ESPECTROS E QUALIDADES DE RAIOS-X PARA USO EM RADIODIAGNÓSTICO E CALIBRAÇÃO DE EQUD?AMENTOS

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1 Karla Cristina de Souza S A / ESPECTROS E QUALIDADES DE RAIOS-X PARA USO EM RADIODIAGNÓSTICO E CALIBRAÇÃO DE EQUD?AMENTOS Tese submetida à Universidade Federal do Rio de Janeiro visando a obtenção do grau de Mestre em Ciências em Engenharia Nuclear Universidade Federal do Rio de Janeiro Coordenação dos Programas de Pós-Graduação em Engenharia Programa de Engenharia Nuclear 1996

2 ESPECTROS E QUALIDADES DE RAIOS-X PARA USO EM RADIODIAGNÓSTICO E CALIBRAÇÃO DE EQUIPAMENTOS Karla Cristina de Souza Tese submetida ao corpo docente da Coordenação dos Programas de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências em Engenharia Nuclear. Aprovada por: Ricardo^fadeu Lopes, D. Sc. (Presidente) Carlos Austerlitz Andrade de Lima Campos, Ph.D. Helvécio Corrêa Mota, Ph. D Luiz Tauhata, D. Sc. Rio de Janeiro, RJ - Brasil Dezembro de 1996

3 SOUZA, KARLA CRISTINA Espectros e Qualidades de Raios-X para Uso em Radiodiagnóstico e Calibração de Equipamentos ix, 122p., 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M. Sc, Engenharia Nuclear, 1996) Tese - Universidade Federai do Rio de Janeiro, COPPE 1. Raios-X 2. Espectrometria 3. Metrologia I. COPPE/UFRJ II. Título (série). ii

4 coragem de recomeçar

5 AGRADECIMENTOS Ao professor Ricardo Tadeu, pela orientação acadêmica e peia confiança depositada neste trabalho. Ao pesquisador Carlos Austerlitz, pela excelente orientação, marcada pela competência e constante dedicação. Ao pesquisador Helvécio Mota, chefe do DEFISMI/IRD, que sempre favoreceu nossa estadia neste Departamento, colaborando e incentivando cada passo do trabalho. A amiga Maria do Socorro Nogueira e aos amigos Marcello Gonçalves e Carlos Eduardo Gonzalez Ribeiro pela amizade e companheirismo. A amiga Ana Cristina Murta Dovales, que ajudou na revisão final do texto. Aos amigos Anselmo Puerta, Rogério dos Santos Gomes e Walsan Wagner Pereira, pela amizade e pelo apoio na parte computacional. Ao pesquisador José Ubiratan Delgado pela receptividade e colaboração nos momentos necessários. A Cláudio Domingues e José Aurélio Sartini pela real contribuição na finalização deste trabalho. A Sebastião Saíustiano e demais funcionários do JEN, pela ajuda no fornecimento de nitrogênio líquido. Aos funcionários técnicos e administrativos do DEFISMI, que sempre estiveram prontos a colaborar, especialmente a Marcos Antonio Bezerra, Elizabeth Rodrigues Saíustiano e Sidnei Cabral, pela paciência e disponibilidade. iv

6 RESUMO DA TESE APRESENTADA À COPPE/UFRJ COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS (M. Sc) Espectros e Qualidades de Raios-Xpara uso em Radiodiagnóstico e Calibração de Equipamentos Karía Cristina de Souza Orientadores: Ricardo Tadeu Lopes Carlos Austeríitz Andrade de Lima Campos Programa: Engenharia Nuclear Este trabalho teve como objetivo a padronização das qualidades de radiação dos aparelhos de raios-x diagnóstico do Laboratório de Ensaio da Divisão de Física em Radiodiagnóstico do Instituto de Radioproteção e Dosimetria (IRD) da Comissão Nacional de Energia Nuclear. Espectros de raios-x foram determinados através das distribuições de pulsos medidas diretamente do feixe primário de radiação, utilizando para isto um sistema de medidas constituído de um detetor planar de Ge hiper puro. Um programa de computação foi desenvolvido para converter as distribuições de pulsos em espectros de radiação na faixa de energia compreendida entre 20 e 150 kev. Qualidades de raios-x baseadas naquelas utilizadas pelo laboratório primário "Physikaíish-Technish Bundesantalt", na Alemanha, foram implantadas em três aparelhos de raios-x do Laboratório de Ensaio. Tais qualidades simulam feixes de radiação que incidem e atravessam pacientes submetidos a exames radiológicos convencionais. Além do sistema de medidas espectrometria), um sistema de medidas de referência baseado em uma câmara de ionização calibrada em kerma no ar foi utilizado para a determinação dos parâmetros de influência: quilovoltagem de pico, primeira e segunda camada semi redutora, energia média, energia efetiva e filtração inerente. v

7 A análise dos resultados demonstrou que a implantação destas qualidades de radiação no Laboratório de Ensaio do IRD possibilita uma base metrológica para a calibração de sistemas de medidas de doses e medidores de quilovoítagem, como os usados pelo IRD para avaliar os parâmetros de funcionamento de aparelhos de raios-x em todo o país. Adicionalmente, um catálogo de espectros, resultante deste trabalho, constitui um banco de dados que permite uma série de aplicações, como o cálculo de doses utilizando a técnica de simulação de Monte Carlo. vi

8 ABSTRACT OF THE THESIS PRESENTED TO COPPE/UFRJ IN PARTIAL FULFILLMENT OF THE REQUIREMENTS FOR THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE (M.Sc.) X ray Spectra and Qualities for Use in Diagnostic Radiology and Equipments Calibration Karla Cristina de Souza Thesis Supervisors: D ep artment: Ricardo Tadeu Lopes Carlos Austerlitz Andrade de Lima Campos Nuclear Engineering The goal of this work was the standardization of radiation qualities of diagnostic X ray equipments of the Assay Laboratory of the Institute for Radiation Protection and Dosimetry (IRD) of the National Commission of Nuclear Energy, Brazil. X ray spectra were determined from pulse height distribution measured directly on the primary beam using a high pure planar Ge detector. A program was developed to convert pulse height distribution into radiation spectra in the range from 20 to 150 kev. X ray qualities based on those used by the "Physikalish-Technish Bundesantalt" (PTB) primary laboratory were implanted in three radiological equipments of the Assay Laboratory. These qualities simulate radiation beams on patients submitted to typical radiological examinations. Besides the spectrometric system, a reference measurement system based on an ionization chamber calibrated in air kerma was used to establish parameters such as kilovoltage, first and second half-value layer, mean energy, effective energy and inherent filtration. Our data have shown that the implantation of these radiation qualities in the Assay Laboratory results on a metrological basis for calibration of dose measurement assemblies and kv-meters, like those used by IRD to evaluate the parameters of X ray equipments around the country. A catalogue of spectral data resulting from this work is a data bank that allows various applications like dose calculation using Monte Carlo simulation techniques. vii

