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En éste número:
- La radioinducción de mutaciones
en plantas y sus beneficios
para la agricultura
Publ icación semestralAgencia de Energía Nuclear y Tecnologías de Avanzada en Cuba
Min ister io de C ienc ia , Tecno log ía y Medio Ambiente
nucleusnucleusnucleusnucleusnucleusnucleusnucleusnucleusnucleusnucleusnucleusnucleusnucleusnucleusnucleusnucleusNo. 31, 2002No. 31, 2002No. 31, 2002No. 31, 2002No. 31, 2002No. 31, 2002
ISBN 0864-084X
Sumario
PANORAMA NUCLEAR
La radioinducción de mutaciones en las plantas y sus beneficios para laagricultura
Luis Manuel González Núñez, Ramiro Ramírez Fernández ................................................. 4
CIENCIAS NUCLEARES
Mejoramiento de la cuantificación relativa del flujo sanguíneo cerebral con latecnología médico-nuclear disponible en el país
C.A. Sánchez Catasús, O. Díaz Rizo, M. Rodríguez Castillo, R. Rodríguez Rojas, A. ÁguilaRuiz ....................................................................................................................................... 9
Estimación de las dosis que recibe la población cubana debido a laincorporación de radionúclidos por ingestión de alimentos
J. Tomás Zerquera, M. Prendes Alonso, I.M. Fernández Gómez, D. Pérez Sánchez,G. Rodríguez Castro, N. Martínez Ricardo, O. Brígido Flores ............................................. 19
Diseño e interpretación de los experimentos de medición de seccioneseficaces de remoción
L. F. Desdín García, L. García Fernández .......................................................................... 23
Caracterización radiactiva de los suelos y productos agrícolas de la regióncentro-sur de Cuba
R.Y. Sibello Hernández, C. M. Alonso Hernández, M. Díaz Asencio, H. Cartas Águila. ...... 28
Evaluación de las dosis que recibe la población de la Ciudad de La Habanapor el radio 226 que incorpora con las aguas de consumo
J. Tomás Zerquera, M. Prendes Alonso, I. Ma. Fernández Gómez, N. Martínez Ricardo .. 35
ÁMBITO REGULATORIO
Metodología para la aplicación del análisis probabilistas de seguridad a lasunidades de cobaltoterapia en Cuba
Juan José Vilaragut Llanes, Rubén Ferro Fernández, Mayra Troncoso Fleitas,Bertha Lozano Lima, Andrés de la Fuente Puch, Yolanda Pérez Reyes, Cruz DuménigoGonzález ............................................................................................................................. 40
Control de calidad al servicio de radiología diagnóstica en policlínicos yhospitales de Santiago de Cuba
Reinaldo Griñán Torres, Héctor Parra Caboberde, Lino A. Semanat Sánchez ............... 44
Recomendaciones a los autores .............................................................................................. 48
Consejo Editorial
Doctor en Ciencias Físicas Luis Felipe Desdín García, Ing. Rubén Ferro Fernández, Doctor en Ciencias Biológicas Omar GarcíaLima, Doctor en Ciencias Químicas José Morín Zorrilla, Master en Ciencias Físico- Matemáticas Manuel Fernández Rondón.
Director: Manuel Fernández Rondón / Editor Jefe: Jorge Alvarado Cartaya / Redactor Técnico: Marta Contreras Izquierdo / Edición:Dulce María García Medina / Diseño: Marietta Fernández Martín / Composición: Magaly Cruz Jorge / Fotografía: Pablo MassipGinestá / Traducción: Lázaro O’Farrill Lazo / Referencias: Katia González Sánchez / Fotomecánica: Alain Ciérvides Sánchez /Producción: Adolfo Estévez González, Ricardo Gavilla Moreno / Encuadernación: María Cristina Herrera Rosell / Canje: IraidaOviedo Rivero.
Summary
NUCLEAR OUTLOOK
Radioinduction of mutation in plants and its benefits for agricultureLuis Manuel González Núñez, Ramiro Ramírez Fernández ................................................ 4
NUCLEAR SCIENCES
Improvement of the relative quantification of the cerebral blood flow withthe available nuclear medicine technology in the country
C.A. Sánchez Catasús, O. Díaz Rizo, M. Rodríguez Castillo, R. Rodríguez Rojas, A. ÁguilaRuiz ....................................................................................................................................... 9
Estimation of the dosis that the cuban population receives owing toradionuclide incorporation through ingestion of foods
J. Tomás Zerquera, M. Prendes Alonso, I.M. Fernández Gómez, D. Pérez Sánchez,G. Rodríguez Castro, N. Martínez Ricardo, O. Brígido Flores ............................................. 19
Design and interpretation of the experiments of measurements of effectiveremoval sections
L. F. Desdín García, L. García Fernández .......................................................................... 23
Radioactive characterization of lands and agricultural products of thecenter-south region of Cuba
R.Y. Sibello Hernández, C. M. Alonso Hernández, M. Díaz Asencio, H. Cartas Águila. ...... 28
Evaluation of the radium 226 doses incorporated whith the consumptionwaters, which is receive by the city of Havana inhabitants
J. Tomás Zerquera, M. Prendes Alonso, I. Ma. Fernández Gómez, N. Martínez Ricardo .. 35
REGULATORY FRAMEWORK
Methodology for the application of the probabilistic safety analysis to thecobaltotherapy units in Cuba
Juan José Vilaragut Llanes, Rubén Ferro Fernández, Mayra Troncoso Fleitas,Bertha Lozano Lima, Andrés de la Fuente Puch, Yolanda Pérez Reyes, Cruz DuménigoGonzález ............................................................................................................................. 40
Quality control to the service of diagnostic radiology in policlinics andhospitals of Santiago de Cuba
Reinaldo Griñán Torres, Héctor Parra Caboberde, Lino A. Semanat Sánchez .............. 44
Information for authors ............................................................................................................. 48
Revista arbitrada. Referenciada en la Base de Datos INIS.Publicación semestral de la Agencia de Energía Nuclear y Tecnologías de Avanzada del Ministerio de Ciencia,Tecnología y Medio Ambiente, CITMA.Edición e Impresión: Cubaenergía / Calle 20 No. 4111 e/18A y 47, Playa, Ciudad de La Habana, Cuba CP 11300 /Apartado Postal 6317 y 6318 / Tel.: (537)2027527 / Fax: (537)204 1188 /c.e.: [email protected] como impreso periódico. Registro Nacional de Publicaciones Seriadas No. 0061. Inscripta en la Direcciónde Correos y Telégrafos con el No. 94021/184.
NUCLEUS, NO. 31, 2002
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Panorama Nuclear
LA RADIOINDUCCIÓN DE MUTACIONES EN LAS PLANTASY SUS BENEFICIOS PARA LA AGRICULTURA
Luis Manuel González Núñez, Ramiro Ramírez Fernández
Instituto de Investigaciones Agropecuarias “Jorge Dimitrov”, Granma, Cuba
Palabras clave: agriculture, radioactivity, plant breeding, plant growth, productivity, radiation inducedmutants
INTRODUCCIÓN
La radioinducción de mutaciones es una técnicabasada en la acción mutagénica de lasradiaciones ionizantes al interactuar con elgenoma de los seres vivos, que permiteincrementar las tasas de mutación natural entre10-100 veces, facilitando las posibilidades deselección [1]. Se considera de gran utilidad enel mejoramiento genético de las especiesvegetales, pues permite obtener variedadespromisorias en numerosos cultivos de interéseconómico; con la ventaja de acortar losperíodos de selección y aportar nuevos genesque no están restringidos a la constitucióngenética de los progenitores [2, 3] y que suexplotación en condiciones de producciónproporcionan ganancias anuales que se midenen billones de dólares [3].
En Cuba, esta técnica se ha ido introduciendopaulatinamente en los programas de mejora, conresultados importantes y en algunos cultivos comoel arroz representa una de las vías principales paraincrementar la variabilidad genética [4-6].
DESARROLLO DE LA TÉCNICA DERADIOINDUCCIÓN DE MUTACIONES
La idea de provocar mutaciones artificiales yemplearlas con fines mejoradores la planteó en1901 Hugo de Vries. Durante una conferenciacelebrada en Cold Sprint Harbort en 1904, esteinvestigador propuso el empleo de los rayos X,descubiertos hacía sólo 9 años por W. ConradRoentgen. Sin embargo, no es hasta mediado delos años 20, que se confirma uno de losfenómenos más relevantes de la radiobiología: laacción mutagénica de las radiaciones ionizantes[7, 8].
Los primeros investigadores que trabajaron en estadirección fueron Koltsov y sus colaboradoresNadson y Filipov, entre los años 1920-1925.Durante ese tiempo aparecieron publicados los
primeros trabajos de estos científicos acerca de laaparición de nuevas y estables razas de levadurapor la acción de las radiaciones. En estosexperimentos se demostró por primera vez laaparición de mutaciones, no obstante la genéticade la levadura en aquel tiempo era poco trabajada,y los autores no pudieron demostrar el incrementode la frecuencia mutacional [9,10].
Experimentos más precisos y generalizadoressobre la influencia de los rayos X en la producciónde mutaciones los realizó en 1927 Muller enDrosophila, quien aportó pruebas concluyentessobre la aparición de mutaciones por acción de lasradiaciones ionizantes, lo cual brindó por primeravez a la biología la posibilidad experimental deinfluir sobre la herencia genética [8].
En este período se confirmó también estacapacidad en las plantas. Stadler en 1928 [11,12]presentó mutantes obtenidos en cebada y maíz, yGoodsped en 1929 [13] en tabaco; pero la primeramutación obtenida con fines prácticos en tabacofue informada por Tollenar en 1934 [8].
A pesar de que el uso de las mutaciones inducidases en principio simple, se ha demorado laaplicación de esta técnica con efectividad. En laactualidad, se considera una técnica útil para elmejoramiento de diferentes cultivos, como loscereales, gramíneas forrajeras, plantasoleaginosas, hortícolas, frutales, ornamentales ymedicinales [1-3,14].
BENEFICIOS DE LA RADIOINDUCCIÓN DEMUTACIONES EN EL MEJORAMIENTOGENÉTICO DE LOS CULTIVOS
La producción de alimentos vegetales se basa enla existencia de variedades desarrolladas gracias alos mejoradores de plantas. Los objetivos de lamejora genética se resumen en desarrollarvariedades de cultivos, introduciendo nuevosgenes favorables que mejoren el rendimiento delcultivo. Las radiaciones ionizantes son un
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instrumento valioso en el mejoramiento genéticode las especies vegetales, ya que permitenmediante la inducción de mutaciones crearvariabilidad genética que no existe en la naturalezao que existe, pero no está al alcance del mejorador[15, 16].
Las mutaciones inducidas se pueden utilizar en elmejoramiento de las plantas de forma muyvariada, en dependencia de la forma dereproducción de la planta y el tipo de mutaciónproducida.
La radioinducción de mutaciones se ha aplicadofrecuentemente en las plantas de reproducciónsexual y dentro de éstas en las especiesautógamas por la rapidez con que se puede utilizaren la práctica el progreso obtenido. De manerabien definida se han establecido dos fases en lautilización de la radiomutagénesis para la mejoravegetal: la utilización directa y la indirecta [16, 17].
La utilización directa comprende la inducción devariabilidad donde la mejora genética se basa en undoble proceso: el incremento de la variabilidadgenética y la posterior selección de los genotiposmás idóneos. Esta vía es muy valiosa cuando sedesea mejorar una o dos características fácilmenteidentificables en una variedad que esté bienadaptada al medio, porque el genotipo básico de lavariedad está sólo parcialmente alterado, encontraste con la hibridación entre dos variedadesdistintas, en las que sí se produce intercambiogenético y el tiempo necesario para lograr el mismoresultado es mayor [14].
El uso directo de la variabilidad genética porradioinducción de mutaciones no está limitado alos cambios fácilmente identificables de una o doscaracterísticas (macromutaciones), sino quetambién se extiende a otros cambios menosvisibles, detectados mediante análisis biométricos(micromutaciones). Por otra parte se haestablecido un tercer tipo de mutación, lacriptomutación, la cual no es fenotipícamentedetectable y ocurre como un fenómenopoblacional, que se acumula y manifiesta con eltiempo en una dirección orientada por la presióndel ambiente [8].
El uso de las mutaciones inducidas en programasde cruzamiento es probablemente tan importantecomo el uso directo de las mutaciones. Lasvariedades mutantes introducidas en laproducción o conservadas en los bancos degermoplasma, se pueden usar como material departida en programas de mejoramiento, a fin deconseguir nuevas mejoras por recombinacionesde caracteres útiles y de esta manera el efecto delas radiaciones es continuo [16].
Si dos mutantes de una misma variedad donantehomocigótica que difieren solamente con respectoa dos genes mutantes se cruzan, serán necesarias
unas pocas plantas para el estudio de lasgeneraciones siguientes, debido a la similitud desus genotipos. Por otra parte la incorporación deun carácter deseable en una variedad resulta másfácil a partir de un mutante encontrado en unavariedad comercial, que a partir de una especiesilvestre o de una variedad no adaptada o demenores valores agronómicos [14].
La obtención de nuevas variedades de plantas,directamente o a través de cruzamientosempleando radiomutantes como progenitores, noes el único aporte de la radiomutagénesis almejoramiento vegetal. Las mutaciones inducidashan desempeñado un papel primordial en elestablecimiento de los fundamentos de lagenética molecular, también en la comprensiónde la acción y la interacción de los genes, en suorganización en los cromosomas vegetales, en lafunción evolutiva de la duplicación del gen y losbloques genéticos, en el funcionamiento de laherencia citoplasmática y la dinámica genética delas poblaciones [17, 18].
Un beneficio especial del uso de las mutacionesinducidas es que ciertos tipos poco frecuentes,necesarios para las investigaciones, puedenobtenerse en corto tiempo, y como los mutantespueden diferir muy poco del genotipo de origen sonmuy adecuados como material de experimentaciónpara los fitofisiólogos y fitobioquímicos interesadosen comprender y controlar complejos procesoscomo la fotosíntesis, la absorción y el transportede nutrientes, el metabolismo orgánico y latolerancia al estrés [8, 14].
En sentido general, la radioinducción demutaciones se considera una técnica útil porquebrinda, entre otros beneficios, la variación genéticaen caracteres cualitativos y cuantitativosdeseables, cuya fuente sea poco frecuente o difícilde aprovechar con los métodos tradicionales. Estoen términos agronómicos se traduce en una mayorampliación del número de cultivares disponiblespara el agricultor [14].
