अवशोषित खुराक

आयनीकरण विकिरण की अवशोषित खुराक
सामान्य प्रतीक	डी
Si   इकाई	ग्रे
अन्य इकाइयां	रेड
SI आधार इकाइयाँ में	J⋅kg−1

अवशोषित मात्रा एक भोजन की मात्रा है। जो प्रति इकाई द्रव्यमान में आयनीकरण विकिरण द्वारा पदार्थ में उपस्थित ऊर्जा की माप है। अवशोषित मात्रा का उपयोग विकिरण संरक्षण (हानिकारक प्रभावों में कमी) और रेडियोलोजी (कैंसर उपचार में उदाहरण के लिए संभावित लाभकारी प्रभाव) दोनों में जीवित ऊतक में भोजन की वृद्धि की गणना में किया जाता है। इसका उपयोग सीधे निर्जीव पदार्थों पर विकिरण के प्रभाव की तुलना करने के लिए भी किया जाता है। जैसे कि विकिरण कठोर करने में इसका प्रयोग किया जाता है।

इसका एसआई इकाई में माप ग्रे (इकाई) (Gy) है। जिसे प्रति किलोग्राम पदार्थ में अवशोषित एक जूल ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया गया है। ईकाई रेड (ईकाई ) की पुरानी ​​गैर-एसआई सेंटीमीटर-ग्राम और दूसरी प्रणाली कभी-कभी मुख्य रूप से यूएसए में भी उपयोग की जाती है।

नियतात्मक प्रभाव

परंपरागत रूप से विकिरण सुरक्षा में असंशोधित अवशोषित भोजन की मात्रा का उपयोग केवल तीव्र मात्रा के उच्च स्तर के कारण तुरंत स्वास्थ्य प्रभावों को निर्देशित करने के लिए किया जाता है। ये ऊतक प्रभाव हैं। जैसे कि तीव्र विकिरण सिंड्रोम में, जिन्हें नियतात्मक प्रभाव के रूप में भी जाना जाता है। ये ऐसे प्रभाव हैं, जिनका कम समय में होना पूर्णरूप से निश्चित होता है।

तीव्र विकिरण हानि के प्रभाव

Phase	Symptom	Whole-body absorbed dose (Gy)
		1–2 Gy	2–6 Gy	6–8 Gy	8–30 Gy	> 30 Gy
Immediate	Nausea and vomiting	5–50%	50–100%	75–100%	90–100%	100%
	Time of onset	2–6 h	1–2 h	10–60 min	< 10 min	Minutes
	Duration	< 24 h	24–48 h	< 48 h	< 48 h	— (patients die in < 48 h)
	Diarrhea	None	None to mild (< 10%)	Heavy (> 10%)	Heavy (> 95%)	Heavy (100%)
	Time of onset	—	3–8 h	1–3 h	< 1 h	< 1 h
	Headache	Slight	Mild to moderate (50%)	Moderate (80%)	Severe (80–90%)	Severe (100%)
	Time of onset	—	4–24 h	3–4 h	1–2 h	< 1 h
	Fever	None	Moderate increase (10–100%)	Moderate to severe (100%)	Severe (100%)	Severe (100%)
	Time of onset	—	1–3 h	< 1 h	< 1 h	< 1 h
	CNS function	No impairment	Cognitive impairment 6–20 h	Cognitive impairment > 24 h	Rapid incapacitation	Seizures, tremor, ataxia, lethargy
Latent period		28–31 days	7–28 days	< 7 days	None	None
Illness		Mild to moderate Leukopenia Fatigue Weakness	Moderate to severe Leukopenia Purpura Hemorrhage Infections Alopecia after 3 Gy	Severe leukopenia High fever Diarrhea Vomiting Dizziness and disorientation Hypotension Electrolyte disturbance	Nausea Vomiting Severe diarrhea High fever Electrolyte disturbance Shock	— (patients die in < 48h)
Mortality	Without care	0–5%	5–95%	95–100%	100%	100%
	With care	0–5%	5–50%	50–100%	99–100%	100%
	Death	6–8 weeks	4–6 weeks	2–4 weeks	2 days – 2 weeks	1–2 days
Table source

विकिरण चिकित्सा

ऊतक में अवशोषित मात्रा की माप रेडियोबायोलॉजी में मूलभूत महत्व है क्योंकि यह उस ऊर्जा की मात्रा का माप है। जो घटना विकिरण लक्ष्य ऊतक को प्रदान कर रहा है।

भोजन की मात्रा की गणना

अवशोषित मात्रा विकिरण बीम के विकिरण हानि (आयनों या कूलम्ब/किग्रा) के समान है। जो आयनित होने वाले माध्यम की आयनीकरण ऊर्जा से गुणा किया जाता है।

उदाहरण के लिए 20°C और 101.325 kPa दबाव पर शुष्क हवा की आयनीकरण ऊर्जा 33.97±0.05 J/C है।[3] (33.97 ईवी प्रति आयन जोड़ी) इसलिए 2.58×10-4 C/kg (1 रेंटजेन) का एक्सपोजर शुष्क हवा में 8.76×10-3 J/kg (0.00876 Gy या 0.876 रेड) की अवशोषित मात्रा विभिन्न स्थितियों में जमा करेगा।

