P5_Radiações

MANUAL DE BIOSSEGURANA

dezembro de 2001G PP ImSecretaria da Sade

Manual de Biossegurana

Parte V Radiaes

Manual de Biossegurana, Parte V - Radiaes Sumrio

Sumrio20. 20.1. 20.2. Introduo a Radiaes ...................................................................... 381 Apresentao ....................................................................................... 381 Radiaes Ionizantes - Radiodiagnstico Odontolgico e Mdico .................. 38320.2.1. 20.2.2. 20.2.3. 20.2.4. Definio e Histrico ............................................................................. 383 Radiodiagnstico Odontolgico ............................................................... 383 Radiodiagnstico Mdico ....................................................................... 384 Atuao da Vigilncia Sanitria............................................................... 385

20.3. 21. 21.1. 21.2. 21.3.

Referncias Bibliogrficas....................................................................... 386 Noes de Fsica Nuclear .................................................................... 387 Introduo........................................................................................... 387 Radioatividade ..................................................................................... 388 Mtodos de Decaimento......................................................................... 38921.3.1. 21.3.2. 21.3.3. 21.3.4. Transmutao Beta .............................................................................. 390 Captura de Eltrons.............................................................................. 391 Transio Isomrica ............................................................................. 392 Radiao Gama.................................................................................... 392

21.4.

Lei da Desintegrao Radioativa.............................................................. 39221.4.1. 21.4.2. Interao da Radiao com a Matria ...................................................... 394 Classificao de Risco ........................................................................... 396

21.5. 22. 22.1. 22.2. 22.3. 22.4. 22.5.

Bibliografia .......................................................................................... 397 Radiao na Medicina ......................................................................... 399 Introduo........................................................................................... 399 Radiologia Diagnstica........................................................................... 399 Radioterapia ........................................................................................ 399 Medicina Nuclear .................................................................................. 40022.4.1. Produo de Radionucldeos Artificiais de Interesse Clnico ......................... 401

Radiofarmcia ...................................................................................... 40322.5.1. 22.5.2. Radiofrmacos para Diagnstico ............................................................. 404 Radiofrmacos para Terapia................................................................... 407

22.6. 23. 23.1. 23.2.

Bibliografia .......................................................................................... 408 Blindagem - Radiaes e Medicina Nuclear CNEN (Clculo de Blindagem) ......................................................................................... 409 Introduo........................................................................................... 409 Princpios............................................................................................. 40923.2.1. 23.2.2. Fontes de Radiao Externas ................................................................. 409 Princpios Baseados nas Leis Fsicas ........................................................ 409

Manual de Biossegurana, Parte V - Radiaes Sumrio

23.2.3. 23.2.4. 23.2.5. 23.2.6.

Blindagem para Radiao Alfa, Beta, Gama e Nutrons .............................. 411 Blindagem para Radiao Diretamente Ionizante ....................................... 411 Blindagem para Fontes Emissoras de Radiao X e Gama. .......................... 412 Blindagem para Nutrons....................................................................... 418

24. 24.1. 24.2.

Atualizao sobre Radioproteo em Medicina Nuclear ...................... 423 Introduo ...........................................................................................423 Principais Fontes no Seladas Empregadas em Medicina Nuclear ..................42324.2.1. 24.2.2. Apresentao ....................................................................................... 424 Utilizao ............................................................................................ 424

24.3.

Radioistopos em Medicina Nuclear e Radioproteo...................................42524.3.1. 24.3.2. 24.3.3. 24.3.4. Regras Prticas de Radioproteo............................................................ 425 Avaliao da Contaminao .................................................................... 428 Regras para o Pessoal ........................................................................... 429 Acondicionamento dos Rejeitos ............................................................... 430

