Pro účely radiační ochrany pacienta je třeba znát absorbovanou dávku v jednotlivých orgánech a tkáních a efektivní dávku z podaného radiofarmaka. Radiační zátěž pacienta je potom dána souborem absorbovaných dávek v jednotlivých orgánech a tkáních a efektivní dávkou.  Podle metodiky MIRD (určena pro hodnocení radiační zátěže z vnitřní kontamice radioaktivními zářiči) se v modelu referenčního člověka rozlišují orgány zdrojové, v nichž je radiofarmakum shromážděno a orgány terčové, které jsou ozařovány orgány zdrojovými – snahou je stanovit absorbovanou dávku v terčových orgánech.

Absorbovaná dávka v terčovém orgánu z aktivity radiofarmaka ve zdrojovén orgánu se vypočte ze vztahu  D_T = Ã_S.S, kde Ã_S je kumulovaná aktivita ve zdrojovém orgánu (jednotkou je Bq.s). Jelikož 1 Bq je přeměna radionuklidu za sekundu, součin Bq.s představuje jednu přeměnu (rozpad). Kumulovaná aktivita Ã_S tedy udává celkový počet přeměn radionuklidu, k nimž dojde ve zdrojovém orgánu.

Symbol S označuje tzv. konstantu S, tj. absorbovanou dávku vztaženou na jednotku kumulované aktivity, jež se vyjadřuje v jednotkách  µGy.(Bq.s)^-1  nebo  mGy.(MBq.h)^-1.

Kumulovaná aktivita  Ã_S se stanovuje jako plocha pod křivkou (integrál) časové závislosti aktivity  Ã_S ve zdrojovém orgánu. V jednoduchém případě rychlé akumulace v jednom zdrojovém orgánu a pomalého jednosložkového vylučování z tohoto orgánu platí  Ã_S = 1,44.A₀.F_S.T_ef , kde A₀ je aktivita radofarmaka aplikovaného pacientovi, F_S frakce aplikované aktivity, jež se shromáždí ve zdrojovém orgánu a T_ef efektivní poločas zahrnující jak poločas fyzikální přeměny radionuklidu, tak i poločas biologického vylučování radiofarmaka  T_ef  = T_f.T_b/(T_f+T_b). Mezi přeměnovou konstantou λ_ef a poločasem přeměny T_ef je platí vztah λ_ef = ln(2)/T_ef.

Obecně je časová závislost aktivity ve zdrojových orgánech složitější a je nutné ji aproximovat dvěma i více exponenciálními funkcemi. Kumulovaná aktivita se stanovuje z údajů zjištěných u lidí nebo u zvířat a za pomoci modelů biokinetiky radiofarmaka v organismu.

Při výpočtu konstanty  S se uvažují všechny typy záření emitovaného radionuklidem: částice beta, záření gama, charakteristické rentgenové záření, konverzní a Augerovy elektrony. Předpokládá se, že částice beta se ve zdrojovém orgánu zcela absorbují a přispívají k dávce jen v případě, že zdrojový orgán a terčový orgán jsou identické. Příspěvek záření gama a charakteristického záření ke konstantě  S závisí na energii záření, velikosti a tvaru zdrojového a terčového orgánu, na jejich vzdálenosti a na druhu tkáně mezi nimi. Konstanty  S  byly vypočteny metodou Monte Carlo pro modely referenčního člověka a modely referenčních dětí a jsou tabelovány.

Obecný vztah pro absorbovanou dávku v terčovém orgánu uvedeme pro pro konkrétní orgán  D_T = Ã_S.S_st  (mGy), kde Ã_S je kumulovaná aktivita ve zdrojovém orgánu a S_st konstanta S pro uvažovaný radionuklid a dvojici zdrojový orgán a terčový orgán (konstanty S_st jsou tabelovány). Celková dávka v terčovém orgánu je dána součtem dávkových příspěvků ze všech zdrojových orgánů (včetně případu, že zdrojový orgán je totožný s orgánem terčovým).

Efektivní dávka se vypočte jako součet vážených dávek D_T ve všech uvažovaných terčových orgánech  E = Σ w_T D_T , kde w_T je tkáňový váhový faktor vyjadřující radiosenzitivitu terčového orgánu z hlediska stochastických účinků ionizujícího záření (hodnoty faktoru w_T : gonády 0,20; střevo, plíce, červená kostní dřeň, žaludek 0,12; močový měchýř, prs, játra, jícen, štítná žláza, zbytek 0,05; součet dílčích koeficientů rizika se rovná jedné).