जब अवशोषित मात्रा समान नहीं होती है, या जब यह केवल निकाय या वस्तु के एक भाग पर संचालित होती है। तो पूरे मद के एक अवशोषित मात्रा प्रतिनिधि की गणना प्रत्येक बिंदु पर अवशोषित मात्रा के द्रव्यमान-भारित औसत से की जा सकती है।

अधिकतम,

${\bar {D_{T}}}={\frac {\int _{T}D(x,y,z)\rho (x,y,z)dV}{\int _{T}\rho (x,y,z)dV}}$

जहाँ-

${\bar {D_{T}}}$ संपूर्ण तत्व T की द्रव्यमान-औसत अवशोषित मात्रा है।

$T$ एक रुचि की वस्तु है।

$D(x,y,z)$ स्थान के समुच्चय के रूप में अवशोषित मात्रा है।

$\rho (x,y,z)$ स्थान के कार्य के रूप में घनत्व है।

$V$ आयतन है।

चिकित्सकीय विचार

कम ऊर्जा वाले एक्स-रे या बीटा विकिरण जैसे कोमल विकिरणों के लिए गैर-समान अवशोषित मात्रा सामान्य है। स्व-परिरक्षण का अर्थ है कि अवशोषित मात्रा निकाय में उच्च की तुलना में स्रोत का सामना करने वाले ऊतकों में अधिक होगी।

द्रव्यमान औसत रेडियोथेरेपी उपचारों के हानियों का मूल्यांकन करने में महत्वपूर्ण हो सकता है क्योंकि वे निकाय में बहुत विशिष्ट मात्रा सामान्यतः एक ट्यूमर को लक्षित करने के लिए प्रारूपित किए गए हैं। उदाहरण के लिए यदि किसी रोगी के अस्थि मज्जा द्रव्यमान का 10% स्थानीय स्तर पर 10 ग्रे विकिरण से विकिरणित होता है। तो अस्थि मज्जा में अवशोषित मात्रा कुल मिलाकर 1 ग्रे होगी। अस्थि मज्जा निकाय द्रव्यमान का 4% बनाता है। इसलिए सम्पूर्ण निकाय द्वारा अवशोषित मात्रा 0.04 ग्रे होगी। पहला आंकड़ा (10 ग्रे) ट्यूमर पर स्थानीय प्रभावों का संकेत है। जबकि दूसरा और तीसरा आंकड़ा (1 ग्रे और 0.04 ग्रे) सम्पूर्ण जीव पर समग्र स्वास्थ्य प्रभावों के उत्कृठ संकेतक हैं। सार्थक प्रभावी मात्रा पर पहुंचने के लिए इन आंकड़ों पर अतिरिक्त डोसिमेट्री गणना करनी होगी। जो कैंसर या अन्य स्टोकेस्टिक प्रभावों के हानि का अनुमान लगाने के लिए आवश्यक है।

जब आयनीकरण विकिरण का उपयोग कैंसर के उपचार के लिए किया जाता है। तो डॉक्टर सामान्यतः ग्रे की इकाइयों में रेडियोथेरेपी उपचार लिखेंगे। मेडिकल इमेजिंग मात्रा को कूलाम प्रति किलोग्राम की इकाइयों में वर्णित किया जा सकता है। किन्तु जब रेडियोफार्मास्यूटिकल का उपयोग किया जाता है। तो उन्हें सामान्यतः बैकुरल की इकाइयों में प्रशासित किया जाता है।

स्टोकेस्टिक हानि - समकक्ष खुराक में रूपांतरण

File:Dose quantities and units.png

विकिरण सुरक्षा और डोसिमेट्री में उपयोग की जाने वाली बाहरी खुराक मात्रा

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एसआई इकाइयों में सुरक्षा खुराक की मात्रा का संबंध दिखाने वाला ग्राफिक

स्टोकेस्टिक विकिरण हानि के लिए कैंसर के सम्मिलित होने की संभावना और लंबे समय के मापदंड पर होने वाले आनुवंशिक प्रभावों के रूप में परिभाषित विकिरण के प्रकार और विकिरणित ऊतकों की संवेदनशीलता पर विचार किया जाना चाहिए। जिसके लिए हानि उत्पन्न करने के लिए संशोधित कारकों के उपयोग की आवश्यकता होती है। सिवर्ट में कारक रैखिक नो-थ्रेशोल्ड मॉडल के आधार पर एक सीवर्ट अंततः कैंसर के विकास का 5.5% अवसर देता है। यह गणना अवशोषित मात्रा से प्रारम्भ होती है।

