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Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares

CALIBRAÇÃO DE INSTRUMENTOS MEDIDORES DE RADIAÇÃO

Maria da Penha Albuquerque Potiens

[email protected]

Semana de Mini-Cursos em Física Médica 2010

De 01 a 04 de março de 2010

Universidade Federal de Sergipe – CCET Departamento de Física

Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares

Parte 1 :

• Introdução

• Recomendações Internacionais

• Recomendações Nacionais

Calibração de Instrumentos Medidores de Radiação

M.P.A.Potiens LCI- Laboratório de Calibração de Instrumentos

Parte 2 :

• Procedimentos de Calibração



1 DESCOBERTA DOS RAIOS-X E DA RADIOATIVIDADE :

BENEFÍCIOS

DANOS BIOLÓGICOS

1SISTEMAS INADEQUADOS DE CALIBRAÇÃO

ERROS NA ESTIMATIVA DE DOSES

INTRODUÇÃO



RADIOTERAPIA: USO MÉDICO DE RADIAÇÃO IONIZANTE

COMO PARTE DO TRATAMENTO DO CÂNCER PARA

CONTROLAR CÉLULAS MALIGNAS.

RADIODIAGNÓSTICO : USO DA RADIAÇÃO X PARA

INVESTIGAR A ESTRUTURA E AS FUNÇÕES DO CORPO

HUMANO

PROTEÇÃO RADIOLÓGICA : USO DOS PRINCÍPIOS DA

OTIMIZAÇÃO, JUSTIFICAÇÃO E LIMITAÇÃO DA DOSE NA

PROTEÇÃO DO TRABALHADOR COM RADIAÇÃO.



RADIODIAGNÓSTICO

RADIOPROTEÇÃO

RADIOTERAPIA

MEDICINA NUCLEAR

Dosimetria do paciente

Dosimetria do feixe

Dose Terapêutica

APLICAÇÕES INDUSTRIAIS

OUTRAS - Pesquisas



Grandezas e Unidades

-Básicas-

Kerma

• dEtr : é a soma das energias cinéticas iniciais de todas as partículas carregadas liberadas por partículas não carregadas num material de massa dm

• A unidade de kerma é J/kg.

• O nome especial para a unidade de kerma é gray (Gy).



Taxa de Kerma

• dK : é o incremento da kerma no intervalo de tempo dt

• A unidade da taxa de kerma é J/(kg.s)

• O nome especial para a unidade de taxa de kerma é gray por segundos

(Gy/s).



Dose Absorvida

dm

dED

.

• dE = energia média depositada pela radiação ionizante num

material de massa dm

• Unidade = J/kg

• Nome especial = gray (Gy), 1Gy = 1J/kg

• A unidade antiga = rad, 1 Gy = 100 rad



D = K em situações de equilíbrio eletrônico

Aplicação da grandeza “dose absorvida”

– inapropriada em situações de falta de equilíbrio eletrônico secundário

– ex. interface ar-PMMA – diferenças significativas entre K e D

(em condições de equil. Eletrônico)

Kerma = facilmente medido

Kerma = grandeza primária dosimétrica no intervalo de radiodiagnóstico e

de radioproteção → Laboratórios Nacionais



Passado = grandeza Exposição

• unidade : C/kg no SI

• Nome especial : Roentgen (R)

• Recomendação internacional : deve ser evitada

• Conversão para kerma no ar (Gy)

0,876 x 10-2 Gy/R

Muitos laboratórios de padronização continuam a calibrar

instrumentos em relação à exposição



• Radioproteção

• NCRP 112: Calibration of Survey Instruments used in

Radiation Protection for the Assessment of Ionizing

Radiation Fields and Radioactive Surface Contamination.

