CARRERA: INGENIERÍA BIOMÉDICA

1. MATERIA: MEDICINA NUCLEAR CARRERA: INGENIERÍA BIOMÉDICA F.C.E.F.y N - U.N.C. Año: 2010 Lic. G. R. Vélez – Lic. A. Martínez – Lic. M.L. Haye.

2. Medición de la radiación: Dosimetría Hay dos consideraciones diferentes en dosimetría: describir el haz de radiación y describir la cantidad de energía que puede depositar en algún medio. Descripción del Haz de fotones Un haz de Rayos X emitidos de un blanco o un haz de Rayos  emitidos de una fuente radioactiva consisten en un gran número de fotones, usualmente con una gran variedad de energias.

3. Las cantidades que se utilizan para la descripción del haz de fotones son: FLUENCIA: dN: Numero de fotones da: área transversal de una esfera donde entran los fotones FLUENCIA DE ENERGIA: dEfl: Suma de la energia de todos los fotones que pasan por da Si es un haz monoenergético Cantidad de energía que pasa por unidad de área

4. TASA DE FLUENCIA: Cantidad de fotones que ingresan por unidad de area por unidad de tiempo TASA DE FLUENCIA DE ENERGIA: Cantidad de energía que pasa a través de una unidad de área por unidad de tiempo

5. Descripción de la deposición de energía • La transferencia de energía de un fotón al medio se hacia en 2 etapas: • el fotón interacciona con el átomo causando que los electrones se pongan en movimiento • luego los electrones de alta energía trasferían esta a través de ionizaciones y excitaciones

6. KERMA dEtr es la energía cinética transferida de los fotones incidentes a los electrones. Esta es la cantidad que conecta la descripción del haz de radiación con los efectos que puede producir. También: Haces monoenergéticos Espectros Es una cantidad fácil de calcular, pero difícil de medir

7. EXPOSICION dQes el valor absoluto de la carga total de iones de un mismo signo que se producen en aire cuando todos esos iones (positivos y negativos) son liberados por fotones en un dm y son completamente parados en aire. Esta cantidad da la capacidad que tiene el haz de radiación de ionizar aire. Es una cantidad que solo sirve en aire, para fotones y energías menores de 3 MeV

8. DOSIS ABSORBIDA dEab es la energía que queda retenida en el medio También: La unidad que se utiliza para la Dosis absorvida Es una cantidad que sirve en cualquier material, cualquier tipo de radiación y cualquier energía.

9. Relaciones entre las cantidades KERMA Y teníamos Obtenemos: EXPOSICION La exposición es la ionización equivalente al KERMA de colisión en aire

10. Podemos calcular X a través de Kcol conociendo la carga de ionización producida por unidad de energía depositada por fotones es la energía media requerida para producir un par de iones en aire es la energía media por unidad de carga Además la Exposición en un punto esta relacionada con la de otro punto a través de la ley de inversa del cuadrado

11. DOSIS ABSORBIDA O EQUILIBRIO ELECTRONICO Suponemos que en una irradiación, todos los e- viajan hacia delante y una distancia R (rango) y los fotones no se atenuan. El número de e- que se pone en movimiento en cada cuadrado es el mismo

12. Si medimos la ionizacion en D, tendremos la ionización total del haz que ingreso en A. La dosis absorbida es proporcional a la ionización producida en cada cuadro, por lo tanto comienza en cero y alcanza su valor máximo en R. Así vemos que nuestra relación entre Dosis Absorbida y Kerma es solo válida cuando existe el equilibrio electrónico, es decir cuando hay un equilibrio entre dosis y kerma. Si tenemos en cuenta la atenuación del haz, entonces

13. Teoría de la cavidad de BRAGG-GRAY La dosis absoluta solo puede medirse por calorimetría. La mayoria de las mediciones de hoy en día se realizan sobre medir ionización y calcular la dosis corrigiendo por factores de cambio. Supongamos que introducimos en nuestro medio una cavidad llena de aire. Se producirán ionizaciones en el aire de la cavidad, dando lugar a deposición y/o absorción de energía en ese aire. Es posible recolectar la carga producida.

14. Podemos relacionar la dosis absorbida en el gas con la ionización producida en el gas Si asumimos que la cavidad de aire es tan pequeña que no afecta la fluencia de fotones en el medio, el aire en la cavidad verá la misma fluencia de e- que las paredes. Entonces Relación promedio de poderes de frenado La importancia de la Fórmula de BRAGG-GRAY es que relaciona la ionización en una cavidad con la dosis absorbida en la pared que rodea la cavidad

15. Relación entre fluencia de energía y exposición Supongamos un haz de RX incidiendo en la unidad de área A. Imaginemos una pequeña masa de aire en P (centro de A). La E absorbida por la masa es (μab/)aire. Como 1 R es la E de absorbida en aire por 0.00876 J/Kg.R, una expresión alternativa para la E absorbida es Fluencia de E por R

16. Fluencia de fotones por Roentgen Utilizando el hecho de que  =  h Fluencia de fotones por R Tasa de exposición para emisores Gamma  = constante de tasa de exposición

17. Dispositivos para la medición de Radiación Cámara de Ionización Tenemos una cavidad de aire en un volumen y es irradiada uniformemente. Suponemos que la distancia entre la esfera exterior e interior es igual la máximo rango de los e- generados en aire. Si el Nº de e- que entran en la cavidad es igual al que sale, tenemos equilibrio electrónico. Supongamos que podemos medir la carga de ionización producida en la cavidadpor los e- liberados en el aire que rodea la cavidad

