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Uso de Detectores en Medicina Nuclear

Presentada en el PRIMER CURSO REGIONAL DE PROTECCIÓN RADIOLÓGICA, auspiciado por la ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE MEDICINA NUCLEAR

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Uso de Detectores en Medicina Nuclear

  1. 1. USO DE DETECTORES EN MEDICINA NUCLEAR Guillermo Flórez S Físico
  2. 2. El Hombre tiene sensores biológicos naturales para …….
  3. 3. 2. CONTAMINACIÓN Vigilancia de zonas, objetos y contaminación superficial en personas MONITORES DE CONTAMINACIÓN Vigilancia contaminación interna (público y TE) CRC / BIO 1. IRRADIACIÓN Radiación ambiental (público) Vigilancia de área (TE) MONITORES DE RADIACIÓN DOSÍMETROS PERSONALESVigilancia individual (TE) Riesgos asociados a la exposición a Radiaciones Ionizantes
  4. 4. Cualquier material que exhiba cambios por radiación medibles, puede ser usado como detector de radiación ionizante. • Cambio de colores • Cambios químicos • Emisión de una luz visible • Carga eléctrica • ….. • ….. www.google.com/search?biw=1366&bih=662&tbm=isch&sa=1&ei=UEkHW9muCK- K5wKA26GoDw&q=espectrometria+survey+meter&oq=espectrometria+survey+meter
  5. 5. La radiación interacciona con la materia mediante diversos procesos, cuyos efectos finales son: • Ionización de la materia con Creación de carga • Excitación de luminiscencia • Disociación de la materia Medida de la corriente o impulso de voltaje Medida de la intensidad de la luz Medida de alteraciones en la constitución FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA DETECCIÓN
  6. 6. Estos efectos son la base de funcionamiento de los DETECTORES: cuentan las partículas y fotones. ESPECTRÓMETROS: cuentan y miden la energía de la radiación. DETECTORES FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA DETECCIÓN
  7. 7. 1. MODO DE IMPULSO Se registran individualmente todos los sucesos que son detectados. Es imprescindible para hacer espectrometría de la radiación (medida de su espectro de energías), lo que se hace a partir de la ALTURA DE LOS IMPULSOS eléctricos generados en el sistema de medida 2. MODO DE CORRIENTE. Al medir la corriente producida en el detector, se obtienen promedios temporales, pero no se obtiene información individual de los sucesos que han interaccionado MODOS BÁSICOS DE FUNCIONAMIENTO
  8. 8. EFICIENCIA DE DETECCIÓN • nº de sucesos detectados • nº de sucesos ocurridos 0 N N    Eficiencia absoluta: nº impulsos registrados nº de partículas o fotones emitidos abs  Eficiencia intrínseca: nº impulsos registrados nº de partículas o fotones que llegan al detector i 
  9. 9. La resolución en energía es la capacidad de discernir completamente dos líneas espectrales. 0 E FWHM R  RESOLUCIÓN EN ENERGÍA
  10. 10. n: tasa real de eventos m: tasa de impulsos registrados Se debe a las características del detector y a la electrónica asociada. Tiempo mínimo entre dos eventos para que ambos sean registrados separadamente. Tiempo de resolución m m n   1 TIEMPO DE RESOLUCIÓN
  11. 11. Detectores gaseosos • Cámaras de ionización • Contadores proporcionales • Tubos Geiger Müller (GM) Detectores por centelleo • Sólido • Líquido Estado Solido • Detectores semi-conductores TIPOS DE DETECTORES
  12. 12. Tipos de detectores basados en la ionización gaseosa CÁMARA DE IONIZACIÓN CONTADOR GEIGER CONTADOR PROPORCIONAL
  13. 13. - + En esencia, es un recinto lleno de un gas a presión (Argon) 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 DETECTORES DE IONIZACIÓN GASEOSA
  14. 14. VARIACIÓN DE LA AMPLITUD DEL IMPULSO CON LA TENSIÓN APLICADA
  15. 15. Detectores por Ionización Cámaras de Ionización - - - + - - + ++ + - + a++
  16. 16. CÁMARAS DE IONIZACIÓN La tensión aplicada posibilita la captación de toda la carga generada en el gas por la radiación incidente. Pueden ser PLANAS: con electrodos plano-paralelos. CILÍNDRICAS: cilindro hueco con pared exterior como cátodo y un hilo central como ánodo. Detección X y gamma externas ε baja Detección α y β fuentes internas ε cercana al 100%
  17. 17. 18 •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 CONTADOR PROPORCIONAL
  18. 18. Detectores tipo Geiger Muller Los detectores Geiger – Muller (GM) son unos de los tipos de detectores de radiaciones mas antiguos, fueron descubiertos por Geiger y Muller en 1928, sin embargo su simplicidad, bajo costo y facilidad de operación han hecho posible que se continúen utilizando en la actualidad. Los mismos son utilizados en monitores de contaminación, dosimetros, alarmas, etc.
