IX Latin American IRPA Regional Congress on Radiation Protection and Safety - IRPA 2013 Rio de Janeiro, RJ, Brazil, April 15-19, 2013 SOCIEDADE BRASILEIRA DE PROTEÇÃO RADIOLÓGICA - SBPR TESTE DA EXATIDÃO DA TENSÃO DO TUBO DE RAIOS X: O QUE É E COMO MEDIR Eduardo de Brito Souto e Martin Kruel Elbern PRO-RAD Consultores em Radioproteção S/S Ltda Av. Flores de Cunha, 580 / 1201 94.910-000 Cachoeirinha RS - Brasil ebsouto@prorad.com.br martin@prorad.com.br RESUMO O Teste da Exatidão da Tensão do Tubo de raios X (kvp) é um dos testes de constância previstos no Regulamento Técnico aprovado pela Portaria 453/98 da SVS/MS. Trata-se de um típico teste em aparelho elétrico: a verificação do desempenho de um circuito elétrico ou eletrônico. Normalmente se utilizam medidores não invasivos, permitindo que o profissional possa ignorar o circuito que está testando. O controle da alta tensão pode ser realizado de diferentes formas, o que impossibilita a realização do referido teste da mesma maneira para todos os equipamentos de raios X. Uma breve noção do funcionamento destes circuitos possibilita determinar a metodologia para realização do teste para cada equipamento. Nos equipamentos mais simples o circuito consiste basicamente de um transformador com diferentes taps. Cada tap corresponde a um valor de kv apresentado no painel de controle. Para este tipo de circuito a única forma de realizar o teste é testando todos os valores nominais, pois os circuitos são independentes. Outros equipamentos possuem diversos taps e chaves seletoras, possibilitando a combinação de taps ou variacs. Nestes casos sugere-se que o teste seja realizado por amostragem. Os equipamentos mais modernos utilizam circuitos inversores e circuitos independentes por faixa de tensão. Mais uma vez o teste por amostragem é o indicado. O teste por amostragem necessita de um número suficiente de pontos de medição. O correto uso dos instrumentos de medição também é de suma importância para a realização de medidas corretas. 1. INTRODUÇÃO O teste da Exatidão do Indicador de Tensão do Tubo (kvp) é um dos testes previstos no Regulamento Técnico aprovado pela Portaria 453/98 da SVS/MS [1]. É parte de um conjunto maior de testes comumente chamado de Controle de Qualidade. Deve ser obrigatoriamente realizado, pelo menos, uma vez por ano nos equipamentos de raios X para diagnóstico médico. Em suma, avalia-se o desvio entre os valores nominais (indicados no painel de comando do equipamento) e os valores medidos. Trata-se de um típico teste em aparelho elétrico: verificação do desempenho de um circuito eletroeletrônico. Normalmente utilizam-se medidores não invasivos, que medem eletronicamente a alta tensão aplicada ao tubo de raios X através da resposta de semicondutores expostos ao feixe primário com diferentes filtrações. O uso destes medidores permite que o profissional responsável possa ignorar o circuito que está testando, uma vez que não é necessário ter acesso ao mesmo. Portanto, é compreensível que haja a ideia de se utilizar a mesma metodologia de teste em todos os equipamentos de raios X [2, 3]. O objetivo deste trabalho é demonstrar que a ideia de padronizar uma metodologia para realização de teste não tem fundamento.
