Rua Cobre, Bairro Cruzeiro Belo Horizonte/MG RESUMO

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1 2005 International Nuclear Atlantic Conference - INAC 2005 Santos, SP, Brazil, August 28 to September 2, 2005 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA NUCLEAR - ABEN ISBN: ANÁLISE METROLÓGICA DE TESTES DE CONSTÂNCIA EM APARELHO DE RAIOS X MÉDICO CONVENCIONAL Frederico L. Alvarenga 1,2, Paulo Márcio C. Oliveira 1,2, Peterson L. Squair 1,2, Carlos M. Soares 1,2, Teógenes A. da Silva 1,2 1 Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN / CNEN - MG) R. Prof. Mário Werneck, snº, Cidade Universitária Pampulha, Caixa Postal Belo Horizonte, MG fla@cdtn.br; pmco@cdtn.br; pls@cdtn.br; soaresc@cdtn.br; silvata@cdtn.br. 2 Universidade FUMEC Rua Cobre, Bairro Cruzeiro Belo Horizonte/MG RESUMO Os testes de constância em radiodiagnóstico devem obedecer a padrões de desempenho e visam verificar a segurança e a qualidade das máquinas de raios X diagnóstico, a fim de proteger o público, pacientes e profissionais ocupacionalmente expostos dos riscos causados pela radiação ionizante. Com o processo de cadastro de profissionais no estado de Minas Gerais, de 1999 até 2004 foram realizados, em média, 110 laudos radiométricos por mês, em aparelhos de raios X convencionais, raios X odontológicos, mamógrafos e outros em Minas Gerais. Pôde-se perceber que muitos testes de constância não contêm os cálculos de incerteza, que devem estar associados a todo processo de medição e, portanto, não apresentam uma análise metrológica devida, deixando de apresentar a qualidade do resultado, o que, em alguns casos, pode impossibilitar um laudo conclusivo. Foram realizados diversos ensaios para a estimativa das componentes de incerteza presentes na realização dos testes de exatidão e reprodutibilidade da tensão do tubo de raios X, repetitividade e linearidade da taxa de kerma no ar e determinação da camada semi-redutora, em um equipamento de raios X médico convencional, uma vez que a não conformidade nestes testes pode levar a uma possível interdição do equipamento emissor de radiação X. O trabalho fornece não só a metodologia, mas também, os valores das incertezas combinada e expandida para cada procedimento de medição, que podem ser adotados como representativos para fins de análise dos laudos radiométricos. 1. INTRODUÇÃO O desenvolvimento e a consolidação da cultura metrológica vem se constituindo em uma estratégia permanente das empresas, uma vez que resulta em ganhos de produtividade, qualidade dos produtos e serviços, redução de custos, eliminação de desperdícios, além de dar respaldo em medições com caráter educativo, punitivo ou preventivo. A construção de um senso de cultura metrológica não é tarefa trivial, requer ações duradouras de longo prazo e não depende apenas de treinamentos especializados, mas de uma ampla difusão dos valores da qualidade em toda a sociedade. Um dos exemplos de medições com caráter preventivo e punitivo são os testes de constância em radiodiagnóstico, que devem obedecer a padrões de desempenho e visam verificar a segurança e a qualidade das máquinas de raios X diagnóstico, a fim de proteger o público, pacientes e profissionais ocupacionalmente expostos dos riscos causados pela radiação ionizante [1,2]. A necessidade da análise metrológica foi um fator fortemente realçado pela oportunidade da realização de medidas experimentais, que foram realizadas no Laboratório de Calibração de Dosímetros do CDTN/CNEN, em um equipamento de raios X médico convencional.