9 INDICE Capítulo I - INTRODUÇÃO 1.1 Doses em Radiologia Metrologia em Radiologia Objetivo 4 Capítulo n - FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.1 Produção de Raios-X Sistemas de Retificação Ripple Espectros de Raios-X Deteção da Radiação Grandezas e Unidades 13 A Exposição 13 B Dose Absorvida 14 C Fluência de Partículas 14 D Fluência de Energia 15 E Kerma Câmara de Ionização Detetores Semicondutores Calibração Qualidades de Radiação Espectrometria de raios-x Determinação das Distribuições de Pulsos Determinação dos espectros de Raios-X 22 Capítulo m - METODOLOGIA 3.1 Equipamentos Setup de Calibração Espectrometria dos Aparelhos de Raios-X Qualidades dos Raios-X 33 viii

10 Capítulo IV - RESULTADOS 4.1 Resultados Teóricos Eficiência do Detetor Fração de Escape da Camada k Comprimento Compton Coeficientes de Atenuação Linear do Ar Coeficientes de Absorção de Energia do Ar Coeficientes de Atenuação Linear do Alumínio Resultados Experimentais Vertix-B 41 A Energias Máximas 41 B Qualidades de Radiação 44 C Espectros de Raios-X Polymat A Energias Máximas 49 B Qualidades de Radiação 54 C Espectros de Raios-X Neo-Heliophos 71 A Energias Máximas 71 B Qualidades de Radiação 72 C Espectros de Raios-X 73 Capítulo V - DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 77 Capítulo VI - CONCLUSÕES 82 BIBLIOGRAFIA 83 ANEXO I Interação da radiação com a matéria 87 ANEXO n ESPECTRO.FOR 91 ANEXO Hl Rotinas de programação utilizadas no Sigma Plot ANEXO TV Tabelas de Energias Máximas 100 ANEXO V Tabelas de contagens dos espectros 108 ix

11 Capítulo I INTRODUÇÃO 1.1 Doses em Radiologia Em países desenvolvidos, dentre as fontes de radiações ionizantes produzidas pelo homem, as que mais contribuem para a sua própria exposição, cerca de 90%, são as utilizadas em radiologia diagnostica (Fr92). A exposição médica é também a única categoria na qual é possível grande redução na dose média para a população, o que demonstra a necessidade de um maior investimento em radioproteção nas áreas médicas sujeitas à radiação ionizante. A irradiação (exposição) de pacientes em exames diagnósticos considera em antecipação o benefício direto recebido pelos mesmos. Usualmente, o risco individual é menor quando comparado com o benefício, tornando fácil a justificativa da exposição ou dose recebida pelos pacientes. Os riscos associados com o uso de radiação em diagnósticos estão normalmente limitados aos efeitos estocásticos. A nível individual estes riscos são quase sempre pequenos quando comparados com o benefício do diagnóstico e tratamento (Unscear93). Contudo, do ponto de vista de proteção radiológica, segundo o princípio da otimização, as doses devem ser mantidas tão baixas quanto exequível (ICRP77). Isto significa que exposições acima de uma dose clinicamente aceitável devem ser evitadas. Em radiologia diagnostica a dose recebida pelo paciente deve ser suficiente para se obter, através da imagem radiográfica, as informações necessárias ao diagnóstico. Doses baixas podem porém conduzir a imagens de baixa qualidade (Gr90), inúteis clinicamente 1

12 (Gu88).Dentro de uma faixa estreita de dose, a quantidade de informação é geralmente correlacionada com a dose utilizada. Altas doses, fora desta faixa, não implicam necessariamente em uma melhoria na qualidade da imagem. Um outro fator que influencia fortemente o controle de doses é o econômico. Uma redução de 20% na dose recebida pelos pacientes submetidos a exames radiológicos (através de um programa de controle de qualidade) nos Estados Unidos da América resultou em uma economia de 145 milhões de dólares anuais. Dados baseados em cerca de inspeções feitas pela Divisão de Física em Radiodiagnóstico (DIFIR) do Instituto de Radioproteção e Dosimetria (ERD) da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) em instituições de radiologia na cidade do Rio de Janeiro revelaram que em alguns exames pediátricos, as doses recebidas pelos pacientes chegam a ser 10 vezes superiores àquelas encontradas na Europa (Ve94). Isto implica em riscos adicionais para os pacientes e contraria o princípio ALARA. Estes desvios de doses de um valor ótimo é uma demonstração de desempenho insatisfatório por parte dos estabelecimentos de saúde que fazem uso de raios-x diagnóstico. Adicionalmente, no campo da radiologia odontológica são avaliados cerca de 1000 equipamentos de raios-x dentários por ano pela DIFIR, através do Kit postal. Um levantamento, realizado no Rio de Janeiro entre 1990 e 1992 sobre a distribuição de doses na pele de pacientes em radiologia dentária, indicou a existência de estabelecimentos odontológicos que usam doses de radiação cerca de oito vezes mais altas do que o necessário para a realização de uma radiografia dentária. As altas exposições encontradas são decorrentes do uso incorreto de equipamentos de raios-x, que apresentam parâmetros inadequados para o seu funcionamento, tais como filtração inadequada, falta de alinhamento e centralização do campo de radiação, processamento incorreto de filmes e falta de normas técnicas para a aceitação desses equipamentos. 2

