Strålskyddsaspekter vid användning av radioaktiva nuklider

Strålskyddsaspekter vid användning
av radioaktiva nuklider
Föreläsning vid Intensivkurs i Medicin
teknisk säkerhet
2013-03-14
Gudrun Alm Carlsson
Upplägg














Vad är en radioaktiv nuklid? Fysikaliska data: sönderfallsskonstant,halveringstid,
aktivitet
Dosimetri – extern och intern bestrålning
Faktorer som påverkar bestrålningen från externa strålkällor: inversa
kvadratlagen, strålskärmars egenskaper: HVL för fotoner, räckvidd för elektroner
Strålskärmar i praktiskt bruk för skydd mot externbestrålning
Intern kontaminering, spridningsvägar, Annual Limit on Intake (ALI)
Arbetsregler vid arbete med slutna respektive öppna strålkällor
Sanering, arbetsplats och personsanering
Klassificering av arbetsplats: Kontrollerat, skyddat område
Kategoriindelning arbetstagare: Kategori A, Kategori B
Strålningsmiljön på en nuklearmedicinsk avdelning, patienten som strålkälla
Förvaring av radioaktiva strålkällor och avfallshantering
Patientstrålskydd
Lagar och förordningar
Tack och referenser
Radioaktiv strålning?
Enligt Nationalencyklopedin:
Radioaktiv strålning, äldre benämning på joniserande strålning. Strålningen
är inte i sig radioaktiv utan sänds ut av radioaktiva ämnen.
Radioaktiva ämnen är strålningsaktiva ämnen
Radioaktivt sönderfall
Instabila atomkärnor som sönderfaller genom att skicka ut laddade
partiklar (α, β−, β+) kallas radioaktiva. Dotterkärnan är av annat
grundämne än moderkärnan och sänder ut överskottsenergi i form
av gamma (γ) strålning
γ
==> Radioaktivitet
Joniserande strålning
Strålningsaktiv atom
SI enhet: Bequerel (Bq)
1Bq =1 sönderfall/sekund
α, β−, β+
Joniserande strålning vid radioaktivt sönderfall
Alfa (α) - helium kärna (2
protoner och 2 neutroner)
Beta (β) - elekroner och
positroner
Gamma (γ) – fotoner
Joniserande strålning - räckvidder
4
0
++
2α
−1β
−
0
0γ
Papper
α
Plast
Bly
Beror på
• strålslag
β
• energi
γ och röntgen
•atomnummer
• densitet
Sönderfallets fysik
Sannolikheten att en atomkärna ska sönderfalla är lika stor i varje
tidsögonblick och ges av sönderfallsk onstanten λ [s-1]
Med hjälp av sönderfallskonstanten kan man beräkna
halveringstiden T T = ln 2
λ
Generellt gäller tidssambandet
N = N 0 e − λt
N0= antalet radionuklider vid tiden t=0
N = antalet radionuklider vid tiden t>0
Aktiviteten A
A = λN
Halveringstid
1000
500
250
125
75
Halveringstiden T är den tid som
krävs för att en viss mängd
radioaktivt material skall minska
till hälften.
Efter 10 halveringstider återstår 0,2% av N0
Radionuklider som används för in-vivo
diagnostik
(β−)
(β+)
Positronstrålare som
18F
används för PET (Positron Emission Tomography) undersökningar
Radionuklider som används för
nuklearmedicinsk terapi
131I
har använts i 50 år. Ingen specifik målsökning behöver göras då jod naturligt tas upp
av sköldkörteln. Ges i form av NaI
89Sr
används för smärtlindring vid skelettmetastaser. Administreras i form av 89Sr-klorid som ansamlas i skelettet
i områden med hög metabolism
32P
omsätts som vanligt fosfor och byggs in i prolifierande celler och ackumuleras framförallt i mjälte, lever och
skelett
Dosimetri med radioaktiva nuklider
Externt – slutna strålkällor
AKte − µx
D=
d2
A= aktivitet
K beror av nuklidens sönderfallsegenskaper (fotonenergier)
t = tiden för exponering
x absorbatorns tjocklek (material mellan strålkälla och bestrålad)
µ = attenueringskoefficienten för absorbatorn
d= avståndet till strålkällan
Stråldoser- extern bestrålning
Carlsson och Svensson 2007
Dosimetri med radioaktiva nuklider
Nuklider i kroppen (interndosimetri)
Aktivitet
A(t ) = A0 e − λt
Totala antalet sönderfall
beskrivs av ytan under
kurvan
A(t2)
A(t3)
0
t2 t3
λ=
ln 2
T
Tid
Varje sönderfall ger ett bidrag till dosen. Hur stort detta bidrag är beror på
nuklidens sönderfallsegenskaper
Dosimetri med radioaktiva nuklider
Antalet sönderfall
~
A
[
λ
t
A0
~
− λt
A = A0 ∫ e dt =
1 − e − λt
0
Här är
]
λ = λeff = λ fys + λbiol
Totala antalet sönderfall under ”oändlig tid”
~ A
A= 0
λeff
Kortlivade nuklider ger lägre totalt antal sönderfallande atomer!
Sönderfallets bidrag till organdos
För varje sönderfall erhålls bidrag till dosen i organ där
aktivitet ansamlas
∑ n E AF
i
i
i
i
ni = antalet partiklar av typ i per sönderfall
Ei = medelenergin hos partiklar av typ i
AFi = absorberade fraktionen av partiklar av typ i
AFi
≈ 1 för alfa- och betapartiklar
Ekvivalenta dosen till organ
Ekvivalenta dosen till organ
A0
~
H = A ∑ ni Ei AFi wR ,i =
i
λeff
∑ n E AF w
i
i
i
R ,i
i
Ekvivalenta dosen beror inte bara på den tillförda aktiviteten A0 utan också
på effektiva halveringstiden och energi och typ av joniserande partiklar
som skickas ut vid sönderfallet
Kort halveringstid (hög sannolikhet för sönderfall) fördelaktigt ur dos synpunkt
Alfa-strålande nuklider (wR =20) ger höga bidrag till ekvivalenta dosen!
Klassificering av nuklider
Klass A- mycket hög toxicitet:
alfa-strålande nuklider med lång
Halveringstid,tex 226Ra
Klass B-hög toxicitet: ex 131I betastrålare med höga partikel energier
Klass d- låg toxicitet: ex 99mTc kort
halveringstid, ingen betastrålning
(liten energiabsorption per sönderfall)
Hur kan man begränsa bestrålningen vid
hantering av radioaktiva strålkällor?
Principer för att reducera strålningspåverkan
TIDSFAKTORN
Arbeta så fort som möjligt
AVSTÅNDSFAKTORN
Håll strålkällan på så stort avstånd från kroppen som möjligt. Använd tex
distansverktyg för att hålla källan
STRÅLSKÄRMNING
Om möjligt placera en absorbator mellan strålkällan och kroppen
Hur kan man begränsa bestrålningen vid
hantering av radioaktiva strålkällor?
SKYDDSUTRUSTNING
Blyförkläden
Glasögon
Skyddshandskar
