Dise˜ no de blindaje estructural para no una instalaci´ on de im´ agenes nes diagnosticas
Jaime Hip´ olito Cabrera Salcedo M.Sc.(c) olito Cristian Castellanos Jerez M.Sc.
Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias Depart Dep artame amento nto de F´ısica ısic a Maes Ma estr´ tr´ıa en F´ ısic ıs ica a M´ edica di ca Bogo Bo got´ t´ a, a, Colo Co lombi mbia a 2015
iii
Resumen Se presenta un dise˜no no de un servicio servicio de im´ agenes agenes diagnostica diagnosticass en el cual se va a contar contar con una sala de rayos rayos x conve convenciona ncional, l, una sala de tomograf tomograf´´ıa computariz computarizada ada (CT) y una sala para tomograf´ tomograf´ıa por emisi´ on de positrones (PET/CT) con sus respectivos cuartos de on incorporaci´on, on, este dise˜ no no se realiz´o a partir de las recomendaciones del fabricante, General Electric, adem´as as se muestra el procedimiento para el calculo de los blindajes correspondientes, usando varias varias metodolog´ metodolog´ıas, para esto se tuvo en cuenta las recomendaciones de los organismos internacionales tales como el NCRP 147 y el Task Group report 108 de la AAPM , as´ı como reportes repor tes articulado art iculadoss de la comunidad co munidad cient´ cient´ıfica. Al final fina l se entrega el dise˜no no completo con las recomendaciones pertinentes. Palabras clave: Blindajes, rayos x, CT, PET .
Contenido Resumen
III
1. Introducci´ Introducci´ on on 1.1. 1.1. Distri Distribuc buci´ i´ on on de la instalaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Blindaje en Sala de Rayos X 2.1. 2.1. Dise˜ Dise˜ no de la sala de Rayos X . . . . . . . . . . . . . 2.1.1. Factor de Ocupaci´ Ocupaci´ on T . . . . . . . . . . . . 2.2. 2.2. Blin Blindaj dajee Sal Salaa de de Ray Rayos X por por el M´ M´etodo todo de Arc Archer her 2.3. 2.3. Cu Cuad adrros Compa ompara rati tiv vos de los los Dos M´etod e todos os . . . . . 3. Blindaje para Sala de CT 3.1. M´eto do de CTDI . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. 3.2. M´etod e todoo del del Produ roduct ctoo Do Dosi siss-Lo Long ngit itud ud (DLP (DLP)) 3.3. M´etod odoo del mapa de isod odoosis . . . . . . . . . 3.4. Calculo de barreras . . . . . . . . . . . . . .
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4. Blindaje para sala de PET/CT 4.1. Desarrollo del Examen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. M´etodo etod o de c´alculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. 4.3. C´ alculo de barreras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1. Sala de examen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4. Blindaje Cuartos de Incorporaci´on on del Radiof´armaco . . . 4.4. 4.4.1. 1. Blin Blindaj dajee del del Ca Carr rrit itoo Trans ranspor porta tado dorr de las las Un Unid idos osis is
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2 3
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5 5 7 14 15
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17 17 18 19 21
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23 23 24 25 25 26 28
5. Recomendaciones
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A. Anexo: Distribuci´ on de sala sugerida por el fabricante
33
Bibliograf´ıa
37
1. Introducci´ on Los servicio de im´agenes diagn´osticas son una herramienta muy importante para que el m´edico tratante pueda obtener mayor informaci´on de la patolog´ıa del paciente, de una forma r´apida y no invasiva, iniciando con una radiograf´ıa convencional, que es tomada en cent´esimas de segundo y que es muy u ´ til para diagn´osticos r´apidos como lo es una fractura, pasando por las tomograf´ıas computarizadas, las cuales nos dan im´ agenes anat´omicas con mucha m´as informaci´on, estos ex´amenes los hay b´asicos y de alta resoluci´on, lo que influye en la dosis que est´a recibiendo el paciente, se dice que est´a dosis equivale a m´a s de 500 radiograf´ıas juntas. Y entre los ex´amenes diagn´osticos m´as avanzados est´a el PET-CT, que nos provee im´agenes anat´ omicas y a su vez funcionales, lo cual puede ayudar a determinar si un tumor es benigno o no, si hay alguna met´astasis y nos puede ser ´util para determinar la elecci´on del tratamiento a seguir, mientras se va monitoreando. Aunque de los tres ex´amenes mencionados es el que m´as tiempo toma (alrededor de 30 minutos solo en la adquisici´o n de las im´agenes), la radiaci´on que recibe el paciente no es mucho mayor a un CT de alta resoluci´on, mientras que los beneficios son altos. Por lo tanto es necesario analizar el blindaje de un cuarto de incorporaci´on del radiof´armaco FDG, adem´as del lugar donde se va a encontrar el equipo PET-CT, teniendo en cuenta al paciente como un emisor de radiaci´on, donde los fotones emitidos ser´an de 511 keV. Debido al tiempo de vida media es este radiof´armaco inferior a dos horas, no es necesario que despu´es de hecho el examen permanezcan aislados dentro de la cl´ınica. En los servicios de radiolog´ıa convencional es necesario garantizar que la radiaci´on ionizante artificial que all´ı se produce, no vaya a realizar alg´un da˜ no, tanto al p´ ublico como al personal ocupacionalmente expuesto, para esto es necesario contar con un blindaje para asegurar que no se rebasen los niveles permitidos. En el c´alculo de los blindajes que se muestran a continuaci´on, se tuvo en cuenta para los muros el tipo de material con que se har´ıan, ya sea plomo o concreto de baja densidad, teniendo en cuenta que por grosor, bajos costos y no toxicidad, es aconsejable que sea en concreto. Solo para la puerta se recomienda poner entre dos l´aminas de madera una l´amina delgada de plomo, para que cumpla con las medidas de radioprotecci´on, bajar el riesgo t´oxico y el evitar da˜nos en la l´amina de plomo debido a su alta densidad.