13 1.2 Metrologia em Radiologia O controle das condições técnicas de uso e operação dos equipamentos de raios-x utilizados na radiologia depende das características metrológicas e da calibração da instrumentação que é utilizada para avaliar esses equipamentos. O IRD, da CNEN, tem por objetivo a proteção radiológica e a metrologia das radiações ionizantes. Um dos seus departamentos, o Departamento de Física Médica e Indústria - DEFISMI, tem a finalidade de desenvolver e implementar atividades de controle e otimização da radioproteção nas atividades médicas e ocupacionais sujeitas à radiação ionizante. Para isso, uma de suas atribuições básicas é a atividade de fiscalização da aplicação das normas de radioproteção, quanto aos aspectos de exposições médicas e ocupacionais, em instalações nucleares e radiativas. Para a realização dessa atividade faz-se necessário o uso de equipamentos de monitoração calibrados em um laboratório de padronização. O Instituto Nacional de Metrologia, INMETRO, é o órgão oficial de metrologia no país, possuindo laboratórios padrões para várias grandezas, tais como eletricidade, mecânica, acústica, etc. A área da radiação ionizante, porém, foi delegada ao Departamento de Metrologia do IRD, que em março de 1989 foi reconhecido pelo INMETRO como Laboratório Nacional de Metrologia de Radiação Ionizante (LNMRI). Cabe a esse laboratório a função de desenvolver e manter os padrões específicos da área, além de disseminar unidades de radiação no país. O Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), órgão da CNEN, no estado de São Paulo, possui um laboratório secundário, que realiza intercomparações periódicas com o LNMRI (Pi94). Por razões históricas, esses laboratórios deram ênfase a metrologia em radioterapia e em radioproteção, ficando a parte do radiodiagnóstico num segundo plano (Fr92). Hoje, no Brasil, não existe nenhum laboratório que realize a calibração de instrumentos utilizados em radiologia. 3

14 O Laboratório de Ensaio da DIFIR/ERD possui três aparelhos de raios-x diagnóstico e dois odontológicos, além de uma gama de equipamentos para medida dos parâmetros de funcionamento dos aparelhos de raios-x (kv, corrente, tempo de exposição, dose e taxa de dose. 1.3 Objetivo O presente trabalho tem por objetivo a padronização das qualidades dos aparelhos de raios-x diagnóstico do Laboratório de Ensaio, para fins de testes de calibração de equipamentos que são utilizados para avaliar os parâmetros de flmcionamento de aparelhos de raios-x em todo o país. 4

15 Capítulo II FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.1 Produção de Raios-X Raios-X são produzidos de duas maneiras: por frenamento (bremsstrahlung) ou por ejeção de um elétron orbital de um átomo. Quando um elétron passa próximo a um núcleo, a atração entre o elétron carregado negativamente e o núcleo positivo faz com que o elétron seja desviado de sua trajetória, perdendo parte de sua energia cinética. Esta energia cinética perdida é emitida na forma de raios-x, conhecido como bremsstrahlung ou radiação de frenamento. Raios-X característicos são produzidos quando um elétron incidente colide com um elétron orbital (geralmente da órbita k), fazendo com que este seja ejetado de sua órbita deixando um "buraco". Esta condição instável é imediatamente corrigida com a passagem de um elétron de uma órbita mais externa para este buraco. Esta passagem resulta em uma diminuição da energia potencial do elétron e o excesso de energia é emitido como raios-x, denominados raios-x característicos. O nome característico se deve ao fato dos níveis de energia dos elétrons serem únicos para cada elemento, tornando únicos e característicos a cada elemento os raios-x emitidos por esse processo. Um tubo de raios-x consiste de um ânodo e um cátodo dentro de um recipiente de vidro onde se fez vácuo. O ânodo é um alvo geralmente de tungsténio, giratório ou fixo, e o cátodo é um filamento de tungsténio na forma de espiral. Quando uma corrente passa pelo cátodo este é aquecido e libera elétrons por emissão termoiônica, que ocorre quando elétrons de uma substância tem energia térmica suficiente para superar as forças que os mantêm presos a ela. Estes elétrons são atraídos pelo ânodo, que se encontra positivo em relação ao 5

16 cátodo devido a uma diferença de potencial aplicada entre os eletrodos, e ao se chocarem, pelos processos descritos anteriormente, produzem raios-x e calor. A energia máxima do feixe de raios-x é numericamente igual a quilovoltagem máxima aplicada entre os eletrodos (Jo83). Os elétrons que atingem o alvo no tubo de raios-x e interagem com qualquer elétron orbital ou núcleo do átomo do alvo, transferem suas energias cinéticas para o átomo do alvo, em forma de energia térmica (99%) ou energia eletromagnética (1%). A grande fração de energia transformada em calor ocorre porque, após múltiplas colisões com os elétrons do alvo, é gerada uma cascata de elétrons de baixa energia, que não possuem energia suficiente para prosseguir ionizando os átomos do alvo, mas conseguem excitar os elétron das camadas mais externas, os quais retornam ao seu estado normal de energia emitindo radiação infra-vermelho. A Figura 2.1 mostra a distribuição da intensidade de radiação para um tubo de raios- X diagnóstico comum alvo de tungsténio a 16. Os elétrons, ao serem freiados no processo de interação com o material do alvo do tubo, produzem raios-x em todas as direções abaixo do ponto 0 até o eixo OT. Os fótons que são produzidos fora dessa região são absorvidos pelo alvo. O rendimento máximo está geralmente entre 5 e 10 da linha 00', do lado mais próximo ao cátodo. Naturalmente, se o alvo possuir um ângulo menor, o feixe de radiação será reduzido do lado do ânodo. Na prática, em tubos de raios-x diagnósticos com alvo a 16, é acrescentado um colimador, como se observa na Figura, que reduz o feixe em 12 o de cada lado do eixo 00'. Dessa forma, a intensidade do feixe de raios-x terá uma variação de cerca de 30% em torno do feixe útil, diminuindo para o lado do ânodo. Essa redução da intensidade do feixe de radiação para o lado do ânodo é chamada de Efeito HeeI (Jo83). O tubo de raios-x é montado dentro de uma calota protetora de metal forrada com chumbo, contendo uma janela, geralmente de pirex ou vidro, por onde passa o feixe útil. 6

17 Os aparelhos de raios-x são classificados de acordoi com a sua potência e com as aplicações para as quais são projetados. Em linhas gerais, raios-x utilizados em radiologia são gerados por potenciais entre 40 e 150 kvp com a corrente do tubo variando de 25 a 1200 ma. Equipamentos de raios-x terapêuticos operam com voltagens mais altas, porém a corrente do tubo não ultrapassa de 20 ma (Ve94). Figura 2.1 Distribuição Angular dos Raios-X (Jo83 ) Sistemas de Retificação Para evitar que haja corrente entre os eletrodos nos dois sentidos, é necessário acoplar ao tubo de raios-x um sistema de retificação ou operar somente a valores baixos de corrente, de modo a evitar que o alvo esquente muito e passe a emitir elétrons por emissão termoiônica (Pi80). 7