1991

• IAEA-SRS 16: Calibration of Radiation Protection

Monitoring Instruments. 2000

Recomendações Internacionais



• Radioterapia

• IAEA – TRS 374: Calibration of Dosimeters used in

Radiotherapy. 1994

• IAEA – SRS 398: Absorbed Dose determination in

External Beam Radiotherapy : Na International Code of

Practice for Dosimetry based on Standards of Absorbed

Dose to Water. 2000

• IAEA – TRS 469: Calibration of Reference Dosimeters

for External Beam Radiotherapy. 2009



• Radiodiagnóstico

• IEC 61267: Radiation conditions for use in the

determination of characteristics for medical

diagnostic X-ray equipment. 1994, Ver. 2005

• IAEA TRS 457: Dosimetry in diagnostic

radiology - An international code of practice.2007



• CRIOLAB06.DOC : Requisitos Para Operação De

Laboratórios de Calibração De Instrumentos De Medição

Para Radiação Ionizante Usados em Radioproteção.

Revisão 2004. Nova revisão em 2009 (não publicada)

• ABNT NBR ISO/IEC 17025 : Requisitos gerais para a

competência de laboratórios de ensaio e calibração.

Revisão 2005.

Recomendações Nacionais



• Norma CNEN-NE 3.02 : Serviços de Radioproteção - Monitores de contaminação : 01 ano, todos os instrumentos : calibração prévia

• Norma CNEN NN-3.05 : Serviços de Medicina Nuclear – Monitores de área e de contaminação 02 anos, activímetros – não previsto (CQ – seis meses)

• Norma CNEN NE-3.06 : Serviços de Radioterapia - Monitores portáteis : 01 ano, dosímetros clínicos : 02 anos

• Norma CNEN-NE 6.04: Serviços de Radiografia Industrial – 01 ano

• Portaria ANVISA n° 453, de 1° de Julho de 1998 : todos instrumentos - 02 anos.

Periodicidade



VIM – Vocabulário Internacional de Termos Fundamentais e

Gerais de Metrologia

Primeira Edição Brasileira do (VIM 2008)

Portaria INMETRO 319 de 23 de Outubro de 2009

JCGM 200:2008 International vocabulary of metrology — Basic

and general concepts and associated terms

Bureau International des Poids et Mesures (BIPM).



Item 2.30 (antigo 6.11) Calibração

Operação que estabelece:

numa primeira etapa e sob condições especificadas, uma

relação entre os valores e as incertezas de medição fornecidos

por padrões e as indicações correspondentes com as incertezas

associadas;

numa segunda etapa, utiliza esta informação para

estabelecer uma relação visando à obtenção de um resultado de

medição a partir de uma indicação.



CLASSIFICAÇÃO DE LABORATÓRIOS DE CALIBRAÇÃO

BIPM (França) : Convenção do Metro (países membros) -unificação mundial de medidas físicas

PSDL : Primary Standard Dosimetry Laboratory - 20 paísesMantem padrões primáriosSistema Internacional de Medidas

SSDL : Secondary Standard Dosimetry Laboratory

IAEA/WHO Network : link entre os SSDL’s e o Sistema Internacionalde Medidas

55 países - 66 laboratórios – 7 laboratórios nacionais (Brasil)



BIPM PSDL

SSDL

USUÁRIO

IAEA -SSDL

CADEIA METROLÓGICA INTERNACIONAL



LNMRI - SSDL

CDTN UERJ

USUÁRIO

IPEN-SSDL

CADEIA METROLÓGICA NACIONAL

UFPe

MRA Eletronuclear



CLASSIFICAÇÃO DA INSTRUMENTAÇÃO DE REFERÊNCIA

1 Padrão : Definir, representar fisicamente, conservar oureproduzir a unidade para transferência

1 Padrão primário : Mais alta qualidade metrológica

1 Padrão secundário : Calibrado por meio de um padrãoprimário

1

1 Instrumento de referência : Desempenho e estabilidade altos

Calibração de outros instrumentos

Padrão terciário : Calibrado por meio de um padrãosecundário



FUNDAMENTOS DA CALIBRAÇÃO

Calibração de Medidores de Radiação:

Determinação quantitativa - condições controladas -

da resposta de um instrumento medidor de radiação

em função do valor da grandeza de referência

Instrumento Padrão ou de Referência

Pode ou não envolver ajuste

Fator de Calibração ou Coeficiente de Calibração :

Converte o valor indicado no instrumento

para a grandeza num ponto de referência (adimensional)

N = K/M



Calibração antes do uso

Inspeções mecânicas e elétricas

Controle das condições ambientais

Baterias removíveis ou a prova de vazamentos

Calibrações regulares

Cuidados importantes :

Testes em medidores de radiação :

Medidas confirmatórias do funcionamento de um instrumento

Variação da indicação do instrumento – condições ambientais e elétricas



Quatro tipos distintos de testes podem ser realizados em medidores de radiação :

1. Testes de desempenho ou caracterização :

Características de um tipo ou modelo de instrumento

Dependência energética

Dependência angular

Condições ambientais

Linearidade das leituras

Efeito de radiações não ionizantes

Choques mecânicos

Outros



2. Testes de aceitação : Antes do primeiro uso confirma as

especificações do fabricante

3. Calibrações especiais : Testes adicionais ao type testPara condições especiais de uso do instrumento (ex. altas temperaturas)



4. Testes de rotina : Calibração para uso normal do instrumento

Tipo de radiação adequada

Intervalo de energias adequado

Condições ambientais adequadas

Eliminação de fatores de influência indesejáveis(campos magnético, etc)

Orientação adequada



INTERCOMPARAÇÃO : Instrumentos de mesma classificação

Comparação de comportamentos

-

1 Recalibração :

Periódica regular

Após conserto

Pedido do usuário



Condições de referência

Parâmetrosradiológicos

Grandeza de Influência Condições de referência Condições aceitáveis

Radiação de fótons 137Cs 137Cs

Radiação de Neutrons 241Am/Be 241Am/Be

Radiação Beta 90Sr/90Y 90Sr/90Y

Contaminação de superfície

Alfa e Beta

214Am e 204Tl

214Am e 204Tl

Simuladores

(dosímetros pessoais)

30 cm x 30 cm x 15 cm

(corpo inteiro)

Cilindro circular de 73 mm

diâmetro x 30 cm altura

(pulso)

Cilindro circular de 19 mm

diâmetro x 30 cm altura

(anel)

Simulador de água ISO

Simulador de água ISO

Simulador de PMMA ISO

Ângulo de incidência da

radiação

0°

(informações do fabricante)

0° + 5°

Contaminação radioativa desprezível desprezível

Radiação de fundo < 0,1 µSv/h < 0,25 µSv/h



Condições de referência

Outros Parâmetros

Grandeza de Influência Condições de referência Condições aceitáveis

Temperatura 20 ° C 20 ° C

Umidade relativa 65 % 65 %

Pressão atmosférica 101,3 kPa 86-106 kPa

Tempo de estabilização 15 min 15 min

Tensão de operação Tensão de operação nominal Tensão de operação nominal

+ 3%

Frequência Freqüência nominal Freqüência nominal

+ 1%

Campo eletromagnético de

origem externa

Desprezível Desprezível

Indução magnética de origem

externa

Desprezível desprezível

Ferramentas de controle Operação normal Operação normal



OBJETIVOS DA CALIBRAÇÃO

Garantir funcionamento devido – adequado para o uso pretendido

Sob condições padrões controladas- a indicação de um instrumentoem função de um valor verdadeiro - intervalo de medida

..

Ajustar o instrumento – se possível – melhorar a precisão nas medidas



TÉCNICAS DE CALIBRAÇÃO

1Uso de campos de radiação com propriedades bem conhecidas

1 Técnica da substituição – uso ou não de câmara monitora

1 Testes Adicionais :

Sensibilidade

Reprodutibilidade

Fuga de Corrente



Padrão de Referência



Instrumentos de Campo



Parte 2 :

• Procedimentos de Calibração



RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

Equipamentos de raios X

Dois Geradores :

Energias Baixas (10 a 60 kV)

Energias Médias ( 50 a 300 kV)



Espectrometria de Raios X

• Espectro de raios X = distribuição de energia da radiação produzida em um feixe de raios X

• O conhecimento do espectro de raios X é necessário para se entender os vários estágios da produção de uma imagem diagnóstica

• Técnicas para a determinação precisa e direta de espectros de raios X: detectores de Germânio e detectores de estado sólido.