2 2. MATERIAIS Os equipamentos utilizados para a realização dos testes foram: medidor de tensão de pico fabricado pela Radcal Corporation, modelo RAD/FLU 4075 RF [], calibrado pelo Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo; monitor de radiação (Radcal Corporation), modelo 06, calibrado no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares. O equipamento em que foram realizados os testes de constância foi um raio X médico convencional fabricado pela VMI, com gerador de alta freqüência, modelo Pulsar Plus 800. Este equipamento de raios X encontra-se situado no Laboratório de Calibração de Dosímetros do Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear e funciona na faixa de alta tensão que vai de 40 a 125 kv e de corrente que varia de 50 a 800.mA [5]. Para a realização do conjunto de medidas dos testes realizados foram utilizados outros equipamentos tais como trenas, suportes para apoio de filtros, filtros comerciais com grau de pureza de 99,5% de Alumínio, 0,2% de Cobre, 0,1% de Zinco, 0,05% de Manganês e 0,1% de Ferro e Silício (dados fornecidos pelo fabricante). Um micrômetro digital da empresa Mitutoyo foi o aparelho utilizado para as medidas de espessura dos filtros de alumínio. Este micrômetro mede espessuras na faixa de 0 a 25 mm, com resolução de 0,001 mm.. METODOLOGIA E RESULTADOS.1. Exatidão e Repetitividade da Tensão do Tubo de Raios X O medidor de tensão de pico foi posicionado sobre a mesa, utilizada como suporte, alinhado com o tubo de raios X de modo a ficar com sua superfície perpendicular ao feixe de radiação e o centro sensível do detector a 50 centímetros do ponto focal do tubo de raios X. Foram escolhidos seis valores de tensão, três valores de corrente e tempo de exposição, mantendo a carga de trabalho (mas) constante para todas as irradiações. Para cada combinação de tensão e corrente foram realizadas dez exposições. Os cálculos para a medida de exatidão (d%) da tensão foram obtidas de acordo com a equação 1, para cada conjunto de medidas: d kvpnom kvpmed % = 100 (1) kvp nom kvp nom representa o valor nominal da tensão de pico de cada conjunto de medidas; kvp med representa o valor médio das leituras realizadas. Os cálculos para a medida de repetitividade da tensão foram obtidas de acordo com a equação 2, para cada conjunto de medidas: CV s( xi ) = (2) kvp med CV representa o coeficiente de variação (repetitividade) de cada conjunto de medidas; s(x i ) representa o desvio padrão de cada conjunto de medidas.

3 As fontes de incerteza envolvidas na realização deste teste estão indicadas na Tab.1. Nos cálculos das incertezas foram levadas em consideração as piores condições, o que eleva o seu valor no processo, de modo a não subestimá-la. Tabela 1. Fontes de incerteza envolvidas no teste da tensão de pico. Fonte de Incerteza Distribuição da Divisor Tipo de Valor Relativo Probabilidade Incerteza da Incerteza (%) Resolução do Medidor de Tensão Exatidão do Medidor de Tensão Dependência à Filtração Desvio Padrão das Medidas Incerteza Combinada Incerteza Expandida para k=2 Retangular B 0,1 Retangular B 1,2 Retangular B 1,2 10 Normal A 0,1 Suposta Normal 1,6 Suposta Normal, Na determinação da repetitividade da tensão de pico, o maior valor encontrado foi de 0,009, que ficou muito abaixo do exigido, que deve ser menor que 0,1. Na determinação da exatidão, o maior valor encontrado foi de 1,86%, quando o exigido deve estar dentro da faixa de ±10% [1]. Ambos testes (repetitividade e exatidão) obtiveram valor de incerteza de,% para um fator de abrangência k = 2 [6], esse valor refere-se aos casos mais críticos dentre as medidas realizadas. Verificou-se neste teste que a exatidão do medidor de tensão e a dependência à filtração são as principais fontes de incerteza envolvidas no processo de medição. Com isto, uma das formas de se reduzir a incerteza de medição da tensão de pico é um estudo mais aprofundado com relação dependência do medidor de tensão à filtração do equipamento de raios X, uma vez que o valor de incerteza utilizado nos cálculos foi o valor máximo informado pelo fabricante deste medidor..2. Repetitividade e Linearidade da Taxa de Kerma no Ar O monitor de radiação foi posicionado sobre a mesa, utilizada como suporte, alinhado com o tubo de raios X de modo a ficar com sua superfície perpendicular ao feixe de radiação e o centro sensível da câmara de ionização posicionado a 1 metro do ponto focal. Foram escolhidos quatro valores de carga de trabalho variando a corrente e mantendo constante o tempo de exposição para todas as irradiações. O valor de tensão foi ajustado em 80 kv e foi mantido fixo para todas séries de medidas. Para cada combinação de corrente e tempo de exposição foram realizadas dez exposições. Os cálculos para a medida de repetitividade (CV) da taxa de kerma no ar foram obtidas de acordo com a equação, para cada conjunto de medidas: s( xi ) = 100 L CV () médio CV representa o coeficiente de variação (repetitividade) de cada conjunto de medidas; s(x i ) representa o desvio padrão de cada conjunto de medidas; L médio representa o valor médio das leituras.

