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Radiologia Brasileira

Print version ISSN 0100-3984

Radiol Bras vol.43 no.2 São Paulo Mar./Apr. 2010

http://dx.doi.org/10.1590/S0100-39842010000200012 

ARTIGO ORIGINAL

 

Influência da dependência energética de dosímetros termoluminescentes na medida da dose na entrada da pele em procedimentos radiográficos*

 

 

Mércia Liane de OliveiraI; Ana Figueiredo MaiaII; Natália Cássia do Espírito Santo NascimentoIII; Maria da Conceição de Farias FragosoIV; Renata Sales GalindoV; Clovis Abrahao HazinVI

IDoutora, Pesquisadora da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste – Comissão Nacional de Energia Nuclear (CRCN-NE/CNEN), Recife, PE, Brasil
IIDoutora, Professora do Departamento de Física da Universidade Federal de Sergipe (UFS), São Cristóvão, SE, Brasil
IIIGraduada em Biomedicina, Mestranda no Programa de Tecnologias Energéticas e Nucleares da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), Recife, PE, Brasil
IVGraduada em Tecnologia da Radiologia, Mestranda no Programa de Tecnologias Energéticas e Nucleares da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), Recife, PE, Brasil
VTécnica em Química, Técnica do Laboratório de Monitoração Individual do Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste – Comissão Nacional de Energia Nuclear (CRCN-NE/CNEN), Recife, PE, Brasil
VIDoutor em Health Physics, Pesquisador da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste – Comissão Nacional de Energia Nuclear (CRCN-NE/CNEN), Recife, PE, Brasil

Endereço para correspondência

 

 


RESUMO

OBJETIVO: O objetivo do presente trabalho foi avaliar a influência da dependência energética de materiais termoluminescentes na determinação da dose na entrada da pele de pacientes submetidos a exames radiográficos (radiologia geral, mamografia e radiologia odontológica).
MATERIAIS E MÉTODOS: Três diferentes materiais termoluminescentes foram utilizados: LiF:Mg,Ti, LiF:Mg,Cu,P e CaSO4:Dy. Estes materiais foram expostos a fontes padronizadas de radiação X e gama, e a feixes clínicos de raios X.
RESULTADOS: As curvas de calibração e de dependência energética foram obtidas. Todos os materiais apresentaram resposta linear em função do kerma no ar. Com relação à dependência energética, as amostras de CaSO4:Dy e LiF:Mg,Ti mostraram maior variação da resposta termoluminescente em função da energia efetiva do feixe de radiação.
CONCLUSÃO: Os materiais testados mostraram desempenho adequado para a detecção da radiação X em feixes padronizados e clínicos. Embora as amostras de CaSO4:Dy e LiF:Mg,Ti apresentem dependência energética significativa no intervalo de energia considerado, este materiais podem ser utilizados para medição da dose de entrada na pele se fatores de correção apropriados forem utilizados.

Unitermos: Dosímetros termoluminescentes; Raios X; Proteção radiológica; Dose na entrada da pele.


 

 

INTRODUÇÃO

O uso de radiação ionizante em medicina representa a maior causa de exposição do homem às fontes artificiais de radiação(1,2). Se por um lado os avanços tecnológicos na medicina acarretam diagnósticos cada vez mais precisos, por outro lado a disseminação dessas tecnologias leva ao aumento da dose coletiva, tornando-se essencial que as práticas médicas que se utilizem da radiação ionizante sejam otimizadas, garantindo os benefícios dessa tecnologia e reduzindo os riscos associados.

Uma importante ferramenta para a avaliação da otimização dos procedimentos é a medida da dose de entrada na pele (DEP) dos pacientes sujeitos aos exames radiográficos. Esse valor deverá ser tão menor quanto mais otimizada for a técnica radiográfica empregada, sem comprometer a qualidade da imagem produzida(3–5). A DEP representa a dose na superfície da pele do paciente, acrescida da radiação retroespalhada.

A DEP pode ser avaliada por métodos diretos (por meio de medidas com câmaras de ionização ou pela utilização de dosímetros termoluminescentes [TLDs]), indiretos (pela determinação do produto dose-área) ou ainda por meio de cálculos baseados no rendimento do tubo de raios X(6).

