background image

 

 

Protection from 

Radiation

- basis principles

Department of Radiology Medical 

University in Białystok

background image

 

 

Exposure to radiation 
involves risk. The 
acceptance of risk, 
however, is an unavoidable 
part of any human activity. 

background image

 

 

Radiation sources 

15% Human-made radiation sourses

 - 78%   Diagnostic X-rays

 - 12%   interventional radiology

 - 7%     nuclear medicine

 - 1%     radiation therapy

 - 0,1%  Laboratory and manufacturing 

accidents.

85% Natural background radiation

background image

 

 

What Radiation Affects

• Directly or indirectly, radiation 

affects the DNA in cells

• DNA controls the cell’s function 

and ability to reproduce

background image

 

 

Possible Effects

• Destroy the DNA

– Kill the cell

• Damage the DNA; cell can:

– Repair itself (most likely)
– Not function or function improperly
– Undergo uncontrolled division 

(cancer)

background image

 

 

Cell Sensitivity

• Cells  most affected:

– Rapidly dividing cells: 
–      (small intestines, bone marrow, 

hair, fetus)

• Cells least affected:

– Slowly dividing cells: 
–      (brain, nerves)

background image

 

 

Category of Effects

• Acute Somatic

– Immediate effects to the organism 

receiving the dose

• Delayed Somatic

– Effects that appear years later to 

organism receiving the dose

• Genetic

– Effects that appear in offspring

background image

 

 

Units of Dose (SI)

• Dose measured as energy absorbed 

per mass

– Units of Gray (Gy) or rad (= 0.01 Gy)

• Dose equivalent accounts for 

different effect of different radiations

– Units of Sieverts (Sv) or rem (= 0.01 Sv)

• Dose measured equated to dose 

equivalent

– 1 rad roughly equals 1 rem

background image

 

 

Xeroderma pigmentosum is 
characterized by sensitivity to 
ultraviolet radiation. 
Bloom syndrome and Fanconi 
anemia both exhibit genomic 
instability.
The syndrome that is associated 
with the greatest sensivity to x rays 
is ataxia telangiectasia .

background image

 

 

The dose range that results 

in an expected nausea

A total body dose in the range of 
0.75–1.25Gy results in nausea in 
5%–30% of persons exposed. At 
higher doses in the range of 1.25–
3.00 Gy, the prevalence increases to 
20%–70%. Above 5.3Gy, moderate to 
severe nausea is expected in 50%–
90% of persons exposed. 

background image

 

 

The clinically detectable 

effects of radiation of the 

skin

• Transient erythema is evident in 

hours, and the main wave of 
erythema occurs after 10 days. 
Epilation occurs after about 3weeks. 
Ulceration and depigmentation are 
late effects due to damage to the 
dermis. Pain would be secondary to 
extremely high doses. 

background image

 

 

Acute Somatic Effects

• <250 mSv (25 rem)

– No detectable effects

• 250 - 1,000 mSv (25 - 100 rem)

– Reduced red & white blood cell count

• 1,000 - 3,000 mSv (100 - 300 rem)

– Nausea, vomiting, may not be able to 

fight infection

background image

 

 

More Acute Somatic

• 3,000 - 6,000 mSv (300 - 600 rem)

– More severe nausea and vomiting, 

hemorrhaging, diarrhea, loss of hair, 

cannot fight infections, sterility. At 4,500 

mSv, about half exposed will die within 

30 days, others will survive.

• >6,000 mSv (600 rem)

– Same as above plus central nervous 

system impairment. Death within 30 

days.

background image

 

 

Delayed Somatic Effects

• 1. Cancer: solid tumors

– Increased risk

• 2. Cancer: leukemia

– Increased risk

• 3. Degenerative effects

– Life shortening (not sure)

background image

 

 

More Delayed Somatic 

Effects

• 4. Cataracts

– 2,000 mSv single dose threshold

• 5. Birth defects (fetus exposed)

– Effects depend on time of gestation

• 6. Sterility

– 2,000 mSv temporary -  male
– 8,000 mSv permanent -  male

background image

 

 

Cancer Risks

• Radiation dose above 10 rem 

produces a 

small increased risk

.