18 Basicamente, os sistemas de retificação mais comumente utilizados são os de meia onda, de onda completa e tri-fásico, que podem ser empregados em diversas configurações. O sistema de retificação mais simples é o de meia onda, onde uma válvula retificadora é colocada entre o transformador de alta tensão e o tubo de raios-x (Figura 2.2). A válvula retificadora funciona de modo semelhante ao tubo de raios-x. Possui dois eletrodos em um invólucro de vidro sob vácuo. Elétrons são emitidos de um eletrodo por emissão termoiônica e atraídos para o outro devido a uma diferença de potencial entre eles, formando assim uma corrente através da válvula. No ciclo inverso não há corrente, pois o eletrodo receptor não emite elétrons, o que já não se dá com o tubo de raios-x. O que faz com que não ocorra corrente no sentido inverso na válvula retificadora é o fato da maior parte da voltagem aplicada no circuito ir para o tubo de raios-x, ficando somente uma pequena parte aplicada a válvula, o que se pode observar analisando as curvas características de cada um. Sendo a potência dissipada pelo diodo muito pequena e as dimensões físicas do alvo muito grandes, seu ânodo não se aquece como o do tubo de raios-x e, dessa forma, não libera elétrons no sentido inverso. Figura 2.2 Circuito de Retificação de Meia Onda Para aumentar a eficiência do circuito, produzindo raios-x no ciclo inverso, é necessária a retificação de onda completa. A Figura 2.3 apresenta este circuito, onde a 8

19 retificação é feita por dois pares dc diodos. Quando os diodos 1 e 3 estão conduzindo, 2 e 4 não conduzem. No ciclo inverso, 1 e 3 estão cortados, daí quando B está positivo, a corrente passa sequencialmente pelo diodo 2, o tubo de raios-x, o diodo 4 e finalmente, retorna ao ponto A. O circuito de retificação tri-fasico é apresentado na Figura 2.4. Neste caso, temos três \ fases alimentando a unidade de raios-x. O primário deste transformador é mostrado na Figura 2.4a onde as três bobinas são chamadas de A, B e C, correspondendo as bobinas A, B' e C do secundário mostradas na Figura 2.4b. A configuração do primário é conhecida como delta e a do secundário como Y. A configuração Y é conveniente por possuir um ponto comum às três bobinas, ponto G, que pode ser aterrado. Conectando cada uma das Figura 2.4 Retificação Tri-Fásica 9

20 saídas (A', B' e C) ao tubo de raios-x e a um par de diodos retificadores, com as polaridades mostradas na Figura 2.4c, temos o circuito completo. Quando as três fases são as mesmas, os valores dos picos V 12, V23 e V 31 serão também os mesmos e, se os três transformadores forem idênticos, então a voltagem desenvolvida através de A', B' e C será a mesma. Estando cada uma destas bobinas aterrada, os potenciais nos pontos D, E e F irão variar com o tempo exatamente como V 12, e V 3. Na Figura 2.5 podemos ver esses potenciais V D, V E e V F, e o valor de pico, V p, dessas voltagens. o Figura 2.5 Saida Retificada - Tri-Fásico 10

21 2.1.2 Ripple O ripple, que pode ser observado na Figura 2.5b, é uma flutuação periódica introduzida no rendimento de uma máquina de raios-x, proveniente de seu circuito elétrico. (Pi80) Existem dois tipos de ripple: o de corrente e o de tensão. Birch (Bi79) define o ripple de tensão como sendo a diferença máxima entre o pico e a depressão na forma da onda. A flutuação na alta voltagem aplicada ao tubo (ripple de tensão) ocorre com a freqüência da fonte de alimentação, devido à insuficiência do circuito de filtro e depende do sistema de retificação e da corrente aplicada ao tubo de raios-x. O ripple de corrente se deve a uma flutuação na emissão de elétrons pelo filamento do tubo de raios-x. Se a voltagem aplicada no filamento sofrer flutuações, poderá ocasionar variações na temperatura do mesmo, fazendo com que a emissão de elétrons não seja uniforme. Mesmo quando a fonte é retificada e filtrada podem ocorrer flutuações em seus parâmetros intrínsecos em função da temperatura ou de seu projeto (Pi80). O ripple de corrente pode ocorrer também se a fonte de tensão for alternada e produzir variações de voltagens suficientes para variar a temperatura do filamento Espectros de Raios-X O espectro de raios-x é formado de duas partes distintas e superpostas: uma contínua e outra em linhas discretas. A parte contínua se deve aos raios-x de bremsstrahlung e vai de energias muito baixas até uma energia máxima, numericamente igual a diferença de potencial aplicada ao tubo. As linhas discretas são em decorrência dos raios-x característicos. 11

22 O espectro de raios-x é fundamental para descrever os processos de produção da imagem radiográfica e em muitas aplicações de cálculos de doses utilizando-se técnicas de Monte Carlo ou dosimetria. Em linhas gerais, em radiologia, a quilovoltagem aplicada ao tubo de raios-x, a corrente que passa pelo ânodo e a filtração total, definem o espectro e são utilizados para a escolha da técnica radiológica. Adicionalmente, o tipo de retificação também pode influenciar o espectro de radiação. A diferença de potencial aplicada entre os eletrodos de um equipamento de raios-x tem sido expressa em termos de quilovoltagem (kv), quilovoltagem pico (kvp) e quilovoltagem efetiva (kv ef ). A quilovoltagem (kv) é utilizada geralmente para expressar a diferença de potencial na qual o tubo de raios-x opera, ou seja, é a quilovoltagem indicada no painel de controle do equipamento. A quilovoltagem pico é o potencial máximo a qual o tubo é submetido em um ciclo de voltagem. Como os equipamentos de raios-x operam com corrente alternada e a voltagem aplicada nos mesmos é intermitente durante o tempo, o tubo opera com uma corrente abaixo da quilovoltagem pico, dependendo do sistema de retificação. Essa quilovoltagem de operação da máquina para um ciclo completo é chamada de quilovoltagem efetiva. Em metrologia a quilovoltagem é geralmente referida como Emax. A energia máxima do feixe de radiação de um aparelho de raios-x trifásico é determinada através da interseção da extrapolação linear da região de maior energia na curva do número de fótons, com o eixo de energia (IS079). Variações da quilovoltagem de um tubo de raios-x resultam em mudança da penetração do feixe e consequente alteração na dose recebida pelo paciente e na imagem radiográfica. A filtração total de um feixe de raios-x consiste da filtração inerente mais a filtração adicional. A filtração inerente é composta pelo material da janela do tubo, óleo isolante, também utilizado na refrigeração, e vidro do tubo de raios-x. Diversos materiais, como o 12