LA RADIOINDUCCIÓN DE MUTACIONESAPLICADA A LA AGRICULTURA, UNA TÉCNICASOCIALMENTE RECONOCIDA
El Organismo Internacional de Energía Atómica [2,3] reporta más de 1800 variedades de plantasobtenidas con el empleo de esta técnica, cuyo usoen producción, aporta ganancias que se calculanen billones de dólares. Por ejemplo, en arroz seinforman más de 251 variedades, en trigo más de126, en soya más de 50 y en plantas ornamentalesmás de 409. Esto demuestra los beneficios que habrindado la técnica de radioinducción demutaciones a la agricultura en la obtención denuevos cultivares.
La variedad mutante de arroz Nucleus-Ryza,constituye un buen ejemplo, pues gracias a ella
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fue posible cultivar arroz con rendimientoseconómicos en las zonas más septentrionales delmundo, por su resistencia al frío, a las plagas yenfermedades [10]. En Hungría [19, 20] y en China[21] se han informado avances notables en lamejora genética de la soya por mutaciones. Eneste último país, la obtención de la variedadHeinong-35 con alto potencial de rendimiento yproteína ha revolucionado el cultivo.
En Tailandia, la mejora genética por mutaciones enel cultivo de la caña de azúcar ha permitidoobtener nuevas variedades con resistencia aenfermedades y al encharcamiento, que permitenexplotar suelos bajos e incrementar losrendimientos [22].
En Brasil se han obtenido resultados importantescon el uso de las mutaciones inducidas en trigo,mediante la obtención de las variedades IAC-17 eIAC-18 y en soya con la variedad IAC-8, conmayor precocidad, resistencia a enfermedades ymayor rendimiento [26-29]. En Perú se hanlogrado variedades mejoradas de frijol conmayores potenciales de fijación biológica denitrógeno y alto rendimiento [23]. En México, sehan obtenido variedades de aguacate de menoraltura, que facilita la recolección de la cosecha[24]; así como variedades mejoradas de Quinoa,con mayor rendimiento y contenido de proteína[25].
Esto permite considerar la radioinducción demutaciones como muy positiva en la solución delos problemas alimentarios de la humanidad yconsolida el reconocimiento social que haalcanzado esta técnica por el valor y los beneficiosde su aplicación.
PRINCIPALES RESULTADOS OBTENIDOS ENCUBA CON EL USO DE LA RADIOINDUCCIÓNDE MUTACIONES
Los primeros resultados obtenidos en Cuba con laaplicación de la radioinducción de mutaciones enla mejora genética datan de la década de los 70del pasado siglo [26, 27], pero no es hasta losaños 80 que se comienzan a desarrollarprogramas más serios, avalados por estudiosbásicos de radiobiología, que incluyeron comopunto de partida, el establecimiento de una tablacubana de radiosensibilidad, con las dosis másadecuadas que se deben emplear en lasprincipales especies y variedades de plantascultivadas en el país [28].A continuación se mencionan los programas másavanzados hasta la fecha.
Arroz (Oryza sativa L.)
En este cultivo se han desarrollado dos programasde mejora, uno a partir de la variedad
J-104 , con la participación del Instituto deInvestigaciones del Arroz y el Centro deAplicaciones Tecnológicas y Desarrollo Nuclear,para obtener variedades con granos de altacalidad industrial y buenas característicasagronómicas. En tal sentido la variedad IACUBA-28 ya se generaliza en diferentes zonas del país[5, 29]. El otro programa se desarrolló con elobjetivo de incrementar la variabilidad genéticacon tolerancia a la salinidad a partir de lavariedad J-112, con la participación deinvestigadores del Instituto de InvestigacionesAgropecuarias “Jorge Dimitrov” y el Instituto deInvestigaciones Fundamentales en la AgriculturaTropical (INIFAT), del cual se obtuvieron losradiomutantes RM-12 y RM- 41, que seintroducen en algunas áreas afectadas por salesen la provincia Granma [30].
Caña de azúcar (Saccharum sp.)
Entre los más importantes programas están losdesarrollados por el Instituto Nacional deInvestigaciones de la Caña de Azúcar, en el que sesistematizó el estudio de la radiosensibilidad de laespecie y se establecieron los aspectosmetodológicos básicos para la aplicación de laradiomutagénesis en la agricultura cañera. A partirde la variedad C236-51, que había sido eliminadade la política varietal por su susceptibilidad al virusdel mosaico de la caña de azúcar (VMCA), seobtuvieron cinco radiomutantes con alta resistenciay que mantienen las buenas característicasagronómicas del progenitor [31].
Frijol (Phaseolus vulgaris L.)
En frijol se han desarrollado dos programas demejora por investigadores del INIFAT, uno dirigidoa incrementar la variabilidad genética conresistencia a las principales plagas yenfermedades que afectan el cultivo, con lavariedad ICA PIJAO, del cual se obtuvieron laslíneas INIFAT RM-158 e INIFAT RM-147 de hábitode crecimiento II, resistentes a bacteriosis y roya,y la primera, además, al virus mosaico dorado.Ambas líneas rinden alrededor de 2 t/ha. El otroprograma a partir de la variedad BAT-93desarrollado por la misma institución se dirigió alcambio de su color amarillo de muy pocaaceptación popular. Se obtuvo una línea INIFATRM 93-1 de color blanco y rendimiento potencialde 1,5 t/ha y que supera a la variedad progenitoraen resistencia a la roya y a la bacteriosis [32].
Ajo (Allium sativum)
Este programa desarrollado por el INIFAT a partirdel clon criollo permitió la obtención de dos clonesINIFAT RM-2 e INIFAT RM-6, tolerantes a Alternariaporri, Pyronochaeta terrestris y a la bacteriaXanthomona campestri. Presentan además una
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excelente conservación pos cosecha encondiciones ambientales de almacenamiento [33].
Trigo (Triticum aestivum)
En este cultivo con el propósito de incrementar laescasa variabilidad genética existente en el país, elINIFAT desarrolló un programa a partir de lavariedad Cuba-C-204, del cual se han obtenido ungrupo de líneas con buenas característicasmorfológicas y agronómicas, dos de las cuales hanmostrado una excelente adaptabilidad y seintroducen en diferentes zonas de la provincia deSancti Spíritus [34].
Boniato (Ipomoea batatas L.)
Se realizaron dos programas por parte del INIFAT, unocon el clon canel para acortar su ciclo sin alterar susbuenas características agronómicas y otro a partir delclon CENSA 85/48 para eliminar las ranuras deltubérculo que limita su comercialización. Del primerose obtuvo el clon INIFAT RMB-2, que se encuentra enfase de validación con algunos productores en laprovincia de La Habana; mientras que del segundose obtuvieron tres líneas que han mejorado la formadel tubérculo, pero aún se estudian suscaracterísticas agronómicas [35].
Existen otros programas en fase de desarrollocomo los que ejecutan en piña el Centro deBioplantas de Ciego de Ávila [36], en plátano yñame el Instituto de Investigaciones en ViandasTropicales de Villa Clara [37] y en tomate y arroz elInstituto Nacional de Ciencias Agrícolas [38], quecontinuarán aportando materiales mejorados, cuyaintroducción se revertirá en una mayor producciónde alimentos en beneficio de nuestra agricultura yde la población.
BIBLIOGRAFÍA
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Ciencias Nucleares
MEJORAMIENTO DE LA CUANTIFICACIÓN RELATIVA
DEL FLUJO SANGUÍNEO CEREBRAL CON LA TECNOLOGÍAMÉDICO-NUCLEAR DISPONIBLE EN EL PAÍS
C.A. Sánchez Catasús1, O. Díaz Rizo2, M. Rodríguez Castillo1, R. Rodríguez Rojas1, A. Aguila Ruiz1
1Centro Internacional de Restauración Neurológica, Ciudad de La Habana, Cuba
2Instituto de Ciencias y Tecnologías Nucleares, Ciudad de La Habana, Cuba
Resumen
Este trabajo aborda la cuantificación relativa del flujo sanguíneo cerebral, mediante la tomografía por emisión defotones y cómo mejorarla con la tecnología existente en nuestro país, a través de la resolución espacial tomográfica,y generalizando el método de cuantificación relativa que utiliza al cerebelo como región de referencia, considerada lamejor región para el proceso de normalización de las imágenes de la tomografía por emisión de fotones. Con estefin, se desarrolló y validó un método no-estándar de adquisición de imágenes que logra una mejoría de laresolución espacial tomográfica de un 18%, la cual es significativa para aquellos sistemas de tomografía poremisión de fotones que no pueden ser modernizados con los más recientes avances tecnológicos. Además, sedesarrolló y validó un método de cuantificación basado en un hecho fisiológico encontrado por nuestro grupo noreportado anteriormente. A partir de este hallazgo se define un nuevo valor de referencia, el pseudocerebelo, quepermite generalizar al cerebelo como región de referencia, aplicable incluso a pacientes con hipoperfusióncerebelosa excepto cuando también existe hipoperfusión en la corteza visual, lo cual es mucho menos frecuente enla práctica neurológica.
IMPROVEMENT OF THE RELATIVE QUANTIFICATION OF THE CERE-BRAL BLOOD FLOW WITH THE AVAILABLE NUCLEAR MEDICINE
TECHNOLOGY IN THE COUNTRY
Abstract
Relative quantification of cerebral blood flow by single photon emission computed tomography is analyzed and how toimprove it with the technology available in our country. There are two way to enhance that quantification: improving thetomographic spatial resolution and generalizing the quantification method which use the cerebello as reference region,considered the best region for the image normalization process. For that aim, a non-standard images acquisition methodwas developed achieving an spatial resolution improvement of 18%, which is significant for that single photon emissioncomputed tomography system that can not be updated with the more recent technological advances. Also, a newquantification method was developed based on a physiological fact found by our group. Using this fact a new referencevalue is defined, the pseudocerebello, which allows generalizing the cerebello as a reference region, applicable to anypatient except to those with concurrent hypoperfusion on the cerebello and the visual cortex, which are less frequent in theclinical practice.
Palabras clave: nuclear medicine, quality control, single photon emission computed tomography, gammaradiatiation blood flow, imaging, nervous system diases, patients, cobalt 60, radioisotope scanning
INTRODUCCIÓN
La cuantificación del flujo sanguíneo cerebral(FSC) mediante la tomografía por emisión defotones (SPECT, del inglés single photon emissioncomputed tomography) se realiza en unidadesabsolutas (volumen/unidad de tiempo) o enunidades relativas [1]. La cuantificación absolutaes la ideal pero está limitada por la influencia dediferentes problemas físicos que afectan laexactitud de la SPECT: resolución espacial,atenuación y dispersión de la radiación gamma, yefecto del volumen parcial [1- 7].
De estos, los que más afectan la cuantificación,tanto absoluta como relativa, son los asociados ala resolución espacial [5]. Los demás problemasinfluyen en el contraste de las imágenes, afectadopor un cierto nivel de ruido aleatorio [3-7]. Aunqueexisten soluciones para estos problemas, en laactualidad se considera que las mismas no sontotalmente satisfactorias, especialmente laradiación dispersada y el efecto del volumenparcial [7]. La cuantificación absoluta tambiéndepende de la biocinética del radiofármacoempleado [8, 9]. Esta última limita aún más lacuantificación debido a las exigencias de los
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modelos matemáticos aplicables a la biocinética[10-12].
Por otra parte, la cuantificación relativa se basa enla normalización de las imágenes con una regióncerebral de referencia, y permite obtener unamedida relativa del FSC que es en parte insensiblea los problemas mencionados, con excepción de laresolución espacial [5]. Esto explica por qué en lamayoría de los laboratorios éste sea elprocedimiento más utilizado. Estudios previos hanencontrado una buena correlación entre lacuantificación relativa y la absoluta [13, 14].
Investigaciones anteriores demuestran que elcerebelo (CER) es la región de referencia másapropiada para la cuantificación relativa [15, 16].Sin embargo, el cerebelo no se puede utilizar comovalor de referencia en los pacientes con disminucióndel flujo sanguíneo en dicha región, ya que seobtendrían valores sobrestimados. En estos casosse recomienda emplear como región alternativa lacorteza visual (CV) [17-20] o un promedio de todaslas regiones cerebrales [21-24]. Además de queestos dos valores de referencia son menosapropiados, tiene el inconveniente de que esimposible comparar cuantitativamente a estospacientes con aquellos que fueron normalizadosutilizando el cerebelo.
En la investigación nos propusimos desarrollar yvalidar dos métodos para mejorar la cuantificaciónrelativa del FSC con la tecnología médico-nucleardisponible en el país. El primero permite elmejoramiento de la resolución espacial tomográfica.El segundo permite generalizar al cerebelo comoregión de referencia, aplicable incluso en pacientescon afección de dicha región.
MATERIAL Y MÉTODO
Método para el mejoramiento de la resoluciónespacial topográfica (Método 1)
La resolución espacial tomográfica empeora alcrecer la distancia fuente-detector o radio de rotación(rrot) [3-5]. En la SPECT cerebral los hombros delpaciente impiden acercar al mínimo el detector sinexcluir al cerebelo del campo de visión, cuandoparalelamente se intenta tener un ancho de pixel deadquisición que cumpla con el criterio de muestreolineal y que mantenga la relación señal/ruido (S/R)tomográfica en un nivel aceptable. En el anexo A sedescribe una solución a este problema a partir de unmétodo no-estándar de adquisición de imágenes[25].
La validación del método propuesto se basó en unestudio comparativo con el método estándardisponible en nuestro sistema para el estudio delcerebro (zoom =1,25 y rrot medio de 22 cm) . Pararealizar esta comparación se calcularon en ambosmétodos, las magnitudes: ancho de pixel,
FWHM bidimensional, FWHM tomográfico, contraste y relaciónseñal/ruido (S/R) tomográficas [26]. ElFWHMbidimensional y el FWHMtomográfico se calcularon apartir de la obtención experimental de las PSFbidimensional y tomográfica, respectivamente, apartir de una fuente lineal de actividad, que permitecalcular el contraste y la S/R tomográfica. Tambiénse calculó la MTF tomográfica para ambos métodos.
La comparación de los resultados de los dosmétodos se realizó utilizando una t de Student paramuestras pareadas. Se adoptó p<0,05 como criteriode significación estadística.
Se realizaron estudios de SPECT empleandofantomas. Esto permitió evaluar los cambios delcontraste tomográfico para las lesiones de diferentestamaños (fantoma de Jaszczak) y estudiar el efectosobre la S/R tomográfica en condiciones similares alas de la práctica clínica al aplicar el método no-estándar (fantoma de cerebro). Los estudios con elfantoma de cerebro permitieron también compararvisualmente ambos procedimientos.
La cámara gamma utilizada es un sistemasemidigital de una cabeza detectora circularfabricada en 1987 (Siemens-Gammasonic) einstalada en el Centro Internacional de RestauraciónNeurológica, la cual está acoplada a una estación deadquisición y procesamiento imagamma basada enuna computadora personal [27]. Esta cámaragamma es similar a la mayoría de las instaladas enel resto del país.