SKOSKYDD OCH ROCK
För att förhindra spridning av nuklider från lab där öppna strålkällor hanteras
Avståndsfaktorn- inversa kvadratlagen
11 µSv/h
Dosen avtar som
1/d2
25 µSv/h
25 µSv/h
d = avståndet från
strålkällan
µSv/h
100100
µSv/h
1m
2m
3m
Dubblas avståndet är dosen endast en fjärdedel (1/4)
Trefaldigas avståndet är dosen endast en niondel (1/9)
Strålskärmning fotoner- halvvärdesskikt HVL
HVL=Half Value Layer
Nin
Nut=Nin/2
Fotoner kan aldrig stoppas helt
Strålskärmen reducerar antalet som kommer ut på andra sidan
HVL reducerar detta antal till hälften
Halvvärdesskikt – olika material
HVL reducerar antalet fotoner till
hälften (50%)
Dubbla skiktet (2 HVL) dämpar
antalet fotoner till 25%
Trefaldigt skikt (3 HVL) dämpar
antalet fotoner 12.5%
HVL avtar för höga atomnummer och låga fotonenergier
Betapartiklar- elektronräckvidder
Elektroner har ändliga
räckvidder
1000 gånger längre
räckvidder i luft på
grund av den låga
densiteten
Arbete med preparat bakom strålskärm
Blyglas som skydd mot gammastrålning
Plexiglas/plast som skydd mot betastrålning
Plexiglas/plast att föredra vid arbete med rena
betastrålare då elektroner ger upphov till bromsstrålning
(fotoner) vid nedbromsning i högatomärt material.
Fotonerna penetrerar lätt genom plasten
Sannolikheten för bromsstrålning högst för elektroner
med höga energier
Sprutskydd
Den radioaktiva nukliden förvaras i en
blyburk av tillräcklig tjocklek
Jönsson och Strand 1989
När du drar upp en spruta bör du använda dig av sprutskydd och dra nytta av
avståndsregeln genom att t ex använda pincett och aldrig hålla över den
aktiva volymen
Sprutskydd vid patientinjektion
Använd alltid skydd på sprutan vid
patientinjektioner (kort avstånd till
den radioaktiva substansen kan ge
höga fingerdoser)
Sprutskyddet reducerar
fingerdoserna avsevärt
Tänk på att sprutan inte är skyddad vid sprutspetsen!
Exempel på sprutskydd-lågenergetiska fotoner
Skydd för lågenergetisk gammastrålning (ex:Tc-99m, I-123)
Gjorda av bly eller wolfram
Ofta med blyglas
Sprutskydd – positronstrålande nuklider
Skydd vid injektion av positronstrålande nuklid för PET undersökning(ex:F-18):
Gjorda av plast och bly eller wolfram
Ofta med blyglas (skydd mot 511 keV fotoner)
Hur mycket dämpar sprutskyddet?
Carlsson och Svensson 2007
Hur mycket dämpar sprutskyddet?
Fingerdoser vid olika arbetsmoment med 99mTc
Fingerdoserna kan bli begränsande när det gäller strålskyddet av personal inom
Nuklearmedicin (< 500 mSv/år). Viktigt att använda sprutskydd
Carlsson och Svensson 2007
Strålskärmning- personlig utrustning
Blyförkläde, blyhandskar 0.25 mm Pb
Radionuklid
125I
(30 keV)
99mTc (140 keV)
137Cs (662 keV)
Andel penetration
0.02%
46%
97%
• 0.25 mm Pb ger bra skydd vid låga fotonenergier
• Vid höga fotonenergier ger 0.25 mm Pb minimalt skydd
• Förkläden kan användas omlott varvid skyddet ökar
till 0.5 mm bly
Exempel på blyförkläden
•Runt-om-skydd Pb 0,25 mm
(överlapp fram Pb 0,5 mm)
•Vanligt vid nuklidarbete då man rör sig runt om
strålkällan
•Frontalskydd Pb 0,5 mm
•Vanligt vid genomlysning då man arbetar med
strålkällan (rtg-röret) framför sig
Ögonstrålskydd- fotoner
Blyglasögon passar bra för arbete
med
125I, 99mTc
0.75 mm blyekvivalent glas ger följande dämning av fotonerna
125I
99mTc
> 99.9 %
> 90%
(30 keV fotonenergi)
(140 keV fotonenergi)
Ögonstrålskydd- betapartiklar
Plastglasögon passar bra vid arbete med
rena betastrålare som
32P
33P
90Sr
3 mm mineralglas eller 7 mm plastglas
ger full absorption av elektronerna
Kontaminering – spridningsvägar och intern
bestrålning
Huddoser vid spill
Huddoser vid spill av 1 droppe á 10 kBq på huden
Nuklid
3H
14C
32P
33P
35S
99mTc
125I
Huddos(mSv/h)
0
0.03
13
1.4
0.04
0.09
0.06
Annual Limit on Intake (ALI)
Högsta tillåtliga intag per
år för att inte effektiva dosen
ska överstiga 20 mSv/år
Åtgärder för att minska spridning
Arbetsregler- slutna stråkällor
Använd strålskydd (blyförkläde, sprutskydd etc)
Arbeta snabbt (träna på arbetsmoment)
Verktyg; ökat avstånd till strålkällan
Arbetsregler för att minimera intern bestrålning
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Använd skyddskläder och byt dessa ofta
Använd alltid skyddshandskar och byt dessa senast efter 30 minuter eftersom
det alltid finns risk att en lösning kan tränga igenom mikroskopiska porer i
handsken
Använd alltid skyddsglasögon om det finns risk för stänk
Arbeta så mycket som möjligt i dragskåp med öppna preparat och alltid vid
arbete med flyktiga ämnen (jodisotoper och ädelgaser)
Ha alltid absorberande underläggspapper med plastad baksida på
arbetsbänken eller i dragskåpet. Byt pappret regelbundet
Undvik spill och stänk. Träna arbete med kanyl och spruta
Pipettera aldrig med munnen-använd automatpipett eller vid stora volymer
Peléusboll
I laboratoriet gäller alltid förbud mot förtäring, rökning och snusning
Kontrollera med strålskyddsinstrument arbetsbänk, verktyg och händer efter
avslutat arbetsmoment, så att ingen kontamination skett
Åtgärder vid mindre spill utan
personkontaminering
1. Markera det kontaminerade området
2. Begränsa den utspillda lösningen till en så liten yta
som möjlig. Effektivaste sättet är att suga upp lösningen
med ett absorberande papper. Papperet kastas i särskilt kärl
3. Tvätta utan att gnugga upprepade gånger med tvållösning
tills kontaminationen är borta eller tills att ytterligare tvätt
inte ger mätbar minskning av radioaktiviteten
4. Täck över den kontaminerade ytan med plastat papper.
Skriv dit ”kontaminerad yta”, ”99mTc”, ”avklingat den 25/2”
eller motsvarande
5. Om dekontaminering inte ger resultat, anmäl till
strålskyddsfysiker
Åtgärder vid större spill med
personkontaminering