23 alumínio e o cobre, são utilizados como filtração adicional, com propósitos médicos e metrológicos. Na prática médica, a quantidade de filtração depende da técnica radiográfica escolhida. A Comissão Internacional de Proteção Radiológica recomenda valores mínimos para a filtração total para cada voltagem (ICRP82). Um espectro de raios-x não filtrado contém fótons de baixa energia que podem ser atenuados por órgãos ou tecidos do corpo humano e não contribuem na imagem radiográfica. Portanto, uma filtração adequada elimina este conjunto de fótons de baixa energia, resultando em um aumento da energia média do feixe de raios-x e em uma menor exposição do paciente. Por sua vez, em metrologia das radiações, os filtros adicionais são utilizados para simular campos de radiação, o que é comumente utilizado para calibração de equipamentos. Na literatura encontramos tabelas que apresentam valores, por exemplo, em alumínio ou lucite, que simulam determinadas espessuras do corpo (Kr92,Ve94). 2J2 Deteção da Radiação 2.2 A Grandezas e Unidades A. Exposição A exposição, X, é o quociente dq por dm, onde dq é o valor absoluto da carga total dos íons de mesmo sinal (negativos e positivos), produzidos no ar quando todos os elétrons liberados pelos fótons na massa de ar dm são completamente freados no ar (ICRU80). v X = do Sn < 2 - J > A unidade ainda utilizada para exposição é o roentgen (R). IR = 2,53 IO" 4 C.kg" 1 13

24 AICRU 33 apresenta uma definição alternativa para exposição: X = * (ü) (2.2) onde Y é a fluência de energia, (u/p)^ é o coeficiente mássico de absorção no ar, e é a carga elementar e W a energia média necessária para formar um par de íons no ar. B. Dose Absorvida Sendo o conceito de exposição limitado ao uso de raios~x e y ao ar, em 1953 a ICRP estabeleceu um novo conceito, definido para qualquer tipo de radiação ionizante: a Dose Absorvida. A Dose Absorvida (D) é a quantidade de energia de cedida à matéria pelas partículas ionizantes por unidade de massa dm. Assim: D = ír < 2-3 > dm gray(gy). lgy=ljkg 1 A unidade de Dose Absorvida é o joule por quilograma e recebe o nome de C. Fluência de Partículas A fluência de partículas, <&, é o quociente de dn por da, onde dn é o número de partículas incidentes em uma esfera de área de seção de choque igual a da, de forma que da seja perpendicular a radiação incidente. * = S- (2-4) A unidade de fluência é m" 2. 14

25 D. Fluência de Energia A fluência de energia, Y, é o quociente de dr por da, onde dr é a energia radiante incidente em uma esfera de área de seção de choque igual a da. A área da é perpendicular a direção da radiação. dr = (2.5) da A unidade de fluência de energia é o J.m" 2. E. Kerma Kerma, de acordo com a ICRU33, é o quociente de de fr por dm: de. K = (2.6) dm onde defr é a soma das energias cinéticas de todas as partículas ionizadas carregadas liberadas por partículas ionizantes de mesma carga em um material de massa dm. A unidade de kerma é o gray (Gy). A relação entre kerma e fluência pode ser dado por: K = T(i^) = )] (2.7) Onde Ufr é o coeficiente de transferência de energia definido pela equação 1.6, p é a densidade do material e <(> é o fluxo de fótons. 15

26 2.2.2 Câmara de Ionização Uma câmara de ionização consiste de um volume de prova preenchido com um gás com um par de eletrodos associados. As cargas produzidas por ionização são coletadas aplicando-se uma voltagem contínua entre os eletrodos e medida com um eletrômetro adequado (Ei85). A câmara de ionização utilizada na medicina, usualmente é preenchida com ar à pressão atmosférica e construída com materiais de baixo número atômico. A câmara de ionização, quando construída com materiais que se comportam de forma equivalente ao ar no processo de interação da radiação com a matéria, é particularmente desejável para medir exposição, por ser esta uma grandeza definida em termos da quantidade de carga de ionização criada em uma certa massa de ar. Como a composição dos materiais utilizados para a fabricação da câmara de ionização na verdade não é o ar, ela deve ser padronizada (ou calibrada) em intervalos regulares contra uma câmara padrão. Em radiologia, sistemas de medidas são compostos de eletrômetro e câmaras de ionização de diferentes volumes. Câmaras de ionização de volumes maiores são mais sensíveis e servem para as medidas de dose de saída enquanto as de volume menor são utilizadas para medidas de dose de entrada Detetores Semicondutores Em um cristal os átomos estão agrupados de forma que seus núcleos estão próximos e seus elétrons se misturam, ocupando determinados níveis de energia. Um grupo de níveis de energia é chamado de banda. Bandas permitidas são aquelas ocupadas por elétrons, entre elas existem intervalos de energia em que os elétrons não permanecem, chamados de bandas 16

27 proibidas. A banda de mais alta energia ocupada por elétrons é a banda de valência. A transferência da energia de um fóton para um elétron que esteja na banda de valência, pode fazer com que este pule a banda proibida e alcance uma outra banda permitida, chamada de banda de condução (ionização). Se a energia não for suficiente para o elétron chegar até a banda de condução ele se desloca até a banda de excitação. Um semicondutor, no zero absoluto, tem sua banda de valência cheia e a de condução totalmente vazia, porém tem um intervalo de energia entre as bandas de valência e de condução, inferior a 2 ev. Para o germânio este intervalo é de 0,67 ev (Ei85). Uma forma de aumentar a condutividade de um sólido semicondutor é pela adição de impurezas no mesmo. A condutividade resultante é denominada de condutividade extrínseca e o processo de substituição, de dopagem. Uma impureza que fornece elétrons tem mais elétrons na sua banda de valência do que o material que está sendo dopado; dessa forma nem todos os seus elétrons serão utilizados na ligação covalente, ficando alguns elétrons praticamente livres, sendo facilmente ionizáveis. Esses elétrons suplementares ocuparão alguns dos níveis discretos de energia, situados logo abaixo da banda de condução, podendo facilmente ser excitados termicamente para esta banda. A temperaturas ambientais todos esses elétrons em excesso estarão na banda de condução (Ei79). Essa impureza é denominada doadora e o semicondutor resultante é chamado de tipo-n (negativo) por ter um excesso de elétrons livres. De forma análoga, se o elemento utilizado como impureza tiver menos elétrons na sua banda de valência do que o que está sendo dopado, haverá um déficit de um elétron por átomo nas ligações covalentes e o resultado será a formação de um buraco que pode se movimentar pelo cristal, comportando-se como uma carga positiva, à medida que os elétrons sucessivos preenchem um buraco e criam outro. Essa impureza introduz níveis discretos de energia vazios, ligeramente acima do topo da banda de valência. Uma impureza deficiente em elétrons é denominada de impureza aceitadora e o semicondutor resultante é denominado do tipo-p (positivo). 17