1.1 Distribuci´ on de la instalaci´on
3
Otros factores que se tuvieron en cuenta para los c´alculos, fueron si a dichos muros llegaba la radiaci´on de forma directa o solo debido a la radiaci´on de fuga y a la dispersada por el paciente. Por est´etica para el cuarto de control se levant´o el muro en hierro macizo con una peque˜na ventana que cumple con los est´andares internacionales de tama˜no y de protecci´on, siendo hecha de vidrio plomado, que garantiza una atenuaci´on suficiente para la protecci´on del tecn´ologo operario. Conociendo que tipo de instalaciones est´an circundando la sala de rayos X, pudimos clasificar si era zona para p´ublico o para POEs, y tambi´en se tuvo en cuenta el factor de ocupaci´on, para dar un valor acorde con las recomendaciones del ICRP 147.
1.1.
Distribuci´ on de la instalaci´ on
En la siguiente p´agina se muestra el dise˜ no de la instalaci´on, a la cual se le realizar´a el estudio de blindajes.
9 0
5
6 3
4
s a c i t s o n g i a D
2
a g e d o B T M O O O H R
2 6
3
64
e s a d t a n l u a J S
2. Blindaje en Sala de Rayos X 2.1.
Dise˜ no de la sala de Rayos X
La sala de rayos X se dise˜no de tal modo que se ahorre espacio, materiales y por lo tanto costos, se hicieron los calculos de blindaje de los muros analizados para materiales como el contreto de baja densidad y plomo, sin embargo, se analizaron otros materiales para el cuarto de comando y la puerta. En la siguiente gr´afica podemos observar el dise˜no del cuarto, con sus dimensiones y con los sitios que colinda.
no sala de Rayos X Figura 2-1.: Dise˜ Para poder hacer los calculos es necesario tener en cuenta varios par´ametros, como lo son las distancias del haz primario a la barrera primaria, la distancia desde donde se genera la dispersi´on y la radiaci´on de fuga hasta cada uno de los otros sitios a blindar, el factor de uso, el factor de ocupaci´on, la carga de trabajo.
Distancia al ´ area de interes Para calcular la distancia d p se mide desde el tubo de rayos X hasta donde se va a levantar la barrera primaria, para ser conservativos se dirige el tubo de rayos X hacia uno de los
6
2 Blindaje en Sala de Rayos X
muros ortogonales al plano de la camilla. Para calcular la distancia dF se mide desde el punto central donde se ubicar´a el phantom que estar´a sobre la camilla.
Figura 2-2.: Distancias d p y d F
Factor de Uso U El factor de uso se define como la fracci´on del haz primario que es dirigida hacia una determinada barrera, en la pr´oxima gr´afica podemos observar la tabla que el NCRP report 147 ha hecho la siguiente clasificaci´on. El factor de uso que utilizaremos ser´a U=1, como podemos ver en la figura 2-3.
Figura 2-3.: Factor de Uso
2.1 Dise˜ no de la sala de Rayos X
2.1.1.
7
Factor de Ocupaci´ on T
Se define como la fracci´on promedio de tiempo que el individuo m´aximamente expuesto est´a presente mientras el equipo est´a irradiando. Y nos basaremos en la siguiente grafica para realizar los calculos.
Figura 2-4.: Factor de Ocupaci´on
Carga de Trabajo W La carga de trabajo me representa el tiempo integrado de corriente del tubo de rayos X en un periodo de tiempo dado en mA.min, para esto necesitamos calcular primero la carga de trabajo normal, que me representa esa carga de trabajo por paciente en minutos normalizado a una semana Se tuvo en cuenta que el procedimieto que con m´as frecuencia se realiz´a en una sala de Rayos X que me representa una radiograf´ıa de t´orax, y la podemos observar a continuaci´on: Para el calculo de la carga de trabajo normal, se tendr´a en cuenta un procedimiento en el que se configure 36 mA.s por procedimiento, por lo cual la carga de trabajo normalizado ser´a: W normal = 0,6 mA.min Y la carga de trabajo total semanal:
8
2 Blindaje en Sala de Rayos X
Figura 2-5.: Carga de Trabajo W total = N W normal donde N es el n´umero de pacientes semanales, 300 en total. W total = 300 ∗ (0,6 mA.mindias) = 180 mA.min/semana
Dosis debido a la Radiaci´on Primaria Para determinar la dosis a una distancia determinada, para este caso nos referimos al kerma, realizamos tres mediciones usando un dos´ımetro y usamos la siguiente ecuaci´on para su calculo a 1 metro de distancia. ¯ ∗ N k,Q D p1 = M
0
∗
kT ,p
(2-1)
¯ es el valor medio de tres lecturas del dos´ımetro, N k,Q es el coeficiente de calibradonde M ci´on del dos´ımetro y k T ,p el factor de correcci´on por presi´on y temperatura. Otra forma de hacerlo, conociendo el rendimiento Γ del tubo de rayos X: 0
Γ = c 1 (kV )c + c3 2
(2-2)
Definiendo Rendimiento como la dosis equivalente que produce un haz de rayos X a 1 m por cada mA.min. Para algunos tubos de Rayos X, donde c 1 , c 2 y c 3 son constantes que el fabricante del equipo prov´ee. Ya con esto podemos calcular la dosis a 1 m de distancia:
2.1 Dise˜ no de la sala de Rayos X
9
ΓW N d2 donde d = 1 m y W N la carga de trabajo normalizada en una semana por paciente. D p1 =
(2-3)
Blindaje Barrera Primaria (Punto D) Para blindar la barrera primaria es necesario conocer que lugar, que personas y que tiempo permanecen en ese lugar, para la configuraci´on que mostramos en la figura 2-1, que para este caso particular colinda con la sala de CT, y teniendo en cuenta los par´ametros de U=1 para cualquier muro, T=1/2 debido a que es una sala de examinaci´on de pacientes. El kerma debido a la radiaci´on primaria, basados en la carga de trabajo normalizada (0.6 mA.min/paciente) y basados en el NCRP report 147 podemos obtener una dosis en aire de D p1 = 2,3 mSv/Paciente como lo podemos observar en la siguiente gr´afica: El otro par´ametro
Figura 2-6.: Dosis equivalente y Carga de trabajo importante es la distancia desde el tubo de rayos X a la barrera primaria d p = 2 m, con esto podemos ya calcular la dosis total semanal D p (0): D p1 U N T 86,25 mSv D p (0) = d p2
(2-4)
Ya conociendo la dosis en aire que se tendr´ıa a una distancia de 2 m donde se levantar´a la barrera primaria. Para calcular el Factor de transmisi´on debemos tener en cuenta que al otro lado del muro el valor de dosis semanal que se debe lograr es 0 ,02 mSv. B(x) =
0,02 mSv P = = 2,2 × 10 86,25 mSv D p0
4
−
(2-5)
10
2 Blindaje en Sala de Rayos X
Como son fotones lo que tenemos que atenuar, calcularemos las capas decimoreductoras TVL: n(T V L) = Log10 (B(x)) = Log10 (2,2 × 10 4 ) = 3,6 −
(2-6)
siendo 3.6 el n´umero de capas decimoreductoras, para calcular el grosor de cada capa, debemos tener en cuenta que material es el que se va a usar para el muro, ya sea contreto o plomo.