• Radiation dose does not produce 

cancer in every exposed person

• Latency period:

– Solid tumors: 10 - 20 years
– Leukemia: 2 - 4 years

background image

 

 

Most Common Cancers

• High spontaneous incidence:

– Breast, lung, skin, prostate, cervix, acute 

myelogenous leukemia

• Moderate spontaneous incidence:

– Kidney & bladder, ovary, pancreas

• Low spontaneous incidence:

– Thyroid, liver, brain, testis, bone, chronic 

lymphocytic leukemia

background image

 

 

Radiation Induced 

Cancers

• High sensitivity to radiation:

– Breast, thyroid, kidney & bladder, 

ovary, acute myelogenous leukemia

• Moderate sensitivity to radiation:

– Lung, liver

• Low sensitivity to radiation:

– Brain, bone, skin, prostate, cervix

background image

 

 

Radiation Induced Cancers 

(continued)

• Not observed to be initiated by 

radiation:

– Pancreas, testis, chronic lymphocytic 

leukemia

background image

 

 

Cancer Risks

• Increased risk of cancer mortality from 1 

mSv of radiation (average annual 
background):

– Solid tumor cancer risk is about one chance 

out of 25,000 (1:25,000)

– Leukemia risk is about one chance out of 

125,000 (1: 125,000)

– Total risk is about one chance out of 20,000 

(1: 20,000)

background image

 

 

Body regions

dose (mSv)

chest 

radiographs

background 

radiation

Radiography

Limbs and joints              
                 

0.01

0.5

1.5 days

Chest PA                          
                  

0.02

1

3 days

Skull                                
                    

0.1

5

2 weeks

Cervical spine                  
                    

0.1

5

2 weeks

Thoracic spine                 
                     

1.0

50

6 months

Lumbar spine                  
                       

2.4

120

14 months

Hip                                   
                       

0.3

15

2 months

Pelvis                               

1.0

50

6 months

Abdomen                         
 

1.5

75

9 months

Barium swallow               
 

2.0

100

1 year

Barium follow-through 

5.0

250

2.5 years

Small-bowel 

barium 

enema

6.0

300

3 years

Large-bowel 

barium 

enema 

9.0

450

4.5 years

Mammography                
     

0.5

25

10 weeks

Computed tomography

Head                              

2.0

100

1 year

Chest; abdomen              

8.0

400

4 years

Scintigraphy

Bone                                
 

5.0

250

2–5 years

Thyroid                            
  

1.0

50

6 months

Heart (thallium)               
   

18

900

9 years

background image

 

 

Deterministic effect

Deterministic are those for which the severity 

of the effect varies with the dose, and no 

effect occurs below a certain threshold. 

The production of cataracts  in the lens of the 

eye is a deterministic effect with a threshold 

  value of 0.5 – 2.0 Sv . Doses below this 

value do not induce cataracts. The 

deterministic effects can be prevented by 

setting dose limits  low enough so that no 

threshold dose would ever be reached 

during a person's lifetime. 

background image

 

 

Stochastic effects

Stochastic effects are effects for which there 
is no threshold and for which the severity of 
the effects does not depend on dose, 
although the probability that the effects will 
occur does. Stochastic effects include 
heritable effects and carcinogenesis, but not 
cell killing. All biologic effects, stochastic or 
otherwise, depend on all four factors: dose, 
LET, dose rate, and type of tissue exposed. 

background image

 

 

Stochastic effects cannot be prevented 
in this way because it is assumed that 
there is no dose below which the effect 
does not occur. Because the risk 
associated with low level exposure to 
radiation is believed to be proportional 
to the absorbed dose it follows that the 
risk is is reduced by minimizing the 
exposure. 