autotransformador +_ O circuito que controla a alta tensão do tubo não é idêntico em todos os equipamentos de raios X, impossibilitando a realização do teste da Exatidão do Indicador da Tensão do Tubo (kvp) da mesma forma indiscriminadamente. Uma breve noção destes circuitos permite, àqueles com plenos conhecimentos em eletrônica, determinar a metodologia a ser utilizada em cada caso. Neste trabalho foram estudados os circuitos eletroeletrônicos mais comuns utilizados para controlar a alta tensão do tubo de equipamentos de raios X e apresentada a metodologia mais indicada para realizar o teste da Exatidão do Indicador da Tensão do Tubo (kvp) em cada caso. 2. CONTROLE DA ALTA TENSÃO APLICADA EM TUBOS DE RAIOS X Os circuitos eletroeletrônicos que controlam a alta tensão aplicada em tubos de raios X mais comuns utilizam transformadores elevadores de tensão com uma ou mais chaves seletoras, Variacs ou inversores. 2.1. Transformador com taps e uma chave seletora Nos equipamentos mais antigos e/ou de eletrônica mais simples, o circuito consiste basicamente de um transformador de alta tensão alimentado por um autotransformador com taps no enrolamento secundário e uma chave seletora. Cada tap corresponde a uma tensão fixa, cujo valor nominal na saída do transformador de alta tensão é apresentado no painel de comando do equipamento (Figura 1). Percebe-se que para cada tensão nominal há um circuito elétrico independente, que deve ser testado separadamente. Além do desvio entre o valor nominal e o valor real, poderá haver curtos-circuitos entre terminais e/ou faltas de ligação elétrica entre terminais. chave seletora transformador de alta tubo de raios X Figura 1. Circuito elétrico simplificado de gerador de raios X com alta tensão controlada por transformador com taps e uma chave seletora
autotransformador +_ Dado isso, a única maneira de realizar o teste da Exatidão do Indicador de Tensão do Tubo para equipamentos deste tipo é testando todos os taps, um por um. Em outras palavras, testar todos os valores nominais de kv disponíveis no painel de controle do equipamento. 2.2. Transformador com taps e duas chaves seletoras Com eletrônica similar, outros circuitos são compostos por diversos taps e duas chaves seletoras, possibilitando combinações de taps. A alta tensão aplicada ao tubo de raios X depende da combinação de taps selecionada. Em geral, uma das chaves seletoras conecta-se a um grupo de taps com maior número de espiras entre si ( kv maior ) e a outra chave conecta-se a outro grupo de taps, este com menor número de espiras entre si ( kv menor ) (Figura 2) por exemplo, o kv maior variando de 10 em 10kVp e o kv menor variando de 2 em 2kVp. Mais uma vez poderá haver curtos-circuitos e/ou faltas de ligação elétrica. Nestes casos, para que o circuito seja testado por completo, necessita-se fixar um tap maior e testar todas as combinações possíveis com os taps menores e depois fixar um tap menor e testar todas as combinações possíveis com os taps maiores. chave seletora ("kv maior") transformador de alta tubo de raios X chave seletora ("kv menor") Figura 2. Circuito elétrico simplificado de gerador de raios X com alta tensão controlada por transformador com taps e duas chaves seletoras
2.3. Variacs Pouco comum em equipamentos de raios X, outro método de controle da alta tensão utiliza um autotransformador variável chamado Variac. O Variac consiste de um enrolamento sobre um núcleo toroidal de ferro com uma escova de carvão fixada a um eixo rotativo. O princípio de funcionamento é semelhante ao de um potenciômetro; o deslizar da escova de carvão sobre as espiras do transformador proporciona uma larga faixa de ajuste de tensão (Figura 3). Variac transformador de alta +_ tubo de raios X Figura 3. Circuito elétrico simplificado de gerador de raios X com alta tensão controlada por Variac As posições de contato entre a escova e o enrolamento do transformador são inúmeras e testar todos os valores nominais indicados no painel de comando do equipamento é tedioso e desnecessário. A metodologia mais indicada para testar este tipo de circuito é por amostragem. O Teste da Exatidão do Indicador de Tensão do Tubo deve contemplar diversos pontos entre os valores nominais mínimo e máximo do equipamento de raios X. Cabe ressaltar que o número de pontos a serem testados deve ser suficiente para verificar a existência de falhas elétricas no Variac. 2.4. Inversores Nos equipamentos mais modernos o controle da alta tensão é realizado eletronicamente por um circuito inversor. Em linhas gerais, a tensão da rede elétrica é retificada, criando uma corrente contínua na entrada de um circuito inversor (ou oscilador), o qual produz um trem de pulsos de alta frequência para alimentar um transformador elevador de tensão (Figura 4). A amplitude destes pulsos é controlada por um microprocessador, assumindo valores discretos. Novamente indica-se realizar o Teste da Exatidão do Indicador de Tensão do Tubo por amostragem.