- Con Plomo:) El grosor de cada capa decimoreductora para Plomo (µm = 5,54 cm2 /g y ρ = 11,35 g/cm3 ser´a entonces: xT V L =
Ln10 ln10 = 62,98cm µ
1
−
= 0,0113 cm
(2-7)
y el grosor total del muro: X T = n(T HL) ∗ xT V L = 3,6 ∗ 0,037 cm = 0,13 cm = 1,3 mm
(2-8)
- Con Concreto de baja densidad El grosor de cada capa decimoreductora en concreto de baja densidad (µm = 1,738 10 1 g/cm2 y ρ = 2,35 g/cm3 ) ser´a entonces:
×
−
xT V L =
Ln10 ln10 = 0,408cm µ
1
−
= 5,64 cm
(2-9)
y el grosor del muro en concreto ser´a: X T = n(T HL) ∗ xT V L = 3,6 ∗ 5,64 cm = 20,3 cm
(2-10)
Los anteriores calculos no se tuvo en cuenta la atenuaci´on del bucky chest, la cual seg´un el NCRP Report 147 se le debe restar, y adem´as nos provee cuanto en mm de plomo y concreto le deberiamos restar a los resultados anteriores: Teniendo en cuenta esto, los grosores de la barrera primaria se reducen as´ı:
Figura 2-7.: Preblindaje y el grosor equivalente
2.1 Dise˜ no de la sala de Rayos X
11
Con Pb X = X T − 0,85 mm = 0,45 mm Con Concreto X = X T − 7,2 cm = 13,1 cm.
Dosis debido a la radiaci´on secundaria Para todos los calculos de blindajes que siguen se tiene en cuenta la radiaci´on por dispersi´on y por fuga del tubo de rayos X, para calcular el valor del kerma secundario o de dosis equivalente secundaria, para ser conservadores se escog´ıo para el procedimiento que nos da valor m´aximo promedio de esta dosis, que nos aporta el NCRP 147: 1 = 4,9 × 10 2 mSv Dsec est´ e valor es dado para una distancia de 1 m, para las distancias de los muros que son mayores a 1 m es necesario extrapolarlo. −
Blindaje Cuarto de Control - Ventana Plomada: Por recomendaciones la ventana debe tener dimensiones m´ınimas de 45 × 45 cm, y preferiblemente en vidrio plomado (µm = 4,216cm2 /g y ρ = 4,46g/cm3 ). Para estos calculos tenemos que tener encuenta la radiaci´on secundaria y la distancia que para este caso es dsec = 1,8 m, para el calculo de la dosis semanal ser´ıa: 1 (0) Dsec
1 ∗ N ∗ U Dsec = = 4,54 mSv d2sec
(2-11)
y la dosis a la que se espera reducir es P = 0,4 mSv esto debido a que dentro del cuarto de comando estar´a un TOE, el factor de uso U=1 debido a que la radiaci´on dispersa se distribuye en todas las direcciones. Con esto podemos calcular el factor de transmisi´on: B(x) =
P = 0,088 1 (0) Dsec
(2-12)
Con esto podemos calcular las capas decimoreductoras, el grosor de cada capa y el grosor total del vidrio plomado: nT V L = Log 10 B(x) = 1,05 xT V L =
Ln(10) µ
= 0,12 cm
X T = n (T HL) ∗ xT V L = 1,39 cm
12
2 Blindaje en Sala de Rayos X
- Muro del Cuarto de Control: Para este muro se puede realizar en hierro, cubierto con unas pel´ıculas de pintura o dentro de l´aminas de madera o drywall, o en plomo cubierto con l´aminas de madera, para evitar su toxcicidad, por tal raz´on se realiz´o los calculos con los dos materiales: Hierro: (µm = 3,717 × 10 1 cm2 /g y ρ = 7, 87g/cm3 ), manejando los mismo valores ante1 riores de Dsec (0), P , n(T HL) y B(x) calculamos el grosor de la capa decimoreductora y su grosor total del blindaje: −
xT V L =
Ln(10) µ
= 0,92 cm
X T = n(T HL) ∗ xT V L = 0,97 cm
Plomo: nT V L = 1,05 y xT V L = 0,036 cm X T = 0,38 mm
Blindaje Muro (Punto C) En est´a parte hay una sala de espera para p´ublico, por lo tanto P = 0,02 mSv/semana, 1 manejamos el mismo valor de D sec = 4,9 × 10 2 mSv/paciente, debido a que en est´a sala no permanecer´an las personas mucho tiempo T = 1/20. El factor de uso U=1 y la distancia al muro d sec = 2,4 m. −
1 (0) = Dsec
B(x) =
1 Dsec ∗N ∗U d2sec
P 1 Dsec (0)
=
4,9×10−2 ∗300∗(1/20) 2,42
= 0,127 mSv
= 0,156
nT V L = 0,8 Plomo
−→
Concreto
xT V L = 0,036 cm
−→
−→
x T V L = 5, 64 cm
X T = 0,28 mm
−→
X T = 4,5 cm
Blindaje Puerta (Punto B) La puerta quedar´a ubicada en el punto B, donde queda un pasillo por el que circula p´ıbli1 co en general, por lo tanto P = 0,02 mSv/semana, manejamos el mismo valor de Dsec = 2 4,9 × 10 mSv/paciente, T = 1/8, U=1 y dsec = 2,5 m. −
2.1 Dise˜ no de la sala de Rayos X 1 (0) = Dsec
B(x) =
1 Dsec ∗N ∗U d2sec
P 1 Dsec (0)
=