background image

 

 

The International 

Comission on 

Radiological Protection 

(ICRP)

 

recommends that the use of 

radiation be governed by the 

following three general principles: 

background image

 

 

The justification of 

practice :

`No practice involving exposure 
to radiation should be adopted 
unless it produces sufficient 
benefit to the exposed individual 
or to society to offset the 
radiation detriment it causes'. 

background image

 

 

The optimization of 

protection :

`In relation to any particular source 
within a practice, the magnitude of 
individual doses, the number of 
people exposed, and the likelyhood of 
incurring exposures where these are 
not certain to be received should all 
be kept as low as reasonably 
achievable, economic and social 
factors being taken into account`. 

background image

 

 

The optimization of 

protection :

`This procedure should be constrained by 
restrictions on the doses (dose 
constraints), or the risk to individuals in 
the case of potential exposures (risk 
constraints), so as to limit the inequity 
likely to result from the inherent economic 
and social judgements'. (this is popularly 
referred to as the ALARA  principle-

 

As 

Low As Reasonably Achievable)

background image

 

 

Individual dose and risk 

limits :

`The exposure of individuals resulting from 

the combination of all the relevant practices 

should be subject to dose limits, or to some 

control of risk in the case of potential 

exposures. These are aimed at ensuring that 

no individual is exposed to radiation risks 

that are judged to be unacceptable from 

these practices in any normal circumstances. 

Not all sources are susceptible of control by 

action at the source and it is necessary to 

specify the sources to be included as 

relevant before selecting a dose limit'. 

background image

 

 

Individual dose and risk 

limits :

Occupational exposure consists of 
the doses contributed by external 
sources during working hours and 
by internal sources taken into the 
body during working hours. It does 
not include any medical exposure  
or exposure due to background 
radiation .

 

background image

 

 

Limits for Stochastic 

Effects 

In the case of uniform irradiation of the 
whole body the ICRP   recommends a limit 
on the effective equivalent dose of  50 mSv 
in any one year and a limit  on the five-year 
average of 20 mSv  per year. At the present 
time the regulations of the Atomic Energy 
Control Board   (AECB)  of Canada set a 
limit  of 50 mSv  per year, but the 
regulations are in the process of being 
changed to reflect the most recent 
recommendations of the ICRP. 

background image

 

 

Limits for Deterministic 

Effects 

The ICRP  believe that deterministic 
effects  will be prevented if the limits for 
stochastic effects  are observed. However 
there is the need for an additional limit 
for localised exposures of the skin and for 
the lens of the eye. The recommended 
annual limit  for localised exposure of the 
skin is 500 mSv  averaged over any 1 cm2 
 per year. The annual equivalent-dose 
limit  for the lens of the eye is 150 mSv  . 

background image

 

 

Additional Dose Limits for 

Pregnant Workers 

There is no special occupational dose 
limit set by the ICRP for women in 
general. However once pregnancy has 
been declared the recommended 
equivalent-dose limit  to the surface of 
the women's abdomen (lower trunk) is 2 
mSv  for the remainder of the pregnancy. 
In addition the intake of radionuclides   is 
restricted to less than  1/20 of the ALI. 

background image

 

 

Dose Limits for Members of 

the General Public 

The dose limits for members of the 
general public are set by the ICRP by 
comparing them to the exposure from 
natural background  . The limits are set 
at an effective dose of 1 mSv  per year. 
For localised exposures to the skin the 
limit is  50 mSv over any 1 cm2  area 
and for the lens of the eye it is 15 
mSv  . 

background image

 

 

