放射線熱傷

急性放射線皮膚炎は、皮膚に「紅斑量」の電離放射線が照射された後に発生し、その後24時間以内に目に見える紅斑が現れます。^{[ 3 ]： 39} 放射線皮膚炎は、一般的に放射線療法開始後数週間以内に発症します。^{[ 4 ]： 143}急性放射線皮膚炎は、赤い斑点として現れますが、落屑や水疱 を伴う場合もあります。 ^{[ 7 ]}紅斑は、2 Gy以上の放射線 量で発生する可能性があります。 ^{[ 8 ]} 

慢性放射線皮膚炎は、長期間にわたり「紅斑未満」の電離放射線に慢性的に曝露されることで発生し、数ヶ月から数十年の潜伏期間を経て、皮膚とその下層組織に様々な程度の損傷を引き起こします。^{[ 3 ]： 40} 過去には、この種の放射線反応は、特にX線フィルターが使用される以前は、電離放射線に常に曝露されていた放射線科医や放射線技師に最も多く見られました。^{[ 3 ]： 40} 慢性放射線皮膚炎、扁平上皮癌、基底細胞癌は、放射線被曝後数ヶ月から数年後に発症することがあります。^{[ 7 ]： 130 [ 9 ]} 慢性放射線皮膚炎は、萎縮性硬結性局面として現れ、多くの場合、白っぽいか黄色っぽく、毛細血管拡張症を伴い、時には角化亢進を伴います。^{[ 7 ]： 130}

放射線療法に伴う好酸球性多形性掻痒性発疹は、内臓癌に対するコバルト放射線療法を受けている女性に最も多く見られる皮膚疾患である。^{[ 3 ]： 39-40}

フェニトインを予防的に投与された神経外科患者が全脳照射療法と全身ステロイド療法を受けている場合、放射線誘発性多形紅斑が発生する可能性がある。 ^{[ 3 ]： 130}

放射線ニキビは、治療用電離放射線に以前曝露された部位に面皰様丘疹が発生する皮膚疾患であり、放射線皮膚炎の急性期が治癒し始めると現れ始める皮膚病変である。^{[ 10 ]： 501}

放射線リコール反応は、放射線治療後数ヶ月から数年後に起こる反応で、化学療法剤の最近の投与後に以前の放射線照射部位で発生し、放射線皮膚炎の特徴を呈します。^{[ 3 ] [ 11 ]} 言い換えれば、放射線リコール皮膚炎は、薬剤投与後に以前に放射線照射を受けた身体部位で発生する炎症性皮膚反応です。^{[ 12 ]} 最小線量や確立された放射線治療線量との関係は存在しないようです。^{[ 12 ]}

放射線の影響は、放射線の強度とエネルギーの両方に依存します。低エネルギーのベータ線（硫黄35、170  keV）は、真皮への損傷が少ない浅い潰瘍を引き起こしますが、コバルト60（310  keV）、セシウム137（550  keV）、リン32（1.71  MeV）、ストロンチウム90（650  keV）およびその娘核種であるイットリウム90（2.3 MeV）は、真皮 のより深い層に損傷を与え、慢性放射線皮膚炎を引き起こす可能性があります。粒子加速器からの電子ビームによる非常に高いエネルギーは、数十メガ電子ボルトに達し、深く浸透する可能性があります。逆に、メガボルト規模のビームは、真皮への損傷を少なくしてより深い層にエネルギーを沈着させることができ、現代の放射線治療用電子ビーム加速器はこの特性を利用しています。 16 MeV を超えるさらに高いエネルギーでは、その効果はもはや顕著に現れず、放射線治療における高エネルギーの有用性を制限します。慣例として、表面は皮膚の最上部 0.5 mm と定義されます。^{[ 23 ]}高エネルギーベータ線は鉛ではなくプラスチックで遮蔽する必要があります。高 Z元素は深く浸透するガンマ制動放射を生成するためです。  

ベータ崩壊からの電子エネルギーは離散的ではなく、最大エネルギーでカットオフされた連続スペクトルを形成します。各崩壊の残りのエネルギーは反ニュートリノによって運ばれますが、反ニュートリノは有意に相互作用しないため、線量には寄与しません。ベータ放出のエネルギーのほとんどは、最大エネルギーの約3分の1です。^{[ 17 ]}ベータ放出のエネルギーは、粒子加速器で達成可能なエネルギーよりもはるかに低く、数メガ電子ボルト以下です。

