Fisica delle Radiazioni

1. CORSO FAD
La Radioprotezione in Odontoiatria:
Percorso formativo di aggiornamento
MODULO A
Fisica delle Radiazioni
Responsabile scientifico: Dott. Gian Paolo Damilano
Relatore : Dott. Gian Michele Magnano
Dott. Corrado Gazzerro

2. RADIOPROTEZIONE
IN ODONTOIATRIA
La Fisica delle Radiazioni e Dosimetria
1.Radiazioni dirette e indirette
2.Effetti biologici delle radiazioni sui tessuti

3. Corpuscolari Onde EM (fotoni)
Trasferimento di energia
particelle atomiche che si
spostano ad alta velocità:
particelle cariche leggere
(elettroni), particelle cariche
pesanti (protoni, particelle α),
particelle neutre (neutroni)
si propagano con la
velocità della luce, sono
classificate in base alla
loro energia (raggi X o γ)
Le radiazioni ionizzanti

4. Radiazioni elettromagnetiche
1.Raggi gamma (decadimento
radioattivo nucleo atomico)
2.Raggi X (emissione macchine radiogene)
Radiazioni corpuscolari
1.beta (elettroni da decadimento radioattivo)
1.alfa (nuclei di elio)
2.protoni (decadimento e radiazione cosmica)
3.neutroni (reattori nucleari e radiazione cosmica)
Alto LET
(Linear Energy Transfer)
Basso LET
(Linear Energy Transfer)
Basso LET
(Linear Energy Transfer)
Potere di ionizzazione

5. Dosi nelle attività sanitarie
Dosi efficaci assorbite in alcune procedure
radiodiagnostiche RX e TC:
• Esame RX
Torace (PA+LAT)
Pelvi (AP)
Colonna lombare (PA+LAT+LS)
Clisma opaco
• Esame TC
Cranio routine
Torace routine
Addome routine
Pelvi routine
Dose efficace*
0,06
0,7
1,3
7
Dose efficace** (mSv)
2,7
7,7
21,4
10,7
*da$ NRPB 1990-1995 (B. Wall, D. Hart - Brit. J. Radiol, 70, 437-439, 1997)
**da Galansky e coll. (Fortschr. Rontgenstr., 172: 164-168, 2000)

6. Elementi di Radiobiologia
-effetti biologici delle radiazioni ionizzanti-

7. Interazione delle radiazioni
ionizzanti con i tessuti biologici
Meccanismi d’azione del danno cellulare:
• 1. INDIRETTO: Il danno cellulare più probabile è quello riconducibile
all’effetto dei radicali liberi prodotti dalla radiolisi dell’acqua, che
costituisce circa l’85% della cellula (danno chimico).
• 2. DIRETTO: Molto più raro è il danno da interazione diretta delle
radiazioni con il DNA (danno fisico).

8. Gli effetti biologici delle
radiazioni ionizzanti
Gli effetti biologici delle radiazioni ionizzanti derivano
essenzialmente dai processi legati alla radiochimica
dell’acqua (il 85% del corpo umano è composto da
acqua) e dalle conseguenti reazioni chimiche che
interessano il nucleo cellulare con particolare
riferimento al DNA cromosomico inducendo delle
alterazioni dette mutazioni genetiche.
radicale libero
molto ossidante

9. Le mutazioni
Le ionizzazioni possono produrre mutazioni genetiche (alterazioni) nel DNA della
singola cellula che possono portare:
1. Alla perdita dell’informazione necessaria alla riproduzione della cellula stessa.
2. A mutazioni, che possono anche essere spontanee e non indotte da agenti
esterni, che sono quasi sempre riparate dai meccanismi biologici interni al corpo
umano, ma che possono anche generare ripercussioni importanti sull’individuo
che ne è portatore (mutazione somatica) o nella sua discendenza (mutazione
genetica). Dipende dal sistema immunitario individuale.

10. Effetti biologici delle
radiazioni ionizzanti
SOMATICI
(individuo irradiato)
GENETICI
(progenie)
{
Stocastici
(probabilistici)
Non stocastici
(deterministici)
{
{
• Tumori solidi
• Leucemie
• Radiodermite
• Cataratta
• Infertilità
• Ecc…
Stocastici

11. Effetti biologici delle
radiazioni ionizzanti
1. Effetti stocastici (probabilistici):
effetti la cui probabilità di accadere viene
considerata in via precauzionale una funzione
della dose senza soglia.
2. Effetti la cui gravità varia
in funzione della dose
ricevuta e per i quali
esiste una dose soglia.