13
4,9×10−2 ∗300∗(1/8) 2,52
= 0,294 mSv
= 0,068
nT V L = 1,16 xT V L = 0,036 cm
−→
X T = 0,42 mm
Blindaje Muro (Punto A) Por est´a parte queda ubicado el mismo pasillo del punto B, por lo tanto P = 0,02 mSv/semana, 1 manejamos el mismo valor de Dsec = 4,9 × 10 2 mSv/paciente, T = 1/8, U=1 y lo ´unico que cambia es d sec = 2,4 m. −
1 (0) = Dsec
B(x) =
1 Dsec ∗N ∗U d2sec
P 1 Dsec (0)
=
4,9×10−2 ∗300∗(1/8) 2,42
= 0,319 mSv
= 0,062
nT V L = 1,2 Plomo
−→
Concreto
x T V L = 0,036 cm
−→
−→
x T V L = 5, 64 cm
X T = 0,43 mm
−→
X T = 6,7 cm
Blindaje Muro (Punto E) Por est´a parte colinda con Oficinas de POEs, por lo tanto P = 0,4 mSv/semana, manejamos 1 el mismo valor de Dsec = 4,9 × 10 2 mSv/paciente, T = 1, U=1 y la distancia ser´a ahora dsec = 1,2 m. −
1 (0) = Dsec
B(x) =
1 Dsec ∗N ∗U d2sec
P 1 Dsec (0)
=
4,9×10−2 ∗300∗(1) 1,22
= 10,2 mSv
= 0,039
nT V L = 1,4 Plomo
−→
Concreto
x T V L = 0,036 cm
−→
−→
x T V L = 5, 64 cm
X T = 0,51 mm
−→
X T = 7,9 cm
14
2 Blindaje en Sala de Rayos X
Blindaje Techo Para calcular est´e blindaje se tendr´a en cuenta que en la parte superior al techo se encontrar´an oficinas que permaneceran el tiempo laboral completo, por lo tanto T = 1, las personas que laborar´an all´ı son catalogadas como p´ ublico (P = 0,02 mSv/semana) y la distancia se tomar´a desde donde se produce la dispersi´on hasta la distancia donde se encuentran ´organos sensibles a la radiaci´on, siendo as´ı dsec = 2,7 m, y manejamos el mismo valor de 1 = 4,9 × 10 2 mSv/paciente y U=1. Dsec −
Figura 2-8.: Blindaje Techo 1 Dsec ∗N ∗U d2sec
1 (0) = Dsec
B(x) =
P 1 Dsec (0)
=
4,9×10−2 ∗300∗(1) 2,72
= 9,95 × 10
= 2,01 mSv
3
−
nT V L = 2 Plomo
−→
Concreto
2.2.
xT V L = 0,036 cm
−→
−→
x T V L = 5, 64 cm
X T = 0,72 mm
−→
X T = 11,3 cm
Blindaje Sala de Rayos X por el M´ etodo de Archer
Usando el m´etodo de Archer se calcularon los mismos blindajes para cada muro y para el cuarto de control, teniendo en cuenta la sieguiente ecuaciones y las recomendaciones que sugiere el reporte 39 de la NCRP: xbarrier
1 = Ln αγ
( D P (0) )
γ
−
1
1+
β α
+
β α
(2-13)
2.3 Cuadros Comparativos de los Dos M´etodos
15
donde los par´ametros α, β y γ son valores que los provee el mismo reporte para los distintos valores de kV p seleccionados, que para est´e caso es de 100 V, la relaci´on del factor de transmici´on D P (0) es la misma que se uso para todos los calculos. 1
2.3.
Cuadros Comparativos de los Dos M´ etodos
A continuaci´on se observa un cuadro comparativo de los grosores de cada muro para todos los puntos y para el techo, el material con el cual se comparar los dos m´etodos usados es el plomo. Ahora comparando los mismos puntos con ambos m´etodos pero usando concreto de baja
Muro Barrera Primaria Punto C Punto A Punto E Techo
M´ etodo con TVL X T [mm]
M´ etodo Archer X T [mm]
0.45 0.28 0.43 0.51 0.72
11.3 0.19 0.37 0.48 0.89
Tabla 2-1.: Comparaci´on Usando Plomo
densidad para levantar los muros.
Muro Barrera Primaria Punto C Punto A Punto E Techo
M´ etodo con TVL X T [cm]
M´ etodo Archer X T [cm]
13.1 4.5 6.7 7.9 11.3
7.5 1.92 3.21 3.95 6.43
Tabla 2-2.: Comparaci´on Usando Concreto de Baja Densidad
Comparando el cuadro 2-1 y el cuadro 2-2 podemos darnos cuenta que la mejor opci´on para realizar los muros que rodear´a el equipo de Rayos X es en concreto de baja densidad, ya que con el grosor que es de unos pocos cent´ımetros es suficiente y en muchos casos como el techo practicamente no necesita blindaje ya que la placa que se usa para separar un piso de otro generalmente es de 20 cm de grosor, es decir casi el doble del grosor que se necesita para
16
2 Blindaje en Sala de Rayos X
atenuar la radiaci´on hasta valores seguros seg´un las normativas vigentes. Para el cuarto de control tendremos en cuenta varios materiales, con los cuales por las dimensiones de sus grosores se sugiere que la ventana sea en v´ıdrio plomado y el muro circundante a la ventana en una l´amina de plomo recubierta con madera. Los calculos realizados usando los dos m´etodos los podemos observar en el cuadro 2-3 .