Následující obrázek demonstruje jaké veličiny jsou používány v nukleární medicíně a radiodiagnostice pro výpočet absorbovaných dávek a efektivní dávky, ze kterých je potom možné stanovit radiační riziko spojené s daným vyšetřením.

V běžné klinické praxi se radiační zátěž pacienta zpravidla nepočítá, nýbrž se stanovuje pomocí tabelovaných hodnot dávek v orgánech a efektivních dávek z používaných radiofarmak vztažených na jednotkovou aplikovanou aktivitu, obvykle vyjadřovaných v mGy.MBq^-1 (dávka v orgánu) nebo mSv.MBq^-1 (efektivní dávka). Tabulky těchto dávek lze nalézt v publikacích ICRP.

Hodnoty efektivních dávek a dávek v orgánech jsou platné jen pro matematický model referenčního dospělého člověka (hermafrodita), jehož hmotnost se uvažuje 70 kg (hmotnost některých orgánů: mozek 1,4 kg, ledviny 0,31 kg, játra 1,8 kg, plíce 1 kg, štítná žláza 0,02 kg atd.). Tabelované hodnoty dávek v jednotlivých orgánech a efektivních dávek se dále opírají o modely distribuce a kinetiky radiofarmak u zdravých osob sestavené na základě průměrných údajů publikovaných v odborné literatuře. Je důležité dodat, že se jedná o střední dávky v orgánech vztažené na 1 MBq aktivity aplikovaného radiofarmaka.

Porovnání dávek v jednotlivých orgánech a efektivní dávky pro dvě radiofarmaka je ilustrováno na obrázku (k jeho sestavení byly použity tabulky v publikacích ICRP). Efektivní dávka je vždy menší než dávka v nejvíce radiačně zatíženém orgánu – to platí pro všechna radiofarmaka běžně používaná v nukleární medicíně. 

Pro srovnání velikosti radiační zátěže při vyšetřeních s výše uvedenými radiofarmaky poslouží následující obrázek znázorňující průměrnou radiační zátěž obyvatele ČR z přírodních a umělých zdrojů (z umělých zdrojů je uvedeno pouze lékařské ozáření).

Aktivita radiofarmaka aplikovaného pacientovi musí být volena tak, aby zaručila dostatečnou diagnostickou informaci při co nejnižší radiační zátěži pacienta. Při volbě optimální aktivity aplikované dospělým se rovněž respektuje diagnostická referenční úroveň, tj. hodnota aktivity platná pro pacienta o hmotnosti 70 kg, která by v rutinní klinické praxi neměla být překračována. Optimální aktivita leží mezi dvěma oblastmi aktivity, jež jsou nepřípustné, ať již z důvodu zbytečně vysoké radiační zátěže, tak i z důvodu nedostatečné diagnostické informace vyplývající z nízké aplikované aktivity.

DRÚ nesmí být chápána jako limit; její překročení je možné u pacientů s hmotností větší než 70 kg a ojediněle i v případech, kdy je to zdůvodněno stavem pacienta (jiná onemocnění, komplikace apod.). a očekávaným diagnostickým přínosem. Optimální hodnota aktivity by měla být v rutinní klinické praxi nižší nebo maximálně rovná DRÚ. Jedním z důvodů pro zavedení DRÚ byla skutečnost, že dávky z aplikací umělých zdrojů ionizujícího záření v lékařství představují významný podíl na celkové radiační zátěži populace z přírodních a umělých zdrojů. Např. v ČR je situace v této oblasti ilustrována na obrázku. V posledních desetiletích se ukázalo, že lékařské ozáření v radiodiagnostice a nukleární medicíně mělo ve světě tendenci k růstu, i přes to, že se uplatňovaly principy zdůvodnění a optimalizace diagnostických postupů.

V podobě DRÚ bylo zavedeno vodítko k tomu, aby byla pacientům aplikována optimální aktivita a zároveň se tím omezil růst aktivit, radiační zátěže a s tím spojeného radiačního rizika stochastických účinků záření. Ze vstupních veličin změřených při vyšetření (radiodiagnostický postup) nebo před vyšetřením (postup v nukleární medicíně) se stanoví dávky v orgánech (zpravidla v nejvíce radiačně zatížených orgánech nebo orgánech s vysokou radiosenzitivitou) a na jejich základě riziko stochastického účinku v uvažovaném orgánu nebo na základě efektivní dávky celkové riziko těchto účinků.

Radiační zátěž pacienta je možné snížit vlivněním biokinetiky radiofarmaka. To lze dosáhnout v případech kdy se radiofarmaka akumulují nejen v orgánech, které jsou vyšetřovány, ale procházejí také jinými orgány v těle. O této problematice je blíže pojednáno ve skriptu "Nukleární medicína" - 1. díl (M. Mysliveček a spol., Vydavatelství UP, 2007).                                   