28 Para propósitos de deteção da radiação é necessário que o cristal semicondutor possua composição atômica adequada, volume de tamanho comparável com o alcance da radiação a ser detetada e circuitos associados que permitam a utilização do tempo de resposta rápido que cada semicondutor é capaz. Sílicio (Z=14) e germânio (Z=32) são considerados os semicondutores mais eficientes para a deteção da radiação ionizante, O par elétron-buraco formado com a ionização é análogo ao par iônico em um detetor a gás, sendo que detetores semicondutores tem duas principais vantagens sobre a câmara de ionização. A primeira é a quantidade de energia necessária para criar um par elétron-buraco, cerca de 3 ev, comparada com 30 ev para um gás típico. A segunda é que a densidade do sólido é maior do que a do gás, tornando desta forma maior a probabilidade de interação do fóton. Devido a isso, detetores de germânio são melhores para a deteção de fótons do que os de sílicio.(ei85) O detetor de Ge(Li) é formado pelo germânio dopado com lítio, doador de elétrons. Depois da combinação com o lítio, o detetor necessita ser mantido a baixa temperatura, de forma a não haver perda de sensibilidade e resolução. Por isso é necessário manter o cristal dopado constantemente refrigerado com nitrogênio líquido. (Ei85) Calibração Em uma calibração pretende-se obter o fator de calibração, que é o quociente entre a medida convencionalmente chamada de verdade e a leitura do equipamento a ser calibrado. p _ verdade 0 leitura (2*8) 18

29 O que se convenciona como sendo a verdade é a leitura obtida por um equipamento padrão primário ou secundário, utilizado nos laboratórios primário ou secundário, respectivamente. O fator de calibração, Fc, depende das condições de calibração, sendo portanto válido somente para as condições de calibração. No caso de determinado experimento com condições de medidas diferentes das utilizadas na determinação do fator de calibração, é necessário que o usuário avalie a magnitude das incertezas antes de multiplicar a leitura do seu equipamento pelo fator Fc para determinar a grandeza medida Qualidades de Radiação Qualidade de um feixe de radiação é o poder de penetração do feixe (Jo83). É, então, a qualidade, representada principalmente pela camada semi redutora, que caracteriza o feixe de radiação. Em metrologia de radiodiagnóstico são considerados dois tipos de qualidades: as leves e as pesadas. As qualidades chamadas de leves são aquelas que simulam feixes de radiação encontrados na radiologia que incidem na superfície da pele de um paciente submetido a um exame radiológico convencional. As qualidades pesadas, por sua vez, são as que simulam feixes de radiação que atravessam um paciente submetido a um exame radiológico. Existem organismos internacionais que sugerem qualidades de radiação para serem utilizadas nos laboratórios de calibração. As qualidades recomendadas pela 'International Organization for Standardization" (ISO) são as mais utilizadas em todo o mundo, porém a ISO não tem qualidades para uso em radiodiagnóstico. Por isso, as qualidades determinadas neste trabalho foram baseadas naquelas utilizadas pelo laboratório primário alemão 'Thysikalisch-Technische Bundesanstalt" (PTB). 19

30 As tabelas 2.1 e 2.2 apresentam qualidades de raios-x utilizadas pelo laboratório PTB, na Alemanha, para a calibração de equipamentos utilizados na radiologia. A tabela 2.1 apresenta qualidades leves enquanto a Tabela 2.2 apresenta qualidades pesadas. Tabela 2.1 Feixes de radiação que incidem no paciente Voltagem Filtração Total I a Camada Semi Energia Média Aplicada ao Tubo (mm AI) Redutora (mm) (kev) (kv) Al Cu 30 2,5 1,046 0, ,5 1, ,5 1,82 0,059 32,0 70 2,5 2,45 0,081 39,2 90 2,5 3,10 0,112 46, ,5 3,60 0,126 49, ,5 4,30 0,165 54, , , * Filtração Inerente: 7 mm Be Tabela 2.2 Feixes de radiação que atravessam o paciente Voltagem Aplicada ao Tubo (kv) Filtração Total* (mm Al) I a Camada Semi Redutora (mm) Al Cu Energia Média (kev) 40 6,5 2,15 0, ,5 3,40 0,123 38, ,5 5,00 0,207 45, ,5 6,20 0,289 51, ,5 7,80 0,403 57, ,5 9,00 0,501 62, ,5-0,609 67, ,5-0,839 76, ,0-1, ,0 * Filtração Inerente: 7 mm Be 20

31 A primeira coluna destas tabelas apresenta os diferentes potenciais aplicados aos equipamentos de raios-x. A segunda coluna apresenta os valores equivalentes em mm de alumínio da filtração total do feixe de raios-x. Deve ser observado que esta filtração total inclui a filtração inerente do tubo utilizado pelo PTB, que é de 7,0 mm de berílio. A terceira e quarta colunas apresentam os valores das primeira camada semi redutora, expressa em espessuras de alumínio e cobre. A primeira camada semi redutora corresponde a espessura que atenua o feixe primário (expresso em kerma no ar) em 50 %, em uma irradiação de boa geometria. A quarta coluna apresenta os valores obtidos para a energia média dos espectros de raios-x, que pode ser calculada de acordo com as recomendações do International Comission on Radiation Units and Measurements (ICRU80), ou seja: Y:[d (E)/dE\(E n )(A FN ) E = N (2.9) Onde $ é o fluxo total de fótons, dado por: O = fà E de m N [d$/de]ae (2.10) 21

32 2.3 Espectrometria de Raios-X Determinação das Distribuições de Pulsos A medida direta de um feixe de raios-x por um detetor do estado sólido é conhecida como uma distribuição de pulsos, que representa a quantidade de pulsos coletados pelo detetor distribuídos no número de canais do analisador multicanal. Quando o multicanal é calibrado com uma fonte de referência, tem-se a energia correspondente a cada canal, ou seja, a distribuição de pulsos por energia. Em linhas gerais, medidas espectrométricas exigem que sejam observados alguns pontos, de modo a não comprometer os resultados experimentais. Altas taxas de contagem devem ser evitadas de modo a eliminar o "empilhamento", que ocorre quando dois fótons de energias El e E2 interagem com o cristal e são "vistos" como um único fóton de energia E1+E2, isto ocorre devido ao tempo do detector de formação do pulso e retorno ao estado normal. Quando a fonte de radição tem uma atividade relativamente alta, a taxa de contagem medida pelo detetor pode ser diminuída com o aumento da distância fonte-detetor ou com o uso de pinholes. No caso específico da espectrometria de raios-x, também se pode diminuir a corrente aplicada ao tubo e, no caso da determinação da energia máxima do feixe, utilizar filtros de alumínio, cobre e etc. Quando nenhuma dessas técnicas pode ser aplicada ou não produzem um resultado satisfatório, as distribuições de pulso podem ser determinadas pela técnica de deconvolução (Ma88). 22