  19. 19. GEIGER MULLER
  20. 20. Para medir partículas alfa y beta de bajas energías, se utiliza una fina ventana de Berilio u otro material que permite la entrada de estas partículas al volumen de gas.
  21. 21. Knoll - + - Una sola partícula incidente causa una ionización completa Cátod o Ánodo Avalancha s individuale s Fotón UV Quenching Si el detector Geiger, tuviera un solo gas (Argón), todos los iones positivos creados se moverían lentamente del ánodo al cátodo y finalmente alcanzarían las paredes de este, recombinando con los electrones del cátodo, si la energía de estos iones es suficientemente grande estos pueden además de recombinar desprender un electrón del cátodo, el cual puede provocar otra descarga y así sucesivamente. Este proceso se conoce como quenching y en el mismo una ves que ocurre una primera descarga el proceso se repite y el detector entrega un tren de pulsos continuamente. Para evitar este fenómeno los detectores se rellenan con una mezcla de gases, donde existe de un 5 a 10% de otro gas llamado gas quench que evita que ocurra este fenómeno. Uno de los defectos posibles de los detectores GM es la perdida o agotamiento de este gas produciendo el proceso quenching a la salida.
  22. 22. Tiempo Muerto y Recuperación existe un tiempo mínimo que necesita el detector GM para ser capaz de contar un nuevo evento, que viene dado por la constante RC, este tiempo lo llamamos tiempo muerto. Además de este tiempo muerto existe otro tiempo llamado de recuperación del detector que es necesario antes de poder detectar otra descarga
  23. 23. La curva Plateau Para poder detectar cada evento provocado por las radiaciones, se necesita determinar el voltaje optimo de trabajo del detector, para ello se coloca el detector en un campo de radiación constante y se va incrementando el alto voltaje desde cero hasta obtener la siguiente gráfica sin exceder el voltaje máximo de trabajo indicado por el fabricante
  24. 24. Selector de encendido
  25. 25. Tipos: • Inorgánicos/Sólidos: NaI(Tl) para fotones, ZnS(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 NaI(Tl) Ventana Fotocátodo TFM Amplificador Fenómeno físico: la fluorescencia producida por la radiación en distintos materiales se recoge en un tubo fotomultiplicador (TFM). DETECTORES DE CENTELLEO
  26. 26. Principio de Detección Teoría de Bandas de Energía
  27. 27. Detección de la luz emitida Tubo Fotomultiplicador
  28. 28. Clasificación Según la forma de mostrar la información Intensímetros y Dosímetros
  29. 29. DOSÍMETROS
  30. 30. Público Trab. Exp. Dosimetría ambiental Dosimetría personal Dosimetría de área 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
  31. 31. fotones, beta, neutrones térmicos Rad. Ionizante Luz BANDA DE VALENCIA BANDA DE CONDUCCIÓN Calor Procesado: 1. Calentamiento del material (lector TL): ciclo de lectura optimizado 2. Análisis de la curva de luz: obtención del área bajo la curva 0 500 1000 1500 2000 2500 100 150 200 250 300 350 Temperatura (ºC) IntensidadTL(u.a.) Curva de luz 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 DOSÍMETROS TERMOLUMINISCENTES (TLD)
  32. 32. 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)
  33. 33. Evaluación: la densidad óptica (ennegrecimiento) se relaciona con la dosis equivalente personal mediante una calibración adecuada fotones, beta, neutrones térmicos DOSÍMETROS DE PELÍCULA Principio físico: Formación de pares e- - Ag+ al incidir la radiación sobre una emulsión de cristales microscópicos de AgBr suspendidos en un medio gelatinoso (“imagen latente”) 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 AgBr no afectadas por radiación 4. Densitometría: medida de la densidad óptica en las distintas zonas
