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C�lculo te�rico del blindaje de una sala de radiolog�a general

 

Theoretical calculation of the shielding of a general radiology room

 

C�lculo te�rico da blindagem de uma sala de radiologia geral

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: miguel.saez@espoch.edu.ec

 

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas ���

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de junio de 2022 *Aceptado: 12 de julio de 2022 * Publicado: 03 de agosto de 2022

 

         I.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Facultad de Recursos Naturales, Orellana, Ecuador.

       II.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Riobamba, Ecuador.

     III.            Escuela Superior Polit�cnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Orellana, Ecuador.

    IV.            FG Medic, Riobamba, Ecuador.

Resumen

En este trabajo, se calcul� el espesor de las barreras que constituyen el blindaje estructural de una sala de radiolog�a general para lo cual, se emple� la metodolog�a del Reporte 147 del NCRP para garantizar que la radiaci�n proveniente del tubo de rayos x sea atenuada a niveles por debajo de los recomendados. Se realiz� la clasificaci�n de las barreras y zonas expuestas, en base a lo cual se determin� los niveles de radiaci�n l�mite. Se obtuvo los espesores para ladrillo, concreto y plomo. En vista que se analiz� una instalaci�n preexistente, se pudo constatar que los espesores existentes superaban a los espesores calculados, por lo tanto, se garantiza que el personal que labora en dichas instalaciones no corre riesgo de efectos deterministas a causa de la radiaci�n.

Palabras claves: Blindaje; Radiodiagn�stico; Estad�stica; fotones.

 

Abstract

In this work, the thickness of the barriers that constitute the structural shielding of a general radiology room was calculated, for which the NCRP Report 147 methodology was used to guarantee that the radiation coming from the x-ray tube is attenuated to levels below the recommended ones. The barriers and exposed areas were classified, based on which the limit radiation levels were determined. The thicknesses for brick, concrete and lead were obtained. Given that a pre-existing facility was analyzed, it was found that the existing thicknesses exceeded the calculated thicknesses, therefore, it is guaranteed that the personnel working in these facilities are not at risk of deterministic effects due to radiation.

Keywords: Shielding; Radiodiagnosis; Statistics; photons.

 

Resumo

Neste trabalho foi calculada a espessura das barreiras que constituem a blindagem estrutural de uma sala de radiologia geral, para a qual foi utilizada a metodologia NCRP Report 147 para garantir que a radia��o proveniente do tubo de raios X seja atenuada a n�veis abaixo do recomendado uns. As barreiras e �reas expostas foram classificadas, a partir das quais foram determinados os n�veis de radia��o limite. As espessuras para tijolo, concreto e chumbo foram obtidas. Tendo em conta que foi analisada uma instala��o pr�-existente, verificou-se que as espessuras existentes ultrapassaram as espessuras calculadas, pelo que se garante que o pessoal que trabalha nestas instala��es n�o corre o risco de efeitos determin�sticos devido � radia��o.

Palavras-chave: Blindagem; Radiodiagn�stico; Estatisticas; f�tons.

 

Introducci�n

La determinaci�n del espesor de una barrera para aplicaciones m�dicas es una tarea previa a la construcci�n de la instalaci�n. Debido a la naturaleza exponencial de la atenuaci�n de la radiaci�n ionizante, el espesor de la barrera adecuada es una funci�n del n�mero de exploraciones realizadas en el centro m�dico, la energ�a del equipo y la calidad de radiaci�n. Otro factor a considerar es a que cantidad de radiaci�n puede estar expuesto el individuo sin que esto conlleve el riesgo de efectos nocivos para la salud�(SEFM, 2012).

En la actualidad existen varios documentos que proveen metodolog�as para obtener un espesor sobreestimado en concordancia con el criterio ALARA (As Low As Reasonably Achievable), uno de ellos es el Reporte 147 del NCRP (National Council on Radiation Protection & Measurements) de Estados Unidos, el cual es usado para este estudio.