A dosimetria termoluminescente apresenta algumas vantagens: alta sensibilidade, o que permite a utilização de dosímetros de tamanho reduzido; resposta pouco dependente da energia dos fótons e linear para um amplo intervalo de doses; baixo custo e facilidade de manuseio; alta sensibilidade, mesmo para doses pequenas; resposta estável, mesmo sob condições ambientais adversas; boa reprodutibilidade, mesmo para pequenas doses; e curva de emissão simples, com picos bem resolvidos(7,8). Esta dosimetria baseia-se no fato de os materiais emitirem luz, quando adequadamente aquecidos, após serem irradiados, sendo a quantidade de luz emitida proporcional à energia da radiação absorvida (em outras palavras, à dose absorvida)(8).

A variação da resposta de um detector em função da energia da radiação incidente depende de como se processa a interação entre a radiação e o detector. No intervalo de energia de interesse para a radiologia diagnóstica (que é de 20–70 keV(7)), a interação da radiação com a matéria se dá predominantemente pelo efeito fotoelétrico, para o qual a probabilidade de ocorrência é maior quanto maior for o número atômico efetivo do meio(9). Isto quer dizer que TLDs com números atômicos efetivos mais elevados apresentarão resposta à radiação sobre-estimada se comparados a dosímetros com números atômicos efetivos mais baixos. Consequentemente, a variação da resposta do dosímetro em função da energia da radiação incidente passa a ser um fator decisivo para a escolha do material a ser utilizado, pois sem o conhecimento prévio deste comportamento os valores de DEP podem ser erroneamente determinados.

Dentre os materiais termoluminescentes mais utilizados está o fluoreto de lítio ativado com magnésio e titânio (LiF:Mg,Ti); este material apresenta algumas características importantes, como número atômico efetivo (Zef = 8,2) próximo ao do tecido humano, sendo por isso muito usado, pois não prejudica as imagens radiográficas, embora apresente um espectro de emissão termoluminescente bastante complexo(10). Mais recentemente, foi desenvolvido outro material dosimétrico baseado em fluoreto de lítio, mas com outros dopantes: o fluoreto de lítio ativado com magnésio, cobre e fósforo (LiF:Mg,Cu,P; Zef = 8,2). Este material tem algumas características vantajosas em relação ao LiF:Mg,Ti, entre elas alta sensibilidade à radiação gama 40 vezes maior. No Brasil, são produzidos pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN-CNEN) dosímetros de sulfato de cálcio ativado com disprósio (CaSO4:Dy). Este material é bastante sensível à radiação, porém possui alto número atômico (Zef = 14,4) e por isso apresenta acentuada dependência com a energia das radiações, sobretudo até 100 keV(10,11).

O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento de três materiais termoluminescentes bastante utilizados para a dosimetria das radiações X e gama (LiF:Mg,Ti; LiF:Mg,Cu,P; e CaSO4:Dy) em diferentes feixes de radiação X e as implicações na estimativa das DEPs em pacientes sujeitos a procedimentos de radiologia diagnóstica (radiologia convencional, mamografia e radiologia odontológica).

 

MATERIAIS E MÉTODOS

Neste trabalho foram usados os seguintes materiais dosimétricos: LiF:Mg,Ti (comercialmente conhecido como TLD-100, comercializado pela Thermo Scientific, Massachusetts, EUA); LiF:Mg,Cu,P (comercialmente conhecido como TLD-100H, comercializado pela Thermo Scientific, Massachusetts, EUA); e CaSO4:Dy (fabricado pelo IPEN/CNEN, São Paulo, Brasil). Inicialmente, tomou-se um lote de 250 TLDs; o lote de trabalho foi selecionado de modo que a variação máxima da resposta termoluminescente, após cinco ciclos idênticos de tratamento térmico, irradiação e leitura, fosse inferior a 3%. A partir deste teste, o lote de trabalho foi reduzido a 24 amostras de TLD-100H, 36 amostras de TLD-100 e 39 pastilhas de CaSO4:Dy.