1Radiação X Filtrada

Espectro teórico variação linear com a energia

Prática filtração inerente absorve energia baixa

(Larga distribuição de energia dos fótons e taxas de exposição altas

demais)

Espectro útil filtração espessa (absorção dos fótons de

energias baixas) Taxas de exposição mais baixas


M.P.A.Potiens

• O espectro de raios X é formado de duas partes distintas e superpostas: uma contínua e outra em linhas discretas.

• A parte contínua deve-se aos raios X de "bremsstrahlung" e vai de energias muito baixas até uma energia máxima, numericamente igual à diferença de potencial aplicada ao tubo.

• As linhas discretas são em decorrência dos raios X característicos.

a. Sem filtração

b. Com filtração inerente

c. Com filtração total

a

b

c



Proteção Radiológica : Qualidades recomendadas pela norma ISO 4037-1



Radiodiagnóstico convencional – feixes não atenuados – IEC 61267

Qualidadeda

radiação

Tensão aplicada aotubo

(kV)

PrimeiraCamada semi-

redutora(mmAl)

Coeficientede

homogeneidade

RQR 2RQR 3RQR 4RQR 5RQR 6RQR 7RQR 8RQR 9RQR 10

405060708090

100120150

1,421,782,102,462,813,203,594,375,62

0,810,760,730,700,670,650,640,630,63



Radioterapia – baixas energias – TRS 374

Filtração inerente típica = 1 mm Be

Tensão aplicada ao tubo(kV)

Filtração adicional(mmAl)

Primeira Camada semi-redutora

(mmAl)

8,510

11,51416202434414450

-0,0250,050,110,200,300,450,470,560,741,01

0,0240,0360,050,070,100,150,250,350,500,701,00



Radioterapia – energias médias – TRS 374

Tensão aplicada ao tubo(kV)

Filtração adicional

mmSn mmCu mmAl

Primeira Camada semi-redutora

mmAl mmCu

32394350

----

----

0,470,560,741,01

0,350,500,701,00

----

5075

100105135

-----

---

0,100,27

0,71,53,41,01,0

1,02,04,05,08,8

0,0300,0620,150,200,50

180220280

--

1,4

0,421,200,25

1,01,01,0

12,316,120,0

1,02,04,0



Energias baixas

Energias intermediárias



1Procedimento : Método de calibração : substituição

Instrumento de referência : Câmara de ionização + eletrômetro

Câmara monitora : padrão de trabalho

Distâncias distintas – 50, 100 e 250 cm (tipo de instrumento)

Fatores de correção : fator de calibração, condições ambientais

Grandeza de referência = kerma no ar

Incertezas na determinação da grandeza de referência



1Procedimento

Instrumento a ser calibrado : depende da aplicação – dosímetro clínico

(C.I. + eletrômetro), monitor portátil (RP)

Câmara monitora : padrão de trabalho

Distâncias distintas – 50 (RT), 100 (RD e RT) e 250 (RP) cm

Fatores de correção : condições ambientais (C.I.

Determinação da resposta = coeficiente de calibração ou valores

encontrados

Incerteza na calibração

Preparação do certificado de calibração



CONJUNTO DE FONTES DE ENERGIAS E ATIVIDADES

DIFERENTES

Possibilitam a variação da taxa de leitura

Campo ideal energia discreta taxas bem conhecidas

feixe monoenergético meia-vida longa

Acima de 300 keV fontes de radionuclídeos



RADIAÇÃO GAMA

MAIS UTILIZADAS = 60Co e 137Cs

Nível Radioproteção

Campo de radiação não colimado ou colimado

Impurezas radioativas < 1% da taxa de kerma no ar

Radiação espalhada < 5% da radiação direta

Inverso do quadrado da distância (dentro de 5%)

Distâncias - sistema de referência. Feixes atenuados > 1m.