 

Metodolog�a

Un c�lculo de blindaje es la determinaci�n de los espesores de las barreras que aten�an la radiaci�n primaria procedente de la fuente de radiaci�n denominadas barreras primarias�(Bushong, 2010)�(Attix, 1986), as� como tambi�n la determinaci�n de los espesores de las barreras que atenuar�n la radiaci�n dispersada y de fuga denominadas barreras secundarias (NCRP N. C., 2004) (ICRP, 2007).

En el reporte 147 del NCRP se define los objetivos de dise�o de blindaje, entendidos como �Niveles de kerma en aire empleados en el c�lculo y evaluaci�n de barreras construidas para la protecci�n de empleados y miembros del p�blico��(NCRP N. C., 2004). Estos objetivos son espec�ficos para �reas controladas y no controladas, para una o varias fuentes de radiaci�n evaluadas en un punto de referencia localizado luego de que el haz atraviese el blindaje.

La protecci�n radiol�gica implica que los niveles de dosis efectiva percibidos por individuos en determinadas zonas de trabajo no superen los l�mites permitidos�(Domenech, 2017), esto se asegura teniendo en cuenta las siguientes consideraciones conservativas en favor de la salud humana extra�das de (NCRP N. C., 2004):

�         La atenuaci�n del haz primario de radiaci�n por el paciente es despreciada.

�         El c�lculo del grosor de la barrera recomendado siempre asume una incidencia perpendicular de la radiaci�n.

�         El c�lculo de dise�o del blindaje ignora materiales a parte del blindaje que atraviesen en el camino del haz.

�         Se asume que la radiaci�n de fuga tiene el valor de kerma de 0.876 mGy/h, en la pr�ctica cl�nica este valor est� sobreestimado.

�         La radiaci�n dispersa se sobreestima conservativamente, de tal forma que si se usara tama�os de campo probables se reducir�a la contribuci�n de la radiaci�n dispersa en un factor aproximadamente de 4.

�         Los factores de ocupaci�n tambi�n est�n sobreestimados.

�         En el caso de que se haya calculado un determinado espesor de blindaje de plomo se colocar� las capas de plomo de espesor est�ndar predefinido disponibles en el mercado que sean necesarias. Cuando no se alcance la medida precisa se permitir� el exceso de espesor.

�         Como m�nimo, 0.3 m ser� la distancia desde una pared blindada a un �rea no controlada.

 

Metodolog�a de c�lculo

Los objetivos de dise�o de blindaje (P) de este reporte se muestran en unidades de kerma en aire por semana y toman los valores para el �rea controlada de P = 0.1 mGy / semana y para el �rea no controlada de P = 0.02 mGy / semana (NCRP N. C., 2004) (IAEA, 2018).

Se busca un valor de espesor de la barrera atenuadora suficiente para reducir el kerma en aire en un �rea no controlada a un valor P/T, donde T es el factor de ocupaci�n (NCRP N. C., 2004).

Factor de ocupaci�n (T). En caso de no disponer de los datos de ocupaci�n concretos de la instalaci�n espec�fica que queremos analizar se puede emplear los mostrados en la Tabla 1, obtenida de (NCRP N. C., 2004).

 

Figura 1: Factores de ocupaci�n (T) sugeridos para distintas �reas.

Fuente: Reporte 147 del NCRP [NCRP04]�(MERNNR, 2020)

 

Factor de uso (U). Es la fracci�n de la carga de trabajo para la cual el haz �til est� dirigido hacia la barrera considerada. En la Tabla 2 se observa los valores propuestos en (NCRP N. C., 2004).

 

Figura 2: Valores del factor de uso (U).

Fuente: Reporte 147 del NCRP

 

Carga de trabajo (W). Es la integral temporal de la corriente del tubo de rayos X durante un per�odo de tiempo, com�nmente de una semana. La carga de trabajo normalizada W_norm es la carga de trabajo promedio por cada paciente, cabe aclarar que debido a� que es posible que un mismo paciente sufra m�s de una irradiaci�n, por ejemplo, porque se le aplique m�s de una t�cnica, no es posible establecer un valor fijo de W_norm, sin embargo, una buena aproximaci�n son los valores de W_norm disponibles de la encuesta realizada por Asociaci�n Americana de F�sicos en Medicina (The American Association of Physicists in Medicine) (AAPM)�(NCRP N. C., 2004).