4 Os cálculos para a medida de linearidade da taxa de kerma no ar foram obtidas calculado-se o valor médio (L médio ) das leituras para cada conjunto de corrente e tempo de exposição. Cada valor médio encontrado foi divido pela carga, e o resultado obtido foi chamado de R linear, de acordo com a seguinte equação: R linear Lmédio ma s = (4) Foram selecionados o maior e o menor valor de R linear encontrados para obter a linearidade da taxa de kerma no ar (L%), de acordo com a seguinte equação: L% ( R1 R 2) 100 ( R + R ) = (5) 1 2 R 1 representa o maior valor de R linear obtido; R 2 representa o menor valor de R linear obtido. Na determinação da repetitividade da taxa de kerma no ar, o maior valor encontrado foi de 0,24%, valor que deve ser menor que 10%. Na determinação da linearidade da taxa de kerma no ar, o valor encontrado foi de 0,08%, sendo o limite definido em 20%.[1]. As fontes de incerteza envolvidas na realização deste teste estão indicadas na Tab.. No cálculo das incertezas foram levadas em consideração as piores condições verificada nas medições, o que eleva o seu valor no processo, de modo a não subestimá-la. Tabela. Fontes de incerteza da medida de taxa de kerma no ar. Fonte de Incerteza Resolução do Termômetro Calibração do Termômetro * Resolução do Transdutor de Pressão** Calibração do Transdutor de Pressão Resolução do Medidor de Radiação Calibração do Medidor de Radiação Dependência Energética do Medidor de Radiação Desvio Padrão das Leituras Incerteza Combinada Incerteza Expandida para k = 2 Distribuição da Tipo de Valor Relativo Divisor Probabilidade Incerteza da Incerteza (%) Retangular B 0,02 Retangular B 0,10 Retangular B 0,00 Retangular 2,52 B 0,16 Retangular B 0,05 Retangular 2 B 1,75 Retangular Normal 10 A 0,08 Suposta Normal,8 Suposta Normal 6,76 * O termômetro utilizado nas medições foi intercomparado com outros termômetros e estimou-se uma incerteza a partir dos dados obtidos. ** A incerteza relativa à resolução do transdutor de pressão, foi muito baixa, portanto, quando foi feito seu arredondamento para duas casas decimais, o valor foi desprezível. Esta fonte de incerteza foi indicada, pois dependendo do medidor de pressão a ser utilizado, ela pode influenciar de forma significativa no resultado final. Ambos testes (repetitividade e linearidade) obtiveram um valor incerteza de 6,76% para um fator de abrangência k = 2 [6]. Esse valor de incerteza refere-se aos casos mais críticos dentre as medidas realizadas. Verifica-se neste teste que a calibração e a dependência energética do medidor de radiação são as fontes de incerteza mais relevantes nas medidas. As demais fontes de incerteza apresentaram valores praticamente desprezíveis no processo de medição. A 2,89

5 .. Camada semi-redutora (CSR) O monitor de radiação foi posicionado sobre a mesa, utilizada como suporte, alinhado com o tubo de raios X, de modo a ficar com sua superfície perpendicular ao feixe de radiação e centro sensível da câmara de ionização a 1 metro do ponto focal. Foi escolhido uma corrente no valor fixo de 200 ma e o tempo de exposição fixo de 200 ms de forma a tornar a carga de trabalho pouco desgastante para o equipamento de raios X durante a realização do teste. A tensão foi ajustada em 80 kv [1]. Foram realizadas dez medidas para cada filtração adicional de alumínio. As componentes de incerteza levadas em consideração na realização do teste de camada semi-redutora estão apresentadas na Tab.4. Tabela 4. Fontes de incerteza relativas ao teste de determinação da CSR. Distribuição da Tipo de Valor Relativo Fonte de Incerteza Divisor Probabilidade