Pregnant radiation worker

For a declared pregnancy, the dose limit to the 

fetus is 500 mrem (5mSv). For fluoroscopy, 

portable radiography, and nuclear medicine 

imaging, the dose to the conceptus from 

occupational exposure to the mother will very 

likely be less than 5mSv if proper radiation 

protection practices are followed. Radioiodine 

treatments with I-131sodium iodide are 

considered to place the fetus at higher probability 

of exceeding 5mSv and are potentially very 

hazardous in terms of uncontrolled release of the 

radioactive material. The fetal thyroid takes up 

radioiodine after age 12weeks. 

background image

 

 

NCRP recomendtions 

concering occupational 

exposure

The minimum age for occupationally exposed 
workers is 18 years. It is assumed that medical 
radiation confers some benefit, so it is not 
included in the dose allowed to a person 
occupationally exposed. ALARA is intended to 
minimize occupational exposure. The purpose of 
radiation protection for those occupationally 
exposed is to prevent deterministic effects and 
limit stochastic effects to levels that are 
acceptable against a background of other risks 
in society.

background image

 

 

Protection of patient

• Equipment and apparatus design
Filtration
Collimation
Specific area shielding
Image receptors
• Radiographic technique
• Administrative procedures

background image

 

 

Equipment and apparatus 

design

Usually those features of 
radiographic and fluoroscopic 
equipment which are designed to 
reduce patient dose will also reduce 
exposure to the radiographer

background image

 

 

Fitration

A minimum of 2.5 mm Al equivalent total 
filtration is required on all fluoroscopic tubes 
and for radiographic tubes operating above 
70 kVp. The purpose of filtration is to reduce 
the amount of low-energy radiation reaching 
the patient. Because only higher energy x-
rays are useful in producing an image, low 
energy x-rays are absorbed in the patient and 
contribute only to patient dose, primarily to 
the skin, and not to the radiographic or 
fluoroscopic image. In general , the higher 
the total filtration, the lower the patient dose.

background image

 

 

Collimation

Collimation is the restriction of the 

useful x-ray beam to the body part being 

examined, thereby sparing adjacent 

tissue from unnecessary exposure. The 

larger the useful x-ray beam the higher 

the patient dose. Restricting the x-ray 

beam by collimation reduces not only 

the volume of tissue irradiated but also 

the absolute dose at any point because 

of the

 accompanying reduction in scatter 

radiation.

background image

 

 

Specific area shielding

In specific area shielding part of he 
primary beam is absorbed during the 
examination by shielding a specific area 
of the body. There are two types: 
shadow shields are attached to the 
radiographic tube head and positioned 
with the aid of the light localizer 
between the tube and patient. Contact 
shields are usually fabricated of vinyl 
lead cut into various shapes and are 
simply laid on the patient. 

background image

 

 

Specific area shielding

Gonad shielding should be used under 
following conditions: 1) on all patients 
of reproductive age, 2) when the 
gonads lie in or near the useful beam, 
and 3) when the use of such shielding 
will not compromise the required 
diagnostic information. Gonad 
shielding will reduce the gonad dose 
to near zero.

background image

 

 

Image receptors

The speed of an image receptor can 
greatly influence patient dose. The rare 
earth screens developed in conjunction 
with matched photographic emulsion 
show relative speeds of up to twelve 
times those of a conventional calcium 
tungstate screen-film combination. rare 
earth screen-film combinations will 
reduce patient dose to one fourth can be 
used with no loss of diagnostic  
information.

background image

 

 

Radiographic technique

Ideally, the higher the kVp the lower 
the patient dose, because a large 
reduction in mAs must accompany an 
increase in kVp. However , as kVp is 
raised, image contrast is reduced. In 
general, the highest practicable kVp 
with an appropriate low mAs should 
be employed in all examinations. 

background image

 

 

Administrative procedures

• 10-day rule was first stated in 1970 by the 

ICRP. If recommended that all x-ray 
examinations of the abdomen or pelvis of a 
fertile woman be performed only during 
the 10 days following the onset of 
menstruation

• The radiographer should never knowingly 

conduct a radiologic examination on a 
pregnant individual unless a documented 
decision to do so has been made.


Document Outline