tubo de raios X retificador inversor transformador de alta DC AC Figura 4. Circuito elétrico simplificado da alta tensão de raios X controlada por gerador de alta frequência 2.5. Outros circuitos Os quatro tipos de circuitos acima foram apresentados de forma simplificada. Porém, para fins de avaliação da alta tensão nominal indicada no painel de controle de equipamentos de raios X, os demais circuitos são todos similares ou variações destes. Tais alterações são devidas às características de projeto de cada fabricante e aos componentes eletroeletrônicos utilizados. Estas também não são únicas formas possíveis para controlar a alta tensão aplicada em tubos de raios X. Existem equipamentos, normalmente transportáveis, cujo tubo de raios X é energizado por descarga capacitiva. Resumidamente, um circuito de controle carrega um capacitor através da rede elétrica ou de baterias até a tensão pré-selecionada no painel de comando do equipamento. No momento da exposição, a alta tensão do capacitor é aplicada ao tubo de raios X. 2.6. Quantidade de circuitos A quantidade de circuitos a serem testados varia de equipamento para equipamento, sendo necessário testar todos. Em alguns casos existem circuitos de controle da alta tensão distintos para cada corrente anódica, seja utilizando diferentes transformadores ou um transformador com diferentes secundários. Em outros casos utilizam-se dois circuitos de controle da alta tensão, um para as correntes anódicas de foco fino e outro para as de foco grosso. Em casos como estes últimos, a variação da corrente anódica do equipamento de raios X implica em variação na impedância da carga, o que pode causar alteração na tensão de saída dos transformadores e/ou na rede elétrica de alimentação [4]. Nos equipamentos com geradores de alta frequência os circuitos eletrônicos são bastante compactos, concentrando toda a eletrônica em placas de circuito impresso. É comum haver placas de circuito impresso dedicadas por faixa de alta tensão. Por exemplo, uma placa controla tensões com valores entre 40 e 64 kv, uma segunda entre 65 e 89 kv e uma terceira entre 90 e 125 kv. Devido às colocações acima e considerando que na grande maioria das vezes os esquemas elétricos dos equipamentos de raios X não estão disponíveis, sugere-se realizar o Teste da Exatidão do Indicador de Tensão do Tubo para todas as correntes anódicas disponíveis no equipamento de raios X. Essa medida garante que todos os circuitos sejam testados.
3. USO DOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA A definição da metodologia para realização do Teste da Exatidão do Indicador de Tensão do Tubo não é suficiente para a elaboração de um bom Laudo Técnico. As medidas devem ser realizadas corretamente. Para tanto é necessário utilizar os instrumentos de medida adequadamente. Por conseguinte, alguns pontos devem ser observados, tais como: 3.1. Grandeza medida pelo instrumento A grandeza que deve ser avaliada é o kvp (tensão de pico) [1], entretanto nem sempre os medidores apresentam os resultados nesta grandeza. O medidor marca Unfors, modelo Xi, por exemplo, apresenta resultados em kv quando a relação sinal/ruído é baixa [5]. Se não for possível melhorar a relação sinal/ruído, compete ao profissional responsável correlacionar as grandezas para apresentação do resultado. 3.2. Intervalo de medição As tensões nominais a serem testadas são restringidas pelos limites de detecção máximo e mínimo do equipamento medidor e/ou pela calibração do mesmo. Dependendo do medidor utilizado, não é possível testar todo o circuito ou ao menos o menor ou o maior kv nominal utilizado no equipamento de raios X em teste. Por exemplo, se a menor alta tensão utilizada em um equipamento de mamografia for de 22 kv e o profissional dispuser de um medidor marca Victoreen, modelo 07-492, não será possível realizar tal medição [6]. Sabendo-se que o circuito que controla a alta tensão de equipamento de mamografia pode ser testado por amostragem, entende-se que este medidor é adequado para esta aplicação. Também pode ocorrer do medidor de kv não ter sido calibrado em determinadas faixas de kv por razões relacionadas à própria calibração. 3.2. Tempo de exposição O resultado apresentado pelos medidores não invasivos é a média dos kvp medidos durante o período de exposição. Ou seja, quanto maior o tempo de exposição, mais representativa será a média dos valores medidos. Mesmo assim, parece haver uma tendência das Vigilâncias Sanitárias exigirem medidas com o menor tempo de exposição utilizado no equipamento de raios X [3] o que não faz sentido, pois este pode ser insuficiente. O tempo de exposição necessário para realização das medidas de kvp depende do instrumento de medição e também do tipo de circuito utilizado para controlar a alta tensão do equipamento de raios X.