- Cuarto de Control Y finalmente compararemos los blindajes de la puerta por los dos m´etodos teniendo en
Muro Plomo Otro Material
Ventana Glass Lead Glass Plate
M´ etodo con TVL X T [mm]
M´ etodo Archer X T [mm]
0.38 Hierro 9.7
0.29 Acero 1.95
M´ etodo con TVL X T [mm] 13.9
M´ etodo Archer X T [mm] 33.4
Tabla 2-3.: Comparaci´on para el Cuarto de Comando
cuenta que la mejor opci´on es usar una l´amina de plomo, y que ´esta est´e cubierta por dos l´aminas de madera, con el fin de evitar contacto directo con el plomo y su toxicidad.
Puerta
M´ etodo con TVL X T [mm]
M´ etodo Archer X T [mm]
0.42
0.35
Tabla 2-4.: Comparaci´on para la Puerta usando Plomo
3. Blindaje para Sala de CT Como se mencion´o, la tomograf´ıa computarizada consiste de un tubo de rayos x rotatorio que genera un haz de radiaci´on colimado a un ancho nominal T b . Dichos tubos operan a un potencial de 120 a 140 kVp, por lo cual genera unos niveles de radiaci´on dispersa considerables por lo que pueden requerir un blindaje significativo. Durante el examen la camilla se estar´a desplazando a una velocidad constante v, y al tiempo que demora el tubo en dar una vuelta completa lo llamaremos τ el cual es del orden de 1 s. Luego podemos definir el pitch de la secuencia p = vT bτ . Para un examen axial o helicoidal N R es el n´ umero total de rotaciones. Es importante aclara que solo se considera la radiaci´on secundaria, pues es haz primario es atenuado por el gantry y sus detectores a niveles menores que los de la radiaci´on secundaria. ×
3.1.
M´ etodo de CTDI
Esta metodolog´ıa asume una distribuci´ on isotr´opica de radiaci´on dispersada, en vez de la distribuci´ on de isodosis en forma de reloj de arena”normalmente dadas por los fabricantes de TC. En el plano de rotaci´on del tubo de rayos x, radiaci´on dispersa se reduce en gran medida debido a la atenuaci´on por el hardware de p´ortico. De hecho, los niveles de radiaci´on dispersa no alcanzan el valor m´aximo hasta que se alcanza un ´angulo de aproximadamente 30 grados con este plano. Esto permitir´a el uso de un factor de oblicuidad (cos θ) reducci´on en el espesor de blindaje para el suelo y el techo si es necesario. El m´etodo se plantea a partir de kerma en aire dispersado por paciente a un metro
K s1
´ınf
= κ
−
´ınf
D(z )dz = κN R
´ınf
−
f (z )dz
(3-1)
´ınf
Donde D(z) es la dosis absorbida acumulada, f(z) es el perfil de dosis de una sola rotaci´on y κ una constante de proporcionalidad. Por otro lado tenemos el ´ındice de dosis en tomograf´ıa computarizada medido con una camara de ionizaci´on de 100 mm. 1 CDTI 100 = T b
5cm
5cm
−
f (z )dz
(3-2)
18
3 Blindaje para Sala de CT
As´ı el kerma en aire dispersado puede aproximarse como: K s1
≈
κ N R T b CTDI 100
(3-3)
Y siendo L = N R b la longitud escaneada, tambi´en n CTDI 100 ser´a el CTDI 100 perif´erico normalizado a los mAs de la medici´on, tendremos finalmente: 1 = κ N R T b mAs n CTDI 100 K sec
(3-4)
Finalmente
1 = κ K sec
L mAs n CTDI 100 p
(3-5)
Los valores para κ est´an dados para cabeza y cuerpo en el NCRP 147. κcabeza = 9 × 10 5 cm −
κcuerpo = 3 × 10 4 cm −
1
−
(3-6a)
1
(3-6b)
−
Mientras que los valores de CTDI 100 son proporcionados por el fabricante o se los puede encontrar en www.impact.com, adem´as este puede ser reescalado mediante el potencial del tubo. Finalmente el kerma en aire dispersado total deber´a tener en cuenta todas las contribuciones, la cantidad de estudios(N i ), as´ı como el factor de ocupaci´on (T) y la distancia de inter´es: T = K sec
3.2.
K sec,i N i d2
×
T
(3-7)
M´ etodo del Producto Dosis-Longitud (DLP)
Muchos tom´ografos ya muestran los valores de DLP o de CTDI vol . Y tenemos que: DLP = CTDI vol L
(3-8)
y CTDI vol =
1/3 CTDI 100,central + 2/3 CTDI 100,periferico p
(3-9)
Luego nuestro m´etodo de calculo se vuelve m´as simple 1 = κ DLP K sec
(3-10)
3.3 M´etodo del mapa de isodosis
19
Tabla 3-1.: Producto Dosis-Longitud. Procedimiento CTDI vol (mGy) Longitud de escaneo (L) (cm) Cabeza 60 20 Pecho 15 35 Abdomen 25 25 Pelvis 25 20
DLP (mGy cm) 1200 525 625 200
En la Tabla 3-1 podemos ver una lista de valores para DLP estimados por el American College of Radiology.
3.3.
M´ etodo del mapa de isodosis
Figura 3-1.: Curvas de Isodosis para CT Brivo CT385.
