Detectores de Radiação. Tecnologia em Medicina Nuclear Prof. Leonardo

Transcrição

1 Detectores de Radiação Tecnologia em Medicina Nuclear Prof. Leonardo

2 DETECTOR DE RADIAÇÃO Conceito o Dispositivo que indica a presença da radiação. Constituição o o Material sensível à radiação; Sistema eletrônico transforma os efeitos da radiação sobre o material sensível do detector em um sinal.

3 IMPORTÂNCIA DOS DETECTORES DE RADIAÇÃO EM MEDICINA NUCLEAR Calibração da dose do radiofármaco a ser injetada no paciente; Geração de imagens; Dosimetria pessoal; Monitorização do ambiente. TIPOS DE DETECTORES DE RADIAÇÃO DE MAIOR INTERESSE EM MEDICINA NUCLEAR Detectores à Gás; Detectores à Cintilação ou Cintiladores.

4 DETECTORES À GÁS

5 DETECTORES À GÁS Material sensível à radiação GÁS. Gases mais utilizados hélio ou argônio. o Gases nobres estáveis não se ionizam facilmente, a menos que algo provoque essa ionização, como a radiação. Interação da radiação com o gás ionização. o São formados pares elétron - íon positivo. Aplicação de um campo elétrico: o Íons positivos catodo; o Elétrons anodo (corrente elétrica). Sistema eletrônico: o Transforma a corrente elétrica em um sinal relacionado com a intensidade e a energia da radiação incidente.

6 DETECTORES À GÁS Regiões de operação para detectores à gás

7 DETECTORES À GÁS Regiões de operação para detectores à gás REGIÃO DE SATURAÇÃO IÔNICA o Campo elétrico aplicado é suficiente para promover a migração de todos os elétrons e íons positivos, gerados pela radiação, para os eletrodos (anodo e catodo). o Sinal gerado é proporcional a intensidade/energia da radiação incidente, permanecendo o mesmo para um intervalo de variação do campo elétrico. o Um detector à gás que opera nessa região de tensão é chamado de câmara de ionização.

8 DETECTORES À GÁS Regiões de operação para detectores à gás REGIÃO DE SATURAÇÃO IÔNICA o Câmara de ionização de importância em medicina nuclear: Calibrador de Dose ou Curiômetro (câmara de ionização tipo poço)

9 DETECTORES À GÁS Regiões de operação para detectores à gás REGIÃO DE SATURAÇÃO IÔNICA o Câmara de ionização de importância em medicina nuclear: Calibrador de Dose ou Curiômetro (câmara de ionização tipo poço) Montado de forma que a fonte radioativa a ser medida possa ser introduzida no poço, criando uma condição de praticamente 100% de eficiência. Muito utilizado na medição da atividade das fontes radioativas e no ajuste das doses dos radiofármacos a serem administradas aos pacientes.

10 DETECTORES À GÁS Regiões de operação para detectores à gás REGIÃO GEIGER-MÜLLER o Campo elétrico aplicado é muito elevado: Ionizações 2ª, 3ª, etc multiplicação; Carga espacial criada pelos íons positivos é tão grande que perturba o campo elétrico, interrompendo o processo de multiplicação; Número de pares elétron - íon positivo criados passa a ser sempre da mesma ordem, independente do número de pares iniciais. o Sinal gerado é independente da intensidade/energia da radiação incidente. o Um detector à gás que opera nessa região de tensão é chamado de detector geiger-müller.

11 DETECTORES À GÁS Regiões de operação para detectores à gás REGIÃO GEIGER-MÜLLER o Detector geiger-müller de importância em medicina nuclear: Detector de superfície tipo geiger-müller Muito utilizado no monitoramento de superfícies, como bancada, chão e superfície corporal.

12 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES Material sensível à radiação CRISTAL (sólido). Cristais mais utilizados: o iodeto de sódio ativado com tálio - NaI(Tl); o iodeto de césio ativado com tálio ou com sódio - CsI(Tl) ou CsI(Na); o sulfeto de zinco ativado com prata - ZnS(Ag). Princípio base: fótons gama fótons de luz

13 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES Bandas de energia em um cristal ativado Elétrons nunca são encontrados. Quando substâncias ativadoras são introduzidas no cristal, ainda que em quantidades muito pequenas, são criados sítios especiais na rede cristalina, dentro da Banda Proibida. Ocupada por elétrons que têm energia suficiente para migrar livremente através do cristal. Ocupada por elétrons que estão ligados aos sítios da rede cristalina.