Alguns medidores necessitam um tempo mínimo de exposição para apresentar resultados confiáveis. O medidor marca RTI, modelo Mini-X Plus, por exemplo, necessita de, no mínimo, 50 ms de exposição para avaliar a alta tensão no modo SET [7]. Mas não é só isso. O primeiro pulso comumente apresenta um overshoot, que deve ser desprezado, pois representa uma fonte de erro no cálculo do kvp médio. Para solucionar este problema os medidores de kv dispõem de um tempo de retardo ( delay time ), que pode ser programado pelo usuário. Os valores de kvp medidos durante este tempo são desprezados. Supondo que a frequência da rede elétrica seja de exatos 60 Hz, para equipamentos de raios X com geradores monofásicos retificados em onda completa, seriam necessários 16,6 ms para obter-se apenas um único ponto de medida correto (um pulso). E isso somente seria verdade se o início da exposição estivesse sincronizado com a rede elétrica. Não obstante, a incerteza desta mediação seria alta. Como se sabe, quanto maior o número de medições, melhor será a estatística. Neste caso, cada pulso da rede elétrica corresponde a uma medida. Assim sendo, para obtermos uma estatística razoável é necessário medir no mínimo cinco pulsos completos (ou durante 42 ms de exposição). Considerando a possibilidade de ocorrência de overshoot, na prática o tempo de exposição necessário é de, no mínimo, sete pulsos, pois se deve que suprimir o primeiro pulso e garantir que os outros sejam medidos por completo. Por outro lado, o bom senso sinaliza que a realização de medidas com o maior tempo de exposição habitualmente utilizado no equipamento de raios X, conforme preconizado por algumas autoridades [3], também não é recomendada. Este tempo pode ser longo de mais e apenas contribuir para o desgaste do tubo de raios X, sem qualquer melhoria nas medições. 4. CONCLUSÕES Conhecimentos básicos de eletrônica são de fundamental importância para a execução do Teste da Exatidão do Indicador de Tensão do Tubo de raios X. Esta é uma exigência mínima, pois do contrário poderá haver Laudos Técnicos dotados de conclusões equivocadas sobre o desempenho destes circuitos. Como o circuito que controla a alta tensão do tubo não é idêntico em todos os equipamentos de raios X, não é possível realizar este teste da mesma forma indiscriminadamente. Como na grande maioria das vezes os esquemas elétricos dos equipamentos de raios X não estão disponíveis, a escolha da metodologia a ser utilizada parte da visualização do painel de comando do equipamento. Os mostradores e botões para seleção do kv dão indícios de como é o circuito que controla a alta tensão aplicada ao tubo. Sugere-se realizar o teste para todas as correntes anódicas disponíveis, pois pode haver circuitos diferentes ou alteração na alta tensão provocada por diferença na carga dos transformadores e rede elétrica de alimentação. Práticas como medir o kvp com o menor tempo de exposição habitualmente utilizado no equipamento de raios X podem produzir erros de medida e, consequentemente, avaliações
equivocadas. Outrossim, as especificações dos medidores não invasivos de kvp e sua calibração limitam o intervalo de medição, quem nem sempre contempla o maior e o menor kv habitualmente utilizados no equipamento de raios X. Testar apenas os kv mínimo, máximo e médio utilizados em cada equipamento de raios X pode não ser suficiente. A adoção desta metodologia pode ter como consequência a vulnerabilidade das demais altas tensões selecionáveis, uma vez que permitiria às equipes de manutenção, arbitrariamente, ajustar apenas estes três pontos. O que traria outro efeito indesejado: a repetição de exames e, consequentemente, aumento da dose no paciente e exposição do trabalhador. REFERENCIAS 1. Brasil. Ministério da Saúde. Portaria 453, de 01/06/1998, da Secretaria de Vigilância Sanitária do Ministério da Saúde (1998). 2. Brasil. Ministério da Saúde. Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Radiodiagnóstico Médico: Desempenho de Equipamentos e Segurança, Editora Anvisa, Brasilia, Brasil (2005). 3. Estado de Santa Catarina. Secretaria de Estado da Saúde. Formulário 1.5 Versão 1.0 Teste de Aceitação/Desempenho/Constância, http://www.vigilanciasanitaria.sc.gov.br (13/01/2013). 4. I.L. Kosow, Máquinas Elétricas e Transformadores, Editora Globo, São Paulo, Brasil (1989). 5. Unfors Instruments, Unfors Xi User s Manual, Unfors Instrumens, Billdal, Suécia (2007). 6. Fluke Biomedical, Victoreen 07-494 Wide-Range Digital kvp Meter Operators Manual, Fluke Corporation, Cleveland, Estados Unidos da América (2006). 7. RTI Electronics, Mini-X Plus MANUAL, RTI Electronics AB, Mölndal, Suécia (1991).