Manual de Biossegurana, Parte V - Radiaes Captulo 20 - Introduo A Radiaes

20. Introduo a Radiiaes Introduo a Rad aesDiretoria de Vigilncia e Controle Sanitrio - DIVISA

20..1.. APRESENTAO 20 1 APRESENTAORadiao o nome dado a qualquer processo que seja capaz de transferir energia sem necessidade de meio material. O campo de ao que envolve uso de Radiaes Ionizantes, que atuam como instrumento para prevenir, diagnosticar e tratar patologias que ponham em risco a sade humana; so monitoradas pela Comisso Nacional de Energia Nuclear - CNEN e Vigilncia Sanitria - VISA. Esto inseridas como atividades de alta e mdia complexidade nos Servios de Sade, (definidas na Lei Orgnica da Sade LOS, constituda em seu conjunto pela Lei Federal n 8.080 de 19/09/90 e Lei Federal n 8.142 de 28/12/90), abrangendo: Radiodiagnstico Mdico e Odontolgico; Radiao Industrial; Radioterapia; Radioimunoensaio; Resduos Radioativos; Radiografia Industrial.

Radiodiagnstico MdicoRadiao ionizante aquela que possui energia suficiente para gerar ons quando de sua interao com o meio. A radiao ionizante usada como um mtodo de diagnstico por imagem. Dos exames que so realizados atravs deste mtodo, podemos citar: radiografia tradicional, tomografia, mamografia, densitometria e em procedimentos de litotripsia.

Radiodiagnstico OdontolgicoNa clnica odontolgica, as radiografias so usadas como um mtodo de diagnstico muito eficaz, uma vez que a imagem (quando tem qualidade) decisiva na conduta do tratamento. Existem dois tipos de exames: Extra-oral: teleradiografias (exemplo: radiografia panormica);

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Intra-oral; Periapical; Inter-proximal ou Bite-Wing; Oclusal.

Medicina Nuclear um procedimento in vivo. Atua atravs de radioistopos (elementos caracterizados por ncleos que espontaneamente podem transformar-se em outros, pela emisso de partculas, constitudas de combinaes ou no de nutrons e prtons) que passam a emitir radiaes nos tecidos onde tm afinidade. Exemplo: o Iodo 131, quando lanado na corrente sangunea, fica concentrada em maior quantidade na tireide, pois esta glndula absorve o iodo, este fato usado para diagnosticar leses nesta glndula, pois podem ser acompanhados por detectores de radiao.

Radioterapia uma tcnica usada em Medicina, para tratamentos oncolgicos, por meio desta possvel destruir o DNA das clulas, quando no processo de diviso celular, na fase da mitose. Uma das caractersticas principais do tecido oncolgico, que o processo de diviso das clulas em dezenas de vezes mais rpidas do que no tecido normal. Assim sendo, ao se bombardear uma rea comprometida, onde existem clulas normais e cancerosas, a maior parte das clulas em mitose ser no tecido oncolgico, ento ao receberem a dose de radiao, a probabilidade maior das clulas destrudas ser as que formam o cncer.

Radioimunoensaio um procedimento que acontece in vitro. O Iodo 125, usado como marcador para deteco e quantificao de T3, T4, Prolactina entre outros hormnios e protenas existentes no sangue.

Rejeitos RadioativosSo materiais oriundos de atividades geralmente artificiais e raramente naturais que por apresentarem altos nveis de radiao no podem ser utilizados em nenhum processo ou tecnologia dominada pelo homem.

Radiografia Industrial a utilizao da tcnica radiogrfica (impresso de imagem em filme por meio de uso e raios x ou radiao gama) para identificao de anomalias em estruturas metlicas.