Os materiais termoluminescentes foram caracterizados de acordo com suas principais características dosimétricas. Para tanto, foram irradiados utilizando-se três fontes de radiação:

– Fonte padrão de césio-137 (137Cs), marca JLShepherd & Associates, Califórnia, EUA, com atividade de 390 GBq (1/1/2009) e energia de 660 keV;

– Fonte padrão de cobalto-60 (60Co), marca IPEN, São Paulo, Brasil, com atividade de 4,47 GBq (1/1/2009) e energia média de 1.250 keV;

– Sistema padrão de radiação X, modelo HF 320, fabricado pela Pantak Incorporated, Connecticut, EUA, operando nas condições apresentadas na Tabela 1.

 

 

Em todas as exposições à radiação as amostras foram encapsuladas individualmente em plástico transparente. Este mesmo plástico foi utilizado em todas as irradiações. Em seguida, o fator de sensibilidade de cada dosímetro foi obtido após cinco ciclos idênticos de irradiação, leitura e tratamento térmico, calculando-se a razão entre a média das respostas de cada dosímetro e a média da resposta do dosímetro que apresentou menor variação de leitura após esses cinco ciclos de medições.

As curvas de calibração foram obtidas irradiando-se todos os dosímetros simultaneamente a uma das fontes-padrão, listadas acima, variando-se o valor de kerma no ar. As amostras foram irradiadas no ar na distância de referência (1 m). Quando expostas à fonte de 60Co, as amostras foram cobertas por uma placa de acrílico com 4 mm de espessura para garantir a condição de equilíbrio eletrônico. Quando expostas à fonte de 137Cs, a espessura da capa de equilíbrio eletrônico, também de acrílico, utilizada foi de 2 mm. Devido à baixa energia, não foi utilizada capa de equilíbrio eletrônico quando as amostras foram irradiadas em feixes de radiação X.

As irradiações em feixes clínicos de radiodiagnóstico foram feitas utilizando-se o simulador antropomórfico Rando-Alderson (Alderson Research Laboratories Inc.; Connecticut, EUA), o simulador de mama com 5 cm de espessura e composição equivalente a 50% de tecido adiposo e 50% de tecido glandular, desenvolvido por Oliveira et al.(12), e os seguintes equipamentos:

– equipamento de radiologia geral Polymat 30/50 Plus (fabricado pela Siemens, Erlangen, Alemanha);

– equipamento de mamografia M III (fabricado pela Lorad Coorporation, Connecticut, EUA);

– equipamento de radiologia odontológica intraoral, com dois cabeçotes (fabricado pelas Indústrias Reunidas Rhos Ltda., Rio de Janeiro, Brasil).

Em todas as irradiações com feixes clínicos os TLDs foram posicionados no centro do campo de radiação, sobre os objetos simuladores, sendo irradiado simultaneamente um par de cada tipo de material termoluminescente. Os parâmetros utilizados nas irradiações simulando os exames de tórax, abdome e crânio são apresentados na Tabela 2. Nas irradiações feitas com o mamógrafo, os parâmetros utilizados foram: controle semiautomático de exposição, 28 kVp e 37,6 mAs. Já nas irradiações nos feixes de radiologia odontológica foram utilizados os seguintes parâmetros: 80 kVp e 1,2 s; foi utilizado um colimador com 22 cm de comprimento e 6 cm de diâmetro.

 

 

O sistema leitor termoluminescente utilizado foi o modelo 5500 (fabricado pela Thermo Electron Corporation, antiga Harshaw Nuclear Systems, Massachusetts, EUA). Para tratamento térmico das amostras foi utilizado o forno PTW-TLDO (fabricado pela PTW, Freiburg, Alemanha).

Nas amostras de CaSO4:Dy, fez-se um pré-tratamento na máquina a 150ºC por 20 segundos. Fez-se a leitura de 150ºC a 300ºC com taxa de aquecimento de 10ºC/s. Após a leitura, foi feito um tratamento térmico, no forno, durante 15 minutos a 300ºC. No caso do LiF:Mg,Ti (TLD-100), fez-se um pré-tratamento, no forno, antes da leitura a 100ºC por uma hora. A leitura foi feita de 50ºC até 300ºC, com taxa de aquecimento de 15ºC/s. Após a leitura, fez-se tratamento térmico, no forno, por três horas a 400ºC e uma hora a 100ºC. Nas amostras de LiF: Mg,Cu,P (TLD-100H), fez-se um pré-tratamento na máquina a 145ºC por 10 segundos. Fez-se a leitura de 145ºC a 260ºC, com taxa de aquecimento de 10ºC/s.

