa 2 ^gramos  absorbería alrededor de 20–40 mJ. Con una capacidad calorífica específica de alrededor de 700 J·kg⁻¹ ^· K⁻¹ ^, esto equivale a un aumento de temperatura de tan solo 20 mK. 

Los dosímetros en radioterapia ( acelerador lineal de partículas en terapia de haz externo) se calibran de forma rutinaria utilizando cámaras de ionización ^{[ 14 ]} o tecnología de diodos o dosímetros de gel. ^{[ 6 ]}