Método que permite generalizar al cerebelo comovalor de referencia (Método 2)
La cuantificación relativa se basa en calcular un índicede perfusión relativa (IP), que se define como:
IP (x,y,z) (%) = aN (x,y,z) Xn, Yn , Zn x 100
donde a(x,y,z) es la distribución tridimensional deactividad del radiofármaco dentro del cerebroestimada mediante SPECT; y aN (x,y,z) Xn, Yn , Zn esa(x,y,z) normalizada con el valor que toma lafunción en el punto xn, yn, zn.
Para determinar si la perfusión es anormal en unpaciente, se contrasta su IP con el IP medio de unabase de datos que represente la normalidad, através del cálculo de un z-score. Para tener unarelación S/R aceptable, tanto el IP como el z-scorese evalúan para regiones de interés (ROI, del inglésregion of interest) cuadradas de 3x3 pixeles comomínimo y no para pixeles o puntos x, y, zindividuales.
En el anexo B se describe un método decuantificación relativa que define un valor dereferencia equivalente a CER, el pseudocerebelo(PCER), pero con la ventaja de que no depende delstatus de su flujo sanguíneo [28, 29].
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Para la validación clínica del método se verificóestadísticamente la constancia del cociente CV/CER en un grupo de 60 estudios de SPECT, 20 deellos pertenecientes a sujetos normales y 40 apacientes neurológicos con SPECT positivo perosin un compromiso patológico de CV y CER. Acontinuación, para comprobar que IPPCER IPCER secalculó el valor medio de las diferencias absolutas<|IPCER - IPPCER|> en dos grupos de exámenes deSPECT correspondientes a individuos sincompromiso de CV y CER: 10 sujetos normales(GI) y 40 pacientes (GII).
Asimismo, para probar que IPPCER es unprocedimiento válido para evaluar la perfusiónrelativa en pacientes con afección cerebelosa, ycuantitativamente comparable a utilizar CER, elmétodo fue aplicado en un tercer grupo (GIII) deestudios de SPECT pertenecientes a 30 pacientescon hipoperfusión cerebelosa bilateral. Todos lospacientes tuvieron déficit de la perfusión en amboshemisferios cerebelosos pero con perfusiónnormal en CV. Además, no tenían signos clínicosque revelaran un compromiso patológico de CV enel momento en que se les practicó el estudio deSPECT.
Debido a que en GIII no es aplicable CER no sepudieron comparar directamente IPPCER e IPCER porlo que se siguió un procedimiento indirecto parademostrar la validez de IPPCER . Este procedimientose aplicó a una ROI (ROI 1, corte 1, ver Fig. 3-a)representativa de un estudio de SPECT; de talforma que los grupos GII y GIII, originalmentecompuestos por los estudios completos de SPECT,correspondientes a los pacientes, fueronredesignados como GIIROI y GIIIROI .
El procedimiento consistió, en primer lugar, enreordenar los grupos GIIROI y GIIIROI en dossubgrupos de ROI organizados de acuerdo con elresultado del z-score asociado a IPCV (IPCV esaplicable en GII y en GIII). El primer subgrupo deGIIROI se formó con las ROI cuyo z-score fuemenor que dos (GIIROI (Z < 2 ) ), es decir ROI conperfusión normal, mientras que el segundosubgrupo se formó con las ROI cuyo z-core fuemayor que dos y menor que cuatro (GIIROI (2<Z <4) ),es decir, ROI con perfusión moderadamentedisminuida. Análogamente se formaron lossubgrupos GIIIROI (Z<2) , y GIIIROI (2<Z <4) . De estaforma los subgrupos GIIROI (Z<2) y GIIIROI (Z<2) yGIIROI (2<Z <4) y GIIIROI (2<Z <4) son estadísticamenteequivalentes con respecto al valor de IPCV. Elsegundo paso consistió en comparar |IPCER - IPCV|obtenida en GIIROI (Z < 2) con |IPPCER - IPCV| obtenidaen GIIIROI (Z<2)
Esta comparación se realizó utilizando un test deStudent para muestras no pareadas. Similarcomparación se realizó entre GIIROI (2<Z <4) y GIIIROI
(2<Z <4) .
Este procedimiento de validación fue aplicado a unasola ROI considerando que todas las ROI de unestudio de SPECT son equivalentes con respecto alanálisis realizado, evitando así cálculos excesivosinnecesarios.
En los análisis realizados se adoptó como criteriode significación estadística p<0,05. El análisisvisual de las imágenes se realizó en todos loscasos mediante consenso de dos observadoresentrenados.
Para obtener las imágenes de SPECT, a cadaindividuo se le inyectó una dosis de 740 MBq de[99m Tc]-HMPAO en una vena antecubital. Esteradiofármaco se distribuye en el cerebro demanera proporcional al FSC [8]. En la adquisiciónde las imágenes se empleó el método no-estándar(método 1). Se obtuvieron un total de ocho cortesparalelos al plano definido por el polo frontal y elpolo occipital. Para calcular IPCER, IPPCER e IPCV, setrazaron 53 pares de ROI bilaterales (izquierda-derecha) cuadradas de 3x3 pixeles, tanto corticalescomo subcorticales, en seis cortes consecutivos(dos pixeles de grosor) en cada estudio de SPECT(ver Fig. 3-a). Se trazaron ROI similares en CV yen ambos hemisferios cerebelosos. PCER sedefinió como el promedio de cuentas por pixel enCV dividido por <f>, el cual se derivó de los 20sujetos normales utilizados para demostrar laconstancia del parámetro f (<f> =1,0437).
RESULTADOS
Método 1
En la tabla 1 se presentan los resultados para losanchos de pixel, FWHMbidimensional, FWHMtomográfico,contraste tomográfico y S/R tomográfica/pixel paracada método de adquisición de imágenes, asícomo el porcentaje de cambio relativo (PC).
En la Fig. 1 se aprecia cómo la MTF del método no-estándar tiene una caída más lenta en los rangosde las frecuencias medias y altas. Los resultadosde la tabla 2 evidencian cómo el método propuestorecupera más contraste.
En la Fig. 2 se muestran los resultados con elfantoma de cerebro. Se aprecia que la imagen enla figura 2-b presenta una mejor definición espacialy más contraste que la imagen que aparece en lafigura 2-a, cuando se comparan con el goldstandard visual (imagen bidimensional delfantoma de cerebro en la figura 2-c). El discretoempeoramiento de la S/R tomográfica que produceel método no-estándar se mantieneaproximadamente igual al valor obtenido para lafuente lineal (tabla 3).
Método 2
El valor medio de f para el grupo total fue
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Tabla 2. Contraste tomográfico (% ) para distintos tamaños de lesión (fantoma de Jaszczak)
Tabla 1. Anchos de pixel, FWHMbidimensional,
FWHM tomográfico,
contraste tomográfico y S/R tomográfica/pixel para cada método de adquisición de imágenes
Tabla 3. S/R tomográfica por pixel y por ROI cuadrada de 3x3 pixeles en una regiónrepresentativa de la corteza cerebral, a partir del estudio con el fantoma de cerebro en condicionessimilares a las de la práctica clínica (figura 3)
Figura 2. Imágenes del fantoma de cerebro para lacomparación visual: (a) corte transaxial para el métodoestándar; (b) corte transaxial para el método no-estándar; y(c) imagen bidimensional utilizada como gold standardvisual.
Figura 1. MTF tomográficas para cada método de adquisición deimágenes.
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1,0440 ± 0,0288, con un coeficiente de variación(cv) de 2,76%. Para el subgrupo de mujeresnormales fue 1,0449 ± 0,0266 (cv = 2,54 %) parael subgrupo de hombres normales fue1,0481 ± 0,0298 (cv = 2,84 %) para el subgrupode mujeres pacientes fue 1,0406 ± 0,0298(cv = 2,86 %) y para el subgrupo de hombrespacientes fue 1,0481 ± 0,0298 (cv = 2,84 %). Alcomparar estos subgrupos mediante ANOVA nose encontraron diferencias significativas.La ecuación de regresión obtenida fue:
f = -0,00006 x edad + 1,0456 (r = -0,04). Deacuerdo con esta ecuación de regresión f esaproximadamente constante con la edad con unnivel de confidencia del 95%.
El valor medio de las diferencias absolutas<|IPCER - IPPCER |> fue de 1,22% ± 0,35% y1,20% ± 0,42%, para GI y GII, respectivamente.No se observaron diferencias significativas entreGI y GII con respecto a |IPCER - IPPCER |. La Fig. 3muestra las imágenes y los gráficos de IPCER,IPPCER e IPCV para un sujeto normal del sexomasculino de 56 años perteneciente a GI.
El valor medio de las diferencias absolutas<|IPCER - IPCV |> fue de 4,24% ± 0,51% y4,13% ± 0,54% GIIROI (Z<2) (24 ROI) yGIIROI (2< Z<4) (16 ROI), respectivamente, mientrasque<|IPPCER - IPCV |> fue de 4,21% ± 0,47% y4,15% ± 0,50% para GIIIROI (Z<2) (15 ROI) yGIIIROI (2< Z<4) (12 ROI), respectivamente.
No se observaron diferencias significativas alcomparar GIIZ<2 y GIIIZ<2 . Igual resultado se obtuvoal comparar GII2< Z<4 y GIII2< Z<4. La figura 4muestra las imágenes y los gráficos para IPCER,IPPCER e IPCV en un paciente perteneciente a GIII(paciente de 53 años de edad con una ataxia deFriedriech). Obsérvense los valoressobrestimados de IPCER y los valores corregidos deIPPCER.
DISCUSIÓN
Método 1
El método desarrollado logra una mejoríasignificativa de la resolución espacial con un 18%de cambio (3,5 mm) con relación al métodoestándar disponible.Como resultado de esta mejoría se recuperatambién más contraste. Los resultados se deben aque se ha podido acercar el detector 6 cm hacia el
encéfalo del paciente, lo cual es imposible con elmétodo estándar ya que los hombros del pacienteconstituyen un obstáculo para mantener elcerebelo dentro del campo de visión.
El ancho de pixel alcanzado con el métodono-estádar es equivalente al que se obtendría conun formato de matriz de 64x64 pixeles con unfactor de zoom teórico de 1,32, pero con ladiferencia de que el campo de visión del detectorsería reducido por la aplicación del zoom. Elprocedimiento desarrollado logra este ancho depixel modificando artificialmente a un nivel no-estándar la resolución digital de los conversoresanálogo-digitales de la interfase cámara-computadora.
Los resultados de la tabla 2 evidencian cómo mejorael contraste tomográfico a medida que aumenta eltamaño de las lesiones que simula el fantoma deJaszczak. Nótese cómo el nuevo método recuperamás contraste para cada tamaño de lesión y cómo elporcentaje de cambio crece bruscamente a partir dela lesión de 30 mm (límite superior del efecto delvolumen parcial para el método no-estándar). Estose debe a la mejoría de la resolución espacialtomográfica.
Los resultados de los estudios con el fantoma decerebro también confirman la mejoría alcanzada.Además, el discreto empeoramiento de la S/Rtomográfica se mantiene aproximadamente igual alutilizar el método no-estándar en condicionessimilares a la práctica clínica (tabla 3), lo cual nocompromete la S/R tomográfica para una ROIcuadrada de 3x3 pixeles (se considera aceptableuna S/R tomográfica alrededor de 20).
Una solución alternativa, equivalente al métodopropuesto y aparentemente más simple, esutilizar una matriz de adquisición de 128x128pixeles, con lo que se tendría suficiente muestreolineal y un campo de visión y un ruido aceptabledespués del filtrado de las imágenes. Esto no esrecomendable desde el punto de vista clínico,puesto que otros aspectos del estudio seincrementarían por un factor de cuatro [25]. Otrosautores han reportado mejorías significativas dela resolución espacial como consecuenciatambién de la reducción delrrot , no muy superiores a la alcanzada con elmétodo no-estándar, pero a partir de solucionesmás complejas [30-34].
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Figura 4. (a) Imágenes de SPECT con 99m Tc-HMPAO de un paciente de 53 años de edad con una ataxia de Friedriech (grupoGIII). Gráficos de IPCER, IPPCER y IPCV (b-lado derecho, c-lado izquierdo).
Figura 3. (a) Imágenes de SPECT con 99m Tc-HMPAO de un sujeto normal de 58 años de edad (grupo GI). Gráficos de IPCER
,IPPCER y IPCV (b-lado derecho, c-lado izquierdo).
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Método 2
El método de cuantificación propuesto normalizalas cuentas de cada ROI con lo que hemosdenominado el pseudocerebelo. Esteprocedimiento es solamente válido si el parámetrof tiene pequeñas variaciones en individuos sin uncompromiso patológico en CV y CER, lo cual es labase fisiológica en la que descansa el método.Los resultados obtenidos demuestran que f esaproximadamente constante y que no depende nidel sexo ni de la edad. Estos resultados coincidencon varias investigaciones publicadas previamenteque abordan el problema de los cambios de laperfusión cerebral con el sexo y con elenvejecimiento normal [35-39].
También es importante el que f tenga pequeñasvariaciones y un valor medio muy similar alobservado en individuos normales, en pacientesneurológicos con SPECT positiva pero sincompromiso de la perfusión en CV y CER (GII),ya que explica por qué el método delpseudocerebelo, conociendo el número decuentas en CV, puede hacer un modelo delnúmero de cuentas en CER (cuentas en PCER).Además, esta es la razón por la cual es posibleutilizar un valor medio del parámetro f que nodepende del paciente en estudio.
Las diferencias medias absolutas obtenidas de1,22% y 1,20% para GI y GII, respectivamente,constituyen una prueba de validez de IPPCER,puesto que estos valores son inferiores a lareplicabilidad de la SPECT con [99m Tc]-HMPAOde acuerdo con lo reportado por Deustsch ycolaboradores [40]. En esa investigación sereporta una diferencia media absoluta de 2,8%(0- 7,8%) entre dos estudios realizados a unmismo individuo, separados 48 horas.
Debido a que en GIII no es aplicable CER, lavalidez de PCER no se puede demostrarsiguiendo el mismo procedimiento para GI y GII.Es una prueba indirecta de validez de IPPCER enGIII, y que es cuantitativamente comparable autilizar CER como valor de referencia, el hechodemostrado de que <|IPCER - IPCV |> y <|IPPCER -IPCV |> no son estadísticamente diferentes en lasparejas de subgrupos de ROI con igual IPCV.
Considerando la definición estricta depseudocerebelo, es de esperar que IPPCER tenga losmismas valores de sensibilidad y especificidad queIPCV , si se compararan ambos con la mejorreferencia IPCER. Esto significa que si se utilizaraIPPCER en todos los casos, incluso cuando laperfusión en CER fuera normal, se perderían lasventajas intrínsecas de CER como valor dereferencia con relación a CV. De aquí que elmétodo de cuantificación relativa que generalizaa CER se deba formular de la forma:
IPCER =
La principal limitación del método está asociadaa la generalización de su base fisiológica. Esposible que un pequeño porcentaje deindividuos, similares a los seleccionados en estetrabajo, tenga un cociente (cuentas en VC/cuentas en CER) fuera del nivel normal derivadode una base de sujetos sanos.