A partir dos valores de leitura de cada amostra termoluminescente, a DEP foi calculada utilizando-se a equação 1, abaixo:

onde: L é a média das leituras dos dosímetros irradiados nas mesmas condições (em nC); LBG é a leitura de dosímetros não irradiados (radiação de fundo ou de background); Si é o fator de sensibilidade para cada amostra; Fc é o fator de calibração (mGy/nC) obtido a partir de cada uma das curvas de calibração obtidas.

 

RESULTADOS

Inicialmente, foram obtidas as curvas de calibração (resposta termoluminescente versus dose absorvida no ar) para os materiais dosimétricos testados, nas energias de radiação descritas em Materiais e Métodos. Devido à baixa taxa de kerma no ar da fonte de 60Co, a curva de calibração nesta energia foi obtida para valores de dose absorvida no ar menores que 10 mGy. Para as demais energias (137Cs e qualidades de radiação X), as curvas de calibração foram obtidas para valores até 50 mGy. Estas curvas são mostradas nas Figuras 1 e 2.

 

 

 

 

A dependência energética foi obtida irradiando-se todos os materiais termoluminescentes testados com um mesmo valor de dose absorvida no ar (50 mGy), nas mesmas condições de geometria, variando-se apenas a energia do feixe de radiação. Os resultados são mostrados na Figura 3.

 

 

Para a determinação da DEP de pacientes, foram realizadas exposições utilizando-se objetos simuladores em feixes de radiologia geral, mamografia e radiologia odontológica, conforme descrito em Materiais e Métodos. Os valores de DEP são apresentados na Tabela 3 utilizando-se três métodos:

– método 1: determinação da DEP utilizando o fator de calibração FC para a energia do 60Co;

– método 2: determinação da DEP utilizando o fator de calibração FC para a energia do 137Cs;

– método 3: determinação da DEP utilizando os fatores de calibração FC para as energias médias (determinada pela medida da CSR) dos feixes de radiação X utilizados.

 

 

Com relação à estimativa de incertezas, foram levados os fatores que constam na equação 1, utilizada para a determinação da DEP. Os desvios-padrão apenas estimam as incertezas em L e LBG. As incertezas relativas a Si são da ordem de 3% e em relação a Fc, 15%. Assim, a incerteza combinada (k = 1) é da ordem de 19%.

 

DISCUSSÃO

A excelente linearidade das curvas de calibração obtidas (avaliada pelos coeficientes lineares do ajuste aplicado aos pontos experimentais) mostra a aplicabilidade dos materiais testados para a dosimetria da radiação X no intervalo considerado de kerma no ar. Vale ressaltar que este intervalo corresponde, em termos de ordem de grandeza, aos valores de dose de referência para pacientes adultos típicos em exames de radiodiagnóstico convencional, mamografia e radiologia odontológica, segundo a Portaria nº 453 do Ministério da Saúde, publicada em 1998, que é de até 10 mGy para os exames mais comuns(13). Porém, segundo a literatura, podem ser encontrados valores de DEP entre 0,01 e 100 mGy(7).

Com relação à dependência energética dos TLDs (Figura 3), o LiF:Mg,Cu,P (TLD-100H) foi o material que apresentou menor variação na resposta no intervalo de energia considerado (menor que 10% em relação à resposta na energia do 137Cs). Entretanto, as amostras de LiF:Mg,Ti (TLD-100) e CaSO4:Dy apresentaram uma variação mais significativa; para estes materiais, as respostas termoluminescentes normalizadas em relação à resposta para a energia do 137Cs foram iguais a 1,4 e 10,9 para o TLD-100 e o CaSO4:Dy, respectivamente. Estes resultados estão em acordo a resultados encontrados na literatura(7,14–16).

