stokastisk skade.

Strålehygiejniske grundbegreber 2 

Jørgen Gomme 

Grundlæggende begreber og definitioner 

Stråleskader og risikovurdering 

Beregningseksempler 

F11

Hovedpunkter 


Deterministiske og stokastiske skader 

Dosis-responskurver 

Kvantificering af den ioniserende strålings biologiske effekt 

Biologiske stråleskader 

Eksempler på dosisberegninger 

Risikovurdering, stokastiske skader 

2011 Isotopteknik F11 (JG) 2


– historisk perspektiv 

Viden om ioniserende strålings biologiske skadevirkning 

Tradition for kvantitativ behandling, herunder risikovurdering 

Kendskabet til ioniserende strålings biologiske skadevirkning 

går mere end 100 år tilbage 

Indsamling af viden om radiobiologiske mekanismer, 

helsefysiske grundbegreber, samt udviklingen af dosimetriske 

størrelser og beregningsmetoder er foregået 

gradvis gennem den første del af det 20. århundrede. 

W.C. Röntgen A.H. Becquerel 



– aktuel viden 

Den samlede viden om effekterne af ioniserende 

stråling, metoderne til kvantificering af disse, 

samt rationelle fremgangsmåder ved beskyttelse 

af enkeltindivider og befolkningen som helhed, er 

i dag større end for næsten alle andre potentielt 

skadelige påvirkninger af den menneskelige 

organisme. 

Rolf Sievert 

(1896-1966) 



– kvantitativ behandling 

Der er opbygget en stærk tradition for en kvantitativ, 

videnskabeligt baseret vurdering af 

strålingsrisici. 

Den praktiske anvendelse af denne viden foregår 

under hensyntagen til bl.a. samfundsmæssige 

forhold. 

ICRP 103 


ICRP 

http://www.icrp.org/ 

2011 Isotopteknik F11 (JG) 

6

ICRP mission 

“The International Commission on Radiological Protection, 

ICRP, is an independent Registered Charity, established to 

advance for the public benefit the science of radiological 

protection, in particular by providing recommendations and 

guidance on all aspects of protection against ionizing 

radiation.” 


7

”ICRP: 

ICRP – historie 

(fra ICRP’s website) 

Is an advisory body providing recommendations and guidance on 

radiation protection 

Was founded in 1928 by the International Society of Radiology (ISR, 

the professional society of radiologist physicians) 

Was then called the “International X-ray and Radium Protection 

Committee” 

Was restructured to better take account of uses of radiation outside 

the medical area, and given its present name, in 1950 

Is an Independent Registered Charity (a ‘not-for-profit organisation’) 

in the United Kingdom; and Currently has its small Scientific 

Secretariat in Canada.” 


8

Biologiske stråleskader … 


Typer af biologiske stråleskader 

Deterministiske skader (akutte skader) 

Stokastiske skader (senskader) 


Biologiske stråleskader – karakteristika 

Deterministiske skader (akutte skader) 

– Skaden etableres hurtigt efter bestrålingen 

– Tærskelværdi findes 

– Skadens omfang stiger med dosis 

– Skaden kan normalt henføres til et konkret tilfælde af 

bestråling 

Stokastiske skader (senskader) 

– Skaden etableres på et senere tidspunkt 

– Ingen tærskelværdi 

– Skadens omfang er uafhængig af dosis 

– Sandsynligheden for at skaden opstår er dosisafhængig 

– En konstateret skade kan ikke éntydigt henføres til en 

konkret bestrålingssituation 


Eksempler på biologiske skader, der ikke skyldes 

ioniserende stråling 

Effekten af alkoholindtagelse 

Overeksponering til UV-stråling (solskoldning) 

Effekten af mutagener eller carcinogener (fx cigaretrøg) 

Hvilke af disse effekter er 

– Deterministiske 

– Stokastiske 


Deterministisk skade (akut skade) 1 

Den velkendte effekt af overdreven alkoholindtagelse er et 

eksempel på en deterministisk skade: 

Skaden etableres hurtigt 

Der findes en tærskelværdi: En vis mindstemængde af 

alkohol skal indtages, før effekten (skaden) optræder 

Skadens omfang stiger med dosis 

Det er nemt at henføre skaden til et konkret tilfælde af 

alkohol-indtagelse, dvs. der findes en konkret kausal 

sammenhæng mellem påvirkning og effekt. 


Deterministisk skade (akut skade) 2 

De fleste potentielt skadevoldende kemiske stoffer forårsager 

deterministiske skader. 

Ioniserende stråling i tilstrækkelig store doser kan 

afstedkomme deterministiske skader med de samme generelle 

karakteristika som i ovenstående eksempel. 