Kontaminerade kläder och skor tas av och lämnas i laboratoriet
Försök omedelbart verifiera misstänkt hudkontaminering genom
mätning med strålskyddsinstrument
Påbörja saneringen av huden genom att tvätta med tvål och
ljummet vatten
Begränsa tvättningen till det kontaminerade hudområdet
Skrubba inte och använd inte lösningsmedel eller tvättsprit som
kan sätta ned hudens egna skyddande funktion
Om skärsår uppstått och kan tänkas vara kontaminerat, låt det
blöda litet och spola sedan omsorgsfullt med rent vatten
Spärra av lokalen. Sätt meddelande på dörren om händelsen
Markering - Kontaminerat område
Kategoriindelning - arbetsställen
Skyddat område
Kontrollerat område
Kontrollerat och skyddat område
För kontrollerat område gäller:
-Betydande risk för att kontaminering föreligger och/eller
arbetstagare tillhör kategori A
- Endast tillträde för behörig personal
- Avgränsning och lagstadgad skytning
- Skrivna regler för området ska vara kända
För skyddat område gäller:
- Arbetstagare tillhör kategir A eller B
- Lagstadgad skyltning
- Skrivna eller muntliga regler för området ska vara kända
Kategoriindelning arbetstagare
En arbetstagare skall tillhöra kategori A om sannolikheten
inte är försumbar att:



Den årliga effektiva dosen uppgår till 6 mSv eller mer
Den årliga ekvivalenta dosen till ögats lins uppgår till 45 mSv eller
mer
Den årliga ekvivalenta dosen till extremiteter eller hud uppgår till 150
mSv eller mer
Arbetstagare som inte tillhör kategori A, skall tillhöra Kategori B
SSMFS 2008:5, kap 4, paragraf 1,2
Behörig personal - definition
SSMFS 2008:5, kap 4, paragraf 5
Med behörig personal avses sådana personer som fått
erforderlig utbildning om:
De risker som är förenade med arbete i strålningsmiljö
De strålskyddsåtgärder som behöver vidtas
De lokala regler som gäller för det kontrollerade området
Strålningsmiljö – Nuklearmedicin Lio
Injektionsrum
Patienter
Hotlab
Strålkällor!
Kamerarum
Patienten som strålkälla
Patienten strålar efter injektion
av radioaktiv isotop
Blyförkläde med 0.3 mm bly
Använd blyförkläde
Använd blyförkläde!
Carlsson och Svensson 2007
Patient som behandlas med radioaktivt jod
Exempel på instruktion till
besökare av patient som fått
terapeutiska nivåer av
radioaktivt jod
Förvaring av radioaktiva ämnen
Jönsson och Strand: Strålningsfysik och strålskydd 1989
Förvaring av radioaktiva ämnen