Vyšetřování pacientů v nukleární medicíně a radiodiagnostice pomocí ionizujícího záření je spojeno s radiačním rizikem stochastických účinků. Vzhledem k tomu, že dávky v orgánech jsou pod prahem vzniku deterministických účinků, tyto účinky se v diagnostické nukleární medicíně nevyskytují.

Podle ICRP je ze stochastických účinků nejvýznamnější celoživotní fatální riziko zhoubných nádorů 0,05 Sv^-1 , což vztaženo na  1 mSv, je 1: 20 000. Tato průměrná hodnota rizika platí pro celou populaci bez ohledu na pohlaví a věk. Pokud se uvažuje věk, pro malé děti je až desetinásobkem hodnoty u starších osob. U děvčat a žen je poněkud vyšší než u chlapců a mužů. Je třeba zdůraznit, že se jedná o tzv. přídatné riziko k riziku úmrtí na zhoubné nádory spontánně se vyskytující v lidské populaci, které je 20 – 25 %; v České republice umírá na rakovinu ročně 20 až 30 tisíc lidí.

Celoživotní riziko fatálního nádoru spojené s vyšetřením dostaneme tak, že průměrné riziko vztažené na 1 Sv násobíme efektivní dávkou, kterou pacient obdrží při uvažovaném vyšetření. Riziko takto vypočtené se doporučuje u dětí násobit faktorem 2 (u velmi malých dětí faktorem 3) a u starších osob nad 70 let dělit pěti.

Radiační riziko je aditivní, je třeba ho hodnotit podle součtu efektivních dávek obdržených při vyšetřeních provedených v rozdílných časech. Např. čtyři vyšetření pacienta ve věku 45 let na PET/CT přístroji při efektivní dávce 20 mSv během jednoho roku jsou spojena s celoživotním fatálním rizikem odpovídajícím celkové efektivní dávce 80 mSv, tj. přibližně 1: 200.

Riziko ozáření zárodku nebo plodu těhotných žen - toto ozáření v době gravidity může mít za následek biologické účinky deterministické, tj. smrt zárodku nebo plodu, malformace, mentální retardace aj.; stochastické, tj. zhoubné nádory, jež se mohu projevit v dětství a dospělosti narozeného dítěte a genetické změny u potomstva narozeného dítěte.

Předpokládá se, že deterministické účinky vznikají při dávkách v zárodku a plodu vyšších než prah 100 až 200 mGy. Pokud jsou při aplikaci radiofarmak dodržovány zásady uvedené v §60, odst. 3 vyhlášky č. 307/2002 Sb., je velmi nepravděpodobné, že by dávka v plodu v diagnostické nukleární medicíně i při více vyšetřeních převýšila 100 mGy; typické hodnoty jsou na úrovni zlomků mGy až několik mGy, výjimečně přesahují 10 mGy.

Riziko fatálního zhoubného nádoru u dětí vztažené na 1 mGy dávky v plodu je 0,006 %, tj. přibližně 1: 17 000. Spontánní výskyt fatálních nádorů u dětí je 3:1000, tj. 0,3 %. Přirozený výskyt závažných malformací je 2  - 4 na 100 narozených dětí.

Naše vyhláška č. 307/2002 Sb. ve znění vyhlášky 499/2005 Sb. v souhlase se stanoviskem ICRP neklade žádná omezení na úroveň dávek, které obdrží pacient v diagnostické radiologii a nukleární medicíně. Ale striktně se vyžaduje:

• aby expozice byla řádně zdůvodněna z hlediska potenciálního zdravotního prospěchu pacientů a očekávaného zlepšení klinické péče o pacienta;
• aby byly podniknuty všechny kroky k tomu, aby dávky záření a efektivní dávka byly nízké, aniž by došlo ke snížení efektivity diagnostických postupů, tj. expozice musí být nejen zdůvodněna, ale i optimalizována.

K porovnání výše rizika úmrtí na fatální nádor v důsledku vyšetření pomocí ionizujícího záření s riziky úmrtí při vyšetřeních bez použití ionizujícího záření a rizik úmrtí v důsledku jiných lidských činností nebo životního prostředí či nemocí slouží následující tabulka.
 

Pozn.: V tomto pojednání je řada obrázků a tabulek, které nemohly být zařazeny do kapitoly Ochrana před ionizujícím zářením (V. Hušák, J. Ptáček) ve skriptech Nukleární medicína - 1. díl (M. Mysliveček a spol., Olomouc, UP, 2007).