14 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES O fóton gama transfere sua energia para o cristal, promovendo a ionização de seus átomos. Os elétrons removidos dos átomos do cristal distribuem suas energias excitando os elétrons que não foram removidos. Ao retornar para seus estados originais, os elétrons excitados liberam a energia excedente na forma de fótons de luz, que se propagam pela estrutura cristalina. A produção dos fótons de luz é proporcional à intensidade/energia da radiação incidente.

15 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES Válvula Fotomultiplicadora Transforma os sinais luminosos produzidos pela radiação, usualmente muito fracos, em sinais elétricos com intensidade conveniente para serem processados.

16 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES Válvula Fotomultiplicadora o Fotocatodo transforma os fótons de luz, originados pela interação da radiação com o cristal, em elétrons. São produzidos apenas algumas centenas de fótons de luz no cristal. Assim, o número de elétrons removidos do fotocatodo também é muito pequeno. Consequentemente, o sinal gerado é muito pequeno para ser convenientemente processado.

17 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES Válvula Fotomultiplicadora o Conjunto de Dinodos multiplica o número de elétrons originalmente removidos do fotocatodo pelos fótons de luz. O elétron que sai de um dinodo é acelerado (ganha energia). Ao colidir com a superfície do dinodo seguinte, o elétron remove mais elétrons que, por sua vez, são acelerados e colidem com o próximo dinodo, removendo mais elétrons e, assim, sucessivamente. Esse processo é conhecido como fenômeno da multiplicação de elétrons ou emissão secundária, e produz carga suficiente para gerar um pulso de tensão ao ser coletada no anodo da válvula fotomultiplicadora.

18 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES Detectores à cintilação de importância em medicina nuclear o Gama-Câmara Utilizada para a geração de imagens cintilográficas.

19 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES Detectores à cintilação de importância em medicina nuclear o Câmara PET Utilizada para a geração de imagens PET.

20 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES Detectores à cintilação de importância em medicina nuclear o Cintilômetro Utilizado em atividades de triagem e localização de fontes emissoras de radiação gama.

21 Controle de Qualidade dos Detectores de Radiação Tecnologia em Medicina Nuclear Prof. Leonardo

22 PROGRAMA DE CONTROLE DE QUALIDADE Verificação de aparelhos e monitoração de trabalhadores: o Segurança dos pacientes e qualidade das imagens! CNEN São obrigatórios testes de controle de qualidade da gama-câmara e demais verificações pertinentes para a diminuição de incidências de artefatos de imagem.

23 CALIBRADOR DE DOSE ou CURIÔMETRO Protetor para o poço Blindagem externa Testes a serem realizados: o Precisão e Exatidão; o Linearidade.

24 CALIBRADOR DE DOSE ou CURIÔMETRO Precisão e Exatidão Exatidão X X X o Fontes seladas e certificadas (incerteza ±5%) Bário-133 Césio-137 Cobalto-57 X X X Precisão

25 CALIBRADOR DE DOSE ou CURIÔMETRO Precisão e Exatidão procedimento 1. Selecionar as condições operacionais apropriadas para o radionuclídeo em questão. 2. Colocar a fonte no suporte e introduzir o suporte no instrumento. 3. Aguardar um tempo suficiente para que a leitura se estabilize. 4. Registrar a atividade. 5. Remover o suporte do instrumento. 6. Repetir os passos 2-5 para um total de 10 mensurações sucessivas. 7. Remover o suporte do instrumento e retirar a fonte. 8. Repetir todos os passos para as outras 2 fontes.

26 CALIBRADOR DE DOSE ou CURIÔMETRO Precisão - exemplo A i 133 Ba Desvio 133 Ba A i 137 Cs Desvio 137 Cs A i 57 Co Desvio 57 Co (MBq) (%) (MBq) (%) (MBq) (%) 7,88 0 8,73-0,11 41,03 0,22 7,88 0 8,77 0,34 41,07 0,32 7,88 0 8,73-0,11 41,03 0,22 7,88 7,92 7,88 0 0,51 0 8,73 8,70 8,73-0,11-0,46-0,11 41,11 41,03 41,11 0,42 0,22 0,42 7,88 0 8,73-0,11 40,92-0,05 7,88 0 8,77 0,34 40,03-2,22 7,88 0 8,73-0,11 41,00 0,15 7,88 0 8,77 0,34 41,07 0,32 A média = 7,88 A média = 8,74 A média = 40,94 A média A i ---- X Desvio = X 100 (< 5%)

27 CALIBRADOR DE DOSE ou CURIÔMETRO Exatidão - exemplo A média (MBq) A real (MBq) Desvio (%) 133 Ba 7,88 7,88 0, Cs 8,74 8,70 0,46 57 Co 40,94 40,81 0,32 A real A média ---- X Desvio = X 100 (< 5%)

28 CALIBRADOR DE DOSE ou CURIÔMETRO Linearidade o Acompanhamento do decaimento radioativo de uma amostra de um radionuclídeo de T 1/2 curta com atividade maior ou igual à maior atividade usualmente medida pelo equipamento. o Radionuclídeo mais comumente utilizado 99m Tc.

