ESTUDO COMPARATIVO ENTRE O RIPPLE MEDIDO EM UM EQUIPAMENTO DE RAIOS X E O RIPPLE CALCULADO

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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: ESTUDO COMPARATIVO ENTRE O RIPPLE MEDIDO EM UM EQUIPAMENTO DE RAIOS X E O RIPPLE CALCULADO Maria Ester S. Tiecher 1, Leslie Pereira 2 e Simone K. Dias 3 1 Instituto de Radioproteção e Dosimetria (IRD/CNEN) RJ) R. Salvador Allende s/n Rio de Janeiro, RJ mester@ird.gov.br 2,3 Instituto de Radioproteção e Dosimetria (IRD / CNEN - RJ) Rua Salvador Allende s/n Rio de Janeiro, RJ leslie@ird.gov.br simone@ird.gov.br RESUMO Este trabalho tem por finalidade indicar a percentagem de distorção entre os ripples medido e calculado, evidenciando a necessidade de calibração dos medidores de kvp a fim de se reduzir esta diferença de distorção, pois a mesma implica em má qualidade da imagem e uma dose elevada. Este trabalho tem por objetivo demonstrar a necessidade de calibração dos instrumentos de medição de kv não invasivos, dado que a qualidade da imagem radiográfica está diretamente relacionada à dose e ao potencial de tensão aplicado ao tubo de raios x. Um equipamento de raios x pode ter os seguintes sistemas de geração de energia: trifásico, potencial constante (alta freqüência) e monofásico. Em todos os sistemas existe um fator denominado ripple, que é a diferença entre o maior e o menor valor de kv fornecida pelo tubo de raios x no tempo de análise. Este fator é importante principalmente para fins de calibração. Em conseqüência da importância deste fator foi realizada uma comparação entre o ripple medido com um medidor invasivo e o ripple calculado. Os dados para o cálculo do ripple foram obtidos com o auxílio de um medidor não invasivo. Os testes foram realizados em um equipamento de raios x com sistema de ata frequência da VMI modelo Pulsar Plus. Para a aquisição dos dados foi utilizado um programa desenvolvido em LabView. E para o tratamento dos dados foi elaborado um programa em Excel. Os equipamentos utilizados são um medidor de kvp invasivo Dynalyser III da Radcal Corporation e um medidor não invasivo de kvp da Victoreen, modelo 4000M+. Algumas normas nacionais como a Portaria 453 do Ministério da Saúde [1] e recomendações internacionais, como a IEC [2], estabelecem testes para verificação dos kvp [3]. Esta mesma recomendação indica um percentual de ripple inferior a 10% para equipamento de raios x com gerador trifásico ou de alta frequência, passando deste valor o equipamento necessita de reparos não podendo ser utilizado para fins de calibração. Entretanto, os valores de ripple(%) encontrados neste trabalho foram superiores a este valor. 1. INTRODUCÃO Estudos mostram que a imagem radiográfica está diretamente relacionada à dose e ao kv aplicado. Nas aplicações dos raios x para o diagnóstico médico, o que se busca é otimizar a imagem de forma a obter-se um diagnóstico preciso com a menor exposição possível do paciente. Para otimizar estas aplicações são estabelecidos programas de garantia da qualidade.

2 Normas nacionais como a Portaria 453 do Ministério da Saúde [1] e internacionais como a IEC [2], estabelecem testes para verificação dos kvp [3] na instrumentação utilizada em controle de qualidade. Um equipamento de raios x pode ter os seguintes sistemas de retificação: trifásico, potencial constante (alta freqüência) e monofásico. Em todos os sistemas existe um fator denominado ripple, que é a diferença entre o maior e o menor valor de kv fornecida pelo tubo de raios x no tempo de análise. Esta flutuação na geração de energia (kv) influencia a qualidade do feixe de fótons produzido. Quando o ripple é alto, como por exemplo em equipamentos monofásicos, a quantidade e a energia média dos fótons produzidos é menor, pois a tensão média aplicada ao tubo de raios x é mais baixa quando comparada a um sistema de alta freqüência. O fator de ripple é importante principalmente para fins de calibração. A Norma internacional acima citada estabelece um percentual de ripple igual ou menor a 10% para equipamentos de raios x com gerador trifásico. Quando estes equipamentos apresentam valores de ripple maiores que 10% os mesmos não podem ser utilizados para fins de calibração. O potencial elétrico aplicado a um tubo de raios x pode ser determinado por vários métodos. Um dos métodos envolve técnicas de medições invasivas onde um dispositivo é inserido no circuito de alta tensão. E outros métodos envolvem técnicas de medição não invasivas. Sendo o potencial de pico de tensão aplicado um dos parâmetros para determinação do rendimento, bem como a corrente aplicada, e sendo o ripple um fator que reflete a instabilidade da geração de energia, torna-se necessário quantificar este fator para que se possa avaliar adequadamente o desempenho do equipamento de raios x. Assim, o presente trabalho tem como objetivo demonstrar a necessidade de calibração anual dos equipamentos medidores não invasivos de kvp [1], de modo a permitir uma avaliação coerente dos equipamentos de raios x. 2. MATERIAIS E MÉTODO O arranjo experimental utilizado está representado na figura 1. O equipamento de raios x (gerador + tubo) empregado foi um VMI modelo Pulsar Plus trifásico. O divisor de tensão utilizado foi um Dynalyser IIIU, fabricado pela Radcal Corporation, que possibilita também a medição da corrente do tubo. Este instrumento apresenta uma tensão na saída que é igual a tensão do tubo dividida por um fator de 1/20000 e de 1 mv/ ma para a corrente do tubo. A placa de aquisição de dados usada foi a modelo PCI-MIO-16E-4 da National Instruments (NI) (12 bits, 500 ksamples/s). Foi desenvolvido um programa utilizando o software LabView que possibilita a aquisição (praticamente simultânea) dos dados de corrente e de tensão no tubo, até uma taxa de digitalização de amostragens por segundo por canal. E para o tratamento de dados foi elaborado um programa em Excel. Tanto o programa de aquisição de dados quanto o programa em Excel permitem a visualização da forma de onda da tensão e da corrente do tubo. Além de fornecer a forma de onda da tensão, o programa de tratamento de dados fornece os valores de kvpmax, kvpméd e potencial de pico prático, como também o valor de tempo de exposição e corrente. O medidor não invasivo de tensão utilizado fornece os valores de kvpmáx, kvpmed, kvpefet, exposição e tempo de exposição.

