CALIBRAÇÃO DE INSTRUMENTOS MEDIDORES DE RADIAÇÃO

Transcrição

1 Universidade Federal de Sergipe CCET Departamento de Física Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares Semana de Mini-Cursos em Física Médica 2010 De 01 a 04 de março de 2010 CALIBRAÇÃO DE INSTRUMENTOS MEDIDORES DE RADIAÇÃO Maria da Penha Albuquerque Potiens mppalbu@ipen.br

2 Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares Parte 1 : Introdução Recomendações Internacionais Recomendações Nacionais

3 Parte 2 : Procedimentos de Calibração

4 INTRODUÇÃO 1 DESCOBERTA DOS RAIOS-X E DA RADIOATIVIDADE : BENEFÍCIOS DANOS BIOLÓGICOS 1 SISTEMAS INADEQUADOS DE CALIBRAÇÃO ERROS NA ESTIMATIVA DE DOSES

5 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.

6 RADIOTERAPIA Dosimetria do paciente RADIODIAGNÓSTICO Dosimetria do feixe RADIOPROTEÇÃO MEDICINA NUCLEAR Dose Terapêutica APLICAÇÕES INDUSTRIAIS OUTRAS - Pesquisas

7 Grandezas e Unidades -Básicas- Kerma de tr : 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).

8 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).

9 Dose Absorvida. D de dm 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

10 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 Kerma = facilmente medido (em condições de equil. Eletrônico) Kerma = grandeza primária dosimétrica no intervalo de radiodiagnóstico e de radioproteção Laboratórios Nacionais

11 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

12 Recomendações Internacionais Radioproteção NCRP 112: Calibration of Survey Instruments used in Radiation Protection for the Assessment of Ionizing Radiation Fields and Radioactive Surface Contamination IAEA-SRS 16: Calibration of Radiation Protection Monitoring Instruments. 2000

13 Radioterapia IAEA TRS 374: Calibration of Dosimeters used in Radiotherapy 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 IAEA TRS 469: Calibration of Reference Dosimeters for External Beam Radiotherapy. 2009

14 Radiodiagnóstico IEC 61267: Radiation conditions for use in the determination of characteristics for medical diagnostic X-ray equipment. 1994, Ver IAEA TRS 457: Dosimetry in diagnostic radiology - An international code of practice.2007

15 Recomendações Nacionais CRIOLAB06.DOC : Requisitos Para Operação De Laboratórios de Calibração De Instrumentos De Medição Para Radiação Ionizante Usados em Radioproteção. Revisão Nova revisão em 2009 (não publicada) ABNT NBR ISO/IEC : Requisitos gerais para a competência de laboratórios de ensaio e calibração. Revisão 2005.

16 Periodicidade 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.

17 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).

18 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.

19 CLASSIFICAÇÃO DE LABORATÓRIOS DE CALIBRAÇÃO BIPM (França) : Convenção do Metro (países membros) - unificação mundial de medidas físicas PSDL : Primary Standard Dosimetry Laboratory - 20 países Mantem padrões primários Sistema Internacional de Medidas SSDL : Secondary Standard Dosimetry Laboratory IAEA/WHO Network : link entre os SSDL s e o Sistema Internacional de Medidas 55 países - 66 laboratórios 7 laboratórios nacionais (Brasil)

20 CADEIA METROLÓGICA INTERNACIONAL BIPM PSDL IAEA -SSDL SSDL USUÁRIO

21 CADEIA METROLÓGICA NACIONAL LNMRI - SSDL IPEN-SSDL CDTN UFPe UERJ MRA Eletronuclear USUÁRIO

22 CLASSIFICAÇÃO DA INSTRUMENTAÇÃO DE REFERÊNCIA 1 Padrão : Definir, representar fisicamente, conservar ou reproduzir a unidade para transferência 1 Padrão primário : Mais alta qualidade metrológica 1 Padrão secundário : Calibrado por meio de um padrão primário 1 Padrão terciário : Calibrado por meio de um padrão secundário 1 Instrumento de referência : Desempenho e estabilidade altos Calibração de outros instrumentos