Lossner y colaboradores, utilizandofluordeoxiglucosa (FDG) PET, reportaron unareducción sustancial en la actividad metabólicacerebelosa en algunos individuos pertenecientes auna muestra de 120 sujetos sanos [39]. Estehallazgo aún permanece sin explicación. Además,estos autores encontraron una asimetría de ligeraa moderada en la corteza calcarina en un pequeñonúmero de casos, sin ninguna evidencia clínica dedefecto visual.
Aunque en el trabajo no se obtuvieron resultadosde este tipo, se deben discutir sus consecuenciaspotenciales para el procedimiento propuesto.Existe la posibilidad de incluir en la base de datosnormales un sujeto con una gran desviación delparámetro f.
Una vía para evitar el efecto estadístico de estehecho es utilizar una base de datossuficientemente grande o excluir este tipo desujeto después de verificar que su parámetro festá fuera del nivel normal de una base de datoscon poca variación estadística de este parámetro.Además, los individuos normales debenestudiarse utilizando las mismas condiciones dereposo psicofísico, parámetros de adquisición yprocesamiento de las imágenes, con el fin deminimizar las variaciones de f relacionadas conla metodología de SPECT utilizada.
CONCLUSIONES
El método no-estándar de adquisición deimágenes introducido mejora la resoluciónespacial tomográfica en un 18% (3,5 mm), locual constituye una mejoría significativa para unsistema SPECT basado en una cámara gammaestándar de un solo cabezal circular.
Se encontró un hecho no reportadoanteriormente, el cual indica que el cociente(cuentas enCV/cuentas en CER) tiene muy pequeñasvariaciones inter-individuos en sujetos donde estasestructuras no están afectadas. Basados en estehecho, se introduce el método del pseudocerebeloque permite generalizar al cerebelo como región dereferencia, aplicable a cualquier paciente,incluyendo aquellos casos con hipoperfusióncerebelosa, con la única condición de que laperfusión en la corteza visual debe ser normal. Elmétodo es sólo inaplicable en los pacientes con
IPCER para CER normal IPPCER para f > <f> y CV normal{
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hipoperfusión combinada en la corteza visual y elcerebelo, los cuales son mucho menos frecuentesen la práctica neurológica.
Los métodos desarrollados permiten elmejoramiento de la cuantificación relativa del flujosanguíneo cerebral con la tecnología médico-nuclear disponible en nuestro país, sin la necesidadde complejas y costosas implementaciones dehardware.
Anexo A. Método para el mejoramiento de laresolución espacial tomográfica (Método 1)
La interfase análogo-digital cámara-computadorapermite digitalizar las imágenes en un formatoestándar de 256x256 pixeles. Si se utiliza esteformato de matriz con factor de zoom =1 y seexcluye la última fila y la última columna, esposible conformar una matriz de 85x85 elementosequivalentes a submatrices de 3x3 pixeles, osuperpixeles, de la matriz original. Este formato de85x85 pixeles agranda por un factor de tres elancho del pixel original y modifica artificialmente aun nivel no-estándar la resolución digital de losconversores análogo-digitales de la interfase.
Lo anterior define una transformación de la matrizde 255x255 pixeles que se puede formularmatemáticamente de la siguiente forma:
Sea A una matriz de 255x255 elementos ai,j. Sedefine entonces la transformación T para la matrizA de la forma:
T(A)= A’
donde los elementos de la matriz A’ son:
(k,l= 0,..., 84 e i,j=0,...,254)
Con este formato de matriz no-estándar es posibleadquirir imágenes con un ancho de pixelteóricamente equivalente al que se obtendría conun formato de matriz estándar de 64x64 pixelescon un factor de zoom entre 1,25 y 1,5, pero conla diferencia de que no se reduce el campo devisión del detector, puesto que el factor de zoomdel hardware sigue siendo igual a uno. Por tanto,debe ser posible mantener el rrot óptimo y a la veztener un ancho de pixel que satisfagaaproximadamente el criterio de muestreo lineal.Este método se implementó en lenguaje Pascalpara MS-DOS y se incorporó a la biblioteca deprogramas del sistema imagamma.
Anexo B. Método que permite generalizar alcerebelo como valor de referencia (Método 2)
Supongamos la siguiente aserción para un sujetodado y una determinada ROI:
(<f> /f) x IPCER = cuentas en ROI / (cuentas enCV/<f>) (1)donde:
IPCER = cuentas en ROI / cuentas en CER (índicede perfusión relativa tomando a CER como regiónde referencia);
f = cuentas en CV/ cuentas en CER ,correspondiente al sujeto en estudio;
<f> - valor medio del parámetro f derivado de unabase de individuos normales.
Nótese cómo cada factor a ambos lados de larelación (1) se cancelan unos a otros.
Si se asume que f es constante en sujetosdonde estas estructuras no están comprometidaspatológicamente y que el individuo en estudiotiene perfusión normal en la corteza visual (CV),entonces: si el sujeto tiene perfusión normal enCER el factor (<f> /f) es igual a uno (f ≈<f>),puesto que se asume que f es constante en todoslos sujetos con perfusión normal en CER y CV,con lo cual el miembro derecho de la relación (1)queda igual a IPCER. Por otro lado, si el sujetotiene un déficit de la perfusión en CER (IPCER estásobrestimado con relación a una base de datosnormal) el resultado de la relación cuentas en ROI/(cuentas en CV / <f>) es igual a IPCER, perocorregido por el factor (<f> /f) que en este casoes menor que uno (f > <f>). En ambassituaciones, el miembro a la derecha de larelación (1) debe producir un valor equivalente alque daría CER si se utilizara como valor dereferencia. Por esta razón, se le llamópseudocerebelo (PCER) al valor (cuentas en CV/<f>). El factor (<f> /f) actúa en ambos casoscomo un factor de re-escalamiento. La expresiónfinal para la normalización utilizando PCER, paracualquier ROI y para cualquier sujeto conperfusión normal en CV, es:
IPPCER = cuentas en ROI /(cuentas en C V/<f>).
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∑∑+
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23
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ESTIMACIÓN DE LAS DOSIS QUE RECIBE LAPOBLACIÓN CUBANA DEBIDO A LA INCORPORACIÓNDE RADIONÚCLIDOS POR INGESTIÓN DE ALIMENTOS
J. Tomás Zerquera1, M. Prendes Alonso1, I.M. Fernández Gómez1, D. Pérez Sánchez1,
G. Rodríguez Castro1, N. Martínez Ricardo1 , O. Brígido Flores2
1Centro de Protección e Higiene de las Radiaciones, Ciudad de La Habana, Cuba2Laboratorio de Vigilancia Radiológica Ambiental de Camagüey, Camagüey, Cuba
Resumen
El presente trabajo evalúa la magnitud de las dosis por irradiación a que está sometida la población cubana porla ingestión de alimentos y agua, así como la caracterización de los contenidos de radiactividad en losalimentos que componen la dieta media del cubano. El estudio indica que las concentraciones de actividaddetectadas, tanto para los radionúclidos naturales como para los de origen artificial evaluados, se encuentrandentro de los valores reportados en la literatura especializada. La dosis efectiva comprometida por laincorporación de radionucleidos mediante la ingestión de alimentos para el individuo promedio de la poblacióncubana ha sido estimada en 110 ± 4μ Sv/año. Este valor se encuentra en los niveles reportados parapoblaciones afectadas únicamente por las precipitaciones radiactivas globales.
ESTIMATION OF THE DOSIS THAT THE CUBAN POPULATION
RECEIVES OWING TO RADIONUCLIDE INCORPORATION
THROUGH INGESTION OF FOODS
Abstract
The intake of radionuclides to the human body via ingestion of foods and water is one of the causes of radiationdoses to persons by internal irradiation. The concentrations of radionuclides present in those foodstuffs thatconform the basic diet of the Cubans and in consumption water were assessed in order to evaluate the dosesby internal irradiation due to this cause. The paper summarises the results of this study. The studies carriedout show that the concentrations of both the natural and artificial radionuclides present in the foodstuffs are inthe range of those reported in the specialised literature. Committed effective average dose by the intake ofradionuclides via ingestion has been estimated as 110 ± 4
μ
Sv/year. This value is comparable with the valuesobtained for populations affected only by the global radioactive precipitation.
Palabras clave: ingestion, intake, radium 226, lead 210, polonium 210, thorium 232, strontium 90, radiationdoses, radiation protection, maximum permissible level, dosimetry, dose commitments, diet, drinking water,cesium 137, human populations
INTRODUCCIÓN
La ingestión constituye una de las vías de ingreso alorganismo humano de radionúclidos, los cualesprovocan dosis por irradiación interna al serincorporados mediante los procesos metabólicos. Laincorporación de material radiactivo por esta vía tienelugar fundamentalmente durante la ingestión dealimentos y de agua, que son las dos formas básicasde ingestión. Los radionúclidos que se ingieren sonaquellos que, pasan a la composición de losalimentos y las aguas a través de las diferentescadenas alimentarias que caracterizan losecosistemas.
A partir de los estudios que se han realizado endiferentes países con relación a las dosis por laingestión de alimentos y agua, el United NationsScientific Committee on the Effects of AtomicRadiation (UNSCEAR) [1] ha estimado las dosisrepresentativas para la población mundial. Elvalor de la dosis tomado como representativo hasido de 52 Sv/año, el cual se ha obtenidopromediando las incorporaciones estimadas decada radionúclido y considerando la distribuciónmundial por edades.
Para estas estimaciones se han tomado patronesde consumo genéricos, los cuales pueden variarapreciablemente de un lugar a otro del planeta. Por
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este motivo el UNSCEAR deja claro en su informeque estos valores sólo deben ser utilizados comoreferencia. Con el objetivo de precisar la magnitudde las dosis a que está sometida la poblacióncubana como consecuencia de la ingestión dealimentos y agua, se realizó la caracterización de loscontenidos de radiactividad en los alimentos quecomponen la dieta media del cubano y a partir delos resultados obtenidos se evaluaron estas dosis.Este trabajo recoge los aspectos principales dedicho estudio, así como sus resultados.
MATERIALES Y MÉTODOS
La primera etapa consistió en la determinación de loscontenidos de radiactividad en los alimentos quecomponen la dieta básica del cubano medio y en elagua de consumo. El muestreo se realizó tomandouna ración de los alimentos elaborados para elconsumo en el comedor del Centro de Protección eHigiene de las Radiaciones de La Habana y en elcomedor del Laboratorio de Vigilancia RadiológicaAmbiental de la ciudad de Camagüey, durante unasemana cada mes, en el transcurso de dos años.
Las muestras de leche se tomaron directamente enpuntos colectores de la leche que se destina alconsumo directo de la población de las ciudades deLa Habana y Camagüey. El agua se muestreó engrupos de casas que representan las diferentesfuentes de abasto de agua de cuatro de lasprincipales ciudades del país: La Habana,Cienfuegos, Camagüey y Holguín.
Los alimentos que componían cada raciónmuestreada se separaron por grupos de alimentos,según la siguiente clasificación: raíces y frutos,granos, cereales, leche, pescado, carne yvegetales. Una vez clasificadas, las muestras sesometieron a los procesos de secado e incineración
para prepararlas para las mediciones, de acuerdocon los procedimientos de pretratamientoestablecidos en el Laboratorio de VigilanciaRadiológica Ambiental del Centro de Protección eHigiene de las Radiaciones.
Las determinaciones de radiactividad se realizaronpara el grupo de radionúclidos naturales (Ra-226,Pb-210, Po-210, Th-232) que causan el 91% de lasdosis de referencia reportadas por el UNSCEAR [1]para esta vía de exposición y adicionalmente parael Cs-137 y el Sr-90 que como consecuencia de lasprecipitaciones radiactivas globales se encuentranpresentes en el medio ambiente cubano [2]. Unavez listas para ser analizadas, las muestras sesometieron a mediciones del contenido deemisores gamma por espectrometría de altaresolución con el empleo de detectores degermanio hiperpuro. Para las mediciones de plomo210 y polonio 210, las muestras fueron digeridascon ácido nítrico y peróxido de hidrógeno conposterior electrodeposición para la realización delas mediciones por conteo alfa total en sistemas debajo fondo (0,02 cpm). En las determinaciones deSr-90 se empleó el método de lixiviación ácida dela muestra con precipitación en forma de oxalato ocarbonato y la determinación a partir del itrio-90por el conteo beta total de bajo fondo (1,2 cpm).Las determinaciones de radio 226 en el agua serealizaron mediante la técnica de mediciónemanométrica de radón [3].
Para la estimación de las dosis se utilizaron loscoeficientes de conversión a dosis efectivacomprometida recomendados por el OrganismoInternacional de Energía Atómica (OIEA) [4], asícomo la información sobre los hábitos de consumoy la distribución por edades de la población cubanapublicada por la Oficina Nacional de Estadísticasde la República de Cuba [5], la cual se resume enlas tablas 1 y 2.
Tabla 1. Tasas medias de consumo para los diversos grupos de alimentos en la poblacióncubana (kg/año)
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Tabla 3. Resultados de las determinaciones de radionúclidos en muestras de alimentos
Tabla 2. Distribución por edades de la población cubana (habitantes)
Tabla 4. Dosis efectivas comprometidas en un año por la incorporación vía ingestión para losdiferentes grupos de edades y media ponderada por la distribución etárea de la población (μ Sv)
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los resultados de las determinaciones deradionúclidos en las muestras tomadas, agrupadaspor tipos de alimentos se muestran en la tabla 3.
Los valores de concentración de actividad para losradionúclidos de origen natural, por el tipo dealimento, no muestran diferencias significativascon las actividades de referencia reportadas en laliteratura especializada [1,6].
Para los radionúclidos artificiales Cs-137 y Sr-90las actividades detectadas son las esperadasproducto del impacto de las precipitacionesradiactivas globales que afectan al territorionacional. Los valores de concentración deactividad para estos radionúclidos se encuentran
dentro de la variación de los resultados obtenidosen otros estudios efectuados en el país [7].
A partir de estas concentraciones se evaluaron lasdosis efectivas comprometidas, teniendo en cuentalos grupos de edades recomendados por el OIEA.
Las dosis estimadas para cada radionúclido,ponderadas por el número de habitantes en cadagrupo etáreo, se resumen en la tabla 4. En elcálculo de los errores asociados a las dosisestimadas se consideró únicamente el error con quese determinaron los valores de concentración deactividad en los alimentos monitoreados.
De las evaluaciones reflejadas en la tabla 4 puedeapreciarse que el aporte fundamental a las dosisse produce por los radionúclidos de la serie deluranio (Pb-210, Po-210 y Ra-226).
