Curso de PR para DIRIGIR instalaciones de Rayos

Curso de PR para DIRIGIR instalaciones de Rayos X con fines de diagnóstico médico. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN. IRD-DR-GR-PW 6 1 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN • Índice 1. FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA DETECCIÓN 2. DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA 2. 1. Cámara de ionización 2. 2. Contador proporcional 2. 2. Contador Geiger 3. DETECTORES DE CENTELLEO 4. DOSIMETRÍA AMBIENTAL Y PERSONAL 4. 1. Dosímetros termoluminiscentes 4. 2. Dosímetros de película 4. 3. Dosímetros electrónicos de lectura directa 4. 4. Interpretación de un Informe Dosimétrico 5. MONITORES PORTÁTILES UTILIZADOS EN RADIODIAGNÓSTICO 6. MEDIDA DE LA DOSIS EN HAZ DIRECTO IRD-DR-GR-PW 6 2 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN Nuestros sentidos son incapaces de detectar por sí mismos las radiaciones ionizantes. Por ello, se han ideado procedimientos y aparatos capaces de medirlas a fin de prevenir sus posibles efectos perjudiciales Riesgos asociados a la exposición a Radiaciones Ionizantes 1. IRRADIACIÓN Radiación ambiental (público) MONITORES DE Vigilancia de área (TE) RADIACIÓN Vigilancia individual (TE) DOSÍMETROS PERSONALES 2. CONTAMINACIÓN Vigilancia de zonas, objetos y contaminación superficial en personas Vigilancia contaminación interna (público y TE) IRD-DR-GR-PW 6 3 MONITORES DE CONTAMINACIÓN CRC / BIO © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN 1. FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA DETECCIÓN Para la detección de las radiaciones ionizantes hemos de utilizar equipos que, aprovechando los diversos efectos que estas producen al interaccionar con la materia, son capaces de determinar su medida. Son los llamados DETECTORES IRD-DR-GR-PW 6 4 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN El funcionamiento de un detector está basado en que la energía cedida por la radiación ionizante produce ciertos efectos en él que pueden convertirse en magnitudes evaluables. Algunos de estos efectos son: Ionización en gases E E E DESEXCITA 1 E 2 4 3 CIÓN: Emisión de energía Excitación de luminiscencia en sólidos Disociación de la materia y producción de reacciones químicas IRD-DR-GR-PW 6 5 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN EN ESTOS EQUIPOS, EN GENERAL DISTINGUIMOS: • DETECTORES: CAPACES DE CONTAR EL Nº DE PARTÍCULAS O FOTONES QUE ALCANZAN EL DISPOSITIVO. • ESPECTRÓMETROS: ADEMÁS DE DETECTAR LA PRESENCIA DE LA RADIACIÓN, PUEDEN MEDIR SU ENERGÍA (considerando que la amplitud de la señal medida es proporcional a la energía cedida por aquella). IRD-DR-GR-PW 6 6 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN Sin embargo, habitualmente, resulta suficiente conocer la dosis (cantidad de energía por unidad de masa que la radiación deposita en el organismo), información básica para valorar el riesgo potencial de la radiación La vigilancia radiológica del trabajador expuesto (TE), y del público, se lleva a cabo mediante la DOSIMETRÍA: rama de la ciencia que se ocupa de la medida de la dosis absorbida por un material o tejido como consecuencia de su exposición a las radiaciones ionizantes presentes en un campo de radiación IRD-DR-GR-PW 6 7 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN 2. DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA En esencia, es un recinto lleno de un gas a presión conveniente en el que se disponen dos electrodos a los que se les aplica una tensión de polarización, creando por tanto un campo eléctrico en el interior del volumen del detector En condiciones normales, no hay circulación de corriente. Sin embargo, el paso de radiaciones ionizantes provocará la ionización del gas El campo eléctrico creado impulsará las cargas liberadas hacia el electrodo contrario Se produce un impulso de carga que es proporcional a la energía depositada por la radiación IRD-DR-GR-PW 6 8 - + © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN Tipos de detectores basados en la ionización gaseosa CÁMARA DE IONIZACIÓN IRD-DR-GR-PW 6 CONTADOR PROPORCIONAL 9 CONTADOR GEIGER © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN Amplitud de impulso Variación de la amplitud del impulso con la tensión aplicada Cámara de ionización Propor- cionalidad cional limitada Geiger Descarga continua Partículas b Vp IRD-DR-GR-PW 6 10 Vg Tensión © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN 2. 1. Cámara de ionización La tensión de polarización es tal que permite colectar toda la carga generada por la radiación Se clasifican: • En función de la forma de sus electrodos: PLANAS o CILÍNDRICAS • Por su forma de operar: CÁMARAS DE CORRIENTE o DE IMPULSOS En todas es necesario amplificar la corriente generada en la cámara, dado que es muy pequeña en origen IRD-DR-GR-PW 6 11 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN • Las cámaras de ionización que trabajan en modo corriente: • Detectan el efecto promedio que producen las radiaciones en su conjunto al interaccionar con el gas que sirve de detector • Son muy adecuadas como dosímetros • Son las más utilizadas • Las cámaras de ionización que trabajan en modo impulso: • Miden cada suceso producido por la radiación individualmente • La altura de los impulsos proporciona información sobre la energía de la radiación incidente Uso principal: Radiación fotónica (r-X y γ) y beta IRD-DR-GR-PW 6 12 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN 2. 