20
3 Blindaje para Sala de CT
Figura 3-2.: Curvas de Isodosis para CT Brivo CT385. En las Figuras 3-1 y 3-2 encontramos los mapas de isodosis del equipo Brivo CT385 de General Electric GE, cuyos valores estan normalizados para un estudio, con los siguientes par´ametros:140 kVp, 100 mAs, 1s, 16 x 1.25 mm. Si los par´ametros del estudio son diferentes en la tabla 3-2 podemos encontrar el factor de escalamiento que se debe utilizar
Tabla 3-2.: Factores de escalamiento para BrivoCT385 Par´ametro mAs 80 kVp 100 kVp 120 kVp 140 kVp 1 mm de apertura 3 mm de apertura 5 mm de apertura 10 mm de apertura 15 mm de apertura 20 mm de apertura 30 mm de apertura 40 mm de apertura
Factor Nuevo mAs/100 0.24 0.45 0.71 1.00 0.20 0.22 0.27 0.38 0.48 0.59 0.79 1.00
3.4 Calculo de barreras
3.4.
21
Calculo de barreras
Para nuestro servicio tenemos asumimos ex´amenes de cabeza y cuerpo con 200 estudios semanales para cada uno, con los siguientes par´ametros de operaci´on:
Para cabeza
Para cuerpo
L=20 cm
L=50 cm
I= 300 mAs
I= 250 mAs
p=1
p=1.35
n CTDI =
0,238mGy mAs
1
n CTDI =
−
κcabeza = 9 × 10 5 cm −
1
0,135mGy mAs
κcabeza = 3 × 10 4 cm
−
−
DLP=1302 mGy cm
1
−
1
−
DLP=1550 mGy cm
Para el caso del m´etodo con el mapa de isodosis se tuvo en cuenta una operaci´on con: 140 kVp 300 mAs 40 mm de apertura 5s As´ı, aplicando los m´etodos ya mencionados se realizan los c´alculos para los espesores de las barreras de la sala de CT y los resultados se muestran en las tablas 3-3 y 3-4 para concreto y para plomo respectivamente.
Tabla 3-3.: Barreras para CT en concreto en cm. M´etodo CTDI100 DLP Mapa de Isodosis
N S E W Techo 7.64 19.44 19.50 10.74 18.67 8.47 20.27 20.32 11.56 19.49 6.13 17.67 17.43 8.73 15.50
Piso 19.23 20.05 -
Tabla 3-4.: Barreras para CT en plomo en mm. M´etodo CTDI100 DLP Mapa de Isodosis
N 1.06 1.17 0.85
S 2.69 2.81 2.50
E 2.70 2.82 2.40
W Techo 1.49 2.59 1.60 2.70 1.21 -
Piso 2.66 2.78 -
22
3 Blindaje para Sala de CT
Para el caso de la puerta, se realiz´o los c´alculos de espesor, utilizando plomo y acero 304 y los resultados se muestran en la tabla 3-5
Tabla 3-5.: Barreras para puerta de sala de CT. Material Acero 304 (cm) Plomo (mm)
CTDI100 1.61 1.0
DLP 1.79 1.1
Mapa de Isodosis 1.32 0.85
4. Blindaje para sala de PET/CT Los fotones de 511 keV asociados al aniquilamiento positronico son mucho m´as energ´eticos que en otros diagn´osticos usando radiaci´on, para esto la Asociaci´on Americana de F´ısicos en Medicina publico un reporte (AAPM TG108) en donde se daban unos lineamientos para el momento en el que se necesite hacer el estudio de blindajes para un tom´ografo por emisi´on de positrones. La metodolog´ıa que sigue el reporte en cuesti´on parte de la ecuaci´on que relaciona tasa de dosis con actividad del radioisotopo. A·Γ ˙ D = d2
(4-1)
Este reporte tambi´ en nos facilita unos valores de la constante de tasa de dosis para los isotopos m´as comunes en PET, estos se muestran en la tabla 4-1
Tabla 4-1.: Producto Dosis-Longitud. Nucleido 11 C 13 N 15 O 18 F 68 Ga
4.1.
Constante de tasa de dosis (Γ) µSv m2 /MBq h 0.148 0.148 0.148 0.143 0.134
t1/2 min 20.4 10 2 109.8 68
Desarrollo del Examen
Al ingresar al examen, el paciente entra al cuarto de incorporaci´on para ser inyectado con el radiof´armaco que para el caso de 18-FDG se usan actividades de entre 10-20 mCi (370-740 MBq) para adultos. Luego el paciente espera en el cuarto de incorporaci´on un tiempo de entre 30-60 minutos. Durante este tiempo se asume que ´el puede excretar entre el 15-20 % de la actividad que le fue suministrada.
24
4 Blindaje para sala de PET/CT
Aqu´ı se debe tener presente un factor de reducci´on correspondiente al tiempo de incorporaci´on. Posteriormente el paciente para a la sala de PET para realizar el estudio el cual dura entre 20-30 minutos, es importante considerar el factor de atenuaci´on del gantry del PET, generando un 15 % atenuaci´ on. Durante todo el este proceso es importante destacar el factor de atenuaci´on que ejerce el propio cuerpo del paciente, que para esta energ´ıa, se tiene un valor de atenuaci´o n del 36 %.
4.2.
M´ etodo de c´ alculo
Por naturaleza de decaimiento, se debe tener en cuenta un factor de reducci´on de dosis durante un periodo de tiempo dado, esto ya que la dosis no vendr´a dada en todo instante por la actividad inicial, si no que est´a ir´a disminuyendo. El factor de reducci´on que viene dado por: Rt =
D(t) ˙ × t D(0)
(4-2)
El factor de decaimiento en incorporaci´on : F U = e
λtU
−
(4-3)
Para as´ı tener los factores de transmisi´on para la sala de incorporaci´on 4-4a y para la sala de escaneo 4-4b 10,9 × P × d2 BU p = T × N w × Ao × tU (h) × RtU
(4-4a)
12,8 × P × d2 BI = T × N w × Ao × F U × tI (h) × RtI
(4-4b)
Donde: P es la dosis objetivo, d es la distancia del foco de radiaci´on a nuestro punto de inter´es a blindar, T es el factor de ocupaci´on, umero de pacientes semanales, N w es n´ Ao es la actividad inicial del radiof´armaco.