Incerteza da Incerteza (%) Resolução do Termômetro** Retangular B 0,00 Calibração do Termômetro * Retangular B 0,17 Resolução do Transdutor de Pressão** Retangular B 0,00 Calibração do Transdutor de Pressão Retangular 2,52 B 0,16 Resolução do Medidor de Radiação Retangular B 0,05 Desvio Padrão da Medida da Espessura dos Filtros 8 Normal A 0,17 Dependência Energética do Medidor de Radiação Retangular B 2,89 Resolução do Micrômetro Utilizado para Medir a Espessura dos Filtros Desvio Padrão das Leituras Incerteza Combinada Retangular B 0,26 10 Normal A 0,07 Suposta Normal 2,91 Incerteza Expandida para k = 2 Suposta Normal 5,8 * O termômetro utilizado nas medições foi intercomparado com outros termômetros e estimou-se uma incerteza a partir dos dados obtidos. ** As incertezas relativas à resolução do transdutor de pressão e do termômetro, foram muito baixas, portanto, quando foram feitos seus arredondamentos para duas casas decimais, os valores foram insignificantes. Estas fontes de incerteza foram indicadas, pois dependendo dos equipamentos utilizados, elas podem influenciar de forma significativa no resultado final. O valor encontrado para a camada semi-redutora foi de 2,48 mm de alumínio com a incerteza de 5,8% para um fator de abrangência k = 2 [6]. Verifica-se neste teste que a dependência energética do medidor de radiação é a fonte de incerteza mais significativa nas medidas. As demais fontes de incerteza apresentaram valores que não influenciaram a incerteza neste processo de medição. O valor da CSR ficou abaixo do exigido (2,60 mmal) [1], porém a incerteza associada à medida informa que este valor pode variar de 2,4 até 2,62.mmAl.

6 Pode-se notar que o valor da CSR encontra-se fora do limite de tolerância especificado, porém a incerteza associada à medida permite concluir que este valor pode se encontrar na faixa acima do limite mínimo especificado, porém para que o equipamento seja aprovado em um teste é preciso que o valor obtido através das medições e toda a sua faixa de incerteza estejam dentro do limite estabelecido por normas. 4. CONCLUSÕES Dentre as várias fontes de incerteza encontradas nos processos de medição, a maioria não contribui de forma efetiva para a incerteza expandida. Porém, fontes de incerteza significativas, como dependência energética do monitor de radiação, devem ser estudadas de modo a melhor defini-las. Estas contribuições podem ser reduzidas a valores que não comprometam os resultados das medições. Os conceitos de metrologia bem implantados no sistema de medição proporcionam aos testes de constância melhor nível de qualidade dos resultados, além de indicar com precisão os pontos a serem melhorados neste sistema. AGRADECIMENTOS O autor Paulo Márcio C. de Oliveira agradece ao CNPq pelo incentivo com a Bolsa de Apoio Técnico relativa ao projeto número 60899/ REFERÊNCIAS 1- Resolução - RE nº 64 Agência Nacional de Vigilância Sanitária, Ministério da Saúde. Guia de Procedimentos para Segurança e Qualidade de Imagem em Radiodiagnóstico Médico. Diário Oficial da União, Brasília, 04 de abril de ANVISA. Portaria 45 do Ministério da Saúde: Diretrizes de Proteção Radiológica em Radiodiagnóstico Médico e Odontológico. Diário Oficial da União de 02 de junho de RADCAL CORPORATION. Manual for kvp meter. Monrovia, RADCAL CORPORATION. Instruction manual model 06 dosimeter ratemeter timer. Monrovia, VMI INDÚSTRIA E COMÉRCIO LTDA. Aparelho de raios-x pulsar plus: Manual do usuário Guia para a Expressão da Incerteza de Medição. 2 ed. Brasileira do Guide to the expression of uncertainty in measurement. Rio de Janeiro: ABNT, INMETRO, SBM, p.