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20..2.. RADIIAES IONIIZANTES - RADIIODIIAGNSTIICO 20 2 RAD AES ION ZANTES - RAD OD AGNST CO ODONTOLGIICO E MDIICO ODONTOLG CO E MD CO20.2.1. Definio e HistricoO fsico alemo Wilhelm Conrad Rntgen descobriu os raios X em 8 de novembro de 1895, quando estudava o fenmeno da luminescncia produzida por raios catdicos num tubo de Crookes e obteve uma fotografia da estrutura ssea da mo de sua esposa. Durante uma de suas experincias, o cientista colocou o tubo numa caixa de papelo negro, que foi guardada numa cmara escura. Havia prximo caixa um pedao de papel recoberto de platinocianeto de brio. Rntgen notou ento que, quando se fornecia corrente eltrica aos eltrons do tubo, era emitida uma radiao que velava a chapa fotogrfica. Rntgen observou tambm que vrios materiais opacos luz diminuam, mas no extinguiam a emisso de luz induzida pelos raios X, o que indicava que eles atravessavam a matria com relativa facilidade. Assim, o cientista resolveu fotografar corpos normalmente opacos e obteve, pela primeira vez na histria da cincia, uma chapa fotogrfica que revelava a estrutura interna da mo humana, com todas as suas formaes sseas. O aparelho produtor de raios X denomina-se Tubo de Coolidge, no qual um ctodo incandescente produz um fluxo de eltrons puros que acelerado por uma grande diferena de potencial e atinge o nodo. Para fins de pesquisa pode-se utilizar qualquer metal, mas nos aparelhos comerciais, o nodo feito de tungstnio, material com alto ponto de fuso, pois grande a quantidade de calor gerada no processo. Alm disso, o nodo oco, o que permite resfri-lo mediante a circulao de gua ou leo em seu interior. Dentro do tubo cria-se um vcuo para evitar o enfraquecimento ou o desvio de eltrons do feixe original. ORIGEM DO NOME RAIOS X - por suas caractersticas indefinidas quer seja como onda eletromagntica, quer seja como energia radioativa (transmisso de energia atravs de partculas e gerando resduos), da o seu nome ser Raios X (X de incgnita).

20.2.2. Radiodiagnstico OdontolgicoOs exames radiogrficos odontolgicos representam 80% de procedimentos quando do tratamento dentrio. Atravs do Programa do Kit Odontolgico Postal, possvel avaliar as condies dos aparelhos odontolgicos. Nas radiografias intra-orais pode-se ter uma boa qualidade de imagem: usando tcnica correta para cada caso; adequando os equipamentos s recomendaes do relatrio do referido programa e s exigncias do captulo V da Portaria n 453/98, evitando assim que as radiografias sejam repetidas expondo o paciente a doses desnecessrias. Estudando o ngulo do feixe pode-se dimensionar uma pea metlica cilndrica que reduza o ngulo do feixe e conseqentemente o dimetro do campo. A este componente damos o nome de COLIMADOR e seu efeito seria a reduo do ngulo do feixe e conseqentemente a rea irradiada.

383


Cabeote e Ampola do Aparelho de Raios XFigura 20.1CONE LOCALIZADOR NODO

AMPOLA FEIXE DE RAIOS - X ALVO DE TUNGSTNIO

FEIXE DE ELTRONS COLIMADOR FILTRO

JANELA DA AMPOLA

Para a produo dos raios X so necessrios milhares de volts de potencial de acelerao. As ampolas disponveis no mercado para uso odontolgico trabalham com 50.000 volts (50 Kv) at 80.000 volts (80 Kv). A quilovoltagem um dos mais importantes fatores que determinam o contraste da imagem assim como a dose recebida pelo paciente. Quanto maior o valor da voltagem (Kv) aplicada no tubo, maior ser a energia contida no feixe de raios X, maior o seu poder de penetrao, menor o tempo de exposio e menor a dose necessria no paciente. O campo de exposio tem que ser limitado para no atingir rgos nobres como o cristalino e a tireide.

20.2.3. Radiodiagnstico MdicoNa rea de diagnstico por imagem, o uso de radiao ionizante regulamentado pela Portaria Federal n 453 de 02/06/98. Os prepostos das Vigilncias Sanitrias, quando atuam inspecionando os servios de radiodiagnsticos buscam avaliar estrutura fsica e procedimentos no momento da realizao do exame e rotinas que visam proteger a sade do trabalhador bem como do usurio e acompanhantes.

Estrutura FsicaSo solicitadas: anlise de planta baixa, do levantamento radiomtrico e clculo de blindagem.