12. Caratteristiche del danno
deterministico (Alte Dosi >1 - 2 Sv)
• Compare solo al superamento di una
dose soglia caratteristica di
ogni effetto.
• Il superamento della dose soglia
comporta l’insorgere dell’effetto in
tutti gli individui irradiati.
• Il periodo di latenza è breve
(giorni o settimane).
• La gravità delle manifestazioni
cliniche aumentano all’aumentare
della dose.

13. Valori soglia accettati per
effetti deterministici
Esposizione
acuta (Gy)
Esposizioni
frazionate
Esposizioni
fortemente
protratte (Gy/Y)
Sterilità permanente
(testicoli)
3,5 NA 2,0
Sterilità permanente
(ovaie)
2,5 - 6,00 6,00 >0,2
Cristallino opacità 0,5 - 2,0 5,0 >0,1
Cataratta 5,0 >8,0 >0,15
Aplasia Mortale 1,5 NA >1

14. Dosi per comparsa di
radiolesioni cutanee
Eritema
Esposizione acuta: 6-8 Gy
Esposizione cronica: 30 Gy
Epilazione
Temporanea: 2-4 Gy (esposizione acuta)
Permanente: 7 Gy (esposizione acuta)
50-60 Gy (esposizione frazionata in alcune settimane)
Epidermide secca 5 Gy
Epidermide assudativa 12-20 Gy
Ulcerazioni cutinaee 18 Gy
Necrosi 25 Gy

15. Eritema iniziale ed
eritema tardivo
Aspetti clinici di
radiodermite cronica
professionali

16. Caratteristiche del danno
stocastico (Basse dosi > 100 mSv)
• Non presentano una dose soglia per la loro
comparsa.
• Sono distribuiti casualmente nella popolazione
esposta.
• La frequenza di comparsa aumenta all’aumentare
della dose.
• Si manifestano anche dopo molti anni
dall’irradiazione (decenni)
• Sono manifestazioni del “tutto o nulla” quale che sia
la dose.
• Sono indistinguibili dai tumori indotti da altri fattori
cancerogeni.
fotone x gamma
particelle beta n

17. Effetti biologici delle
radiazioni

18. Ormesi
• Il nostro corpo produce enzimi che riparano il
DNA. Le radiazioni a basse dosi ne
stimolerebbero la produzione.
• La Apoptosi (suicidio delle cellule
danneggiate) sarebbe stimolato dalle basse
dosi.
• Il sistema immunitario previene le mutazioni e
sarebbe stimolato da basse dosi di radiazioni.

19. • Alcuni studi a basse dosi
indicano che non c’è effetto (e.g.,
studio di Letourneau del Radon nelle
case di Winnipeg)
• Altri studi suggeriicono
addirittura un effetto benefico a
basse dosi (e.g., studio di Cohen sul
Radon in US) -Questo effetto
benefico è denominato “ormesi
da radiazione”
• Altri studi assumono la
prospettiva opposta, ovvero di
una risposta sovralineare alle
basse dosi.

20. Il modello lineare senza
soglia
• La maggior parte delle
informazioni sugli effetti
stocastici si riferisce a dosi
> 100 mSv
• Per basse dosi il modello più
accreditato è
l’estrapolazione lineare dei
risultati alla dose zero (LNT)

21. Curva dose/effetto totale

22. Probabilità annua di decesso
per alcune tipologie di rischio
• 1 su 200 fumo di > 20 sigarette al giorno
• 1 su 6.000 incidenti stradali
• 1 su 10.000 incidenti domestici
• 1 su 20.000 infortuni sul lavoro / esposizione
sanitaria

23. Dosimetria
• Dosimetria: disciplina fisica che si occupa
della misura dell’energia ceduta dalle
radiazioni e assorbita dal corso irradiato

24. Le grandezze dosimetriche

25. Le grandezze dosimetriche

26. Le grandezze dosimetriche

27. Le grandezze dosimetriche

28. Le grandezze dosimetriche

29. Esposizione naturale
Sorgente
Irradiazio
ne
esterna
Irradiazione
interna
Totale
Raggi cosmici
- Direttamente ionizzanti
- Neutroni
300
0,055
-
-
0,300
0,055
Radionuclidi
cosmogenici
H³, C¹⁴, Na²⁴ - 15 0,015
Radionuclidi
primordiali
K⁴⁰, Rb⁸⁷
Serie dell’U²³⁸
Serie del Th ²³²
0,150
0,100
0,160
0,186
1,200
0,180
0,386
1,300
0,340
Totale (arrotondato) 800 1,600 2,400
-Dose efficace annua da fondo naturale (mSv)-