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Los radionúclidos artificiales, como resultado de lasprecipitaciones globales tienen un aporte menor.Para el caso del Th-232 se aprecia que, a pesar dehaber sobrestimado las dosis al tomar lasconcentraciones iguales al límite de detección, estasno son significativas. Los valores de las dosisevaluadas son comparables con los valores dereferencia publicados por el UNSCEAR [1], teniendoen cuenta las especificidades de los hábitos deconsumo y la distribución por edades de lapoblación.
A partir de estos resultados se evaluó la dosisefectiva comprometida media para un individuopromedio. El valor resultante fue de 110±4 μ Sv porla incorporación debida a un año de consumo, valorque ha sido tomado como representativo para lapoblación cubana.
CONCLUSIONES
Se estudiaron los contenidos de los principalesradionúclidos de origen natural y artificial,presentes en los diferentes grupos de alimentosque conforman la dieta media de la poblacióncubana, con el fin de evaluar las dosis asociadasa su incorporación por la ingestión. El estudiorealizado indica que las concentraciones deactividad detectadas, tanto para los radionúclidosnaturales como para los de origen artificialevaluados, se encuentran dentro de los valoresreportados en la literatura especializada.
La dosis estimada para el individuo promedio dela población cubana por la ingestión de alimentos,con un valor de dosis efectiva comprometidamedia de 110 ± 4 Sv/año, está en el intervalode los niveles reportados para poblaciones noafectadas por contaminación radiactiva alguna
diferente de la causada por las precipitacionesradiactivas globales.
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Resumen
El presente trabajo está dedicado al desarrollo de un instrumento analítico sencillo para el diseño e interpretaciónde los experimentos de medición de secciones macroscópicas de remoción neutrónicas. Se analiza la influencia delos parámetros geométricos y nucleares en los valores de las secciones macroscópicas de remoción medidas.
DESIGN AND INTERPRETATION OF EXPERIMENTS TO MEASURE THE
REMOVAL CROSS SECTION
Abstract
Paper is devoted to develop a single analytical instrument to design and interpret experiment to measure theneutron removal cross sections. There were analized the influence of the geometrical and nuclear parameters intothe neutron removal cross sections values measured.
Palabras clave: Monte Carlo method, cross sections, neutron emission, nuclear fragmentation, sell models, elasticscattering neutron transport, energy dependence
INTRODUCCIÓN
Los procesos de transmisión, moderación yabsorción son episodios siempre presentes en elfenómeno de transporte de neutrones rápidos enun medio. Las investigaciones teóricas yexperimentales de estos procesos han sidoestimuladas fundamentalmente por las exigenciasdel progreso tecnológico en los campos de losreactores nucleares de fisión y fusión [1,2].
La descripción exacta del transporte de neutronesen un sistema es una tarea complicada. Sinembargo, en muchos problemas resulta suficienteuna solución aproximada que permite ahorrartiempo y esfuerzos y que consiste en la introducciónde una teoría fenomenológica que atribuye a lascapas del medio una sección eficaz deseudoabsorción denominada sección macroscópicade remoción ΣR. Este parámetro se caracteriza porsu capacidad de síntesis en la descripción y por lainformación de que es portador.
La sección macroscópica de remoción puede serdefinida de maneras diferentes, por lo que lasteorías que se construyen sobre la base de esteconcepto pueden diferir notablemente. Los
primeros modelos se introdujeron en el cálculo delos blindajes de los reactores de fisión y entreellos los más notables son los de Albert-Welton yel de Spinney [3]. Estos modelos se basan ennúcleos (kernels) puntuales que no son rigurosos,ni pretenden serlo, pero que resultan de granadaptabilidad, simplicidad y capacidad depredicción en medios heterogéneos. También seemplean los núcleos empíricos puntuales paraaplicaciones prácticas que se pueden obtener porel ajuste de datos experimentales apropiados auna función matemática.
A diferencia de los métodos de medición de lassecciones microscópicas de reacción, dondeexisten relaciones analíticas para las correccionesde buena geometría [4], no se dispone en losmétodos de medición de las seccionesmacroscópicas de remoción R de ningúninstrumento analítico sencillo para describir lainfluencia geométrica, que pueda emplearse en eldiseño experimental y en la interpretación de lasmediciones. Considerando lo expuesto se formulócomo propósito del trabajo la investigación de lainfluencia de los parámetros geométricos ynucleares en la medición de R. La indagaciónestará limitada al modelo de Spinney [3].
DISEÑO E INTERPRETACIÓN DE LOS EXPERIMENTOS
DE MEDICIÓN DE SECCIONES EFICACES DE REMOCIÓN
L. F. Desdín García, L. García Fernández
Centro de Aplicaciones Tecnológicas y Desarrollo Nuclear, Ciudad de La Habana, Cuba
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INFLUENCIA DE LOS FACTORESGEOMÉTRICOS Y NUCLEARES EN LASMEDICIONES DE R
Los experimentos de medición de R debencumplir con dos requisitos [5]:
(a)
(b)
donde: - flujo de neutrones, x - espesor dela muestra, L-distancia fuente-detector, L1-distanciafuente-muestra, Li ,Lj y x0 son constantes.
Para el análisis de los experimentos de mediciónde R se desarrolla un enfoque analítico sencillo,que considera que la contribución básica a lainteracción de los neutrones con el material sedebe a la dispersión elástica y el resto de losprocesos resultan despreciables. El esquema delexperimento y sus parámetros geométricos semuestran en la Fig 1.
Si x < 2 donde es la longitud derelajación, se puede deducir una aproximaciónsencilla que describa el comportamiento de R (E)con la geometría(E - energía del neutrón),considerando que el neutrón experimenta una solacolisión.
Si L1 (L1 = L2 = L/2) es suficientemente grande sepuede asumir que la densidad del flujo deneutrones en el punto A del anillo dξ dr a ladistancia de la superficie del disco se determinacomo:
(1)
donde Q es la salida de la fuente y t la secciónmicroscópica total. El número de núcleos dn en elanillo d dr es:
(2)donde n0 es el número de núcleos por unidad devolumen.
La probabilidad de dispersión Ps (2 ) de unneutrón en uno de los núcleos del anillo d dr endirección del detector de área SD es igual alproducto de la sección diferencial de dispersiónelástica S por el ángulo sólido con que seve el detector desde el punto A:
(3)
multiplicando (1), (2) y (3) por la probabilidad deque el neutrón no experimente una segundacolisión en la capa restante (x - ) se obtiene:
(4)
integrando por y obtenemos el número totalde neutrones NS que aporta el proceso deacumulación (donde max es el ángulo dedispersión máximo).
(5)
Por otra parte el número de neutrones que llegaríaal detector en condiciones de buena geometríasería:
(6)
de donde se obtiene que R es igual a:
(7)
Teniendo en cuenta la poca contribución delsegundo miembro para espesores pequeños en elargumento del logaritmo en (7) podemos escribircon buena aproximación:
(8)
Si recordamos que L1 = L2 = L/2 y tenemos encuenta que la contribución de los ángulos grandesa la integral es pequeña, como se señaló en [6]entonces cuando max obtenemos la expresiónque es la definición de la sección macroscópica deremoción que se postula en el modelo de Spinney:
donde T (E) es la sección macroscópica total, ( - ángulo de dispersión ), en la
energía del neutrón y S la secciónmacroscópica diferencial de dispersión elástica deneutrones y que relaciona la sección macroscópicade remoción con la geometría, lo que demuestra lacorrección del razonamiento previo.
La expresión (8) permite analizar la influencia delos factores geométricos y nucleares en los valoresde la sección macroscópica de remoción.
CÁLCULO DE LAS SECCIONESMACROSCÓPICAS DE REMOCIÓNA PARTIR DE LOS PARÁMETROSGEOMÉTRICOS Y NUCLEARES
La expresión (8) se puede reescribir en la forma:
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(9)
De manera que el valor de se puede calcular apartir de los datos nucleares y los parámetrosgeométricos del experimento.
La variante más exacta para el cálculo de α consiste en emplear datos evaluados de lassecciones diferenciales S y de lassecciones eficaces totales. En el trabajo se empleala biblioteca ENDF/B-V [7]. Además, puede serdeterminada para ángulos pequeños empleando unmodelo Ramsauer para el cálculo de la secciónmacroscópica total y el modelo de Bethe-Placzekpara el cálculo de las secciones diferenciales
S .
Variantes simples del modelo Ramsauer se hanempleado durante años para ajustar los valores delas secciones eficaces neutrónicas a pesar de queno estaban fundamentadas adecuadamente.
Recientemente se han efectuado cálculos con elmodelo de Glauber que incluyen la refracción ycálculos del modelo óptico que han validado almodelo de Ramsauer en la escala de 5-50 MeV. Endicho modelo la sección total se calcula como:
(10)
donde R es el radio del potencial nuclear, lalongitud de onda reducida, es un parámetro quees igual a 1 si no hay absorción y menor que 1 si la
absorción ocurre, y denota el cambio de fasecuando la onda pasa a través del núcleo. Engeneral, los cálculos, partiendo de que puede serdescrito como (E- energía cinética del neutrón fueradel núcleo):
(11)
y usando la forma y los parámetros del modelo ópticoestándar, brindan una concordancia de alrededor de2,5% con los datos experimentales. Sin embargo,recientemente en [8] se logró mejorar dichaconcordancia a 1,5% describiendo a con laexpresión:
(12)
En esta aproximación se dispone de los valores delos parámetros para realizar cálculos en elintervalo de núcleos entre el vanadio y el bismuto.
Para núcleos en el intervalo entre el carbono y elvanadio en la región de E = 14 MeV se empleará lavariante del modelo Ramsauer reportada en [9]:
(13)
El valor de R0 se determinó a partir de [10]:
(14)
Figura1. Parámetros geométricos del experimento.
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En la región de energía analizada el cálculo de lassecciones diferenciales elásticas se puede efectuarsobre la base de la teoría de la difracción deFraunhofer en la cual el núcleo se asume opaco y confrontera bien definida. La sección elástica vieneentonces dada por la fórmula del disco negro ofórmula de Bethe-Placzek:
(15)
donde k es número de onda, R0 el radio nuclear y J1 esuna función de Bessel de orden 1. Esta aproximaciónsólo funciona bien para ángulos pequeños dedispersión.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la Fig. 2 se muestran a manera de ejemplo elcomportamiento de los parámetros del Ca, Fe yPb calculados a partir del modelo propuesto (8) yde los datos de la biblioteca ENDF/B-V. Como erade esperar los valores de los parámetros tienden a una constante cuando el ángulo deintegración máxima supera los 900. Los valores de
pueden diferir notablemente de un núcleo aotro.
Como se observa en la Fig. 2 los valores de obtenidos a partir del modelo propuesto y de losdatos de la biblioteca ENDF/B-V se encuentran enbuena concordancia con los valoresexperimentales.
Figura 2. Cálculo de los coeficientes α del Ca, Fe y Pb obtenidos a partir delmodelo propuesto y de los datos de la biblioteca ENDF/B-V.
Figura 3. Comparación de los valores de del hierro calculados a partir del Métodode Monte Carlo, la expresión (8) con los datos de la bibliotecaENDF/B-V y el modelo Ramsauer combinado con la aproximación de Fraunhofer.
Figura 2. Cálculo de los coeficientes del Ca, Fe y Pb obtenidos a partir delmodelo propuesto y de los datos de la biblioteca ENDF/B-V.
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En la Fig. 3 se muestra la variación delparámetro en función del ángulo máximo dedispersión max en el hierro a partir del cálculopor el método de Monte Carlo (MCNP- 4A) [11],la expresión obtenida (8) con los datos de labiblioteca ENDF/B-V y con la aproximación deBethe-Placzek con el cálculo de T a partir de laparametrización de Ramsauer.
Para ángulos de integración mayores a 400 seobtiene una excelente concordancia entre los valoresobtenidos por el método de Monte Carlo y el métodopropuesto con los datos de la biblioteca ENDF/B-VI.
En el caso de max = 1800 ambos métodoscoinciden con el dato experimental reportado. Losvalores resultantes de los cálculos sobre la basede la aproximación de Ramsauer-Fraunhoferresultan sistemáticamente mayores a los obtenidospor los otros dos procedimientos de cálculo y sudivergencia aumenta al aumentar max. Talcomportamiento era esperado ya que (15) esválida sólo para ángulos pequeños.
Para max pequeños la concordancia resultaaceptable, así a 50 los cálculos sobre la base de (8)(y la biblioteca ENDF/B-V) y la aproximaciónRamsauer-Fraunhofer son 4,8% y 5,7% superioresal valor de Monte Carlo. A 1,7070 la divergencia sereduce a 1,6% y 1,9% respectivamente.
En ambos casos superan al valor de Monte Carloporque sólo tienen en cuenta la dispersión elástica,por lo tanto desprecian todas las reacciones queconducen a la emisión de neutrones en la direcciónde incidencia, lo que da lugar a la sobrestimaciónde T. La divergencia se debe fundamentalmente ala contribución de la dispersión inelástica en lazona del continuo. La contribución de la reacción(n,2n) resulta despreciable lo cual es lógico si setiene en cuenta que la energía umbral escogida enlos cálculos fue igual a 13,0 MeV.
En este análisis se ha considerado a Monte Carlocomo un Benchmark debido a su grado derealismo en la descripción.
Como conclusión podemos señalar que seobtuvo un instrumento analítico sencillo paradescribir la influencia geométrica y nuclear, quepuede emplearse en el diseño experimental y enla interpretación de las mediciones de R. Lainvestigación fue limitada al modelo de Spinneyya que este modelo es de aplicación muygeneral.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen a G. Martín por las valiosasdiscusiones y recomendaciones que enriquecieron el trabajo.
BIBLIOGRAFÍA
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Resumen
El objetivo de este trabajo fue determinar los niveles de radiactividad existentes en suelos y en productosagrícolas en la región centro-sur de Cuba. Las muestras fueron tomadas en 30 estaciones. Se hicieronalrededor de 200 análisis, para la determinación de los contenidos de estroncio 90 y otras tantas muestrasse analizaron por espectrometría gamma. Se determinó la actividad producida por potasio 40, cesio 137,uranio 238 y torio 232. El estroncio 90 fue determinado por análisis radioquímico y las determinaciones delcontenido de emisores gamma en las muestras se realizaron en un sistema espectrométrico con undetector semiconductor Ge (Li), un detector de centelleo NaI (Tl) y un detector HPGe.
Los resultados obtenidos en los componentes estudiados demuestran que las concentraciones de losradionúclidos naturales coinciden con los reportados en regiones normales desde el punto de vistaradiactivo y en los radionúclidos artificiales, sus concentraciones son similares a las reportadas en regionesafectadas solamente por las precipitaciones radiactivas globales.