384


ProcedimentosDurante a inspeo, algumas normas devem ser seguidas como: avaliao do equipamento (kvp, mA, colimao) para que sejam produzidos raios x de forma adequada para o exame a que se prope. Como exemplo pode-se citar alguns equipamentos de mamografia, que por estarem com a colimao (artefato que determina o campo de exposio) inadequada, expem as mamas e outros rgos como o corao, pulmo e s vezes at a coluna vertebral. avaliao dos registros ocupacionais. A legislao especifica em vigor, determina que todos os profissionais que desempenham suas funes usando equipamentos que produzam radiaes, devem estar monitorados. Entende-se por monitorao, o uso de dispositivos que possam absorver a quantidade de radiao dispersa no local do trabalho. So os dosmetros que se dividem em: de corpo inteiro e de extremidade. Os dosmetros de corpo inteiro devem ser usados na altura do trax pelos tcnicos de radiologia, devendo ser usado sobre o avental plumbfero, pois a regio mais exposta para que a dose aferida seja a mais prxima da dose efetiva. Os dosmetros de extremidades so usados por profissionais que realizam exames, manipulando o paciente, ou realizando exames com radiofrmacos. Os dosimetros devem ser individuais e exclusivo do local onde est cadastrado, no podendo ser usado em outro, ainda que seja no mesmo estabelecimento. Os exames com contraste, que verificam a funo de algum rgo; exige que o profissional fique junto ao paciente, devendo o mesmo estar usando avental de chumbo e culos plumbiferos. Atualmente a VISA est implementando e implantando um Programa de Controle de Qualidade de Imagem em Mamografia, pois, por meio deste requisito possvel detectar as leses malignas em fase inicial provocando um grande impacto na reduo do nmero de casos de cncer de mama.

20.2.4. Atuao da Vigilncia SanitriaAs aes desenvolvidas pela VISA so baseadas em instrumentos legais, que normatizam os procedimentos na rea da sade. Estes instrumentos so elaborados por rgos responsveis pela preveno, proteo e tratamento de agravos e riscos sade, tais como: Organizao Mundial de Sade, Ministrio da Sade, Comisso Nacional de Energia Nuclear, Agncia Nacional de Vigilncia Sanitria etc.

385


20..3.. REFERNCIIAS BIIBLIIOGRFIICAS 20 3 REFERNC AS B BL OGRF CASBRASIL, Ministrio da Sade. Secretaria de Assistncia Sade. Programa Nacional de Doenas Sexualmente Transmissveis / AIDS. Hepatite, AIDS, e Herpes na Prtica Odontolgica. Braslia: 1994. p. 56, il. BRASIL, Secretaria da Sade e do Meio Ambiente do Rio Grande do Sul. Boletim Epidemiolgico. Seo de Controle da AIDS e DST, ano VI, n.1, jan/jun. 1995, p.19. CATALDO, Edmund. AIDS & the Periodontium. In: CARRANZA JNIOR, Fermin A. Clinical Periodontology. 17. ed. Philadelphia: Saunders, 1990. p.166-172. CNEN - Comisso Nacional de Energia Nuclear. EPSTEIN, JB; LEZIY, S & RANSIER, A. Periodontal pocketing in HIV - associated periodontitis. Spec - Care - Dentist, Canad, v. 13, n. 6, p.236-240, Nov/Dec 1993. GILLESPIE, GM & MARINO, R. Oral manifestations of HIV infection: a Panamericana Perspective. J-Oral-Pathol - Med. Copenhagen, v.22, n.1, p.2-7, Jan., 1993. GREENSPAN, Deborah et al. AIDS and the Dental Team. Saint Louis: Mosby - Year Book, 1986. 96 p. GREENSPAN, Deborah et al. AIDS and the Mouth. Saint Louis: Mosby - Year Book, 1990. 204 p. MAGALHES, Cristiane Feitosa et al. Leses "brancas" da mucosa oral de importncia em Biossegurana em consultrios odontolgicos. Luiz Sergio da Silva Lima - Engenheiro INTERNET HEALTH COMPANY DO BRASIL S/A. - **Todos os direitos reservados. www.medcenter.com - 2000

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Manual de Biossegurana, Parte V - Radiaes Captulo 21 - Noes de Fsica Nuclear

