Av. Salvador Allende s/n CEP Jacarepaguá, Rio de Janeiro, RJ leonardo@ird.gov.br

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1 COMPORTAMENTO DO DETECTOR GEIGER MÜELLER EM RADIOLOGIA DIAGNÓSTICA Leonardo Luiz Ferreira 1, José Guilherme Pereira Peixoto 2, Daniel da Silva Quaresma 3 1 Instituto de Radioproteção e Dosimetria (IRD / CNEN RJ) Av. Salvador Allende s/n CEP Jacarepaguá, Rio de Janeiro, RJ leonardo@ird.gov.br 2 Instituto de Radioproteção e Dosimetria (IRD / CNEN RJ) Av. Salvador Allende s/n CEP Jacarepaguá, Rio de Janeiro, RJ dansq@ird.gov.br 3 Instituto de Radioproteção e Dosimetria (IRD / CNEN RJ) Av. Salvador Allende s/n CEP Jacarepaguá, Rio de Janeiro, RJ guilherm@ird.gov.br ABSTRACT No presente trabalho de iniciação científica foi feito um ensaio simulando radiologia diagnostica utilizando detectores de radiação com sonda Geiger-Müller (GM). Os detectores foram usados para a análise de blindagens, em ensaios de radiologia diagnóstica, com baixos níveis de radiação, pois possuem alta sensibilidade, para que possam reproduzir o valor verdadeiro convencional (V.V.C.) e as propriedades de detecção confiáveis, tais como repetitividade, reprodutibilidade, estabilidade, exatidão, sensibilidade, linearidade e a faixa de energia. Na radiologia diagnóstica os tempos de exposição são curtos, quando comparados com os tempos de aquisição de leituras dos detectores de radiação que utilizam sonda do tipo GM, que são bem maiores, devido à eletrônica associada e circuito de processamento de sinal da sonda. As irradiações foram feitas no Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações Ionizantes LNMRI/IRD-CNEN com o aparelho de raios x PANTAK HF 160. As conclusões apontaram que tais medições com sondas GM podem levar a uma má avaliação das grandezas aplicadas a radiologia diagnostica, tais como a dose integrada dos trabalhadores ocupacionalmente expostos. Todavia, apesar do detector com sonda GM fornecer uma tabela para a correção do seu tempo morto, a incerteza de medição tende a aumentar, inviabilizando o uso do aparelho. 1. INTRODUÇÃO Com a descoberta dos raios-x por Wilhelm Conrad Röntgen e suas utilidades em 1895 o mundo começou o estudo quantitativo e qualitativo da nova radiação x, no entanto ainda não era possível um estudo preciso o suficiente para obter informações como efeitos biológicos. Pensando nessa questão o estudo de detectores de radiação tem se disseminado visando novas tecnologias, novas formas de detectar a radiação de maneira eficaz. O estudo da dosimetria em radiodiagnóstico só é possível graças ao auxilio de detectores de radiação. No entanto o uso dos diversos tipos de detectores deve ser especificado para cada

2 caso e área de atuação, assim tendo a resposta correta da quantidade de radiação incidente no alvo desejado. Assim o estudo adequado do uso do detector de radiação é de importância fundamental para qualquer que seja o uso da radiação. 2. MATERIAIS, METODOS E RESULTADOS O foco de estudo foi o detector Victoreen 190 com janela para detecção de radiação alfa, beta, gama e raios-x com sonda GM LDNC 726, a tensão aplicada na sonda é de aproximadamente 900V, as irradiações foram feitas no Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações Ionizantes, LNMRI, IRD/CNEN com o aparelho de raios-x PANTAK HF. O ensaio realizado com o detector tem rastreabilidade garantida das qualidades de radiologia diagnostica pelo LNMRI. Os parâmetros para a irradiação foram os seguintes, irradiações com tensão no tubo de 90kV e corrente de 2,5mA até 20mA tubo, filtração adicional de filtro 1-2,5mm e filtro 2 3,0mm de alumínio, além da filtração de berílio já existente no tubo de raios-x, sendo irradiado a um metro de distancia da fonte geradora de raios-x. O Victoreen 190 possui dois modos de tempo de resposta (intervalo desejado para que o detector conte uma interação), podendo ser escolhidos entre os tempos de 3 segundos e 6 segundos, os quais foram analisados. O detector foi irradiado nos intervalo de tempo de 0,1, até 0,9 segundos variando em 0,1 e de 1s até 10 segundos variando em 1 segundo. Sendo coletado três medidas de cada intervalo de tempo citado acima e analisada a média das três medidas. O procedimento foi seguido para todas as qualidades de radiação. Foi usada uma esteira automática para o posicionamento do instrumento em relação ao aparelho de raios-x, a esteira tem sensibilidade 0,1mm, um sistema de deslocamento de 3x10 3 mm e pode ser operada a uma distância de aproximadamente cinco metros, contendo um cabo que conecta diretamente a sua torre de comando não havendo a necessidade de deslocamento por parte do usuário, fazendo com que não se altere o ambiente climático no momento da irradiação ou do processo de irradiação. Figura 1 Figura 2 Figura 1 e 2 Vista lateral e frontal do sistema de calibração do detector A torre da esteira pode ser automatizada ou ligada diretamente a um software com pequenos ajustes da composição do hardware do usuário assim aumentando sua confiabilidade na