23 Calibração de Medidores de Radiação: FUNDAMENTOS DA CALIBRAÇÃO 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

24 Testes em medidores de radiação : Calibração de Instrumentos Medidores de Radiação Medidas confirmatórias do funcionamento de um instrumento Variação da indicação do instrumento condições ambientais e elétricas Cuidados importantes : Calibração antes do uso Inspeções mecânicas e elétricas Controle das condições ambientais Baterias removíveis ou a prova de vazamentos Calibrações regulares

25 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 Choques mecânicos Outros Efeito de radiações não ionizantes

26 2. Testes de aceitação : Antes do primeiro uso confirma as especificações do fabricante 3. Calibrações especiais : Testes adicionais ao type test Para condições especiais de uso do instrumento (ex. altas temperaturas)

27 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

28 1 Recalibração : Periódica regular Após conserto Pedido do usuário INTERCOMPARAÇÃO : Instrumentos de mesma classificação Comparação de comportamentos -

29 Condições de referência Grandeza de Influência Condições de referência Condições aceitáveis Radiação de fótons 137 Cs 137 Cs Radiação de Neutrons 241 Am/Be 241 Am/Be Radiação Beta 90 Sr/ 90 Y 90 Sr/ 90 Y Parâmetros radiológicos Contaminação de superfície Alfa e Beta Simuladores (dosímetros pessoais) 214 Am e 204 Tl 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) 214 Am e 204 Tl Simulador de água ISO Simulador de água ISO Simulador de PMMA ISO Ângulo de incidência da radiação 0 (informações do fabricante) Contaminação radioativa desprezível desprezível Radiação de fundo < 0,1 µsv/h < 0,25 µsv/h

30 Condições de referência Grandeza de Influência Condições de referência Condições aceitáveis Outros Parâmetros Temperatura 20 C 20 C Umidade relativa 65 % 65 % Pressão atmosférica 101,3 kpa 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 Indução magnética de origem externa Desprezível Desprezível Desprezível desprezível Ferramentas de controle Operação normal Operação normal

31 OBJETIVOS DA CALIBRAÇÃO Garantir funcionamento devido adequado para o uso pretendido Sob condições padrões controladas- a indicação de um instrumento em função de um valor verdadeiro - intervalo de medida Ajustar o instrumento se possível.. melhorar a precisão nas medidas

32 TÉCNICAS DE CALIBRAÇÃO 1 Uso 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

33 Padrão de Referência

34 Instrumentos de Campo

35 Instrumentos de Campo

36 Parte 2 : Procedimentos de Calibração

37 RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA Equipamentos de raios X Dois Geradores : Energias Baixas (10 a 60 kv) Energias Médias ( 50 a 300 kv)

38 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.

39 1 Radiação 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

40 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 b c a. Sem filtração b. Com filtração inerente c. Com filtração total

41 Proteção Radiológica : Qualidades recomendadas pela norma ISO

42 Radiodiagnóstico convencional feixes não atenuados IEC Qualidade da radiação Tensão aplicada ao tubo (kv) Primeira Camada semiredutora (mmal) Coeficiente de homogeneidade RQR 2 RQR 3 RQR 4 RQR 5 RQR 6 RQR 7 RQR 8 RQR 9 RQR ,42 1,78 2,10 2,46 2,81 3,20 3,59 4,37 5,62 0,81 0,76 0,73 0,70 0,67 0,65 0,64 0,63 0,63

43 Radioterapia baixas energias TRS 374 Filtração inerente típica = 1 mm Be Calibração de Instrumentos Medidores de Radiação Tensão aplicada ao tubo (kv) 8, , Filtração adicional (mmal) - 0,025 0,05 0,11 0,20 0,30 0,45 0,47 0,56 0,74 1,01 Primeira Camada semi-redutora (mmal) 0,024 0,036 0,05 0,07 0,10 0,15 0,25 0,35 0,50 0,70 1,00

44 Radioterapia energias médias TRS 374 Calibração de Instrumentos Medidores de Radiação Tensão aplicada ao tubo (kv) Filtração adicional mmsn mmcu mmal Primeira Camada semiredutora mmal mmcu ,47 0,56 0,74 1,01 0,35 0,50 0,70 1, ,10 0,27 0,7 1,5 3,4 1,0 1,0 1,0 2,0 4,0 5,0 8,8 0,030 0,062 0,15 0,20 0, ,4 0,42 1,20 0,25 1,0 1,0 1,0 12,3 16,1 20,0 1,0 2,0 4,0