21. Noes de Fsiica Nucllear Noes de F s ca Nuc earElaine Bortoleti de Arajo

21..1.. INTRODUO 21 1 INTRODUOA constituio da matria era um fato que j preocupava os antigos filsofos. Demcrito, em 600 a.c. acreditava que a matria possua uma parte fundamental denominando-a de tomo (do grego indivisvel). Os estudos acerca da constituio da matria permaneceram latentes at meados do sculo XVII quando comearam a surgir novas hipteses e vrios modelos atmicos, at que em 1911 Rutherford-Bohr lana um modelo atmico constitudo de uma parte central, o ncleo, onde se localizam as cargas positivas (prtons) e os nutrons e, orbitando o ncleo, os eltrons, assemelhando-se ao nosso sistema solar. Os elementos qumicos diferenciam-se uns dos outros exatamente pelo nmero de prtons que existe em seu ncleo. A representao de um elemento qumico se faz da seguinte forma:A Z

X,

onde X o smbolo do elemento qumico, A o nmero de massa (nmero de nucleons = prtons + nutrons) e Z o nmero atmico (nmero de prtons). Os elementos que possuem o mesmo nmero atmico, portanto mesmo elemento, com diferente nmero de massa, isto , com nmero de nutrons diferentes so denominados ISTOPOS. Assim, temos como exemplos de istopos:1 1

H; I;

2 1

H;127

3 1

H131

(istopos de hidrognio) I (istopos de iodo)

125

53

53

I;

53

ISBAROS so elementos que possuem mesmo nmero de massa e nmero atmico diferentes. So exemplos de isbaros:130 52

Te;

130 54

Xe;

130 56

Ba

99

44

Ru;

99

43

Tc;

99

42

Mo

387


Alguns elementos, entretanto, possuem o mesmo nmero atmico, mesmo nmero de massa e de nutrons, mas diferem pelo estado energtico. Tais elementos so denominados ISMEROS. O ismero mais energtico (metaestvel) encontra-se excitado e emite radiao gama, estabilizando-se. So ismeros:99m

Tc In

99

Tc In

113m

113

Por fim, elementos que possuem nmero atmico e de massa diferentes, mas o mesmo nmero de nutrons so denominados ISTONOS, como por exemplo o 31P e o 32S, j que ambos possuem 16 nutrons

21..2.. RADIIOATIIVIIDADE 21 2 RAD OAT V DADEA definio do modelo atmico iniciou-se em 1895 quando Wilhelm Roentgen descobriu um novo tipo de radiao produzido por uma descarga eltrica em um gs a baixa presso (ampola de Crookes). Tal radiao, chamada de RX, apresentava duas propriedades no usuais: atravessava objetos materiais; durante sua emisso o gs do tubo de descarga fluorescia. Parecia natural estabelecer-se alguma relao entre RX e fluorescncia. Em 1896 o cientista francs Henri Becquerel que j trabalhava com substncias fluorescentes examinou vrias amostras frente emisso de RX. Becquerel envolveu um sal de urnio em papel preto, colocando-o provavelmente por acaso sobre uma chapa fotogrfica, deixando entre os dois uma lmina de prata. Ao revelar posteriormente a chapa fotogrfica, verificou a impresso da lmina. Esta observao fez Becquerel concluir que os sais de urnio emitiam radiaes penetrantes, capazes de atravessar corpos opacos luz. Chamou a este comportamento do urnio de RADIOATIVIDADE. Becquerel logo percebeu que outros sais de urnio, incluindo os que no eram fluorescentes, tambm exerciam o mesmo efeito sobre as chapas fotogrficas. Concluiu ento no haver correlao direta entre o fenmeno de produo de radioatividade e a fluorescncia. O casal Curie (Pierre e Marie) isolou em 1898 mais dois elementos radioativos, o Polonio (Po) e o Radio (Ra). Em 1903 Rutherford e Soddy formularam as seguintes hipteses: os elementos radioativos sofrem transformaes espontneas de uma espcie qumica para outra; as radiaes emitidas se verificam ao mesmo tempo em que ocorrem as transformaes; o processo radioativo uma alterao de carter sub-atmico, tendo lugar no ntimo do tomo.