1Procedimento : Método de calibração : campos conhecidos


Distâncias distintas – todo o intervalo do banco optico

Filtros atenuadores – variação da taxa de kerma no ar


Grandeza de referência = kerma no ar




1Procedimento

Instrumento a ser calibrado : monitor portátil ou fixo (RP)

diferentes projetos e arranjos

Distâncias distintas – adequadas para obter valores de 20 a 80% de cada

escala

Se possível e necessário – ajuste (> 10%- 50% da escala)

Fatores de correção : condições ambientais (C.I.)

Determinação da resposta





1Nível Radioterapia

Unidades de teleterapia 60Co e 137Cs

Taxa de exposição = 10 R/min a 1 m

Blindagem adequada e colimadores variáveis



1Procedimento : Método de calibração : substituição


Distâncias – 100 cm

Medidas em simulador de água


Grandeza de referência = dose absorvida na água




1Procedimento

Instrumento a ser calibrado : dosímetro clínico (C.I. + eletrômetro)

Distâncias 100 cm – no simulador de água (5 cm prof.)

Ajuste – não

Fatores de correção : condições ambientais

Determinação da resposta – coeficiente de calibração





RADIAÇÃO BETA

1Dificuldades em se obter campos de radiação uniformes

1Conceito mais utilizado :

Dose absorvida no ar mais simples de ser medida

Dose absorvida no tecido mais prática

Perigos da radiação para o indivíduo



1Instrumento de referência :

Câmara de Ionização de Extrapolação

1Dificuldade : pouca penetração e fortemente absorvida pelo ar

1Fontes : 90Sr+90Y, 204Tl e 147Pm



Sistema de Irradiação Beta



Sistema de Irradiação Beta

Distância

Área uniforme de

dose absorvida

Filtro

Suporte do filtro

Fonte

Suporte




Instrumento de referência : Fontes de calibração

Distâncias distintas – 30, 50 e 100 cm (cal. da fonte)

Filtros homogeneadores

Fatores de correção : decaimento da fonte, condições ambientais para a

fonte de 241Pm

Grandeza de referência = dose absorvida no ar




1Procedimento


Calibração prévia : radiação gama

Diferentes projetos e arranjos

Distâncias – mesma da calibração da fonte

Ajuste : não


Determinação da resposta – Gy/unidade de escala





MEDIDAS DE CONTAMINAÇÃO

Instrumentos medidores de contaminação – detectar a presença de material radioativo emissor alfa e/ou beta e/ou gama na superfície de equipamentos, roupas e peles do trabalhador

Coeficiente de calibração - razão da taxa de emissão superficial da fonte

de referência pela área da sonda do instrumento (contagens por unidade

de tempo)



Fontes – dois tipos

1 Classe 1 – calibradas em termos de taxa de emissão superficial em

PSDL

1Classe 2 – calibradas em laboratório que possua instrumento com

eficiência determinada – classe 1 (mesma geometria e construção)



RADIAÇÃO ALFA

Referência : 241Am ou 239Pu

RADIAÇÃO BETA

Referência : 204Tl , 36Cl ou 14C

RADIAÇÃO GAMA

Referência : 57Co



Contaminação

http://www.esm-online.de/sm/product/group1/images/fh40g_05_i.jpg




Instrumento de referência : Fontes de calibração

Geometria da fonte : fonte plana não colimada – superfície maior do que

a a área do detector

Distância fixa – 0,5 cm

Fatores de correção : decaimento da fonte

Grandeza de referência = taxa de emissão superficial da fonte (s-1.cm-2)




1Procedimento


Diferentes áreas das sondas

Distâncias – 0,5 cm

Ajuste : se possível – com calibração eletrônica


Determinação da resposta – eficiência da sonda





RADIAÇÃO DE NÊUTRONS

1 Campos em termos de parâmetros físicos

(Fluxo e energia das partículas)