エネルギー-深度-線量プロファイルは、表面線量から始まり、ある深さ d _m (通常は 100% 線量として正規化) で最大線量まで上昇し、その後、90% 線量 (d ₉₀ ) および 80% 線量 (d ₈₀ ) の深さをゆっくりと下降し、その後、50% 線量 (d ₅₀ ) の深さまで直線的に比較的急激に減少する曲線です。この曲線の直線部分をゼロに外挿すると、最大電子飛程 R _{p が}定義されます。実際には、制動放射に起因する「制動放射テール」と呼ばれる、弱いが深い線量の長いテールが存在します。浸透深度はビーム形状にも依存し、ビーム幅が狭いほど浸透深度は小さくなる傾向があります。水中では、皮膚の均一な表面汚染の場合のように、幅の広い電子ビームの場合、d ₈₀は約 E/3  cm、R _{p は}約 E/2  cm になります。ここで、E は MeV 単位のベータ粒子エネルギーです。^{[ 24 ]}

低エネルギーベータ線の水（および軟組織）への浸透深さは約 2  mm/MeV です。2.3  MeV のベータ線の場合、水中での最大深度は 11  mm、1.1  MeV の場合は 4.6  mm です。エネルギーが最大となる深度は、これよりもかなり浅くなります。^{[ 25 ]}

いくつかの同位体のエネルギーと浸透深さは次のとおりです。^{[ 26 ]}

広いビームの場合、線量範囲の深さエネルギー関係は、エネルギーがメガ電子ボルト、深さがミリメートルの場合、次のようになります。表面線量と浸透深さのビームエネルギーへの依存性がはっきりとわかります。^{[ 24 ]}

透視検査は、繰り返し行ったり、長時間行ったりすると火傷を引き起こす可能性があります。^{[ 10 ]}

同様に、X線コンピュータ断層撮影や従来の投影式X線撮影も、照射条件や照射時間が操作者によって適切に制御されない場合、放射線熱傷を引き起こす可能性がある。

放射線誘発性皮膚損傷の研究^{[ 27 ] [ 28 ]}は、1994年の結果に基づいて食品医薬品局（FDA）によって実施され^{[ 29 ]} 、その後、透視検査による損傷を最小限に抑えるための勧告が出された^{[ 30 ]} 。透視検査による放射線損傷の問題は、2000年^{[ 31 ] 、2001年[ 32 ] [ 33} ] 、2009年^{[ 34 ]}、2010年^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]のレビュー記事でさらに調査されている。}

ベータ熱傷は、核爆発や原子力事故後の放射性降下物への被曝によって引き起こされることが多い。爆発直後、核分裂生成物は非常に高いベータ放射能を示し、ガンマ光子1個あたり約2個のベータ線が放出される。

トリニティ実験後、放射性降下物は風下地域の牛の背中に局所的な火傷を引き起こした。 ^{[ 38 ]}放射性降下物は、小さな薄片状の塵粒子のように見えた。牛は一時的な火傷、出血、脱毛を示した。犬も影響を受け、背中の局所的な火傷に加えて、足にも火傷を負った。これはおそらく、蹄のある動物は足に問題が見られなかったことから、指の間に粒子が挟まったためと考えられる。約350～600頭の牛が表面的な火傷と局所的な一時的な背毛の脱毛の影響を受け、軍は後に最も影響を受けた75頭の牛を買い取った。これは、変色した再生毛によって市場価値が下がったためである。^{[ 39 ]}牛はロスアラモスとオークリッジに送られ、そこで観察された。牛は治癒し、今では大きな白い毛の斑点が見られるようになった。中には、やけどをしたように見えるものもいた。^{[ 40 ]}