LD 50, dvs. den dosis der vil dræbe halvdelen af en human 

population er ca. 4 Gy. 


Stokastisk skade (senskade) 1 

Lungecancer som følge af cigaretrygning er 

en velkendt stokastisk skade. 



Skaden viser sig lang tid efter påvirkningen 

Der findes ingen tærskelværdi: Selv om man ryger meget lidt, 

er dette ingen garanti for ikke at pådrage sig lungecancer 

induceret af rygning 

Omvendt er ingen garanti for at selv storrygere pådrager sig 

lungecancer 

Skadens omfang er uafhængig af dosis: De kliniske symptomer 

er ens for alle 

Man kan ikke for den enkelte patient henføre skaden til en 

konkret årsag (her: cigaretrygning) 

Også ikke-rygere kan få lungecancer. Det er umuligt for den 

enkelte patient at afgøre, om en lungecancer skyldes rygning 

eller andre årsager. 



Ioniserende stråling kan afstedkomme stokastiske skader af 

samme generelle karakter som ovennævnte. 

Sammenhængen mellem dosis og effekt i lavdosisområdet er 

baseret på ekstrapolation fra højere doser. 


Dosis-respons kurver 

A: Omfanget af en strålingsbetinget, deterministisk skade som 

funktion af strålingsdosis (tærskelværdi findes) 

B: Sandsynligheden for en strålingsbetinget, stokastisk skade 

som funktion af strålingsdosis (ingen tærskelværdi) 


Risiko for stråleinduceret cancer 

Linear 

ekstrapolation 

Datapunkter ved høje doser 

og høj dosishastighed 

korrect kurve 

(solid linie) 

ICRP's teory ved 

lave doser og 

lav dosishastighed 

Stråledosis 


Kvantificering af effekt … 


Kvantificering af effekt 

– med udgangspunkt i strålefeltet fra et røntgenrør 

I ethvert punkt af strålefeltet kan dettes ”intensitet” defineres 

ved: 

– fluencehastighed φ (m-2 s-1 ) 

– energifluencehastighed ψ (J m-2 s-1 ) 

Et praktisk mål for strålefeltets intensitet i et 

givet punkt: Bestrålingshastighed (ekspositionshastighed) 

X (C kg -1 s -1 eller fx R h -1 ). 

Bestrålingshastigheden kan kvantificeres ved 

hjælp af en gasionisationsdetektor 

(ioniseringskammer) 

Blødt biologisk væv har næsten samme 

effektive atomnummer som atmosfærisk luft: 

Letter beregning af dosis i blødt biologisk 

væv, der anbringes i strålefeltet 


Ioniseringskammer 

– måling af bestrålingshastighed fra røntgenrør 

Bestrålingshastighed kun defineret for elektromagnetisk stråling 


Forskellige vævstyper svækker røntgenstrålingen i 

forskellig grad (sml. fx. muskelvæv og knoglevæv i 

forb. m. røntgenbilleder) 

Energideponering i en vilkårlig absorber udtrykkes i 

form af 

– absorberet dosis D (Gy) 

– (absorberet) dosishastighed d (Gy s -1 ) 

1 Gy ≡ 1 J kg -1 

Kvantificering af effekt 

– absorberet dosis 

(alle strålingstyper, alle absorbermaterialer) 

Absorberet dosis (og dosishastighed) er fundamentale 

fysiske størrelser 

De er defineret for 

– alle strålingstyper 

– alle absorbertyper 


Kvantificering af effekt: 

Vægtning af strålingstyper 

Forskellige typer af ioniserende stråling har forskellig biologisk 

effekt, udtrykt pr. enhed af absorberet dosis. Deraf følger 

begreberne 

– relativ biologisk effekt (RBE) 

– strålingsvægtfaktor (w R ) 

Relativ biologisk effekt og strålingsvægtfaktor stiger med 

stigende ioniseringstæthed (eller LET = ’Linear Energy 

Transfer’) 

Med henblik på at sammenligne effekten af forskellige typer af 

ioniserende stråling defineres begreberne 

– dosisækvalent H (Sv) 

– dosisækvivalenthastighed h (Sv s -1 ) 

Størrelserne H og h anvendes generelt inden for strålingsbeskyttelsen, 

uanset om effekten er deterministisk eller stokastisk. Værdierne af w R er 

dog i det væsentlige fastsat ud fra epidemiologiske data vedr. stokastiske 

stråleskader. 


Forskellige humane væv har forskellig strålefølsomhed, udtrykt 

pr. enhed af dosisækvivalent. 

Med henblik på at sammenligne effekten mellem forskellige væv 

og organer indføres begreberne 

– effektiv dosis E (Sv) 

– effektiv dosishastighed e (Sv s -1 ) 

E= ∑ wH 

T 

T T 

Kvantificering af effekt: 

Vægtning af vævstyper 

Den effektive dosis er summen af de ækvivalente doser til de enkelte organer 

multipliceret med deres respektive vævsvægtfaktorer. 