30. Esposizione artificiale
1. Impieghi sanitari (radiodiagnostica, radioterapia, medicina nucleare)
2. Impieghi energetici (reattori nucleari, ciclo del combustibile)
3. Impieghi industriali (radiografie industriali, indicatori di livello)
4. Produzione di beni di consumo (tubi catodici, quadranti
luminescenti, rivelatori di fumo, ecc…)
5. Attività estrattive meccanizzate
6. Viaggi aerei a quote alte
7. Impieghi bellici dell’atomo (fallout atmosferico)

31. Esposizioni mediche
GIUSTIFICAZIONE
Le esposizioni mediche devono essere
giustificate dai vantaggi apportati
alla salute del paziente rispetto al
danno che l’esposizione potrebbe
causare
RISCHIO/BENEFICIO

32. • Le nuove pratiche che comportano esposizione medica
devono essere giustificate prima di essere adottate
• Le esposizioni mediche a scopo di ricerca devono
essere preliminarmente valutate dal comitato etico
• Le esposizioni di assistenti o accompagnatori devono
mostrare un beneficio netto, tenendo conto dei benefici
arrecati al paziente e al danno che a loro potrebbe
causare l’esposizione
• I programmi di screening devono essere giustificati
dalle società scientifiche e dagli organi competenti
Esposizioni mediche
GIUSTIFICAZIONE

33. Esposizioni mediche
GIUSTIFICAZIONE
Per ottemperare al principio di
giustificazione i principali
soggetti coinvolti sono
✓ PRESCRIVENTE
✓ SPECIALISTA

34. Valutazione prima di prescrivere un
accertamento diagnostico con radiazioni
(prescrivente)
Prima di prescrivere un accertamento diagnostico con
radiazioni è importante valutare:
•Che non sia possibile ottenere informazioni da indagini
effettuate dal paziente
•Che non sia possibile ottenere le stesse informazioni da
un esame che comporta meno rischi per la sua salute
•Che la eventuale ripetizione dell’esame, ad esempio nei
casi di monitoraggio della evoluzione della malattia, sia
compatibile con i tempi di progressione o di risoluzione

35. Precauzioni per il presciente e
valutazioni per lo specialista
• È importante che la richiesta del prescrivente sia
formulare in maniera esauriente, in modo tale che il
radiologo possa scegliere la tecnica o la procedura
migliore per il caso specifico.
• È importante che lo specialista valuti la richiesta
anche in termini d’impegno dosimetria
• Se lo specialista ritiene di poter soddisfare il
quesito clinico con metodiche meno impegnative
dal punto di vista dosimetria, può eseguire
l’indagine con tecniche differenti da quelle richieste

36. Pratiche in cui deve essere prestata
specifica attenzione al principio di
giustificazione sono le Pratiche in cui
sono impiegate attrezzature medico-
radiologiche a scopo non medico
1.valutazione dello stato di salute per motivi di lavoro
2.valutazione dello stato di salute per fini d’immaginazione
3.valutazione dello stato di salute a scopo assicurativo
4.valutazione radiologica dello sviluppo fisico di bambini in
vista di una carriera del mondo dello sport, ecc…
5.valutazione radiologica dell’età

37. Esposizioni mediche
OTTOMIZZAZIONE
Tutte le dosi dovute ad esposizioni
mediche devono essere mantenute al
livello più basso ragionevolmente
ottenibile compatibilmente al
raggiungimento dell’obiettivo clinico
richiesto
DOSE/QUALITÀ

38. Responsabilità nel
processo di ottimizzazione
• Ogni esposizione medica deve essere
effettuata sotto la responsabilità del
medico specialista
• Il medico specialista, il fisico specialista e il
TSRM partecipano al processo di
ottimizzazione

39. Esposizioni mediche
OTTOMIZZAZIONE
Strumenti per eseguire adeguati
programmi di garanzia della qualità
delle apparecchiature utilizzate sono:
• CONTROLLI DI QUALITÀ
• VALUTAZIONE DEI LDR
(LIVELLI DIAGNOSTICI DI RIFERIMENTO)

40. PROGRAMMA DI GARANZIA DI QUALITÀ
per tutte le attività diagnostiche e
terapeutiche con radiazioni ionizzanti
OTTIMIZZAZIONEGIUSTIFICAZIONE

41. Programma di garanzia e
qualità
• Corretta scelta dei protocolli
• Corretta tecnologia e tecnica
radiologica
• Qualificazione del personale
• Formazione permanente

42. Grazie per
l’attenzione