RADIOACTIVE CHARACTERIZATION OF LANDS AND
AGRICULTURAL PRODUCTS OF THE CENTER-SOUTH REGION OF
CUBA
Abstract
The object of this work was to determinate the radioactive levels in soil samples and in the agriculturalproducts from the Central-south region of Cuba. Approximately, 200 analysis were done. The strontium 90was determinated by radiochemical separation and the determination of gamma emitters contents in thesamples was carried out by spectrometric analysis, using a semiconductor detector (Ge-Li), a scintillationdetector NaI (Tl) and HPGe detector.
The results obtained in the components studied: soils and agricultural products, show that theconcentrations of natural radionuclides are similar to those reported for normal regions. In the case ofartificial radionuclides, their concentrations are similar to those reported for regions which have beenaffected only by the global radioactive precipitations.
Palabras clave: radioactivity; terrestrial ecosystem; soils and agricultural products of Cuba, naturalradioactivity, strontium 90, gamma spectroscopy, background radiation
CARACTERIZACIÓN RADIACTIVA DE LOS SUELOS
Y PRODUCTOS AGRÍCOLAS DE LA REGIÓN
CENTRO-SUR DE CUBAR.Y. Sibello Hernández, C. M. Alonso Hernández, M. Díaz Asencio, H. Cartas Águila
Centro de Estudios Ambientales de Cienfuegos, Cienfuegos, Cuba
INTRODUCCIÓN
La caracterización radiológica de los suelos y delos productos agrícolas tiene particular importanciapara determinar las dosis de radiación que el serhumano recibe debido a la exposición al medio enque se desarrolla o por el consumo de alimentos.A estas dosis de radiación aporta tanto laradiactividad natural como la radiactividad artificial.De los radionúclidos naturales, los cosmogénicos notienen un aporte significativo a las dosis de radiacióngamma externa del suelo; sin embargo, losradinúclidos primordiales, existentes en la cortezaterrestre desde sus orígenes, aportan a las dosis
radiacionales, tanto por exposición como por laincorporación de los mismos a los alimentos queconsume el hombre.Una de las causas de la existencia de losradionúclidos artificiales son los accidentes y lasexplosiones nucleares. De estos radionúclidos, elcesio 137 (Cs-137) y el estroncio 90 (Sr-90) tienengran significado desde el punto de vista radiacional,porque sus períodos de semidesintegración sonrelativamente largos, por lo que perduran en lanaturaleza y sus períodos biológicos son tambiénlargos, lo que hace que una vez incorporadospermanezcan en el organismo por tiempoprolongado.
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Ciencias Nucleares
En este artículo se presentan y discuten losresultados de los análisis radioquímicos y de lasmediciones espectrométricas de las muestras desuelo representativas de la zona y de losproductos agrícolas, producidos y consumidos enla región. Los radionúclidos estudiados tienengran interés desde el punto de vista radiactivo.
Se obtuvieron los datos de la radiactividadexistente en el ecosistema terrestre de la localidad,desconocidos hasta entonces y necesarios paraestablecer el control y la vigilancia radiológica en laregión, así como para determinar las dosisradiacionales por exposición al medio y debido a laingestión de productos agrícolas.
MATERIALES Y MÉTODOS
Las muestras se tomaron en 30 estacioneslocalizadas en la región centro-sur de Cuba, en lazona comprendida dentro de un radio de 25 km,tomando como referencia la CEN Juraguá. Laubicación de los puntos y frecuencia de muestreotuvieron en cuenta las características generales dela zona, las características meteorológicas, lasprincipales producciones agrícolas, así como ladensidad demográfica y los hábitos alimentarios dela población en esta región.
Métodos de muestreo
La recogida de las muestras de suelo se realizóa una profundidad de 5 cm siempre en unaplanicie abierta y con baja vegetación, alejada amás de 120 metros de las edificaciones. En esteterreno se delimitó un cuadrado de 15 m X 15 my las muestras de suelo se tomaron en cada unode los vértices y en el centro, en una porcióncuadrada de 30 cm X 30 cm en cada caso.Antes de tomar las muestras, se eliminó lavegetación que cubre el suelo y de la muestratotal se realizó un cuarteo. La masa de cadamuestra fue aproximadamente de 2 kg y setransportaron al laboratorio en bolsas depolietileno.
Las muestras de pastos y de suelo se tomaronparalelamente, en un cuadrado de 15 m X 15 m,en los vértices y en el centro del cuadrado, encantidades que garantizaran, que la masa de lamuestra deshidratada fuera mayor que unkilogramo.
Las productos agrícolas recolectados fueron losque se producen y consumen en la región. Decada muestra se recolectó aproximadamente 3kg. Los procedimientos de muestreo utilizadosy arriba descritos son los recomendados en [1-4].
Pretratamiento de las muestras
Las muestras de suelo se limpiaron de raíces ypiedras, se pesaron y se secaron en una estufa auna temperatura de 1100C durante cinco horas.Seguidamente, se molieron y se tamizaron por untamiz de 0,5 mm de diámetro. Luego, se incinerarona 4000C durante la noche.
Las muestras de pastos y productos alimenticios sesecaron al aire libre y luego en una estufa atemperatura de 1100C durante cinco horas. Lospastos secos se molieron en el molino de cuchilla yse pesaron. Las muestras se incineraron a 4000Calrededor de 36 horas, hasta lograr que la cenizaestuviera gris-blancuzca. Esta manera de pretratarlas muestras es la recomendada en [3, 4].
Análisis radioquímico
La frecuencia de análisis de los suelos y los pastosfue trimestral, con esta periodicidad se lesdeterminó la actividad β - total, el contenido deemisores
γ
y el contenido de Sr-90 a las muestras.
Para la determinación radioquímica del Sr-90 enpastos y productos alimenticios se procedió según[3, 4]. Primero a las muestras se les agregó lasolución portadora de estroncio y el estroncio 85(Sr-85) para el control del rendimiento químico.Después se procedió al lixiviado de las muestrascon HCl (c ) (ácido clorhídrico concentrado). Esteproceso se realizó agregando a la ceniza de lamuestra 50 mL del ácido, se agitó y en un baño dearena se llevó a sequedad, repitiendo dos veces estepaso. Luego, al residuo sólido se le añadió 400 mL deHCl2 N caliente y se filtró y se continuó lavando coneste ácido el residuo sólido hasta la total decoloracióndel filtrado obtenido.
Más adelante se procedió a la separación del Sr-90en el licor. Primero se hizo precipitar los hidróxidosdel grupo II y las tierras raras. El filtrado obtenido,que contiene el Sr-90, se acidificó, se introdujo elportador de itrio y se dejó acumular el Y-90 durante15 días. Finalmente el itrio se purificó y seprecipitó en forma de oxalatos. El rendimientoquímico del itrio se determinó por complexometría.
Mediciones espectrométricas y radiométricas
Las determinaciones del contenido de emisoresgamma en las muestras se realizaron en unsistema espectrométrico que utilizó un detectorsemiconductor (Ge-Li), un detector de centelleo NaI(Tl) y posteriormente un HPGe.
La geometría utilizada para las mediciones consistióen un cilindro de 70 mm de diámetro y una altura de15 mm. La calibración del espectrómetro se realizó
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usando patrones cuyo error no excede el seisporciento.
RESULTADOS
Las tablas 1 al 6 muestran los resultadosobtenidos para suelos, pastos, frutos, vegetales,tubérculos y productos de origen vegetal.Los valores de la desviación estándar geométrica(DSG) obtenidos son menores o muy cercanos ados, lo cual es característico para lasdistribuciones de los valores de fondo [5].
El hecho de obtener dependencias lineales es unindicador de la homogeneidad del monitoreo. Si enel futuro, para esta misma red de muestreo, seobservaran desviaciones de la linealidad o valoreselevados de la DSG, podría ser por la influencia deuna fuente local de contaminación.
Las concentraciones de radionúclidos naturales enlos suelos muestreados se encuentran en elintervalo reportado en la literatura [6-10], parazonas con un fondo radiológico normal según semuestra a continuación. (Entre paréntesis seseñala el valor medio).
Radionúclido Actividad reportada (Bq/kgP.S.)
K-40 100-700 (350)Ra-226 10-50 (25)Th-232 7-50 (25)
La concentración de radionúclidos artificiales enlas muestras también se encuentra en el intervaloreportado por la literatura para zonas afectadassolamente por las precipitaciones radiactivasglobales [8].
Los valores obtenidos se encuentran en el intervalo reportado en la literatura para zonas normales de fondo [6,9,10 ].Radiactividad de los frutos
Radiactividad de los suelos
( * ) La relación P ceniza / P seco para las muestras de vegetación se valoró en 9,18 ± 0,21 sobre la base de 133
Radiactividad de la vegetación (pastos naturales)
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Tabla 3. Resumen de las concentraciones de K-40, Cs-137, Sr-90 y beta total en frutos
*La actividad se reporta en Bq/kg peso húmedo.
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Tabla 4. Actividad específica de K-40,Cs-137, Sr-90 en los vegetales cosechados en la región
La actividad beta total del tomate cosechado en la región es de 73 ± 4,8 Bq/kg de peso húmedo.
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Radiactividad de los tubérculos
Tabla 5. Actividad específica de K-40, Cs-137, Sr-90 en los tubérculos cosechados en la región
CONCLUSIONES
Con los estudios de la radiactividad ambiental enel ecosistema terrestre en los alrededores de laCEN Juraguá podemos concluir que lasconcentraciones de los radionúclidos naturales (K -40, Th-232,Ra-226, Be-7 y Po-210) en los componentesestudiados: suelos, vegetales y productosalimenticios coinciden con los reportados enregiones normales desde el punto de vistaradiactivo.
Los radionúclidos artificiales encontrados fueronCs-137 y Sr-90 en concentraciones similares a lasreportadas en regiones afectadas solamente porlas precipitaciones radiactivas globales.
Los resultados obtenidos tienen gran importanciadesde el punto de vista científico porque seobtuvieron datos inéditos hasta entonces sobre laradiactividad en la zona y desde el punto de vistasocial porque sienta las bases para lacuantificación de cualquier impacto radiactivo anivel territorial.
Radiactividad de otros productos de origen vegetal
Tabla 6. Actividad específica de Sr-90 en otros productos de origen vegetal
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BIBLIOGRAFÍA
[1] CPHR -MA02-87, Guía para la recolección y registro demuestras del medio ambiente en los alrededores de lasinstalaciones nucleares.[2] CPHR -MA-87, Guía para el trabajo de las postasradiológicas.[3] CPHR, Guía metodológica para el pretratamiento demuestras del medio ambiente.[4] CPHR -MA)-3-87, Guía para la determinación deconcentraciones de Sr-90 en muestras del medio ambiente.[5] GILBERT, R., Statistical Methods for EnvironmentalPollution Monitoring, New York (1987).
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Ciencias Nucleares
Resumen
El presente trabajo hace una evaluación de la dosis que recibe la población de la Ciudad de LaHabana, el núcleo poblacional más importante del país, por el radio 226 que incorpora con las aguasde consumo.
A partir de la recogida de muestras de agua de las fuentes de abasto más importantes de la Ciudady la determinación en las mismas de las concentraciones de radio 226 se evalúa la dosis amiembros del público considerando la distribución por grupos de edades. Las concentracioneshalladas oscilan entre 40-150 mBq/L con una media de 90 ± 40 mBq/L. La dosis mediacomprometida para la población de la ciudad, considerando su distribución por edades, se estimó en21±2μ Sv por el consumo de un año.
EVALUATION OF THE RADIUM 226 DOSES INCORPORATEDWITH THE CONSUMPTION WATERS, WHICH IS RECEIVE BY
THE CITY OF HAVANA INHABITANTS
Abstract
Because of the relatively good solubility of radium compounds contained in the crust of the earth,frequently it is possible to find in spring waters concentrations of radium 226 which may besignificant. Taking in account that persons consume important volumes of water annually, it isnecessary to assess the doses to population due to the intake of radium 226 by this pathway.Samples were taken in the principal water sources in Havana City and for each sample the radium226 concentration was determined. The concentrations of radium 226 in waters are in the range 40-150 mBq/L with a mean of 90 ± 40 mBq/L. Calculated committed dose, averaged over the agedistribution of city's population, was estimated in 21±2
μ
Sv per year.
Palabras clave: ingestion, intake, radium-226, radiation doses, radiation protection, maximumpermissible level, dosimetry, dose commitments, diet, drinking water, human populations
EVALUACIÓN DE LA DOSIS QUE RECIBE LA POBLACIÓNDE LA CIUDAD DE LA HABANA POR EL RADIO 226QUE INCORPORA CON LAS AGUAS DE CONSUMO
J. Tomás Zerquera, M. Prendes Alonso, I. Ma. Fernández Gómez, N. Martínez Ricardo
Centro de Protección e Higiene de las Radiaciones, Ciudad de La Habana, Cuba
INTRODUCCIÓN
La ingestión de productos alimenticios y de aguaes una de las vías más importantes deincorporación de radiactividad al organismohumano. La dosis por incorporación deradionúclidos, vía ingestión, constituye el 9% delas dosis efectivas anuales que recibe el miembrodel público promedio [1].
El agua, por su condición especial de disolventeuniversal, es un portador potencialmenteimportante de radionúclidos en solución, que sonincorporados por las personas al consumirla. Esto
se acentúa por los importantes volúmenes de aguaque como promedio consume cada persona alaño, unos 600 L/año en los adultos [2].
Uno de los radionúclidos más abundantes en lasaguas de consumo humano es el radio 226 (Ra-226). Este radionúclido de origen natural, derelativa abundancia en la corteza terrestre, seencuentra generalmente formando compuestos quetienen buena solubilidad en agua. Por esta razón ypor la incidencia que puede tener el radón 222emanado de las aguas que contienen radio 226 ensolución, se estudian las aguas destinadas alconsumo humano para determinar lasconcentraciones de este radionúclido.
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En Cuba existen estudios recientes de este tipo. En1995 culminaron los trabajos de determinación delas concentraciones de radio 226 en las aguas delos principales manantiales de aguas embotelladasdel país [3]. Para la correcta evaluación de ladosis que recibe el público por esta vía fuenecesario hacer un estudio más detallado de lasfuentes de abasto de agua. Este trabajo muestralos resultados del estudio de las fuentes de abastodel núcleo poblacional más importante del país, laCiudad de La Habana, que es a su vez el que porsus dimensiones cuenta con la red más complejade esta fuente.
La Ciudad de La Habana cuenta, según datos delCentro de Estudios de Población y Desarrollo delMinisterio de Economía y Planificación [4], con unapoblación urbana de 2 168 136 habitantes (19,7%de la población del país). Sus diferentesmunicipios se abastecen de alrededor de 35fuentes de agua de diferentes características, ensu mayoría de origen subterráneo. Para estetrabajo se han considerado las fuentes de abastoindependientes, atendiendo no solamente a losorígenes del yacimiento sino también a la víaempleada para la distribución a la población. Eltratamiento de las aguas para el consumo serealiza, de manera diferenciada, durante sudistribución, lo cual pudiera influir en laconcentración de los radionúclidos en estudio,además de que la población de algunos municipiosde la ciudad es abastecida por más de una fuente.