2. Contador proporcional • Análogo a una cámara de ionización pero con mayor tensión entre los electrodos • Al aumentar la tensión se presenta un fenómeno de multiplicación de carga que aumenta el tamaño del impulso manteniendo la proporcionalidad con la energía depositada • No es necesario amplificar la corriente generada • La geometría más adecuada es la coaxial • Tiene capacidad espectrométrica Uso principal: Radiación fotónica (r-X y γ), alfa y beta IRD-DR-GR-PW 6 13 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN 2. 3. Contador Geiger • Son meros contadores de las partículas ionizantes que alcanzan el volumen sensible del detector. • Los impulsos medidos son iguales, independientemente de la partícula que los provocó y de su energía. • No ofrecen información sobre la naturaleza de la radiación y su energía. • Los impulsos son de gran amplitud, lo que evita la necesidad de amplificación previa. • Al ser más sensibles que las cámaras de ionización, resultan muy adecuados para niveles bajos de radiación. Uso principal: Radiación fotónica (r-X y γ) y beta IRD-DR-GR-PW 6 14 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN 3. DETECTORES DE CENTELLEO Fenómeno físico: la fluorescencia producida por la radiación en distintos materiales se recoge en un tubo fotomultiplicador (TFM). Tipos: • Inorgánicos/Sólidos: Na. I(Tl) para fotones, Zn. S(Ag) para radiación alfa • Orgánicos/Líquidos: radiación beta Características: • Capacidad ESPECTROMÉTRICA: la amplitud del impulso es proporcional a la E depositada • Baja resolución en energías • Alta sensibilidad Cristal Na. I(Tl) Ventana Fotocátodo. TF M IRD-DR-GR-PW 6 15 Amplificador © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN Respuesta energética de varios detectores a la radiación fotónica IRD-DR-GR-PW 6 16 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN 4. DOSIMETRÍA PERSONAL Y AMBIENTAL Dosimetría: rama de la ciencia que se ocupa de la medida de la dosis absorbida por un material o tejido como consecuencia de su exposición a las radiaciones ionizantes presentes en un campo de radiación Público Trab. Exp. Dosimetría ambiental IRD-DR-GR-PW 6 Dosimetría personal Dosimetría de área 17 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN Dosímetro: dispositivo que exhibe unas propiedades físicas diferentes a las normales cuando es sometido a la exposición a radiaciones ionizantes. Esta variación en sus propiedades es detectable y cuantificable y sirve para la medida de dosis de radiación, una vez que el dosímetro es calibrado adecuadamente. Dificultad de la dosimetría personal: estimar los efectos de la radiación en los múltiples tejidos y órganos del cuerpo humano, mediante la medida en un solo punto TIPOS DE DOSÍMETROS PERSONALES PASIVOS: Dosimetría oficial Autónomos Dispositivos integradores Evaluación posterior a exposición IRD-DR-GR-PW 6 ACTIVOS: Dosim. operacional Necesitan fuente alimentación Miden tasa de dosis Información en tiempo real Alarmas programables 18 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN 4. 1. Dosímetros Termoluminiscentes (TLDs) Principio físico: la termoluminiscencia es la emisión de luz cuando un material que ha sido expuesto a radiación ionizante, es calentado. La luz emitida es proporcional a la dosis absorbida en la exposición Procesado: 1. Calentamiento del material (lector TL): ciclo de lectura optimizado 2. Análisis de la curva de luz: obtención del área bajo la curva BANDA DE CONDUCCIÓN Rad. Ionizante Luz Calor BANDA DE VALENCIA fotones, beta, neutrones térmicos IRD-DR-GR-PW 6 19 Curva de luz © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN Dosímetros termoluminiscentes Ventajas Reutilizabilidad Linealidad en un amplio rango de dosis (µSv – Sv) Equivalencia a tejido de algunos materiales: respuesta independ. de E Proceso de lectura fácil de automatizar Bajo peso y tamaño reducido: óptimos para extremidades No necesitan baterías Buena estabilidad a largo plazo Muy sensibles: umbral de detección bajo (~ µSv) Posibilidad de utilización en campos mixtos Inconvenientes La información dosimétrica se destruye en el proceso de lectura: las trampas quedan vacías y el dosímetro borrado Pérdida de señal TL o “fading” por estimulación térmica u óptica Estructura compleja de la curva de luz (varios picos TL) IRD-DR-GR-PW 6 20 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN Ejemplos de materiales TL y sus características IRD-DR-GR-PW 6 21 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN 4. 