4.3 C´ alculo de barreras
25
4.3.
C´ alculo de barreras
4.3.1.
Sala de examen
Para nuestro estudio asumimos 40 estudios semanales, conservadoramente, con una dosis de 25 mCi de 18-FDG, un tiempo de incorporaci´o n de 1 hora y un tiempo de examen de 30 minutos. Es decir: N w = 40 semana
1
−
Ao =25 mCi tU p =1 hora tI =30 minutos Ahora las distancias y factores de ocupaci´on se refieren en la tabla 4-2
Tabla 4-2.: Distancias y factores de ocupaci´on. d (m) T P (mSv/sem)
N 2.05 0.024 0.02
S 2.22 0.2 0.4
E 3.39 0.2 0.4
W Techo 4.66 1.97 1 1 0.02 0.02
Piso 2.03 1 0.02
As´ı, aplicando el m´etodo ya mencionado se realiza los c´ alculos para los espesores de las barreras de la sala de PET y los resultados se muestran en la tablas 4-3 para concreto y para plomo.
Tabla 4-3.: Barreras para PET en cm. Material Concreto Plomo
N 0 0
S 0 0
E 0 0
W 0 0
Techo 18.64 1.25
Piso 18.15 1.22
Para la parte de CT del equipo utilizamos los m´etodos de CTDI 100 y DLP, que se presento en el cap´ıtulo 3, y los resultados de los calculos se presentan en las tablas 4-4 y 4-5.
Tabla 4-4.: CTDI100 Material Concreto (cm) Plomo (mm)
N S E 4.72 1.86 0 0.65 0.26 0
W Techo 2.19 14.74 0.30 2.04
Piso 14.58 2.02
26
4 Blindaje para sala de PET/CT
Tabla 4-5.: DLP Material Concreto (cm) Plomo (mm)
4.4.
N S E W Techo 5.54 2.68 0.43 3.02 15.56 0.77 0.37 0.06 0.42 2.16
Piso 15.40 2.14
Blindaje Cuartos de Incorporaci´ on del Radiof´ armaco
Para garantizar la seguridad de los trabajadores, parcientes y p´ublico en general, es necesario tener en cuenta las salas de inyecci´on e incorporaci´on del radiof´armaco (uptake room) y por lo tanto es necesario tener en cuenta todo lo necesario relacionado con el origen de la radiaci´on, el lugar donde se producir´a la emisi´on y qu´e le rodea. A continuaci´on se puede observar el dise˜no de los cuartos de incorporaci´on, sus vecindades y el sus dimensiones de 2 m × 2 m. Para este caso se tendr´an solo dos salas de incorporaci´on, debido a que se tendr´a n 8 pa-
Figura 4-1.: Salas de incorporaci´on cientes diarios, cinco d´ıas a la semana, para un total n = 40 pacientes por semanales. Nos interesa conocer cual ser´ıa el blindaje para los 1, 2, 3 y 4 que aparecen en la gr´afica. Esta parte est´a relacionada con la medicina nuclear, debido a que se maneja un radiof´armaco, el 18 F -FDG, el cual es utilizado en tratamiento PET y es emisor de positrones, cuando ocurre el proceso de aniquilaci´on se producen fotones de 511 keV, y siendo as´ı con cualquier radiof´armaco que se utiliza en procedimientos PET, la ventaja de usar 18 F es que su tiempo de vida (T 1/2 = 109,7 min)media es mucho mayor que los otros que se utilizan en el servicio, y su tasa de kerma en aire es muy simirar al resto de radion´uclidos Γ = 1,43 × 10 4 mSv.m2 /MBq.h. Un par´ametro muy importante que influye en el blindaje es la actividad que se suministra para este procedimiento, que oscila entre los 10 y los 15 mCi (370-925 MBq), para ser conservadores se usar´a A = 925 M Bq . Debido a que estamos tratando con un radionucl´ıdo necesitamos tener en cuenta que su actividad va a estar disminuyendo con el tiempo, por eso tenemos que introducir el factor de reducci´on de la dosis que esta dado por la siguiente ecuaci´ on: −
4.4 Blindaje Cuartos de Incorporaci´ on del Radiof´armaco
27
T 1/2 ln2 tu /T / ∗ (1 − e ) (4-5) tu donde tu es el tiempo de incorporaci´on (uptake) que generalmente es de 1 hora. Luego que se le ha inyectado al paciente el material radiactivo, ´el se convierte en una fuente emisora de radiaci´on ionizante, por lo tanto es necesario saber d´onde va a estar ubicado y cual va a ser la atenuaci´on que har´a su cuerpo, para esto suponemos que el paciente estar´a ubicado en los sillones y que la atenuaci´on ser´ a de un 32 % (χ = 0,68). Por lo tanto para calcular la carga de trabajo semanal se har´a de la siguiente forma: −
R = 1,443 ∗
∗
1 2
W = n ∗ tu ∗ A ∗ ∗R ∗ Γ ∗ χ
(4-6)
Reemplazando con todos los datos que tenemos arriba obtenemos una carga de trabajo semanal W = 2,89 mSv.m2 /semana y con este dato podemos calcular la dosis semanal a cada uno de los puntos mencionados. D =
W ∗ U ∗ T d2
(4-7)
Como el paciente se ha de convertir en una fuente isotr´opica de radiaci´on luego de la inyecci´on del radionucl´ıdo U=1, y la distancia d se medir´a desde el sill´on hacia cada uno de los muros. El factor de transmisi´on, el n´ umero de capas decimoreductoras y el grosor de cada blindaje se calcula para cada uno de los puntos, a continuaci´on se mostrar´a para el punto 1, el cual es colindante con el ba˜no que usan los mismos pacientes de esos cuartos, por lo tanto T = 1/20, d = 1,6 m y la dosis a la que se espera reducir es P = 0,1 mSv/semana. D = 0,056 mSv/semana B(x) =