MATERIALES Y MÉTODOS
Para desarrollar el estudio se investigaron 14fuentes de abasto de la Ciudad, que cubren latotalidad de los municipios capitalinos y un total de1 465 981 habitantes, el 67,6% de la población. Encada muestreo se tomó 1L de agua procedente dela red hidráulica de abasto de una residencia. Eltotal de muestras recogidas para el estudio fue de20, ya que para algunas de las fuentes hubo másde un colaborador que facilitó la colección de lamuestra en su residencia. Las muestras fueroncolectadas en recipientes de polietilenopreviamente endulzados y posteriormenteacidulados al llegar al laboratorio.
Cada muestra se sometió a la técnicaemanométrica de determinación de radio 226 apartir de su radionúclido hijo radón 222, según lodescrito en el Manual de Procedimientos delLaboratorio de Vigilancia Radiológica Ambientalde Occidente del Centro de Protección e Higienede las Radiaciones (CPHR) [5].
Las dosis individuales estimadas a partir de lamedición de las muestras se calcularon, para cadagrupo de edad, a partir de la expresión:
H = C Ra-226 * FCD Ra-226 * V
donde: H; dosis efectiva comprometida por laincorporación que ocurre en un año (Sv);CRa-226; concentración de radio 226 en lamuestra (Bq/L); FCDRa-226: factor de conversión adosis por incorporación de radio 226 (Sv/Bq). V,tasa media de consumo de agua (L).
Los valores de FCDRa-226 utilizados para loscálculos fueron los recomendados por elOrganismo Internacional de Energía Atómica [6].Los valores de V para cada grupo de edad seestimaron conservadoramente a partir de losvalores más altos encontrados en la literatura, queson los recomendados para la ComunidadEuropea [7], interpolando linealmente losconsumos para aquellos grupos de edades dondeno aparecen definidos. El resultado de estasestimaciones fue el siguiente:
Grupo de edades (años) Tasa de consumo (L/año)
0 - 1 260 1 - 7 350 7 - 12 465 12 - 17 560 > 17 600
Con los resultados de las dosis individualescalculadas se procedió a evaluar la dosis mediade la población de la Ciudad. Se calculóprimeramente la media de las dosis para cadafuente de abasto, normalizando las dosisindividuales por los grupos de edades, según ladistribución por edades de la población abastecida.La distribución por edades de la población paracada fuente se tomó según las proporciones enque se encuentra cada grupo de edad en lapoblación total de la Ciudad. Estas proporcionesfueron calculadas a partir de los datos estadísticospoblacionales de cada uno de sus municipios [4].Luego de obtenida la dosis media para cada fuentese ponderó su contribución a la dosis media de laciudad, atendiendo al número de habitantes queabastece la fuente. Para el cálculo de laincertidumbre de la dosis estimada seconsideraron solamente las indeterminacionesmotivadas por los errores de la medición.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la tabla 1 se recogen los resultados de lasmediciones realizadas. También se presentan losresultados de los cálculos de las dosisindividuales comprometidas para cada fuente deabasto por grupos de edades, debido al consumoanual de estas aguas y un estimado de la dosismedia, ponderando las dosis individuales por ladistribución por edades de la poblaciónabastecida.
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El análisis de los resultados obtenidos en lasdeterminaciones de radio 226 en aguas potablesarroja que estas, con un índice de correlación de0,98, se ajustan a una distribución lognormal, conuna media igual a 0,09 Bq/L, una desviaciónestándar de 0,04 Bq/L y teniendo como 95%percentil 0,15 Bq/L.
Tomando como referencia los datos recopiladospor el United Nations Scientific Committee on theEffects of Atomic Radiation (UNSCEAR) en sureporte a la asamblea general del 2000 [1] se ha
preparado la tabla 2, que resume los intervalosreportados de concentraciones de radio 226 enlas aguas por diferentes autores en la literaturainternacional. Comparando los datos se apreciaque los valores obtenidos de las concentracionespara las aguas de la Ciudad de La Habana(40 - 150 mBq/L) se encuentran en el intervaloreportado por otros países. Los valores másaltos del intervalo en los datos de la Ciudad deLa Habana pueden explicarse, como el propioUNSCEAR puntualiza para estos casos, por laprocedencia subterránea de algunas de lasfuentes de abasto analizadas.
Tabla 1. Valores de concentración de actividad de radio 226 en las aguas de las fuentes estudiadas yestimación de las dosis individuales por grupos de edades
Las dosis más altas se observan en el grupo de edad de niños menores de un año a partir de los valores delos factores de conversión de dosis, resultando más significativas las dosis dentro de este grupo para lasfuentes de Ariguanabo, Cuenca Sur, Cotorro y Vento.
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Tabla 2. Resultados reportados de concentraciones de radio 226 en aguas en la literatura internacional(fuente - Reporte UNSCEAR 2000)
El valor de la dosis media anual para un individuoha sido estimado, a partir de estos datos yconsiderando la distribución de la población por lasfuentes de abasto, en 21 ± 2 Sv. Las diferenciasapreciables entre las dosis medias calculadas paraalgunos grupos de edades y este valor se debenfundamentalmente al peso estadístico importante
Tabla 3. Evaluación de las dosis comprometidas individuales para cada fuente de abasto, ponderada por ladistribución de edades
La tabla 3 presenta los estimados de las dosiscomprometidas individuales para cada fuente deabasto, ponderada por la distribución de edad. Enun análisis de las medias por fuente, se observanlas dosis más altas en las fuentes de abasto quesuministran los municipios de La Lisa, CentroHabana, Habana Vieja, Cotorro, Plaza y Playa.
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que desempeña la distribución poblacional delgrupo de personas adultas (más de 17 años), lasque constituyen el 77% de la población total. Estasdiferencias también se manifiestan cuando secompara el valor medio de la Ciudad con las dosispromedio por fuente de abasto, lo cual está dadopor el diferente número de consumidores quehacen uso de cada una de las fuentes.
El valor de la dosis promedio para la Ciudad escomparable al reportado como promedio por elUNSCEAR para las incorporaciones de radio226 vía ingestión. Considerando los valores delas dosis obtenidos en los estudiosdesarrollados por el Centro de Protección eHigiene de las Radiaciones para evaluar lasdosis por ingestión de aguas y alimentos, estadosis representa un 25% de las dosis querecibe un individuo medio de la ciudad poringestión a través de la dieta.
CONCLUSIONES
Como resultado de los estudios del impacto quesobre la población de Ciudad de La Habanatiene la incorporación del radio 226 producto delconsumo de agua, se determinaron lasconcentraciones de éste radionúclido presentesen las fuentes de abasto de la ciudad. Lasconcentraciones halladas oscilan entre0,04-0,15 Bq/L con una media de0,09 ± 0,04 Bq/L. Estos valores seencuentran entre los reportados por elUNSCEAR [1], considerando la procedenciasubterránea de algunas de las fuentes deabasto.
La dosis media comprometida para la población dela ciudad, considerando su distribución poredades, se estimó en 21 ± 2mSv por el consumode un año. Este valor constituye el 25% de la dosispor incorporación de radio 226 vía ingestión de unhabitante promedio de Ciudad de La Habana.
BIBLIOGRAFÍA
[1] United Nations Scientific Committee on the Effects ofAtomic Radiation, Sources and Effects of Ionising Radiation:UNSCEAR 2000 Report to the General Assembly, UnitedNations, New York (2000).[2] Programa Conjunto FAO/OMS, Suplemento al VolumenXVII del Codex Alimentarius. Contaminantes. Niveles deorientación para radionúclidos en alimentos aplicables en elcomercio internacional tras una contaminación nuclearaccidental, Roma (1990).[3] TOMÁS, J., PRENDES, M., Evaluación de las dosisrecibidas por incorporación de Ra-226 debido al consumo deaguas minerales en la República de Cuba, ProtecciónRadiológica en América Latina y el Caribe, Memorias del IIICongreso Regional de Seguridad Radiológica y Nuclear, Lima(1996).[4] Centro de Estudios de Población y Desarrollo, Estudios ydatos sobre la población cubana, Publicación No. 24, LaHabana (1994).[5] Centro de Protección e Higiene de las Radiaciones, PR/PRA/LVRA/06: Determinación emanométrica de Ra-226 enaguas no salinas. Manual de Procedimientos del Laboratoriode Vigilancia Radiológica Ambiental, La Habana (1997).[6] International Atomic Energy Agency, International BasicSafety Standards for Protection against Ionising Radiationand for the Safety of Radiation Sources, Safety Series No.115, Vienna (1996).[7] European Commission, Methodology for assessing theradiological consequences of routine releases ofradionuclides to the environment, Radiation Protection 72,Report EUR 15760 EN, Brussels (1995).
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Ciencias Nucleares
METODOLOGÍA PARA LA APLICACIÓN DE LAS
TÉCNICAS DE ANÁLISIS PROBABILISTAS
DE SEGURIDAD A LAS UNIDADES
DE COBALTOTERAPIA EN CUBA
Juan José Vilaragut Llanes, Rubén Ferro Fernández, Mayra Troncoso Fleitas
Bertha Lozano Lima, Andrés de la Fuente Puch, Yolanda Pérez Reyes, Cruz Duménigo González
Centro Nacional de Seguridad Nuclear, Ciudad de La Habana, Cuba
Palabras clave: safety análisis, radiotherapy, cobalt 60, gamma radiation, nuclear medicine, risk, assesment
INTRODUCCIÓN
La evaluación de la seguridad ha descansadotradicionalmente en el enfoque prescriptivo, esdecir, la evaluación del cumplimiento dedeterminados códigos y normas que resumen losresultados de la evidencia histórica, lainvestigación y el desarrollo en un momento dado,así como la comprobación mediante análisisdeterministas en los que se utilizan las hipótesismás desfavorables para comprobar que ante elpeor accidente previsible no ocurrenconsecuencias radiológicas graves y por tanto segarantiza que los resultados de las evaluacionesqueden del lado de la seguridad. Este enfoquetiene a favor que la demostración decorrespondencia es relativamente directa, a la vezque asegura niveles aceptables de seguridad,integridad y fiabilidad. El método determinista esincuestionable, sin embargo posee limitacionesque hacen conveniente el uso de un enfoquecomplementario para la evaluación. Entre estaslimitaciones están:
-Las regulaciones descansan en requisitosprecisos y detallados, por lo que tienen unarigidez intrínseca que puede ser rápidamenterebasada por nuevos desarrollos tecnológicos.-Los factores humanos y organizacionales queinfluyen en la seguridad son poco propensos ala evaluación prescriptiva.-El enfoque prescriptivo puede inhibir lainnovación y la búsqueda de soluciones másóptimas para incrementar la seguridad.-Posee el riesgo de que el diseñador o eloperador puede no entender la esencia o razónde ser de las regulaciones, preocupándosesimplemente por su cumplimiento. Este enfoquepromueve una cultura de cumplimiento más
que la búsqueda de la seguridad máximafactible por los medios mejores posibles.
Existe otro enfoque complementario de evaluación dela seguridad denominado análisis probabilista deseguridad (APS), que utiliza herramientasconceptuales y matemáticas para realizar unainvestigación sistemática, exhaustiva y estructuradade los diferentes escenarios de riesgos que puedenconducir a un evento no deseado (secuenciasaccidentales) a partir de la ocurrencia de fallos deequipos o errores humanos (sucesos iniciadores deaccidentes).
En las últimas dos décadas, el APS ha sidoampliamente utilizado en el sectornucleoenergético, se realizan decenas de estudiosen los países con centrales nucleares, y seobtienen positivos resultados para la toma dedecisiones en materia de seguridad, comocomplemento de los métodos deterministas.
El principal objetivo de un APS consiste enproporcionar información cualitativa y cuantitativaacerca de las interioridades del diseño yfuncionamiento de una instalación, incluyendo laidentificación de los contribuyentes al riesgo ycomparación de opciones para incrementar laseguridad. Es decir, la finalidad de un APS se puederesumir en:
-Determinar y precisar las combinaciones desucesos que pueden conducir a un accidente oevento no deseado .-Evaluar la probabilidad de que se produzcacada combinación.-Evaluar las consecuencias.
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Con este fin, la metodología de APS integrainformación sobre el diseño, prácticas deoperación y funcionamiento, historial operacional,fiabilidad de equipos y componentes,comportamiento humano, fenómenos quefavorecen un accidente y efectos potenciales.
Toda esta información se utiliza para lograr quelos posibles incidentes, deficiencias, errores yvulnerabilidades de la instalación, proporcionenun panorama equilibrado de su efecto sobre laseguridad, así como la importancia relativa de lascontribuciones al riesgo de las secuencias deaccidente que podrían iniciarse a causa de fallosen el equipo o las modalidades de operación.
METODOLOGÍA PARA LA EJECUCIÓN DEL APS
Para cualquier instalación o práctica, larealización de un análisis probabilista deseguridad comprende las seis etapasfundamentales que se representan en el diagramaen bloques de la figura 1.
Aunque en principio los métodos de APS sonaplicados a cualquier tipo de instalación, existe ungrupo de aspectos que requieren profundizarsepara garantizar su plena utilización metodológica,teniendo en cuenta los siguientes elementos:
1. Alcance del estudio.2. Naturaleza y complejidad de la instalación.3. Grado de introducción del APS en instalacionessimilares.4. Disponibilidad y detalle de los análisisdeterministas de seguridad.5. Idoneidad de los modelos para la instalación.6. Disponibilidad y calidad de los datos defiabilidad.7. Incidencia e importancia del factor humano enlas secuencias accidentales a estudiar.
La aplicación del APS a la cobaltoterapia será engran medida un análisis específico y detallado delos factores humanos que intervienen en lassecuencias accidentales, porque las exposicionespotenciales que se identifiquen seránmayoritariamente generadas por actuacioneshumanas.
Teniendo en cuenta las limitaciones que existenpara la estimación de las probabilidades deerrores humanos y considerando que es muyelevado el número de posibles actuacioneshumanas, el APS deberá utilizar con mayorprecisión las técnicas cualitativas de identificaciónde peligros y la evaluación de las incertidumbresen las probabilidades asignadas.
Por esta razón, a pesar de la existencia dedocumentos metodológicos para la realizaciónde un APS y de su utilidad práctica, se hanadaptado para los análisis probabilistas deseguridad a las prácticas de cobaltoterapia enCuba las diferentes etapas para la aplicacióndel estudio, según se presenta en el diagramaen bloques de la Fig. 2.