18. Si conocemos el volumen o la masa de aire de la cavidad, podemos calcular la carga por unidad de masa o X en el centro de la cavidad. Si ahora comprimimos la pared de aire a una cáscara sólida, tenemos una cámara dedal (la pared es equivalente a aire). El espesor de la pared debe ser tal que tengamos equilibrio e- dentro de la cavidad. La superficie interior esta revestido por un material especial conductor. El otro electrodo es una varilla de bajo Z (aluminio o grafito) en el centro y aislado eléctricamente de la pared. Se aplica un V entre los 2 electrodos para colectar los iones

19. Características deseables en un cámara • Variación mínima en sensibilidad o en su factor de calibración para un rango grande de energías • Debe tener un volumen adecuado para el rango de X que medimos, ya que la sensibilidad es proporcional al volumen. • Variación mínima de la sensibilidad con la dirección del haz. • Minimizar la fuga del tallo (stem effect) • La cámara debe ser calibrada para todas las calidades de radiación de interés. • Debe tener perdidas mínimas por recombinación (E altas o pulsantes).

20. Tipos de Cámaras de Ionización Cámara de Condensador Consiste en una pared equivalente a aire con un recubrimiento conductor de la electricidad. El electrodo central esta conectado a un conductor dentro de un hueco de un aislante de poliestireno. Esto forma un capacitor, capaz de acumular carga. El aparato encargado de medir la carga es un electrómetro. Cuando la radiación produce iones, estos son recolectados por las placas del capacitor, disminuyendo su carga total. Esta disminución es proporcional a X. Solo sirve para E<2 MeV. Grandes perdidas por stem effect

21. Cámara Farmer La pared es de grafito y el electrodo central de aluminio. V = 0.6 cm3 nominal. Junto al electrómetro (mide carga de ionización) forman el dosímetro.

22. Cámara de placas planas paralelas El espaciamiento entre placas es pequeño (~2 mm). Tiene una ventana (0.02 mm, poliestireno) que permite medir en la superficie del fantoma o cerca de ella. Es mayormente utilizada en calibración d haces de electrones

23. Medición con una cámara Detectores de estado sólido - DIODOS Podemos detectar radiación a través de la ionización que produce en un sólido. Los diodos son típicos dispositivos con una junción p-n. Si alteramos el dopaje de dispositivo, podemos hacer un detector de luz o RX.

24. PQRS corresponde a X = 15 R/s. Mas allá de Q (R y S) está la zona de rotura del diodo, donde V>0 (más de 300 mV lo queman). Si vemos la línea BB’, Para un V determinado, obtengo una relación lineal entre X y la corriente. Esto se utiliza para X entre 1mR/s y 15 R/s Sirve para hacer dosimetria “in vivo”.

25. Dosimetría por Termoluminiscencia (TLD) Ciertos materiales cristalinos, cuando se calientan, emiten luz proporcional a la cantidad de daño por radiación que tiene. La emisión de luz por la aplicación de calor se llama termoluminiscencia. Midiendo la luz emitida uno puede determinar la dosis por radiación recibida por el material. Fluoruro de Litio (LiF) es el material mas popular para TLD

26. Para medir esta dosis, calentamos el material TLD irradiado en un calentador y un tubo fotomultímetro convierte la luz emitida en una corriente eléctrica, que puede ser amplificada y medida. Rango: 10-5 Gy – 103 Gy Al ser pastillas muy pequeñas, se pueden utilizar para medir dosis en cavidades chicas. Es muy útil para medir en lugares con grandes gradientes de dosis. Dosimetría Química La energía absorbida de la radiación puede producir un cambio químico en el medio absorbente, y la cantidad de este cambio se puede usar para medir dosis. ΔM es la concentración de iones férricos G es el número de moléculas de l producto producidas por 100 keV

27. La cantidad de iones férricos producidos por la radiación se puede determinar midiendo la densidad óptica (o absorbancia A) de la solución y comparándola con la solución sin irradiar I0 es la intensidad de la luz incidente chocando contra una célula de cuarzo que contiene la solución It es la luz trasmitida La dificultad con estos materiales es que es difícil mantener las condiciones ambientales propicias para su utilización.

28. Dosimetría con Film Los RX tienen la propiedad de afectar un film de la misma manera que la luz. El film contiene cristales muy pequeños de bromuro de sodio, que cuando son irradiados sufren una transformación química la que da lugar a una imagen latente. Cuando el film se revela, los cristales afectados se reducen a granos de plata. El film se fija. Luego se remueven los granos sin afectar y conseguimos que la plata fijada oscurezca el film. El grado de oscuridad del film depende de la cantidad de plata depositada, y por lo tanto de la energía absorbida de la radiación. El grado de oscuridad del film se mide determinando su densidad óptica con un densitómetro I0 es la intensidad de la luz colectada sin el film It es la luz trasmitida a través del film

29. Curvas sensitométricas para Kodak XV-2 y Kodak RPM-2

30. Calorimetría Es el método básico para determinar dosis absorbida en un medio. El principio es que la E absorbida en un medio de la radiación aparece como E calórica y como un pequeño cambio químico (defecto calórico). Esto hace que la Temperatura del medio aumente. Si aislamos térmicamente un pequeño volumen del resto, Si dejamos de lado el defecto calórico, la absorción de 1 Gy en agua

31. Ya que e calor específico del agua es 1 cal Cº/g, lo que nos da un cambio en temperatura de