388


Hoje sabemos que os elementos radioativos caracterizam-se por apresentarem ncleos instveis, desintegrando-se em outros elementos e emitindo radiaes penetrantes. O elemento resultante, elemento produto ou filho, pode tambm ser radioativo, desintegrar-se em outro elemento e assim por diante at que o ltimo elemento tenha um ncleo estvel. Os elementos qumicos de nmero atmico superior a 82, que o nmero atmico do chumbo (Pb), apresentam um ncleo pesado que causa a sua instabilidade, portanto so elementos radioativos naturais. Os elementos de nmero atmico inferior a 82 possuem, geralmente, ncleos estveis, salvo algumas excees encontradas na natureza, tais como o 40K, 87Rb e 115In, entre outros.19 37 49

Os elementos radioativos podem emitir diferentes tipos de radiao, conforme primeiramente verificado por Madame Curie com o seguinte experimento: colocando-se uma amostra de 226Ra em um bloco de chumbo a uma certa distncia de uma chapa fotogrfica, aplicando-se um campo magntico ou eltrico intenso, segundo uma certa direo, revelando-se a chapa fotogrfica, verificam-se trs manchas, uma sem desvio e duas com desvios opostos. A radiao que no sofre desvio de origem eletromagntica e denominada radiao gama. As duas outras so de origem corpuscular e denominamse alfa e beta. Sabe-se que estas trs radiaes no ocorrem simultaneamente para todas as substncias naturais; umas emitem alfa, outras beta, enquanto que geralmente os raios gama acompanham as duas outras.

21..3.. MTODOS DE DECAIIMENTO 21 3 MTODOS DE DECA MENTOO radionucldeo original em qualquer mtodo de decaimento chamado PAI, enquanto o nucldeo para o qual ele decai chamado FILHO, que pode ser estvel ou instvel. Se o filho estvel, o processo de decaimento terminado. Se for instvel, um novo processo de decaimento se inicia, que pode ser inteiramente diferente de seu predecessor. Emisso Alfa (, 4)2

A partcula alfa um ncleo de Helio (4He), com 2 prtons e 2 nutrons. Como no possui eltrons orbitais, sua carga +2. As partculas alfa originam-se de ncleos de tomos pesados. A maioria destes tomos ocupa o tero superior da tabela de nucldeos. A desintegrao por emisso de partcula alfa, segue o modelo abaixo:A Z

X

A-4 Z-2

Y

+

4 2

He

+

Q

389


Exemplos de desintegraes alfa:238 92

U

234 90

Th

+

4 2

He

+

Q

226 88

Ra Rh Po

222

86

Rn Po

+ + +

4

2

He

+ + +

Q Q Q

222 86

218 84

4

2

He

218 84

214

82

Pb

4

2

He

Q a energia de desintegrao e representa a energia liberada no processo. Alguns ncleos que emitem partculas alfa, emitem tambm radiao gama. Medidas cuidadosas das energias dos raios gama e da energia das partculas alfa, levam a concluir que os raios gama so emitidos pelos ncleos filhos que encontram-se em estado excitado e tendem a liberar essa energia.

21.3.1. Transmutao BetaEmisso Beta menos (-) - ngatron A emisso beta menos verifica-se, basicamente, quando o ncleo apresenta excesso de massa em relao a carga, isto , muitos nutrons em relao a prtons (razo nutronprton muito grande). Um nutron vai se transmutar em um prton e um eltron: 1n 1p + e+

Portanto, a desintegrao beta menos segue a equao de desintegrao:A Z

X

A

Z+1

Y

+

0 -1

e

+

Exemplos:131 53

I

131 54

Xe

+

-

32 15

P

32 16

S

+

-

390


Emisso beta mais (+) - psitron O ncleo apresenta, basicamente, excesso de prtons em relao aos nutrons (razo nutron / prton muito pequena), portanto um prton transmuta-se em um nutron e um psitron segundo a equao: 1p 1n + e+ +

A equao de desintegrao beta mais da forma:A Z

X

A Z-1

Y

+

+

+

Exemplos:62 28

Cu P

62

Ni

+ +

+ +

+ +

30 15

30 14

Si

A massa da partcula beta igual a massa do eltron. A distribuio de energia das partculas beta contnua variando de zero a um valor mximo (Emax) que caracteriza o emissor beta.