En sentido general, la metodología tiene en cuentalos siguientes puntos:
-Identificación de peligros o accidentes conconsecuencias importantes que pueden tenerlugar durante el tratamiento con cobaltoterapia(estado de daño).-Identificación de cómo se pueden iniciar lassecuencias de sucesos que lleven a los estadosde daño identificados (sucesos iniciadores deaccidente). Para ello se combinarán diferentesmétodos, que de una forma sistemática yexhaustiva garanticen que la posible ausenciade un suceso iniciador de accidente no tendráun aporte relativo significativo, con respecto atodos los considerados en el estudio.-Determinación de los efectos sobre el paciente,el trabajador ocupacionalmente expuesto y elpúblico, a partir del análisis de los modos defallos de los equipos y los posibles erroreshumanos en las diferentes etapas deltratamiento con cobaltoterapia.-Desarrollo de los árboles de sucesos querepresenten las secuencias posibles.-Análisis, por medio de los árboles de fallos delos cabeceros modelados en los árboles desucesos.-Cuantificación de las probabilidades asociadasa los sucesos iniciadores y a los sucesosbásicos en los árboles de fallos.-Análisis de la fiabilidad de las accioneshumanas que figuren en los sucesosiniciadores, en los árboles de sucesos o en losárboles de fallos-Cuantificación de las frecuencias anuales delas diversas secuencias y peligros identificadosen el primer paso.
Para esta primera etapa del estudio, no serealizarán ex profeso estudios médicos detalladosde los accidentes identificados y las secuenciasmodeladas, así como no se cuantificarán entérminos económicos o de daños humanos lasconsecuencias consideradas en los estados dedaño, por lo que no se integrará el riesgo desde elpunto de vista cuantitativo, aunque sí será válidodesde el punto de vista cualitativo. Es decir, en estaprimera etapa, el estudio solo tendrá un alcance deanálisis probabilista de seguridad (APS) y no de unanálisis probabilista de riesgo (APR).
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Figura 1. Pasos para la Ejecución del APS.
Figura 2. Diagrama en bloques de la guía.
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CONCLUSIONES
El trabajo resume los principales elementosconsiderados durante la realización de la guíametodológica para la aplicación de las técnicas deanálisis probabilista de seguridad (APS) a lasunidades de cobaltoterapia en Cuba. Estedocumento constituye el primer resultado de unproyecto de investigación para la evaluación de laseguridad del paciente durante la práctica decobaltoterapia en el país.
La metodología incluye la aplicación conjunta demás de cinco técnicas de identificación de riesgos,que posibilitarán el análisis exhaustivo, sistemáticoy estructurado de la práctica en Cuba.
A su vez, la guía podrá ser utilizada por nuestroórgano regulador como material de referencia
durante la evaluación de estudios similares que serealicen en el país como parte del proceso delicenciamiento de las diferentes instalacionesradiactivas.
BIBLIOGRAFÍA
[1] Centro Nacional de Seguridad Nuclear, GuíaMetodológica para la realización de Análisis Probabilista deSeguridad a la práctica con cobaltorapia en Cuba, LaHabana (2000).[2] International Atomic Energy Agency, International BasicSafety Standards for Protection against Ionizing Radiationand for the Safety of Radiation Sources, Safety Series No.115, Vienna (1994).[3} Centro Nacional de Seguridad Nuclear, Manual deInstrucciones y Procedimientos de Análisis de Seguridad, LaHabana (1999).[4] International Commission on Radiological Protection,Protection from Potential Exposures: Application to SelectedRadiation Sources, ICRP Publication 76 (1996).
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CONTROL DE CALIDAD AL SERVICIO DE RADIOLOGÍADIAGNÓSTICA EN POLICLÍNICOS Y HOSPITALES
DE SANTIAGO DE CUBAReinaldo Griñán Torres, Héctor Parra Caboberde, Lino A. Semanat Sánchez
Centro Provincial de Higiene y Epidemiología, Santiago de Cuba, Cuba
Resumen
El trabajo presenta los resultados obtenidos en el control de calidad realizado a 33 salas de rayos Xdiagnóstico. Se incluyen los controles al generador de rayos X, al tubo, a los dispositivos de colimación yalineación, así como a los sistemas de visualización (negatoscopios), cuartos oscuros, almacenes depelículas, procesadoras, cartulinas intensificadoras y chasis. Además se presentan los resultados delcontrol de las dosis impartidas a los pacientes en proyecciones radiográficas estándar (tórax, columnalumbar, abdomen, cráneo y pelvis), mediante la determinación de las dosis de entrada para un paciente dereferencia.
Para la evaluación de los parámetros técnicos verificados se tomó como referencia los criterios de toleranciarecomendados por la guía técnica elaborada por el Centro de Control Estatal de Equipos Médicos de laRepública de Cuba. En los niveles de dosis se tomó como niveles orientativos los recomendados por lasNormas Básicas Internacionales de Seguridad para la protección contra la radiación ionizante y para laseguridad de las fuentes de radiación.
QUALITY CONTROL TO THE SERVICE OF DIAGNOSTICRADIOLOGY IN POLICLINICS AND HOSPITALS
OF SANTIAGO DE CUBA
Abstract
The work presents the results obtained in the quality control in diagnostic X-ray equipment accomplished in33 clinics of Santiago de Cuba city. The perfomed test were, to the X-ray generator, X-ray tube, devicescolimacion and alignment, as well as to the light boxes, dark rooms, and radiographic screen-filmcombinations. Morover the work presents the results of the Entrace Doses for a reference patient inradiographic projections of frequent use in clinics of Santiago de Cuba city (chest, lumbar spine, abdomen,and pelvis).
For the evaluation of the verified technical parameters were used the tolerance criterions recommended bythe technical guide elaborated by the State Control Center of Medical Equipment of Cuba. In the case of theentrance dose were used the dose levels that recommended by the International Basic Safety Standars forprotection against ionizing radiation and for safety of radiation sources.
Palabras clave: quality control, X-ray radiography, biomedical radiography, radiation doses, radiationprotection, maximun permissible level, X-ray equipment, radiation dosimetry
INTRODUCCIÓN
Desde que se decide captar una estructuraanatómica hasta que se realiza el diagnósticosobre la imagen, se realiza una complejaactividad en la que participan diferentes procesosfísicos, químicos, equipos y especialistas. A cadaposible fallo en algunos de estos elementos cabeasociar un detrimento en la calidad de la imagenfinal o un aumento en la dosis de radiación querecibe el paciente. Por todo esto se hacenecesario realizar programas de controles decalidad. La experiencia internacional hademostrado los beneficios que se obtienen como
resultado de la implementación de estos controlesy que se concretan en una mayor vida útil de losequipos de rayos X, en un uso más efectivo delas dosis impartidas a los pacientes, unadisminución en el riesgo al personal de operación,un menor consumo de películas radiográficas yproductos químicos del proceso de revelado, asícomo un menor número de paradas imprevistas.
En ocasión de ser aprobado el proyectoFortalecimiento del Sistema Nacional deProtección Radiológica y Control de Calidad enRadiodiagnóstico, auspiciado por el OrganismoInternacional de Energía Atómica (OIEA) se ha
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comenzado en la provincia de Santiago de Cuba laejecución de estos controles.
En este trabajo se presentan los resultados delcontrol de calidad realizado a 33 salas de rayos Xdiagnóstico del municipio Santiago de Cuba. Enel mismo se incluyeron pruebas al generador derayos X, al tubo, a los dispositivos de colimación yalineación, así como a los sistemas devisualización (negatoscopios), cuartos oscuros,almacenes de películas, procesadoras, cartulinasintensificadoras y chasis. Además, sedeterminaron las dosis de entrada para un pacientede referencia en proyecciones radiográficasestándar (tórax, columna lumbar, abdomen,cráneo, y pelvis).
Los objetivos que nos propusimos fueron:
-Caracterizar el estado técnico de los equipos derayos X y sus accesorios, e identificar las causasde las afectaciones.
-Determinar si la dosis de entrada de un pacientede referencia sometido a exámenes radiográficosfrecuentes puede ser valorada respecto a losniveles de dosis que recomiendan las NormasBásicas Internacionales de Seguridad (NBIS).
MATERIALES Y MÉTODOS
Se evaluaron un total de 33 equipos de rayos X,que representan el 57% del total de los existentesen la provincia de Santiago de Cuba. Estos seencuentran ubicados en 12 policlínicos y ochohospitales del municipio Santiago de Cuba. Elcontrol se realizó tomando como guía técnica losprocedimientos elaborados por el Centro deControl Estatal de Equipos Médicos del Ministeriode Salud Pública de la República de Cuba [1,2].Se midieron los siguientes parámetros funcionales:exactitud de la escala indicadora de distanciafoco-película (DFI), coincidencia de los campos delhaz de radiación y del haz luminoso,perpendicularidad mesa, tubo de rayos X,medición del tamaño del punto focal, exactitud yreproducibilidad de la tensión, filtración mediantela determinación de la capa hemirreductora (CHR),reproducibilidad, linealidad y valor del rendimiento,exactitud y reproducibilidad del tiempo deexposición.
Además, se determinó la dosis de entrada en lasuperficie del paciente (DES) de manera indirecta apartir de la medición con un detectorsemiconductor (acoplado al electrómetroDIADOS) en aire libre resultante, al reproducir lascondiciones de exposición para un paciente adultode referencia de 70 kg de masa corporal. En elcontrol al sistema de visualización, cuarto oscuroy procesamiento radiográfico, se comprobó elestado de los negatoscopios verificando launiformidad en la iluminación de los mismos y las
condiciones de iluminación en sus proximidades,se comprobó la organización, limpieza,hermeticidad y condiciones de ventilación delcuarto oscuro, así como la ubicación de laslámparas de seguridad y prueba de velado porluces de seguridad. En el almacén de película severificaron las condiciones ambientales a las queestán expuestas las cajas de películas(temperatura y humedad) y la manera que éstasse encuentran colocadas. Se realizaron pruebasde hermeticidad a los chasis e inspección visualpara comprobar su limpieza.
Para este control se utilizaron los siguientesinstrumentos de medición y dispositivos:kilovoltímetro digital no invasivo PTW, Freuberg;electrómetro DIADOS PTW, Freuberg; detectorsemiconductor DIADOS PTW, Freuberg; filtros dealuminio de alta pureza; patrón de estrella;diámetro 45 mm, espesor 0,05 mm, Pb, ángulo 2º;cinta métrica, cinta adhesiva, termómetro ydensitómetro.
RESULTADOS
En la Fig. 1 se presenta el porcentaje de equiposde rayos X defectuosos por parámetros medidos.Como se aprecia, las mayores dificultades sedetectaron en el tiempo de exposición ya que el62% de los equipos de rayos X verificadospresentó desviaciones fuera de la tolerancia de suexactitud. Otro parámetro con grandes dificultadesfue la inexactitud de la tensión, ya que sedetectaron desviaciones fuera de la tolerancia enun 47% de los equipos.
El tercer parámetro con mayores dificultades fue elrendimiento, en el que se obtuvo un 37% deequipos que estuvieron fuera del margen detolerancia. Una filtración inadecuada afectó a un28% de los equipos.
La tabla 1 presenta los resultados de la distribuciónde las dosis de entrada en pacientes para lasproyecciones radiográficas de mayor frecuencia.En ella se puede observar que la dosis de entradapromedio en cada una de las proyecciones seencuentra por debajo de los niveles orientativos dedosis que recomienda el OIEA en las NBIS [3].
Con relación al proceso de revelado las mayoresdificultades se encontraron: en la falta dehermeticidad a la luz blanca, falta de filtros en laslámparas de seguridad, falta de ventilación de loscuartos oscuros, la diversidad de películas ypantallas que se reciben en los departamentos, quemuchas veces no son compatibles unas con otrasen lo referido al espectro de luz y la gama develocidades. Además en el 90% de losdepartamentos de radiología se encontraronnegatoscopios con brillo por debajo de los criteriosde tolerancia, así como poca uniformidad en suiluminación.
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DISCUSIÓN
Como se muestra en la tabla 1 el porcentaje deequipos que sobrepasan los niveles orientativos esel 24%. Estos niveles orientativos de dosis son losrecomendados por las NBIS [3].
Se comprobó que de estos equipos el 71% presentódesviación del tiempo y de la tensión, y el 28%presentó filtración inadecuada; o sea que losparámetros que más influyeron en la sobredosis dela radiación a los pacientes fueron el tiempo y lafiltración inadecuada. Además, estas desviacionesprovocaron la obtención de imágenes de bajacalidad. Esta evaluación fue corroborada por unpanel de expertos durante el estudio sobre lacalidad diagnóstica en departamentos de radiologíadel Sistema Nacional de Salud de Cuba [4]. Estos
resultados son comprensibles pues son equipos ensu mayoría (90%) con más de 20 años deexplotación y sin un programa de mantenimientopreventivo, a lo cual se une el desconocimiento delos aspectos de control de calidad por parte delpersonal técnico.
La tabla 1 muestra que la mayoría de los equiposcontrolados cumple con los niveles orientativos ysólo el 24% no cumplen. Esto se corresponde conel criterio de la Comisión de las ComunidadesEuropeas [2,5] que plantea que si el 75% de losequipos cumple con los niveles orientativos, elporcentaje restante debe corregir los problemastécnicos propios del equipo o debe corregirse latécnica aplicada en las diferentes proyeccionesradiográficas para reducir adecuadamente lasdosis sin detrimento en la calidad del diagnóstico.
Figura 1. Porcentaje de equipos defectuosos por parámetros técnicos medidos.
Tabla 1. Distribución de las dosis de entrada en pacientes por proyecciones radiográficas
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CONCLUSIONES
El control permitió conocer que los equiposevaluados presentan un estado técnicoinaceptable en el que se identificaron comoprincipales causas la inexactitud del tiempo deexposición, la tensión y el bajo rendimiento.
Los resultados de este control de calidad han sidodeterminantes para el ajuste del equipamiento derayos X, lo que contribuyó a una mejora de lacalidad de la imagen junto a una reducción dedosis de radiación impartida a los pacientes.
Los resultados demostraron que se puedenadoptar los niveles de dosis en pacientes que
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recomienda el OIEA en las condiciones actualesque presenta la provincia de Santiago de Cuba.
BIBLIOGRAFÍA
[1] Procedimiento de control de calidad para equipos deradiografía GT-7, CCEEM (1997).[2] Criterios de calidad de las imágenes en radiodiagnóstico,CCE (Comisión de las Comunidades Europeas) Bruselas(1990).[3] International Atomic Energy Agency, International BasicSafety Standards for protection against ionizing radiation andfor safety of radiation sources, Series No.115 (1996).[4] Informe final del estudio sobre la calidad diagnóstica endepartamentos de radiología del Sistema Nacional de Saludde Cuba. CCEEM (2001). [5] Protocolo Español de Control de Calidad enRadiodiagnóstico (1996).
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