33 A colimação do feixe pode acarretar distorções no espectro devido a interação dos fótons com o material do colimador. Kodera (Ko83) analisa essas interações para diferentes geometrias, materiais e espessuras de colimadores Determinação do Espectro de Raios-X Um método para obtenção de espectros de raios-x a partir da medida da distribuição de pulsos foi descrito por Seelentag (Se79), para a região de energia abaixo de 300 kev. Segundo esse método, o número total de fótons por energia, Nt(E), é determinado pela seguinte equação: Wi) irax = P W -TU(V10)JW10) - KWjtmHEj (2.11) E* Onde N,(E 0 ) = número real de fótons N m (E 0 ) = número de fótons avaliado pelo espectrómetro (distribuição de pulsos) rj k (E) = fração de escape da camada k h(e) = fator de correção para o compton e(e) = eficiência E 0 - energia considerada E* = (E 0 /2) + [(E 0 2/4) EJ 1/2 Somente uma fração, I, do número de fótons incidentes, I< para cada energia é contada corretamente. Essa razão VX, é chamada de eficiência do foto pico, e(e). Desta forma, o número de contagens da distribuição de pulsos precisa ser corrigido pela eficiência do detetor, que é uma função da energia dos fótons incidentes e é específica para cada detetor 23

34 A fração de escape da camada k representa a probabilidade do fóton produzido (raios-x característico) fugir do volume do detetor. Neste caso o fóton primário é contado com a energia E dada por E = E 9 -E t (2.12) onde E Q QE^. são as energias do fóton incidente e produzido, respectivamente. Ey. assume o valor de 10 kev para o detetor de GeLi. No espalhamento Compton o fóton espalhado pode deixar o detetor, sendo contado com a energia que foi transferida para o elétron. Esta energia assume valores até um valor máximo dado por: (2E ) {em kev) (2.13) onde E 0 é a energia inicial do fóton. Os vários valores de energias dos fótons espalhados, acarretam na distribuição de pulsos um comportamento conhecido como "Compton Continuum". A Figura 2.6a mostra uma distribuição de pulsos de um feixe de fótons de 150 kev. As Figuras 2.6b - 2.6d apresentam a mesma distribuição corrigida para o compton continuum, para o compton continuum e a fração de escape da camada k, e para o compton continuum, fração de escape da camada k e eficiência do fotopico, respectivamente, utilizando os procedimentos descritos no item

35 A fração de escape da camada k representa a probabilidade do fóton produzido (raios-x característico) fugir do volume do detetor. Neste caso o fóton primário é contado com a energia E dada por E = E 9 -E T (2.12) onde E Q QE^. são as energias do fóton incidente e produzido, respectivamente. E^. assume o valor de 10 kev para o detetor de GeLi. No espalhamento Compton o fóton espalhado pode deixar o detetor, sendo contado com a energia que foi transferida para o elétron. Esta energia assume valores até um valor máximo dado por: (2E ) {em kev) (2.13) onde E 0 é a energia inicial do fóton. Os vários valores de energias dos fótons espalhados, acarretam na distribuição de pulsos um comportamento conhecido como "Compton Continuum". A Figura 2.6a mostra uma distribuição de pulsos de um feixe de fótons de 150 kev. As Figuras 2.6b - 2.6d apresentam a mesma distribuição corrigida para o compton continuum, para o compton continuum e a fração de escape da camada k, e para o compton continuum, fração de escape da camada k e eficiência do fotopico, respectivamente, utilizando os procedimentos descritos no item

36 , ' a) b) - Fotopico 1.5 \ : Fotopico Energia Máxima ' do Compton Escape - k Escape - k : \ : \.r...i...i...i...* C Energia (kev) so eo ioo Energia (kev) Energia (kev) Energia (kev) 160 Figura 2.6 a) Distribuição de pulsos de um feixe monocromático de raios-x de 150 kev; b) a mesma distribuição corrigida para o "compton continuum"; c) a mesma distribuição corrigida também para a fração de escape da camada k; d) a mesma distribuição corrigida também para a eficiência do fotopico. 25

37 A Figura 2.7 apresenta o resultado da conversão da distribuição de pulsos em espectros de fótons. _l I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I! I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I j I I I I cs u <u d W E O I; lli li i Distribuição de Pulsos Espectro de Fótons d o te D cd * i I O <g li * i; \ / \ 11* \J( Energia dos Fótons (kev) Figura 2.7 Distribuição de Pulsos e Espectro de Fótons. 26

38 Capítulo III M ETODOLOGIA 3.1 Equipamentos Três aparelhos de raios-x diagnóstico, um sistema de medidas PTW - UNIDOS, e um sistema espectrométrico Intertechnique foram utilizados neste trabalho. Os aparelhos de raios-x foram fabricados pela Siemens e suas especificações, que constam dos manuais de fabricante, são apresentadas na tabela abaixo. Tabela 3.1 Especificações dos Aparelhos de Raios-X ESPECIFICAÇÕES APARELHOS DE RAIOS-X Modelo VERT1XB POLYMAT 50 NEO-HELIOPHOS Fabricante Siemens Siemens Siemens Tubo /Nr 568 SiemensP 125/30/50 Nara Filtração Inerente* 4,2 mm Al 3,7 mm Al 4,0 mm AI Faixa de kv (55-125)kV ( )kv ( )kv Faixa de Corrente ( )mA (50-600)mA (100e200)mA Sistema de Retificação Multipulso Tri-Fásico Monofásico Ânodo Giratório Giratório Giratório Material da Janela do Tubo Acrílico Pirex Pirex * Medida para este 80 kv 27

39 O sistema de medidas PTW-Unidos, fabricado por PTW (Physikalisch Technische Werkstätten, Alemanha) é constituído de um eletrômetro PTW; uma câmara de ionização modelo e uma fonte de referência de Carbono-14. O sistema de medidas é provido de certificado de calibração emitido pelo laboratório de calibração do PTW. O sistema espectrométrico (Figura 3.1) consiste de um detetor planar de Ge-Li, SURISYS MESURES, com 16 mm de diâmetro e 13 mm de comprimento, pré-amplificador, amplificador, analisador multicanal e fonte de alta voltagem. Um recipiente térmico com capacidade de 5 litros de nitrogênio líquido é acoplado ao detetor para assegurar o resfriamento do cristal durante a operação do sistema. O sistema de deteção funciona com um diferença de potencial de volts. A saída de dados é controlada pelo programa de aquisição de espectros Iníerpc, desenvolvido pela Intertechnique. Figura 3.1 Espectrometro 28