Las propiedades de atenuaci�n de las barreras tienen una fuerte dependencia con el voltaje, por lo que la distribuci�n de la carga de trabajo en funci�n de voltaje es mucho m�s relevante que la magnitud de la carga de trabajo. En la encuesta se determin� distribuciones de carga de trabajo a partir de datos de 14 instituciones de salud, con cerca de 2500 pacientes y siete tipos de instalaciones de radiodiagn�stico, en el reporte 147 de la NCRP se muestra los valores para la distribuci�n de carga de trabajo en intervalos de 5 kVp para cada tipo de instalaci�n�(NCRP N. C., 2004).

 

Metodolog�a general para el c�lculo de blindaje

Se muestra a continuaci�n un procedimiento general para el c�lculo de espesor de barreras primarias y secundarias de una sala que alberga un equipo de rayos x convencional fijo.

Es necesario establecer las distancias que se emplear�n en el c�lculo. Se han rotulado las barreras como se muestra en las Figuras 1 y 2:

 

Figura 3: Clasificaci�n de zonas y barreras. Vista superior.

 

 

Figura 4: Clasificaci�n de zonas y barreras. Vista lateral.

 

Debido a que en el nivel inferior no hay instalaci�n alguna, el piso no se considera como una barrera primaria. La barrera A es la �nica barrera primaria, sobre ella incide la radiaci�n que atraviesa el paciente y el Bucky mural. Todas las barreras han sido calculadas usando un valor sobreestimado de 120 .

�         Los pasos por seguir son:

�         Establecer el valor de Kerma en aire �a causa del haz primario o secundario sin blindaje por cada paciente a una distancia del tubo de rayos x al �rea ocupada d_p=1 m a partir de las distribuciones de las cargas de trabajo W.

�         Este resultado se multiplica por el n�mero de pacientes y se corrige la influencia de la ley del cuadrado de la distancia para obtener el kerma en aire del �rea no controlada en N pacientes examinados por semana:

�         �(0) = ������������������������������ (1)

�         Se calcula la funci�n de transmisi�n de haz amplio para barrera primaria �definida como la relaci�n entre el kerma en aire detr�s de la barrera de espesor x y el kerma en aire en el mismo lugar sin barrera.

�         ����������������������������������������� (2)

�         Finalmente se puede determinar el espesor de la barrera que reduce el kerma en aire sin blindaje al valor de �relacionando la funci�n de transmisi�n con el espesor por medio de tablas o empleando la ecuaci�n algebraica basada en el modelo de �(Archer, Thornby, & Bushong, 1983) para la transmisi�n del haz ancho.

 

��������������������������� (3)

Donde �son par�metros de ajuste del modelo, cuyos valores se muestran en (NCRP N. C., 2004)

El modelo de (Archer, Thornby, & Bushong, 1983) relaciona directamente la funci�n de transmisi�n con el espesor de material de la barrera�(NCRP N. C., 2004, p�g. 117):

������������������������������������������������� (4)

Donde �puede ser el grosor de la barrera existente. Esta relaci�n es �til para obtener el valor estimado de Kerma al otro lado de la barrera ante un blindaje existente por medio de la ecuaci�n:

�������������������������������������������������������������������������������������� (5)

Para barreras primarias se reduce el espesor obtenido considerando el pre-blindaje que origina el receptor de imagen y las estructuras que lo sostienen, en (NCRP N. C., 2004, p�g. 44) se muestran valores que pueden ser usados.

Debido a que el ladrillo no se encuentra estudiado en el NCRP 147, en paredes construidas con este material se usa las equivalencias en plomo mostradas en la Tabla 6, tomadas de la norma alemana DIN 6812.

 

Figura 5: Equivalencia en plomo de diversos de acuerdo a la normativa alemana DIN 6812.