45 Energias baixas Energias intermediárias

46

47 1 Procedimento : 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

48 1 Procedimento 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

49 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

50 RADIAÇÃO GAMA MAIS UTILIZADAS = 60 Co e 137 Cs 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.

51

52 1 Procedimento : Método de calibração : campos conhecidos Instrumento de referência : Câmara de ionização + eletrômetro Distâncias distintas todo o intervalo do banco optico Filtros atenuadores variação da taxa de kerma no ar Fatores de correção : fator de calibração, condições ambientais Grandeza de referência = kerma no ar Incertezas na determinação da grandeza de referência

53 1 Procedimento 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 Incerteza na calibração Preparação do certificado de calibração

54 1Nível Radioterapia Unidades de teleterapia 60 Co e 137 Cs Taxa de exposição = 10 R/min a 1 m Blindagem adequada e colimadores variáveis

55

56 1 Procedimento : Método de calibração : substituição Instrumento de referência : Câmara de ionização + eletrômetro Distâncias 100 cm Medidas em simulador de água Fatores de correção : fator de calibração, condições ambientais Grandeza de referência = dose absorvida na água Incertezas na determinação da grandeza de referência

57 1 Procedimento 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 Incerteza na calibração Preparação do certificado de calibração

58 RADIAÇÃO BETA 1 Dificuldades 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

59 1Instrumento de referência : Câmara de Ionização de Extrapolação 1Dificuldade : pouca penetração e fortemente absorvida pelo ar 1Fontes : 90 Sr+ 90 Y, 204 Tl e 147 Pm

60 Sistema de Irradiação Beta

61 Sistema de Irradiação Beta Calibração de Instrumentos Medidores de Radiação Distância Área uniforme de dose absorvida Filtro Fonte Suporte do filtro Suporte

62 1 Procedimento : Método de calibração : campos conhecidos 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 241 Pm Grandeza de referência = dose absorvida no ar Incertezas na determinação da grandeza de referência

63 1 Procedimento Calibração de Instrumentos Medidores de Radiação Instrumento a ser calibrado : monitor portátil ou fixo (RP) Calibração prévia : radiação gama Diferentes projetos e arranjos Distâncias mesma da calibração da fonte Ajuste : não Fatores de correção : condições ambientais (C.I.) Determinação da resposta Gy/unidade de escala Incerteza na calibração Preparação do certificado de calibração

64 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)

65 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)

66 RADIAÇÃO ALFA Referência : 241 Am ou 239 Pu RADIAÇÃO BETA Referência : 204 Tl, 36 Cl ou 14 C RADIAÇÃO GAMA Referência : 57 Co

67 Contaminação

68 1 Procedimento : Método de calibração : campos conhecidos 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 ) Incertezas na determinação da grandeza de referência

69 1 Procedimento Calibração de Instrumentos Medidores de Radiação Instrumento a ser calibrado : monitor portátil ou fixo (RP) Diferentes áreas das sondas Distâncias 0,5 cm Ajuste : se possível com calibração eletrônica Fatores de correção : condições ambientais (C.I.) Determinação da resposta eficiência da sonda Incerteza na calibração Preparação do certificado de calibração

70 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

71

72

73

74 1 Fontes : Fontes de nêutrons lentos Fontes de nêutrons de radionuclídeos Fontes de nêutrons de acelerador 1 Padrões Primários: Variações de Banhos de Manganês

75 1 Procedimento : Método de calibração : campos conhecidos 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 Incertezas na determinação da grandeza de referência

76 1 Procedimento Calibração de Instrumentos Medidores de Radiação Instrumento a ser calibrado : monitor portátil ou fixo (RP) 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 Incerteza na calibração Preparação do certificado de calibração

77 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

78 ISO GUM Guia Para a Expressão da Incerteza de Medição Terceira Edição Brasileira VIM (3.9) Incertezas associadas à calibração 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.

79 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%

80 Incertezas associadas à calibração 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)

81 Incertezas associadas à calibração 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

82 CERTIFICADO DE CALIBRAÇÃO ISO 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;

83 CERTIFICADO DE CALIBRAÇÃO ISO 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.

84 OBRIGADA!!