P D
= 1, 77
Como B (x) > 1 no se necesita blindaje para este muro. A continuaci´on podemos observar para cada punto el resumen del blindaje, determinando el grosor de cada muro tanto en plomo como en concreto: De la anterior tabla podemos observar que solo con el grosor que un muro de divisi´on tiene en concreto se pueden blindar las cuatro paredes de cada cuarto de incorporaci´on y que para el techo y el piso, el grosor de las placas que es aproximadamente 20 cm sirve para atenuar la radiaci´on a valores permitidos, por lo tanto la mejor opci´on en cuanto al material es el concreto de baja densidad. Adicionalmente se realizaron los calculos usando el m´etodo de Archer, el cual lo podemos ver y comparar en la siguiente tabla:
28
4 Blindaje para sala de PET/CT
Zona 1 2 3 4 5 (Techo) 6 (Piso)
d [m]
T
1.6 1.6 0.4 0.4 2.7 2.1
1/20 1/5 1/5 1/20 1 1
P [mSv] D [mSv] 0.1 0.4 0.1 0.4 0.02 0.02
0.056 0.22 3.61 0.90 0.39 0.65
B(x)
xconcreto [cm]
xP b [cm]
1.77 1.22 0.027 0.44 0.05 0.030
0 0 17.2 3.9 11.22 16.7
0 0 1.95 0.44 1.6 1.9
Tabla 4-6.: Blindaje Cuartos de Incorporaci´on Zona
TVL x concreto [cm] Archer x concreto [cm]
1 2 3 4 5 (Techo) 6 (Piso)
0 0 17.2 3.9 11.22 16.7
0 0 18.6 9.21 22.4 27
TVL x P b [cm] Archer x P b [cm] 0 0 1.95 0.44 1.6 1.9
0 0 1.52 0.61 1.9 2.36
Tabla 4-7.: Comparaci´on de Blindajes con los dos M´etodos
4.4.1.
Blindaje del Carrito Transportador de las Unidosis
Suponiendo que el material radiactivo ingresara desde la entrada principal, teniendo contacto con pacientes, p´ublico y trabajadores hospitalarios, y suponiendo tambi´ en que el tiempo de recorrido m´aximo ser´a de 10 minutos, procedemos a calcular el blindaje para el carrito que transportar´a diariamente 8 unidosis de 18 F -FDG, con actividad m´axima de 100 mCi (3700 MBq), que corresponder´ıa a la dosis para el u ´ ltimo procedimiento de la ma˜nana. El dise˜no del del carro ser´a c´ubico, de lado 1 metro, como se observa en la siguiente figura: A continuaci´on se resumen todos los par´ametros que se deben tener en cuenta para realizar el blindaje de cada lado del carrito: A= 3700 MBq t=10 min= 0.166 h Factor de Ocupaci´on T=1/240 U=1 n=8 unidosis
4.4 Blindaje Cuartos de Incorporaci´ on del Radiof´armaco
29
Figura 4-2.: Carrito Transportador Blindado El factor de reducci´on de la dosis en 10 min R=0.967 d=0.2 m Γ = 1,44 × 10
4
−
mSv.m2 /MBq.h
Con todos estos datos procederemos a calcular la carga de trabajo, la dosis que a 0.2 m de distancia y tendremos en cuenta la atenuaci´on que tiene el blindaje de cada unidosis que es equivalente a 3 capas hemireductoras. W = n ∗ t ∗ A ∗ ∗R ∗ Γ = 0,65 mSv.m2 D
W ∗U ∗T d2
= 0,068 mSv
Debido a la atenuaci´on de cada unidosis D = 8,5 × 10
3
−
mSv
Debemos reducir la dosis a la permitida para el p´ublico P = 4 µSv B(x) =
P D
= 0,468
El n´ umero de capas decimoreductoras n = Log10 (B(x)) = 0,329 El grosor de cada capa en plomo x T V L = 1,25 cm El grosor final de cada cara del carrito es x = n ∗ xT V L = 0,41 cm
30
4 Blindaje para sala de PET/CT
Se realiza en plomo el blindaje del carrito debido al grosor que deber´ıa tener cada l´amina si fuese en otro material, con el resultado anterior podemos observar que 41 mm de plomo es relativamente f´acil de implementar en el blindaje y nos ayuda a que las dimensiones del mismo no sean mayores.
5. Recomendaciones A lo largo del presente informe se detalla todos lo espesores de barrera recomendado por los autores, se debe tener presente que estos sitios constituyen una zona controlada la cual debe tener acceso solo con autorizaci´on. La persona a cargo de la recepci´on deber´a ser quien dirija a los paciente por las diferentes entradas dependiendo del tipo de examen que se deba realizar. Como parte de la recepci´on de la unidosis se debe realizar una restricci´on a la circulaci´on de la parte del parqueadero por donde llegar´a la unidosis, durante el tiempo de recepci´on. Si estas llegar´an por un sitio diferente, se debe tener presente el uso del carrito plomado que se presenta en el cap´ıtulo 4, y la persona que dirija dicho carrito, deber´a hacerlo de la manera m´ as r´apida posible, para disminuir el tiempo que este va a estar contiguo a dicha fuente de radiaci´on. En la siguiente p´agina se muestra el dise˜no final, con los espesores a escala de las paredes del servicio de im´agenes diagnosticas.
9 0
5
6 3
4
s a c i t s o n g i a D
2
a g e d o B T M O O O H R
3
64
e s a d t a n l u a J S
A. Anexo: Distribuci´ on de sala sugerida por el fabricante En la siguientes hojas se muestra las distribuciones de sala sugeridas por el fabricante para Rayos X, CT y PET/CT respectivamente.