3 Divisor de tensão R X Gerador de Alta tensão Medidor de kv PC Placa de aquisição de dados Figura 1.Arranjo experimental para comparação do ripple (%) A técnica empregada neste trabalho foi: DFD = 66 cm (recomendado pelo fabricante do instrumento); Tempo de exposição = 200 ms; mas = 20; e filtração total = 3 mmal Equação do Cálculo de O ripple foi calculado utilizando-se a equação 1 apresentada abaixo. kvpmaior kvpmenor Ripple(%) = *100 (1) kvpmaior onde: kvpmaior maior valor de tensão de pico registrado; kvpmenor menor valor de tensão de pico. Esta equação é empregada tanto na planilha de tratamento de dados, quanto no cálculo de ripple utilizando medidorde kv não invasivo. O valor de kvpmaior é o kvp máximo fornecido pelos equipamentos, isto é, Dynalyser III (invasivo) e Victoreen 4000M+ (não-invasivo). Entretanto, o Victoreen 4000M+ não fornece o valor de kvpmenor. Logo, este valor foi obtido através da curva de tensão produzida pelo programa de tratamento de dados. Portanto, este valor é usado em ambos os métodos.

4 Para uma melhor estimativa foram realizadas três medições em cada kv nominal selecionado, sendo a média destas três medições o valor de kvpmaior (e kvpmenor). 3. RESULTADOS Os valores de ripple (%) encontrados são apresentados na Tabela 1 abaixo e, para uma melhor visualização, um gráfico foi plotado na Figura 2. No gráfico da Figura 2, pode-se observar que as curvas de ripple apresentam o mesmo comportamento, porém deslocadas de um fator 2.0, em média. Esta diferença ocorre, principalmente, por causa do kvpmáximo do medidor não invasivo, que apresentou durante os testes, alguns picos muito altos, aumentando dessa maneira, a média das medições. Outro fator importante a ser observado é que a partir de 80 kv o ripple (%) calculado passa a estar dentro da IEC Tabela 1. Valores dos medido e calculado kv nominal Medido Calculado 45 9,364 15, ,283 13, ,224 12, ,510 10, ,120 10, ,201 9, ,904 9, ,465 8, ,024 7, ,131 7,220

5 Comportamento da Curva de Ripple Medido Calculado kv nominal Figura 2 Visualização do comportamento do nos métodos utilizados A incerteza associada ao processo de medição foi estimada em 2%, com k=2 (95,45% de confiabilidade). 4. CONCLUSÃO De acordo com os resultados encontrados fica evidenciada a necessidade de calibração dos medidores de kv, visto que os resultados encontrados apresentam uma distorção muito grande entre si. Sendo estes resultados a base de qualquer investigação in loco, dependendo do kv utilizado o responsável técnico poderá considerar o equipamento de raios x inadequado ou inapto às operações. REFERÊNCIAS 1. Ministério da Saúde. Portaria MS-SVS-453/98. Diretrizes de Proteção radiológica em Radiodiagnóstico Médico e Odontológico. Diário Oficial da União. Brasília: 02 de junho de 1998; 2. Instruments as used in the non-invasive measurement of X-ray tube potential in diagnostic radiology. International Electrotechnical Commission IEC 1676, 1997; 3. Protocolos de Control de Calidad en Radiodiagnóstico Acuerdo de Cooperación Regional para la Promoción de la Ciencia Nuclear y Tecnología en America Latina y el Caribe Medical Diagnostic x-ray Equipment Radiation Conditions for use in the determination of characteristics - International Electrotechnical Commission - IEC 61267, Out -1994;