29 CALIBRADOR DE DOSE ou CURIÔMETRO Linearidade procedimento 1. Selecionar as condições operacionais apropriadas para o radionuclídeo em questão ( 99m Tc). 2. Colocar a fonte no suporte e introduzir o suporte no instrumento. 3. Aguardar um tempo suficiente para que a leitura se estabilize. 4. Registrar a atividade. 5. Remover o suporte do instrumento e retirar a fonte. 6. Repetir os passos 2-5 periodicamente, por um período de tempo várias vezes maior do que a T 1/2 do radionuclídeo, para que a fonte decaia a uma atividade menor ou igual àquela mais baixa usada. Para o 99m Tc medir a atividade da fonte a cada 2 horas durante 4 dias de trabalho.

30 CALIBRADOR DE DOSE ou CURIÔMETRO Linearidade exemplo Limite de variação de cada leitura: 10%

31 GAMA-CÂMARA Console Válvula Fotomultiplicadora Gantry Detectores Colimador Cristal

32 GAMA-CÂMARA Há 2 tipos de testes: o Testes Intrínsecos avaliação do sistema sem o colimador. o Testes Extrínsecos avaliação do sistema com o colimador. Testes a serem realizados: o Testes diários I - Uniformidade de Campo ou Flood II - Fotopico o Testes semanais I - Resolução Espacial II - Linearidade o Teste mensal Centro de Rotação

33 GAMA-CÂMARA Uniformidade de Campo ou Flood o Para gerar um campo de radiação uniforme através do cristal do detector, uma fonte radioativa pontual (pequeno volume) do radionuclídeo escolhido deve ser posicionada à uma distância de aproximadamente 5 vezes o diâmetro ou a diagonal do campo de visão útil do detector. o A imagem da uniformidade de campo obtida deve ser minuciosamente inspecionada. o Geralmente é feito de forma intrínseca (sem o colimador).

34 GAMA-CÂMARA Uniformidade de Campo ou Flood exemplo Imagem com aparência uniforme Gama-Câmara bem ajustada quanto à uniformidade de campo! Imagem com várias áreas frias Descalibração ou mesmo falência de todas as válvulas fotomultiplicadoras!

35 GAMA-CÂMARA Fotopico o É um espectro de energia corresponde à energia principal do fóton gama de um determinado radionuclídeo. o Tem o objetivo de verificar se o sistema de aquisição reconhece a energia da radiação do radionuclídeo em questão. o Para isso, é utilizada uma fonte pontual, contendo apenas o radionuclídeo em questão, e é verificado se o histograma criado corresponde ao esperado. o Geralmente é feito de forma intrínseca (sem o colimador).

36 GAMA-CÂMARA Fotopico exemplo = LMMA (Largura Máxima a Meia Altura) 99m Tc = 14 kev Resolução = 14 kev x 100 = 10% 140 kev Resolução habilidade do sistema em distinguir radiações gama com energias muito próximas umas das outras.

37 GAMA-CÂMARA Resolução Espacial o É a distância mínima entre 2 pequenas fontes pontuais para que as mesmas sejam distinguidas na imagem obtida. o Uma gama-câmara com uma resolução espacial adequada é capaz de gerar imagens mais refinadas, possibilitando a detecção de pequenas lesões. Linearidade o É a habilidade da gama-câmara de gerar uma imagem linear de uma fonte linear. o Uma gama-câmara com uma linearidade adequada é capaz de gerar imagens menos distorcidas.

38 GAMA-CÂMARA Resolução Espacial e Linearidade exemplo No exemplo acima, foi utilizado um fantoma de barras. A gama-câmara conseguiu distinguir até as barras de 2,5 mm, o que significa uma ótima resolução espacial. Pode-se notar também uma boa linearidade.

39 GAMA-CÂMARA Centro de Rotação o A acurácia das imagens depende do desempenho do detector e da precisão com que ele gira ao redor do paciente. o O desvio no centro de rotação pode ocorrer quando os septos do colimador não estão paralelos entre si ou quando a gravidade influi em determinadas posições do detector, produzindo falta de paralelismo entre o detector e a mesa. o Como resultado da falha no centro de rotação, pode haver problemas na reconstrução da imagem, como falsas regiões de hipocaptação.

40 GAMA-CÂMARA Centro de Rotação exemplo Fonte de 99m Tc Deve-se verificar alguma vibração dos detectores quando os mesmos deveriam estar parados.