Vævsvægtfaktorerne angiver risikofordelingen mellem organerne, når kroppen 

udsættes for en ensartet (homogen) bestråling. 

Effektiv dosis er en regnestørrelse, der gør det muligt at sammenligne effekten 

(i praksis: risikoen for stokastiske skader) af (1) en homogen kropsbestråling, 

(2) en inhomogen bestråling. 


Biologiske stråleskader og dosimetri 

– eksempler 

Sammenligning af energideponering i biologisk væv ved 

– absorption af ioniserende stråling 

– opvarmning 

Beregning af dosishastighed og dosisækvivalenthastighed til 

menneskekroppen som følge af naturligt forekommende 14 C 

(simpelt eksempel på intern bestråling) 

Beregning af dosishastighed og dosisækvivalent-hastighed i 

blødt biologisk væv i 50 cm’s afstand fra en uskærmet 60 Cokilde 

(simpelt eksempel på ekstern bestråling) 

Diskussion af simplificerende antagelser og generalisering. 


Energideponering i biologisk væv 

En akut stråledosis på 5 Gy (som røntgen- eller γ-stråling) er 

dødelig for 50 % af en human population, LD 50. 

Hvis den samme energi tilføres organismen i form af 

opvarmning, vil det føre til en temperaturstigning på: 

0.001 o C (svarende til at drikke en enkelt mundfuld kaffe) 


Dosisberegninger … 


Oplæg til simple dosisberegninger 

Hvad er effekten af naturligt forekommende 14 C i menneskekroppen? 

Hvad er effekten på menneskekroppen af γ-strålingen fra en 

ekstern γ-kilde ( 60 Co)? 


Naturligt forekommende 14 C i menneskekroppen 

Hvad er dosishastigheden og dosisækvivalenthastigheden til 

menneskekroppen som følge af naturligt forekommende 14 C? 

Baggrund: 

Alle levende organismer indeholder en lille mængde 14C, der 

dannes ud fra 14N i den øvre atmosfære på grund af den 

kosmiske stråling. 

Hjælp: 

Fordeling af 14 C i kroppen ? 

Strålingstyper fra 14 C ? 

Rækkevidde af strålingen fra 14 C ? 

Absorberende væv ? 

Fordeling af energideponeringen i kroppen ? 


14 C i menneskekroppen 

– strålingskarakteristika 



– problemafgrænsning og beregningsforudsætninger 



– beregning (1) 




Problemet er behandlet (under lidt andre forudsætninger) i: 

Opgave 38 (Øvelsesvejledningens opgavesamling, Appendiks D), jf. 

de gennemregnede og kommenterede opgaver på Absalon. 


4 mSv a -1 

Fødevarer 0.4 

Terrestrisk 0.3 


– vurdering af resultatet 

Kosmisk 0.3 

Radon 2.0 

Other 

Medicinsk 

diagnostik 1.0 

Nedfald 0.02 

Tjernobyl 0.01 

Andet 0.01 

Erhverv 0.005 


Bestråling fra en ekstern, lukket γ-kilde 

Hvad er dosishastigheden og dosisækvivalenthastigheden i blødt 

biologisk væv i 50 cm’s afstand fra en uskærmet 3.7 GBq 60 Cokilde? 

Hjælp: 

Hvilke strålingstyper udsendes fra 60Co ? 

Hvilke strålingstyper vil give en relevant energideponering i 

kroppen ? 

Hvordan fordeles energideponeringen mellem de forskellige 

dele af kroppen ? 


2011 

60 Co strålingstyper og energier 

Isotopteknik F11 (JG) 

37

60 Co bestrålingsgeometri 

Strålefeltets intensitet er omvendt proportional 

med afstanden melllem punktkilden og 

dosispunktet. 

Energideponering i vævet (dosispunktet) 

beskrives af svækkelsesligningen og masseenergi 

absorptionskoefficienten, µ 


I Ie µ − 

= 

0 

d 

38

Bestråling fra en ekstern γ-kilde 

– problemafgrænsning og beregningsforudsætninger 



Ulige fordeling af dosis 












– alternativ beregning (1) 

I praksis kan beregningen udføres væsentligt enklere på grundlag 

af dosishastighedskonstanter: 

Dosishastighedskonstanten Γ ≡ dosisækvivalenthastigheden (fra 

EMS) i 1 m’s afstand fra en punktformet kilde med enhedsaktivitet 

(fx 1 MBq) 

En typisk enhed for dosishastighedskonstanten kan fx være: 

