Dosimetría
La Dosimetría de radiación es el cálculo de la dosis absorbida en tejidos y materia como resultado de la exposición a la radiación ionizante, tanto de manera directa como indirecta. Es una subespecialidad científica, en el campo de la física de la salud y la física médica, la cual se enfoca en el cálculo de las dosis internas y externas de la radiación ionizante.
La dosis de la materia se reporta en greys (Gy) o sieverts (Sv) para el tejido biológico, donde 1 Gy o 1 Sv es igual a 1 joule por kilogramo. El no uso del SI aún está prevalente, donde la dosis está reportada en rads y la dosis equivalente en rems. Por definición, 1 Gy = 100 rad y 1 Sv = 100 rem.
Efectos de la radiación en tejido vivo
La distinción entre la dosis absorbida (Gy) y la dosis equivalente (Sv) ha sido establecida y se basa en los efectos biológicos del factor de ponderación (denotado como wr) y el factor de ponderación órgano/tejido (WT). Estas distinciones comparan los efectos relativos biológicos de varios tipos de radiación y la susceptibilidad de distintos órganos.
Dosis de factor de ponderación en órganos
Por definición, el factor de ponderación para la totalidad del cuerpo es 1, como que 1 Gy de radiación deliberada al cuerpo entero (i.e. una carga distribuida de 1 joule de energía depositada por kilogramo del cuerpo) es igual a un sievert (para fotones con un factor de ponderación de radiación de 1, mirar abajo). Por lo tanto, la suma de los factores de ponderación de cada órgano deber ser igual a 1, así como la unidad gris está definida por kilogramo, por ende es un efecto local. Como se muestra en la tabla inferior, 1 gris (fotón) transmitido a las gónadas es equivalente a 0.08 Sv en el cuerpo total- en este caso, la energía actual depositada en las gónadas, siendo pequeña, podría ser también pequeña.
| Órgano o tejido | WT |
|---|---|
| Gónadas | 0.25 |
| Pechos | 0.15 |
| Médula ósea roja | 0.12 |
| Pulmones | 0.12 |
| Tiroides | 0.03 |
| Superficie ósea | 0.03 |
| Resto del cuerpo | 0.30 |
| Cuerpo entero | 1.0 |
Factores de ponderación en radiación
Por definición, los rayos X y los rayos gamma tienen un factor de ponderación de unidad, tal que 1 Gy= 1 Sv (para la radiación total del cuerpo). Valores de wr son tan altos como 20 partículas alfa y neutrones i.e. para la misma dosis absorbida en Gy, partículas alfa son 20 veces biológicamente más potentes como los rayos X o los rayos gamma.
Dosis versus actividad
La dosis de radiación se refiere a la cantidad de energía depositada en la materia y/o en efectos biológicos de la radiación, y no debería ser confundida con la unidad de la actividad radioactiva (becquerel, Bq). Exposición a una fuente radioactiva dará una dosis que será dependiente de la actividad, del tiempo de exposición, de la energía emitida de radiación, la distancia de la fuente y del blindaje. La dosis equivalente es entonces dependiente de los factores de ponderación de arriba. La dosis es una medida de la dosis depositada, y por lo tanto nunca puede disminuir- la remoción de una fuente radioactiva solo puede reducir la rata de incremento de la dosis absorbida, nunca de la dosis total absorbida. El promedio mundial de dosis para un ser humano es aproximadamente 3.5 mSv por año [1], sobre todo de radiación cósmica e isótopos naturales en la tierra. La fuente sencilla más grande de exposición a radiación al público general es a través del gas ocurrente natural radón, el cual comprende aproximadamente 55% de la dosis anual. Se estima que el radón es responsable del 10% de casos de cáncer de pulmón en Estados Unidos.
Medida de la dosis
Existen muchas formas de medir las dosis provenientes de una radiación ionizante. Trabajadores que están en contacto con sustancias radioactivas o que puedan llegar a estar expuestos a radiación, rutinariamente cargan dosímetros personales. En los Estados Unidos, estos dosímetros usualmente contienen materiales que pueden ser usados en dosimetría termoluminiscente (DTL) o en luminiscencia óptica estimulada (LOE). Fuera de los Estados Unidos, el dosímetro personal más ampliamente usado es el dosímetro tipo ‘film badge’, que usa emulsiones fotográficas que son sensibles a la radiación ionizante. El equipo usado en radioterapia (acelerador lineal de partículas en terapia de viga externa) es calibrado rutinariamente usando cámaras ionizanes o la nueva y más precisa tecnología de diodo.
Dosis estándar
Debido a que el cuerpo humano es aproximadamente en un 70% agua y tiene una densidad general cercana a 1 g/cm3 , la medición de la dosis se calcula y se mide usualmente como dosis al agua.
Laboratorios de estándares nacionales como el NPL proporcionan factores de calibración para cámaras ionizantes y otros dispositivos de medida para convertir la lectura del instrumento a la dosis absorbida. Los laboratorios estándar operan a un Estándar Primario, que es normalmente calibrado por calorimetría absoluta, que es el calentamiento de sustancias cuando éstas absorben energía. Un usuario manda su Estándar Secundario al laboratorio, donde se expone a una cantidad conocida de radiación (derivada del Estándar Primario) y un factor es usado para convertir la lectura del instrumento en esa dosis. El usuario podrá usar después su Estándar Secundario para derivar los factores de calibración para otros instrumentos en uso, que a su vez de convierten en estándares terciarios, o instrumentos de campo.
La NPL en el Reino Unido opera como un calorímetro de grafito para la dosimetría absoluta de fotones. El grafito es usado en vez del agua debido a que su capacidad calorífica específica es un sexto de la del agua y, por lo tanto, el aumento en la temperatura del grafito se incrementa seis veces más que la equivalente en el agua y las mediciones son más precisas. Problemas significativos existen en el aislamiento del grafito del laboratorio para medir los mínimos cambios de temperatura. Una dosis letal de radiación a un humano es aproximadamente 10- 20 Gy. Esto es 10- 20 joules por kilogramo. Un pedazo de grafito de 1 cm3 pesando 2 gramos absorbería alrededor de 20- 40 mJ. Con una capacidad calorífica específica de alrededor de 700 J•kg−1•K−1, la temperatura se adecuaría a un aumento de apenas 20 mK.
Dosis interna
La dosis interna tiene por objeto estimar el riesgo radiológico debido a la penetración de partículas radiactivas en el interior del organismo (ingestión, inhalación, inyección, heridas, etc.) para ello se modeliza su distribución en el organismo a largo plazo. Para ello se utiliza el concepto de dosis efectiva.
Dosimetría Médica
La dosimetría médica es el cálculo de la dosis absorbida y la optimización de la entrega de la dosis en la radioterapia. Es comúnmente realizado por un dosimetrista médico profesional con un entrenamiento específico en el campo. Con el fin de planear la entrega de la radioterapia, la radiación producida por las fuentes está usualmente caracterizada por la profundidad de la curva de porcentaje de la dosis y por los perfiles de la dosis medidos por físicos médicos.