2. Dosímetros de película Principio físico: Formación de pares e- - Ag+ al incidir la radiación sobre una emulsión de cristales microscópicos de Ag. Br suspendidos en un medio gelatinoso (“imagen latente”) Evaluación: la densidad óptica (ennegrecimiento) se relaciona con la dosis equivalente personal mediante una calibración adecuada Procesado: 1. Extracción de la película del sobre protector 2. Revelado: los iones Ag+ se reducen a Ag metálica >>> ennegrecimiento 3. Fijado y lavado: se eliminan las partículas Ag. Br no afectadas por radiación 4. Densitometría: medida de la densidad óptica en las distintas zonas fotones, beta, neutrones térmicos IRD-DR-GR-PW 6 22 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN Dosímetros de película fotográfica Ventajas Permiten una evaluación selectiva en campos mixtos La película revelada aporta información sobre el tipo y E de radiación Constituye un registro permanente Permiten la reevaluación de la dosis Bajo peso No necesitan baterías Inconvenientes No son reutilizables: incrementa los costes Proceso de revelado y evaluación complejos, difícil automatización Elevado umbral de detección (0, 20 m. Sv) Problemas de saturación a dosis moderadas (> 50 m. Sv) La extracción, revelado, fijado y lavado en cámara oscura Material inestable frente a factores ambientales: luz, calor, humedad. . IRD-DR-GR-PW 6 23 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN 4. 3. Dosímetros electrónicos Principio físico: Tubos Geiger-Müller: ionización en gases Diodos de Si: creación de pares e-h en la zona activa del detector Procesado: Lectura directa: dosis y tasa de dosis Calibración: individual Uso principal: dosímetro operacional – aplicación ALARA Doble acceso: fotones, beta, neutrones Pantalla del dosímetro Lector conectado a PC IRD-DR-GR-PW 6 24 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN Dosímetros electrónicos de lectura directa Ventajas Estimación de dosis y tasa de dosis en tiempo real Alarmas luminosas y acústicas programables Fácil conexión a medios informáticos Incorporación de memorias no volátiles: “rastreo” de dosis Muy sensibles: umbral de detección bajo Posibilidad de utilización en campos mixtos beta-gamma Inconvenientes Necesidad y dependencia de baterías Precio y peso elevados Necesidad de calibración individual En España no pueden utilizarse como dosímetros oficiales Interferencias electromagnéticas en modelos antiguos IRD-DR-GR-PW 6 25 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN 4. 4. Interpretación de un Informe Dosimétrico Los resultados del Informe Dosimétrico se expresan en términos de: HP(10) en m. Sv: Dosis equivalente personal (rad. penetrante) HP(0. 07) en m. Sv: Dosis equivalente personal (rad. débilmente penetrante) HP(0. 07) localizada en m. Sv: Dosis equivalente en manos • Dosis de fondo Dosis debida al fondo ambiental natural que debe sustraerse al valor de dosis medido por el dosímetro • Nivel de registro Valor por debajo del cual las dosis se computan como cero Establecido por el CSN en 0, 10 m. Sv/mes • Periodo de medida y dosis acumulada en dicho periodo • Año oficial en curso y dosis acumulada en el año oficial • Últimos cinco años oficiales y dosis acumulada en dicho periodo IRD-DR-GR-PW 6 26 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN Ejemplo de Informe Dosimétrico IRD-DR-GR-PW 6 27 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN 5. MONITORES PORTÁTILES EN RADIODIAGNÓSTICO • Para determinar la dosis en un área de trabajo, se sitúan los monitores en lugares adecuados y en número suficiente • Provistos de sistemas de alarma que se activen al superar cierta dosis • Deben calibrarse periódicamente • El detector suele ser una cámara de ionización o un detector Geiger • El detector puede ser una sonda conectada a la pantalla mediante un cable o un sistema de extensión telescópica IRD-DR-GR-PW 6 28 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN Verificaciones necesarias antes de utilizar un monitor de radiación • Verificación del estado de las pilas o baterías • Ajuste del cero • Verificación del funcionamiento con la fuente de comprobación Cubierta de material equivalente a tejido (radiación gamma) IRD-DR-GR-PW 6 Detector desnudo (radiación beta) 29 © CSN – 2009

CURSO DE PR PARA DIRIGIR INSTALACIONES DE RAYOS X CON FINES DE DIAGNÓSTICO MÉDICO. TEMA 6. DETECCIÓN Y DOSIMETRÍA DE LA RADIACIÓN 6. MEDIDA DE LA DOSIS EN HAZ DIRECTO • Encaminadas a la estimación de la dosis recibidas por el paciente • Se utilizan básicamente cámaras de ionización (medidas en aire) o dosímetros TL (medidas en paciente o maniquí) • Las magnitudes empleadas son: • Producto dosis-área (PDA), se define como la integral de la dosis absorbida en aire sobre un área, A, perpendicular al haz de rayos X • Dosis piel a la entrada (DPE), es la dosis absorbida en aire medida sobre el eje del haz de rayos X en el punto donde el haz penetra en el paciente (o en el maniquí) IRD-DR-GR-PW 6 30 © CSN – 2009