De acordo com a Portaria nº 453 do Ministério da Saúde(13), os valores mínimos da camada semirredutora (CSR) em função do potencial de pico (kVp) aplicado ao tubo de raios X para equipamentos utilizados em radiologia geral devem variar entre 2,1 e 3,5 mmAl, para equipamentos monofásicos, e entre 2,3 e 4,9 mmAl, para equipamentos trifásicos; para os mamógrafos, o valor da CSR deve estar entre os valores de kVp/100 e kVp/100 + 0,1 mm equivalentes a alumínio; e, no caso dos equipamentos de radiologia odontológica, os valores mínimos da CSR devem variar de 1,2 a 2,5 mmAl, em função do kVp. Estes valores de CSR concordam com os valores de CSR dos feixes de radiação X (Tabela 1) nos quais os materiais termoluminescentes foram caracterizados. Isto quer dizer que, nas energias utilizadas comumente em feixes clínicos de radiodiagnóstico, devido a seu número atômico efetivo, um material pode apresentar uma resposta maior ou menor, conforme demonstrado na Figura 3.

Na Tabela 3 são apresentados os valores de DEP para exames radiográficos utilizando-se os três materiais termoluminescentes estudados, calculados por meio da equação 1. Percebe-se que, no caso das pastilhas de CaSO4:Dy e das amostras de LiF:Mg,Ti (TLD-100), há uma enorme discrepância entre os valores de DEP determinados a partir da curva de calibração para a energia do 60Co ou do 137Cs quando são comparados aos valores de DEP obtidos conhecendo-se a energia efetiva do feixe e o comportamento destes materiais no intervalo de energia de interesse. Apenas para as amostras de LiF:Mg,Cu,P (TLD-100H) as diferenças entre os valores de DEP determinados a partir de qualquer uma das curvas de calibração se mostraram da mesma ordem de grandeza das incertezas associadas à medida. Neste caso, vale ressaltar que, embora o LiF:Mg,Ti e o LiF:Mg,Cu,P tenham o mesmo número atômico efetivo (Zef = 8,2), este último apresenta uma resposta anômala à radiação, conforme referem Olko et al.(17), o que explica a menor variação da resposta termoluminescente no intervalo de energia estudado.

 

CONCLUSÕES

Os resultados apresentados mostram a necessidade do conhecimento da energia efetiva do feixe e do comportamento dos materiais termoluminescentes utilizados para a correta determinação da grandeza desejada.

Dos três materiais testados neste trabalho, apenas o LiF:Mg,Cu,P não apresentou variação de resposta significativa (sendo da mesma ordem das incertezas) em função da energia efetiva do feixe de radiação X. Por outro lado, o CaSO4:Dy e o LiF:Mg,Ti apresentaram variações significativas em suas respostas nos feixes de radiação X quando comparadas às respostas obtidas nas energias do 137Cs ou do 60Co. Isto, no entanto, não inviabiliza a utilização destes materiais. O CaSO4:Dy, além de ser um material produzido no nosso país, é muito sensível, sendo bastante útil para mensurações de doses baixas. Já o LiF:Mg,Ti possui número atômico efetivo próximo ao do tecido humano e por isso não ocasiona artefatos na imagem radiográfica, sendo, portanto, bastante útil em medições realizadas diretamente colocando-se o TLD sobre a pele do paciente.

Os três materiais termoluminescentes estudados podem ser utilizados para dosimetria de pacientes em feixes clínicos. Entretanto, para a correta determinação da DEP em pacientes submetidos a exames radiográficos (radiologia geral, mamografia ou radiologia odontológica), os dosímetros devem ser previamente calibrados nas energias correspondentes às encontradas clinicamente.

Agradecimentos

Os autores agradecem à Dra. L.L. Campos e ao Dr. E.C. Vilela, pelo fornecimento dos materiais termoluminescentes utilizados neste trabalho, e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). pelo apoio financeiro parcial.

 

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Endereço para correspondência:
Dra. Mércia Liane de Oliveira
Avenida Professor Luiz Freire, 200, Cidade Universitária
Recife, PE, Brasil, 50540-740
E-mail: mercial@cnen.gov.br

Recebido para publicação em 19/3/2009.
Aceito, após revisão, em 10/9/2009.

 

 

* Trabalho realizado no Centro Regional de Ciências Nucleares do Nordeste – Comissão Nacional de Energia Nuclear (CRCN-NE/CNEN), Recife, PE, Brasil.

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