Radioaktiva ämnen skall förvaras oåtkomliga för obehöriga
Behållare med radioaktivt material skall vara förses med
radiaksymbol.
Aktivitet > 1 MBq förvaras i märkt blybehållare
Förråd med radioaktiva ämnen skall vara försedd med
radiaksymbol, ansvarig person och vilka nuklider som finns i
förrådet
Avfallshantering
Förvaring av radioaktivt avfall får bara ske i
kärl/behållare avsedda för detta. Kärlen/behållarna
ska vara märkta med symbol som anger att
innehållet är radioaktivt
Avfallet lämnas till sjukhusets radiofysikavdelning
eller radionuklidcentral för vidare avyttring eller
förvaring för avklingning
Avfallet kan kortvarigt förvaras på avdelningens
hot lab för avklingning
Patientsäkerhet
Kontroll av inmärkning
Hög inmärkningsgrad besparar
patienten onödiga stråldoser och ge bästa
bildkvalitet
Papperskromatogram från
99mTc
Inmärkningsgrad (%)= 100
svavelkolloid-inmärkning
arean R
arean R + arean I
Allmänna Strålskyddsprinciper-ICRP



Berättigande
 Positiv nettonytta
Optimering av Strålskyddet
 ALARA (As Low As Reasonably Achievable)
Dosgränser
 Ingen individ får utsättas för olämpligt hög stråldos
Lagar och Föreskrifter
Lagar

Strålskyddslagen (SFS 1988:220)
EU-direktiv 97/43/EURATOM
”Skydd för personers hälsa mot faror vid joniserande strålning
i samband med medicinsk bestrålning”
Föreskrifter

Strålskyddsorganisation (SSM FS 2008:22)

Skydd av arbetstagare och allmänhet vid verksamhet med
joniserande strålning (SSM FS 2008:51 )

Strålskärmning (SSM FS 2008:11)

Lab. verksamhet med öppna strålkällor (SSM FS 2000:28)

Nuklearmedicin (SSM FS 2008:34)

Diagnostiska referensnivåer Nuklear (SSM FS 2008:4)
SSM FS 2008:34
Ur SSM FS 2008:34
Ur SSM FS 2008:34
Lokal strålskyddsorganisation

Landstinget har tillståndet
Strålskyddskomitte´
Isotopkommitte´
Röntgenkommitte´
Strålterapikommitte´

Strålskyddsfysiker är kontaktperson gentemot SSM
Dostermometern
Tack och referenser
Tack till sjukhusfysiker Anna Olsson för hjälp med bildmaterial
Referenser
1.
2.
3.
Jönsson Bo Anders och Strand Sven-Erik: Strålningsfysik och strålskydd,
Kompendium, Institutionen för Radiofysik, Lunds universitet 1989
Ask Per och Öberg Åke P: Teknisk säkerhet i sjukvården, Almqvist & Wiksell
1984
Carlsson Sten och Svensson Sven-Eric: Nuklearmedicin (Fysik&Teknik,
Radiofarmaka, Nuklearmedicinska bilder,Datoranvändning, Spårämneskinetik,
Strålrisker&strålskydd, Kvalitetssäkring). Kompendium Version 1.0, 2007