3 medida, pois o processo se torna menos sensível a erros humano, como, por exemplo, o erro de paralaxe, chamado também de erro sistemático. Futuramente a esteira, o irradiador Pantak e o programa utilizado para fazer as medições de cargas serão automatizados. Figura 3 Torre e comando da esteira mecânica O dados foram colhidos a uma temperatura média de 22,7273 ºC com o termômetro Chub 1529 E4 da Hart Scientific, pressão de Pa com o barômetro DPI 141 da DRUCK. Figura 4 Termômetro Chub 1529 E4 Figura 5 Barômetro DPI 141 O detector em estudo foi colocado na esteira a sonda foi colocada em um ângulo de 90º em relação ao feixe de radiação, onde está seu volume sensível, no qual se da a interação dos fótons de raios-x. As leituras do detector eram visualizadas através de uma câmera de vídeo. Figura 7 - setup da calibração (vista Lateral) Figura 8 - setup da calibração (vista frontal) O detector foi testado em seus dois modos de leitura: taxa de dose expressa em mr/h e taxa de dose integrada em mr usando a metodologia acima. Figura 9 Irradiador Pantak 160 Figura 10 Sonda GM Figura 11 Victoreen 190

4 A analise dos resultados foram feitas com a interpretação dos gráficos obtidos com a irradiação do detector GM, a figura 12 demonstra que o detector apresentou uma reposta não linear nos intervalos de tempo de 0,1, 0,2 e 0,3 segundos. Após o intervalo de tempo de 1 segundo as medidas se tornam completamente irregulares até o instante de quatro segundos. Podemos verificar no gráfico 13 que a dose variou muito, no entanto nesse mesmo instante não mudou a configuração da qualidade de raios-x, somente a partir do instante quatro segundos até o instante oito segundos o gráfico manteve-se com pequenas variações nesse intervalo, com o tempo de resposta de três segundos para a dose em mr/h. Com o tempo de resposta de seis segundos para a dose o resultado teve pior avaliação, pois em todo tempo de irradiação a resposta do aparelho mantém-se instável não sendo reprodutível o suficiente para um resultado seguro, podendo ser verificada pelo gráfico mostrado na figura 12 e na figura 13. Figura 12 leitura de dose Figura 13 leitura de dose A dose integrada avaliada pelo detector victoreen 190 foi incorreta, pois os gráficos das figuras 14 e 15 deveriam ter o formato quase linear ou simplesmente a dose deveria aumentar em relação ao tempo, já que o integrado é o somatório das doses em um determinado tempo, como mostrado na figura 14. O gráfico 14 tende a aumentar o valor do integrado no intervalo de 1 ate 3 segundos, logo após tendo uma queda considerável no resultado, e seguindo adiante uma variação muito alta na resposta no intervalo de 6 a 10 segundos, diferente do gráfico seguinte como mostra a figura 15 onde o indicador do gráfico tende a diminuir sua contagem de maneira instável e visualmente perceptível e com variações altas entre suas contagens. Figura 14 leitura do integrado Figura 15 leitura do integrado Com a corrente aumentada em 5mA o detector obteve uma melhor reposta, no entanto continuou a variação sendo instável o suficiente durante o tempo irradiado, assim analisado através do gráfico 16, entre o instante de zero a um segundo houve uma grande variação na dose, não mantendo a estabilidade, lembrando que as contagens foram feitas com intervalos