Ejemplo de c�lculo de barrera primaria y secundaria

 

Barrera primaria

 

Ejemplo de c�lculo (Barrera A)

M�s all� de esta barrera se encuentra una casa habitada (propiedad privada). Esta propiedad est� considerada como un �rea libre (alcanzar un objetivo de blindaje de 0.02 mGy/sem), con lo cual se garantiza en base a la literatura la idoneidad del blindaje.

La carga de trabajo normalizada W_norm=1.9 mA min/paciente para la Sala Radiogr�fica (piso y otras barreras) tiene asociada los valores de Kerma en aire sin blindaje a causa del haz primario a un metro de la fuente �= 5.2 �(NCRP N. C., 2004, p�g. 43). El factor de uso es 1 debido a que el receptor de imagen se encuentra paralelo a la barrera B (NCRP N. C., 2004, p�g. 41).

Los par�metros de ajuste del modelo son:

 

Para la determinaci�n del espesor de la barrera se realiza el siguiente c�lculo:

�

Barreras secundarias

La carga de trabajo normalizada W_norm=2.5 mA min/paciente para la Sala Radiogr�fica (todas las barreras) tiene asociada los valores de Kerma en aire sin blindaje a causa del haz secundario a un metro de la fuente �= �, el cual tiene en cuenta la radiaci�n de fuga, dispersa hacia adelante y retro dispersada.

 

Ejemplo de c�lculo (Barrera B)

M�s all� de esta barrera se encuentra la sala que confina el equipo panor�mico dental (zona controlada). Para la determinaci�n del espesor de la barrera se realiza el siguiente c�lculo:

Los par�metros de ajuste para esta situaci�n son:

 

�

 

Resultados y discusi�n

Se obtuvo los siguientes espesores bajo los par�metros a continuaci�n:

 

 

 

 

 

Figura 6: Espesores te�ricos

 

Conclusiones

Se realiz� el c�lculo de los espesores del blindaje de la sala de radiolog�a, con lo cual se garantiza que la instalaci�n puede atenuar la radiaci�n a niveles inocuos para la salud humana seg�n la metodolog�a del reporte 147 del NCRP, por lo que se concluye que el Kerma en aire en las zonas no controladas circundantes a esa instalaci�n se mantendr�n por debajo de los niveles recomendados en los objetivos de dise�o de blindaje.

Finalmente, se realiz� la comparativa con los espesores existentes de la instalaci�n, lo cual se puede ver en la Tabla 4, con lo cual se concluye que la instalaci�n existente es adecuada para el funcionamiento de un equipo de rayos x convencional fijo.

 

Figura 7: Comparativa entre espesores existentes y te�ricos.

 

 

 

 

Referencias

 

1.      Andreo, P., Burns, D., Nahum, A., Seuntjeans, J., & Attix, F. (2017). Fundamentals of Ionizing Radiation Dosimetry. Weinheim: WILEY-VCH.

2.      Attix, F. (1986). INTRODUCTION TO RADIOLOGICAL PHYSICS AND RADIATION DOSIMETRY. Weinheim: John Wiley & sons, Inc.

3.      Bushong, S. (2010). Radiologic Science for technologists. Physics, Biology, and Protection. Barcelona: Elsiever Espa�a.

4.      Dendy, P., & Heaton, B. (2012). Physics for diagnostic radiology. Florida: Tylor and Francis group.

5.      Domenech, H. (2017). Radiation Safety. Managment and Programs. Suiza: Springer.

6.      IAEA, I. A. (2018). Radiation Protection and Safety in Medical Uses of Ionizing Radiation. Vienna: IAEA.

7.      ICRP, I. C. (2007). Recommendations of the International Commission on Radiological Protection, ICRP Publication 103, Annals of the ICRP 37. Oxford: ICRP.

8.      MERNNR, M. D. (2020). ANEXO III MANUAL DE CONTROL DE CALIDAD PARA RADIODIAGN�STICO Y RADIOLOG�A INTERVENCIONISTA. QUITO: SCAN.

9.      NCRP, N. C. (2004). Structural Shielding Design for Medical X-Ray Imaging Facilities, NCRP Report No. 147. USA: NCRP.

10.  SEFM. (2012). Fundamentos de F�sica M�dica. Madrid: ADI.

 

 

 

 

 

� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).