  34. 34. DOSÍMETROS DE PELÍCULA FOTOGRÁFICA Inconvenientes No son reutilizables: incrementa los costes Proceso de revelado y evaluación complejos, difícil automatización Elevado umbral de detección (0,20 mSv) Problemas de saturación a dosis moderadas (> 50 mSv) La extracción, revelado, fijado y lavado en cámara oscura Material inestable frente a factores ambientales: luz, calor, humedad 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
  35. 35. 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 Doble acceso: Pantalla del dosímetro Lector conectado a PC fotones, beta, neutrones DOSÍMETROS ELECTRÓNICOS
  36. 36. Dosímetros de Fibra de Cuarzo (tipo lapicera) •Permiten evaluar la dosis personal en forma directa. •No sustituyen la dosimetría personal. •Se fabrican para detectar radiación X y gamma
  37. 37. FUNCIONAMIENTO
  38. 38. FALLAS COMUNES EN UN ACTIVÍMETRO 1. Alta corriente de fondo que podría exceder en mucho la “corriente propia” original del instrumento. Un alto valor para se asocia, a menudo, con una baja resistencia eléctrica de los aisladores externos del detector a “masa”. 2. Suciedad sobre esos aisladores y, principalmente, condensación de humedad, son causa posible y frecuente de baja resistencia de aislación. 3. Humedad en la Cámara 4. Daño del amplificador electrométrico 5. La estabilidad de la fuente
  39. 39. CONTROL DE CALIDAD • IAEA-TECDOC-317 Quality Control of Nuclear Medicine Instruments Para asegurar el buen funcionamiento del instrumento se deben realizar una serie de pruebas. Operación regular del equipo: cada día que el medidor de actividad se hace un control operacional simple de reproducibilidad y respuesta de fondo. Ensayos periódicos de referencia: para controlar la precisión, exactitud y linealidad de respuesta del instrumento.
  40. 40. PRUEBAS DEL ACTIVÍMETRO Esencialmente los ensayos para el mantenimiento consistirán en 1. Ensayo de referencia de precisión y exactitud en la medición de actividad. 2. Ensayo de referencia de linealidad de respuesta en la medición de actividad. 3. Ensayo de referencia de respuesta al fondo.
  41. 41. FUENTES RADIACTIVAS Radinucleído Energía Gamma Vida Media Actividad Conveniente 57Co 122 kev 271 d 5 mCi 133Ba 81; 356 kev 10.7 a 250  Ci 137Cs 662 kev 30.0 a 200  Ci 60Co 1173; 1332 kev 5.27 a 50  Ci
  42. 42. PROCEDIMIENTO El Procedimiento se debe repetir para cada una de las fuentes radiactivas disponibles para el Ensayo. • Seleccionar las condiciones operacionales apropiadas para el radionucleído en consideración. Esperar con el equipo encendido el tiempo suficiente para lograr una lectura estable. • Notar y registrar la lectura del fondo. Esta lectura deberá ser sustraída de las siguientes medidas de actividad que se realicen. En forma alternativa, si se dispone de un control de ajuste de cero, llevar a cero la indicación del instrumento. • Insertar la fuente radiactiva en el contenedor de medición, en una ubicación reproducible. Introducir este contenedor en el instrumento. Utilizar la herramienta de manejo de fuentes. • Permitir el suficiente tiempo para estabilizar la lectura. Medir y registrar la actividad, restando la lectura del fondo. • Realice un numero de N mediciones sucesivas. • Retirar el contenedor de fuentes del instrumento. Retire la fuente y colóquela en su blindaje. Utilizar la herramienta de manejo de fuentes.
  43. 43. ANÁLISIS DE RESULTADOS • Precisión: (( Ai - A ) / A ) * 100% • Exactitud: ((A - C) / C ))* 100% 5% 10%
  44. 44. MÉTODO 1: Decaimiento MÉTODO 2: Fuentes Graduadas
  45. 45. Medida de Contaminación ACF i * 1    sis BGK A MM C  **    Eficiencia de la fuente de contaminación (εs,): 0,25 para (0,15 MeV˂Eβmax˂0,4 MeV)  Eficiencia de la fuente de contaminación (εs,): 0,5 para (Eβmax ˃0,4 MeV)   FA MM C sis BGK ***   
  46. 46. VERIFICACIONES NECESARIAS ANTES DE UTILIZAR UN MONITOR DE RADIACIÓN Cubierta de material equivalente a tejido (radiación gamma) Detector desnudo (radiación beta) • Verificación del estado de las pilas o baterías • Ajuste del cero • Verificación del funcionamiento con la fuente de comprobación

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