5 de 0,1s, após dois segundos exposto a radiação-x mantém se a estabilidade fornecendo uma pequena variação de resposta em media de 0,2 mr/h com o tempo de resposta de 3 segundos. Com o tempo de resposta alterado para 6 segundos mantendo-se a corrente, a resposta do detector manteve-se instável no tempo de dois a dez segundo. Com essas medidas inicias já podemos notar que os principais tempos que nos interessam, ou seja, o tempo necessário para a realização de um exame de radiodiagnostico é de aproximadamente um segundo ou no máximo 2 segundos de exposição onde o equipamento analisado não mantém a estabilidade necessária para a leitura correta. A diferença da leitura do intervalo de 0,3s a 0,4s e de aproximadamente de 1mR/h como mostra o gráfico da figura 16. No gráfico da figura 17 a leitura mantém se totalmente alterada como mostra a variação do gráfico. Figura 16 leitura da dose Figura 17 leitura da dose com 10mA de corrente A resposta do integrado com a corrente no intervalo de 1 segundo continuou instável, assim mostrado na figura 18, somente a partir do instante 1 segundo a leitura tornou-se estável, no entanto esse tempo não interessa a um exame radiográfico mais uma vez comprovando a pouca eficácia de um detector GM para análise de medições de radiação-x em exames radiográficos. A análise da dose do detector com a corrente aumentada para 10mA e com a tensão de 90kV, mais uma vez a resposta nos primeiros décimos de segundo manteve-se instável como analisado na figura 19, justamente o intervalo de interesse de estudo para os exames radiográficos, no entanto no intervalo de 3s a 10s a leitura do aparelho teve uma boa reprodutibilidade. Figura 18 Leitura do integrado Figura 19 - resposta nos primeiros décimos de segundo manteve-se instável

6 3. DISCUSSÃO E CONCLUSÂO Caso o resultado não passe por um fator de correção adequado ocorrerá uma sub-estimativa da taxa de dose e do integrado analisado pelo detector, no entanto mesmo com o fator de correção a medida deve ser invalidada já que o tempo morto do aparelho não condiz com o tempo de resposta necessário para um ensaio radiográfico, assim visto no manual do aparelho e através dos gráficos apresentados no trabalho e com a leitura do detector nos intervalos de tempo das medições até o primeiro segundo das irradiações. Não se deve usar os detectores com sonda GM em tempo de exposição entre 0,1s a 2s, pois apresentam grande dependência no tempo morto além de apresentarem grande dependência angular (LUIZ KATSUYA ONO 2000). O detector apresenta grande dependência angular como citado em RONALDO 2005, os mesmos detectores necessitam de adesivos mostrando ao usuário o local onde devem ocorrer as interações para que não haja erro do detector. É recomendado não usar esses detectores na radiologia diagnóstica pelo fato do tempo de exposição ser baixo, fazendo com que o detector não carregue em forma de sinal elétrico todas as interações ocorridas nesse processo. 4. AGRADECIMENTOS Devo agradecer a meu colega de faculdade, amigo, professor e co-orientador Daniel Quaresma, a meu orientador José Guilherme que precisou de muita paciência para me mostrar que a leitura ainda é o único caminho de sucesso a ser seguido por um pesquisador. A pessoa que sempre me incentivou com minhas pesquisas e galgar sempre mais um passo na minha vida, Roberta, minha noiva, pois sem ela não estaria se quer me formando, e por ela vejo que devo persistir por um futuro melhor. E agradeço a todos os meu colaboradores do IRD, pois sem vocês não poderia terminar esse trabalho. 5. REFERENCIAS 1. G. F. Knoll, Radiation Detection And Measurement 2 Ed. New York, N.Tsoulfanidis, Measurement And Detection Of Radiation, 1ed. Michigan, McGraw Hill Book Company, volume S. Korff, Electron And Nuclear Counters, W. Price, Nuclear Radiation Detection, F. H. Attix, Radiation Dosimetry, McGraw Hill Book Company 2 Ed. New York, Mota, Helvecio, Influência do tempo de exposição na medida de taxa de dose em levantamento radiométrico em radiodiagnostico, R. Viana, Implantação das grandezas operacionais do ICRU para a radiação de fótons nas usinas nucleares Angra I e II, D. C. Saraiva, H. Hamaguchi, L. K. Ono, Estudo de dois Detectores de Radiação: Geiger-Müller (GM) e o Cintilado de NaI(Tl) 2000.