1 Fatores de conversão Dose equivalente

1 Classificação:

Nêutrons lentos :0 a 0,5 eV

Nêutrons intermediários : 0,5 eV a 200 keV

Nêutrons rápidos : 200 keV a 20 MeV

Nêutrons de alta energia : acima de 20 MeV



1 Fontes :

Fontes de nêutrons lentos

Fontes de nêutrons de radionuclídeos

Fontes de nêutrons de acelerador

1 Padrões Primários:

Variações de Banhos de Manganês




1Instrumento de referência : variados – Contador De Pangher e C.I. equivalente ao tecido

Geometria da fonte : centro da sala de irradiação – espalhamento

insignificante – área maior do que o detector

Distância variadas –

Fatores de correção : contribuição do espalhamento, atenuação pelo ar

Grandeza de referência = taxa de fluência da fonte




1Procedimento


Diferentes tamanhos do detector

Distâncias variadas – escalas do instrmento

Ajuste : se possível

Fatores de correção : condições ambientais (C.I.), atenuação do ar

Determinação da resposta





FONTES DE CALIBRAÇÃO

1 Fontes emissoras de radiação gama e nêutrons

Uniformidade de emissão gama ou nêutrons

1 Fontes emissoras de radiação alfa e beta

Uniformidade superficial de emissão alfa e beta



ISO GUM - 2003

Guia Para a Expressão da Incerteza de Medição

Terceira Edição Brasileira

VIM (3.9)

A incerteza de medição compreende, em geral, muitos componentes.

Alguns podem ser estimados com base na distribuição estatística dos

resultados das séries de medições e podem ser caracterizados por

desvios padrão experimentais, Tipo A.

Os outros componentes são avaliados por meio de distribuição de

probabilidades assumidas, baseadas na experiência ou em outras

informações, Tipo B.

Incertezas associadas à calibração




Etapas

•Identificação de todos os componentes da incerteza do tipo

A e do tipo B.

•Soma quadrática das incertezas padrões de cada

componente

•Identificar os graus de liberdade

•Determinar o k com probabilidade de abrangência de 95%




Componentes da incerteza

Sistema de Referência – Medidas de Taxa de Kerma no AR

Tipo B

•Incerteza proveniente do fator de calibração fornecido pelo LNMRI ou

PTB

•Reprodutibilidade do padrão de referência

•Resolução do eletrômetro (R/2)

•Posicionamento da câmara de ionização no feixe

Tipo A

•Repetitividade da câmara de ionização

•Condições ambientais (temperatura e pressão)




Componentes da incerteza

Instrumento em Calibração

Tipo B

•Incerteza proveniente da determinação das taxas de kerma no ar

Reprodutibilidade do padrão de referência

•Resolução do instrumento (R/2)

•Posicionamento do instrumento

Tipo A

•Repetitividade do instrumento

•Condições ambientais (temperatura e pressão), para câmaras não

seladas



CERTIFICADO DE CALIBRAÇÃO – ISO 17025

1. O nome e o endereço do Laboratório de Calibração;

2. Identificação unívoca do certificado de calibração;

3. O nome e o endereço do cliente;

4. Identificação do método utilizado;

5. Descrição, condição e identificação não ambígua, do(s) item(s) calibrado(s);

6. Data(s) da realização da calibração;

7. Resultados da calibração com as unidades de medida e a declaração das

incertezas;



CERTIFICADO DE CALIBRAÇÃO – ISO 17025 – cont.

8. Rastreabilidade;

9. Especificação do ajuste;

10. Linearidade;

11. Condições ambientais;

12. O(s) nome(s), função(ões) e assinatura(s) ou identificação equivalente da(s)

pessoa(s) autorizada(s) para emissão do certificado de calibração;

13. Declaração de que os resultados se referem somente aos itens calibrados.



• OBRIGADA!!

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