キャッスル・ブラボー実験で発生した放射性降下物は予想以上に強力だった。科学者たちが「ビキニ・スノー」と名付けた、汚染された砕かれた焼成サンゴからなる白い雪のような粉塵が、ロンゲラップ環礁に約12時間降り注ぎ、最大2cmの層を形成した 。住民は主に首の後ろや足にベータ熱傷を負い^{[ 38 ]}、3日後に再定住した。24～48時間後には皮膚のかゆみと灼熱感があり、1～2日で症状は治まったが、2～3週間後に脱毛と潰瘍が続いた。皮膚には濃い色の斑点や隆起した部分が現れたが、水疱はまれだった。潰瘍は乾燥したかさぶたになり治癒した。より汚染された住民には、痛みがあり、滲出液が出て潰瘍化した深い病変ができたが、大多数は簡単な治療で治癒した。一般的に、ベータ線による火傷は皮膚に多少の瘢痕と色素脱失を残して治癒した。入浴して放射性降下物を皮膚から洗い流した人は皮膚病変を発症しなかった。^{[ 20 ]}漁船大吾福龍丸も放射性降下物の影響を受け、乗組員は1.7～6.0  Gyの皮膚線量を受け、ベータ線による火傷は重度の皮膚病変、紅斑、びらん、時には壊死、皮膚萎縮として現れた。ロンゲリックの28人からなる気象観測所^{[ 41 ]}の23人の米軍レーダー兵が影響を受け、1～4  mmの散在性の皮膚病変がすぐに治癒し、数か月後に爪に隆起が見られた。空母USSバイロコ の16人の乗組員がベータ線による火傷を受け、癌の発生率が上昇した。^{[ 15 ]}

1948年のサンドストーン作戦のゼブラ実験中、キノコ雲の中を飛行するドローンからサンプル収集フィルターを取り外す際に、3人の男性が手にベータ線による火傷を負った。彼らの皮膚表面線量は28～149Gyと推定され、変形した手には皮膚移植が必要だった。4人目の男性は、それ以前のヨーク実験後に軽度の火傷を負った。^{[ 42 ]} 

フレンチマンフラットのアップショット・ノットホール・ハリー実験では大量の放射性降下物が放出された。汚染された地域で放牧された羊が多数死亡した。しかし、 AECは外部ベータ火傷を呈した動物のみ農家に補償するという方針をとっていたため、多くの請求が却下された。ネバダ核実験場で行われた他の実験でも、羊、馬、牛に放射性降下物とそれに伴うベータ火傷が発生した。^{[ 43 ]}アップショット・ノットホール作戦中、実験場から50マイル（80km ）離れた羊の背中と鼻孔にベータ火傷が発生した。^{[ 42 ]} 

ネバダ州での地下核実験中、数名の作業員が火傷や皮膚潰瘍を発症したが、その一部はトリチウムへの被曝によるものと考えられている。^{[ 44 ]}

ベータ線による火傷は、チェルノブイリ原発事故の被災者の一部にとって深刻な医学的問題でした。モスクワで治療を受けた115人の患者のうち、30%が体表面積の10～50%に火傷を負い、11%が皮膚の50～100%に影響を受けました。大量の被ばくは、放射性水で濡れた衣服によって引き起こされることが多かったのです。消防士の中には、大量の放射性煙を吸入した後に肺や鼻咽頭領域にベータ線による火傷を負った人もいました。28人の死亡者のうち、16人が皮膚損傷を死因の一つとして挙げていました。ベータ線活動は極めて高く、ベータ/ガンマ比は10～30に達し、ベータエネルギーは皮膚の基底層を損傷するのに十分な高さで、広範囲にわたる感染の入り口となり、骨髄の損傷や免疫系の弱体化によって悪化しました。一部の患者は400～500 Gyの皮膚線量を受けました 。感染症は急性死亡の半数以上を引き起こしました。数名が6～16  Gyの線量後9～28日の間に第4度ベータ熱傷で死亡した。7名が4～6  Gyの線量と第3度ベータ熱傷で4～6週間後に死亡した。1名はその後、第2度ベータ熱傷と1～4  Gyの線量で死亡した。^{[ 44 ]}生存者の皮膚は萎縮しており、クモ状静脈があり、その下に線維症が見られる。^{[ 15 ]}

火傷は体のさまざまな部位で異なる時期に現れることがあります。チェルノブイリの事故処理作業員の火傷は、最初に手首、顔、首、足に現れ、次に胸と背中、そして膝、腰、臀部に現れました。^{[ 45 ]}

工業用放射線源は、作業員のベータ線熱傷の一般的な原因である。

放射線治療線源は、患者が被曝する際にベータ線による火傷を引き起こす可能性があります。線源は紛失したり、取り扱いを誤ったりすることもあり、ゴイアニア事故では、数人が外部ベータ線による火傷やより深刻なガンマ線による火傷を負い、数人が死亡しました。また、放射線治療中には、機器の故障、操作ミス、線量の誤りなどが原因で、数多くの事故が発生しています。

電子ビーム源や粒子加速器もベータ線による火傷の原因となることがある。^{[ 46 ]}火傷はかなり深く、皮膚移植、組織切除、あるいは指や四肢の切断が必要になる場合もある。^{[ 47 ]}