स्टोकेस्टिक हानि का प्रतिनिधित्व करने के लिए भोजन की मात्रा समान खुराक H_T और प्रभावी खुराक (विकिरण) E का उपयोग किया जाता है और अवशोषित मात्रा से इनकी गणना करने के लिए उपयुक्त खुराक कारक और गुणांक का उपयोग किया जाता है। समतुल्य और प्रभावी खुराक मात्रा सीवर्ट या वास्तविक (इकाई) की इकाइयों में व्यक्त की जाती है। जिसका अर्थ है कि जैविक प्रभावों को ध्यान में रखा गया है। स्टोचैस्टिक हानि की व्युत्पत्ति आईसीआरपी और विकिरण इकाइयों और मापन (आईसीआरयू) पर अंतर्राष्ट्रीय आयोग की सहयोग के अनुसार है। उनके द्वारा विकसित रेडियोलॉजिकल सुरक्षा मात्राओं की सुसंगत प्रणाली को संलग्न आरेख में दिखाया गया है।

सम्पूर्ण निकाय के विकिरण के लिए गामा किरणों या एक्स-रे के साथ संशोधित कारक संख्यात्मक रूप से 1 के समान होते हैं। जिसका अर्थ है कि उस स्थितियों में ग्रे खुराक सीवर्ट में खुराक के समान होती है।

अवशोषित मात्रा अवधारणा का विकास और ग्रे

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1896 में प्रारंभिक क्रूक्स ट्यूब एक्स-रे उपकरण का उपयोग करना। व्यक्ति ट्यूब उत्सर्जन को अनुकूलित करने के लिए प्रतिदीप्तिदर्शी के साथ अपना हाथ देख रहा है। दूसरे का सिर ट्यूब के पास है। कोई सावधानी नहीं दिखाई जा रही है।

File:Ehrenmal der Radiologie (Hamburg-St. Georg).1.ajb.jpg

हैम्बर्ग के सेंट जॉर्ज अस्पताल में 1936 में स्थापित रेडियोलॉजी शहीद स्मारक 1959 में और नाम जोड़े गए।

विल्हेम रॉन्टगन ने पहली बार 8 नवंबर, 1895 को एक्स-रे की खोज की और उनका उपयोग चिकित्सा निदान विशेष रूप से टूटी हुई हड्डियों और एम्बेडेड विदेशी वस्तुओं के लिए बहुत तेज़ी से फैल गया। जहाँ वे पिछली विधियों पर एक क्रांतिकारी सुधार थे।

एक्स-रे के व्यापक उपयोग और आयनकारी विकिरण के हानियों के बढ़ते प्रभाव के कारण विकिरण तीव्रता के लिए माप मानक आवश्यक हो गए और विभिन्न देशों ने अलग-अलग परिभाषाओं और विधियों का उपयोग करते हुए अपने स्वयं के विकसित किए। अन्ततः अंतरराष्ट्रीय मानकीकरण को बढ़ावा देने के लिए 1925 में लंदन में पहली अंतर्राष्ट्रीय कांग्रेस ऑफ रेडियोलॉजी (आईसीआर) की बैठक में माप की इकाइयों पर विचार करने के लिए अलग निकाय का प्रस्ताव रखा गया। इसे विकिरण इकाइयों और मापन पर अंतर्राष्ट्रीय आयोग या आईसीआरयू कहा जाता था और 1928 में मैन सिगबान की अध्यक्षता में स्टॉकहोम में द्वितीय आईसीआर में अस्तित्व में आया।

एक्स-रे की तीव्रता को मापने की प्रारंभिक विधियों में से हवा से भरे आयन कक्ष के माध्यम से हवा में उनके आयनकारी प्रभाव को मापना था। आईसीआरयू की पहली बैठक में यह प्रस्तावित किया गया था कि एक्स-रे खुराक की एक इकाई को एक्स-रे की मात्रा के रूप में परिभाषित किया जाना चाहिए। जो 0 डिग्री सेल्सियस और दबाव के 1 मानक दबाव में शुष्क हवा के एक घन सेंटीमीटर में स्टैटकूलम्ब चार्ज का उत्पादन करेगा। विकिरण हानि की इस इकाई को विल्हेम रॉन्टगन के सम्मान में रॉन्टजेन (ईकाई ) नाम दिया गया था। जिनकी मृत्यु पांच साल पहले हो गई थी। आईसीआरयू की 1937 की बैठक में गामा विकिरण पर संचालित करने के लिए इस परिभाषा का विस्तार किया गया था। यह दृष्टिकोण चूंकि मानकीकरण में एक बड़ा कदम था। विकिरण के अवशोषण का प्रत्यक्ष माप नहीं होने की हानि थी और इस प्रकार मानव ऊतक सहित विभिन्न प्रकार के पदार्थों में आयनीकरण प्रभाव और केवल प्रभाव का माप था। विशिष्ट परिस्थिति में एक्स-रे शुष्क हवा में आयनीकरण प्रभाव।

1940 में लुई हेरोल्ड ग्रे, जो मानव ऊतक पर न्यूट्रॉन क्षति के प्रभाव का अध्ययन कर रहे थे, ने विलियम वेलेंटाइन मेनॉर्ड और रेडियोबायोलॉजिस्ट जॉन रीड के साथ मिलकर पेपर प्रकाशित किया। जिसमें माप की नई इकाई ने ग्राम रेंटजेन (प्रतीक: जीआर को डब किया।) प्रस्तावित किया