µSvm2/[hMq] 

I afstanden r m fra en punktformet kilde med aktiviteten A MBq 

bliver dosisækvivalenthastigheden: 

A 

hr () = Γ 2 

r 

Værdier af Γ er tabellagt for en række γ-emittere 


Dosishastighedskonstanter (el. lign.) Γ 


For 60 Co findes: 

Γ= 

0.305 



2 

µ Sv×m 

h×MBq 

Dosisækvivalenthastigheden i 50 cm’s afstand (0.5 m) fra en, 

uskærmet punktformet kilde af 60 Co med aktiviteten 3.7 GBq 

bliver da: 

3 

3.7 × 10 

h(.5) 

= 0.305 2 

0.5 

3 

= 4.51× 10 µ Sv ⋅ h 

−1 

(Se fx Hedemann Jensen et al., side 72) 

4.5 

1 

mSv h − 

⋅ 

– i god overensstemmelse med den forudgående beregning 


4.99 

1 

mSv h − 

⋅ 




4.99 

1 

mSv h − 

⋅ 


– vurdering af resultatet 

3.7 GBq er en meget stor aktivitet 


T 

= 

Transmissionsfaktor (T) og afskærmning 

hd 

h 

0 

h 0: Ækvivalent dosishastighed uden afskærmning 

(d=0) 

h d: Ækvivalent dosishatighed med afskærmning af 

tykkelsen d 

Se definitioner i Øvelsesvejledningen: 

Dansk udgave, side 163 

Engelsk udgave, side 167 


T 

= 

hd 

h 

0 

Transmissionsfaktor i bly (Pb), 

γ-stråling fra 60 Co 

Transmissionsfaktor, T 

T = 100 ⇒ d = 8.4 cm 

T = 1000 ⇒ d = 12.0 cm 

Tykkelse af blyafskærmning, d (cm) 


Eksempel: Skøn over ækvivalent dosis fra en 

ekstern kilde af 60 Co 

Point source at 50 cm’s distance 

Activity: 3.7 GBq 

Shielding: 12 cm lead, transmission factor T = 0.001 

Assuming 100 working hours under the conditions specified above, the 

body surface facing the source will receive an (annual) equivalent dose of 

h = 0.5 mSv a-1 This value may (as a first approximation) be taken as an upper limit to 

the annual effective dose, E, to the person from the practice described 

HVT (d 1/2) for γ-radiation from 60 Co in muscle tissue: 

µ 

−2 

= 6.27× 10 cm 

ρ 

ρ = 1.05 

2 g-1 g cm-3 ln 2 0.694 

= = = 10.5 cm 

µ ρ 6.27× 10 

1/2 −2 

The maximum allowed effective dose for radiation workers is 20 mSv a -1 

2011 Isotopteknik F11 (JG) 51 

d

Risikovurdering … 


52

Risikovurdering (iflg. ICRP) 

– stokastiske effekter, lav dosishastighed 

En risikokoefficient på 4.1 × 10 -2 Sv -1 betyder: 

Hvis 100 000 (10 5 ) voksne personer hver udsættes for en dosis på 1 mSv 

(10 -3 Sv) ved lav dosishastighed, kan der forventes (4.1 × 10 -2 ) × 10 -3 × 

10 5 ≈ 4 dødelige cancer-tilfælde i den pågældende population gennem de 

næste 50 år som følge af denne dosis. 


53

Dosisgrænse (effektiv dosis) 

– set i relation til ICRP risikofaktorer 

Den årlige dosisgrænse for arbejdstagere (20 mSv a -1 ), 

vurderet i forhold til ICRP’s risikokoefficienter, svarer til et 

individuelt risikoniveau på 0.8 × 10 -3 , dvs. mindre end ét 

tilfælde af dødelig cancer i en population på 1000 personer. 

Et risikoniveau af denne størrelsesorden acceoteres inden for 

mange erhverv. 

En årlig effektiv dosis på 1 mSv a -1 svarer til risikoniveauet i 

andre ”sikre” beskæftigelser, dvs. mindre end ét tilfælde af 

dødelig cancer pr. 10 000 arbejdstagere. 


54

Ekstern bestråling af ”radiation workers” i 

Danmark 2005 

X-ray departments 

Other X-ray diagn. 

Veterinarians 

Radiation therapy 

Nuclear-medicine dept. 

Radioactivity lab. 

Industrial radiography 

Other industrial appl. 

Service companies 

X-ray analysis 

Other 

Group 

Number 

Per- 

Places 

sons 

115 

305 

336 

38 

31 

169 

35 

46 

56 

27 

All groups 1185 

3122 

2641 

1375 

1222 

730 

1698 

286 

201 

354 

147 

12312 

0

stokastisk skade.

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?