40 3.2 Setup de Calibração As Figuras 3.2 e 3.3 mostram como foi montado o setup de calibração utilizado nas medidas experimentais deste trabalho. Dois trilhos óticos, com 4 metros de comprimento cada, foram fixados sobre uma mesa na direção do raio central do feixe de radiação. Sobre esses trilhos existiam dois carros móveis para fixação do sistema de deteção e do sistema de colimação, que permitiam experimentos a diferentes distâncias do foco de radiação. Os filtros adicionais foram colocados em um suporte próprio, preso, assim como o primeiro colimador, na saída do feixe de radiação. Um sistema de blindagem de chumbo cilíndrico com um orifício no meio de 1 cm de diâmetro para fixação de pinholes, foi utilizado para evitar radiação espalhada no detetor, como mostra a Figura 3.4. Os pinholes foram construídos de chumbo com 4.8 mm de espessura e com orifícios de 0.5, 0.7 e 1.0 mm de diâmetro. Os coíimadores de Pb possuíam 15.8 mm de espessura e 2,.9; 5,0 e 10,0 mm de diâmetro. 3.3 Espectrometria dos Aparelhos de Raios-X A reta de calibração do detetor, em termos de canal versus energia, foi determinada utilizando-se os picos de emissão de 17,61 kev e 59,54 kev de uma fonte de 241 Am. A média dos valores dos coeficientes da reta de calibração, obtida antes e depois de um série de medidas, eram considerados para os cálculos dos espectros de raios-x. Na aquisição das distribuições de pulsos para a determinação das energias máximas o tempo morto do detetor foi mantido sempre menor que 1%. Para isso os raios-x foram atenuados com filtros de cobre disponíveis comercialmente. O tamanho do campo foi mantido em torno de 3 cm de diâmetro, evitando dessa forma a contribuição da radiação espalhada no detetor. Para assegurar o posicionamento e tamanho de campo corretos foram feitas radiografias junto ao pinhole e antes do colimador. 29

41 Figura 3.2 Setup de Calibração distância de calibração

42

43 A energia máxima de cada espectro de raios-x foi determinada segundo a recomendação da ISO definida como a interseção da extrapolação linear da região de maior energia na curva do número de fótons com o eixo de energia, como mostra a Figura 3.5. (IS079) Para cada quilovoltagem dos aparelhos de raios~x avaliados neste trabalho, foi determinada a energia máxima para as diversas condições de operação do equipamento. Dessa forma, foram construídas as curvas de energia máxima em função da variação de corrente, para cada voltagem, nos aparelhos Polymat e Neo-Heliophos. No aparelho de raios- X Vertix B, a energia máxima obtida está em função de mas, por ser essa grandeza fixa no equipamento. a ' o e m ta -a ~ã -o > «a E S > <! ,, 1 1 1, !, I l 1 l 1111 * r - 1 t \» 1 * A - - * 4 \ / _ \ / * \ E ma X = 5 1 k e V -,i Li «l i 1 i 1 i i 1 i i t. i 1 i 1 1 Í\r 1 M I \ Energia (kev) Figura 3.5 Determinação da Energia Máxima através da interseção da extrapolação linear da região de maior energia na curva de número de fótons com o eixo de energia. 32

44 Os espectros foram determinados a partir das distribuições de pulso pelo método descrito por Seelentag (Se79). Para isso, desenvolveu-se um programa em Fortran (Apêndice II) que realiza as correções pertinentes a essa faixa de energia utilizada em radiodiagnóstico. As curvas de eficiência do detetor, fração de k-escape e comprimento compton, utilizadas no programa, foram construídas a partir dos dados fornecidos por Panzer (Pa95), simulados para este detetor para feixes monocromáticos de 10 em 10 kev através do método de Monte Carlo. As equações destas curvas foram calculadas pelo programa Origin versão Qualidades dos Raios-X Qualidades de raios-x, para fins de testes de ensaio, foram determinadas no - '. Laboratório de Ensaio do IRD com base nas utilizadas pelo laboratório primário PTB na Alemanha (Tabelas 2.1 e 2.2). Os parâmetros de influência das qualidades (quilovoltagem, primeira e segunda camada semi redutora, filtração total, energia média e efetiva) foram calculados a partir dos espectros de radiação. A - Quilovoltagem Como foi detetada uma mudança na quilovoltagem em função da variação da corrente nos equipamentos de raios-x, utilizados neste trabalho, para cada qualidade foi escolhida uma corrente específica, de forma a obter a quilovoltagem mais próxima possível daquelas utilizada pelo PTB. Isso só não foi necessário no aparelho de raios-x Neo-Heliophos, onde o valor da quilovoltagem pode ser ajustado nominalmente. 33

45 B - Determinação da Filtração Total A filtração inerente de cada aparelho de raios-x avaliado neste trabalho (Vertix, Neo- Heliophos e Polymat) foi obtida experimentalmente. Foram determinadas as camadas semi redutoras, a partir de medidas feitas com a câmara PTW em termos de kerma no ar. As medidas foram realizadas a lm de distância do foco do aparelho de raios-x, operando-se a 80 kv, com um campo de radiação de 20 cm por 20 cm. Filtros de alumínio, disponíveis comercialmente, foram utilizados para a atenuação do feixe. A filtração inerente foi encontrada através das curvas de filtração total em função da camada semi redutora publicadas na literatura (NCRP89,Wa80). As qualidades de radiação, que envolviam espessuras de filtros maiores do que a filtração inerente ao equipamento de raios-x, foram obtidas adicionando-se espessuras de alumínio disponíveis comercialmente. C - Atenuação do ar As qualidades de radiação foram padronizadas para a distância foco-detetor de um metro. Devido ao problema de empilhamento, algumas medidas espectrométricas foram realizadas a uma distância foco detetor de 1,5 a 2,0 metros. Para espectros determinados nestas condições foram feitas correções nas distribuições de pulso para a atenuação do ar, de acordo com a equação abaixo. (3.1) Onde N; número de pulsos corrigidos para a atenuação do ar No u(ei): x: número de pulsos com energia E; medidos na distância de calibração coeficiente de atenuação linear do ar distância excedida de 1 metro 34