21.3.2. Captura de EltronsNo fenmeno de captura de eltrons o ncleo que apresenta excesso de prtons em relao a nutrons pode capturar um eltron, geralmente da camada K, da o fenmeno ser conhecido como captura K. Neste processo no h emisso de partculas carregadas e o processo pode ser observado devido emisso de RX proveniente do movimento dos eltrons. Pode ainda acontecer que, embora ocorra essa transio eletrnica, no haja emisso de RX. A energia disponvel neste caso ser transferida diretamente a um outro eltron no havendo, portanto, a emisso de radiao eletromagntica. Como conseqncia deste processo resulta a emisso de um eltron menos ligado chamado eltron Auger. Tais fenmenos, emisso de RX e eltron Auger so competitivos.1 1

p

+

e- 0

1 0

n

+

A equao de desintegrao beta mais da forma:A Z

X

+

0 -1

e

A Z-1

Y

+

(K raios X ou e- Auger)

391


21.3.3. Transio IsomricaTransio isomrica a transio radioativa de um ismero nuclear para outro de menor energia. parte do processo de decaimento de certos nucldeos radioativos. Exemplo:99

Mo -

99m

Tc

99

Tc

Neste caso, o ncleo excitado de 99mTc no possui energia suficiente para permitir a emisso de partculas, normalmente ele retorna ao seu estado fundamental pela emisso de radiao eletromagntica.

21.3.4. Radiao Gama de origem eletromagntica, portanto desprovida de carga. No desviada por campos magnticos nem eltricos e difere dos raios X quanto a origem, pois a radiao gama de origem nuclear, enquanto que os raios X so de origem extra nuclear (so eltrons acelerados que so bruscamente freados).

21..4.. LEII DA DESIINTEGRAO RADIIOATIIVA 21 4 LE DA DES NTEGRAO RAD OAT VARadionucldeos, radioelementos, radioistopos so sinnimos e so os elementos que possuem a propriedade de emitirem radiaes penetrantes, isto , radiaes ionizantes. Os radionucldeos podem ser naturais e artificiais. Naturais so praticamente todos os istopos dos elementos de nmero atmico superior a 82. Os radioistopos artificiais so os elementos que so induzidos a emitirem radiaes, por intermdio de reatores, aceleradores, etc. A ATIVIDADE de uma amostra radioativa a velocidade de desintegrao dos tomos radioativos dessa amostra. Um ncleo radioativo poder desintegrar-se em qualquer tempo aps a sua formao, pois o processo de desintegrao nuclear completamente ao acaso. As desintegraes de todos os ncleos de uma espcie no ocorrero em intervalos de tempo iguais, mas sim obedecero leis probabilsticas. A lei fundamental do decaimento radioativo pode ser assim formulada: dado um tomo, a probabilidade dele decair durante um intervalo de tempo dt dt,. a taxa de transio ou a constante de decaimento definida como a probabilidade por unidade de tempo de um tomo decair. Esse parmetro independe da idade do ncleo e das vizinhanas desse ncleo. Ela ser sempre a mesma para todos os ncleos de um determinado tipo e nenhuma operao qumica ou fsica poder alterar esta taxa. Isto porque fatores como temperatura, presso ou reaes qumicas afetam apenas os eltrons mais externos de um tomo no podendo, portanto, produzir alteraes nas foras intranucleares que governam a constante de decaimento. Portanto, quando h N ncleos presentes em uma amostra, passados um intervalo de tempo dt, ter-se- um certo nmero dN de tomos desintegrados (o sinal negativo significa que perderam-se tomos). O nmero de tomos que se desintegram por unidade de tempo ser:

392


dN/dt = N = Atividade Isto significa que o nmero de tomos que se desintegram num certo intervalo de tempo proporcional ao nmero de tomos radioativos que existem na amostra. Resolvendo a equao diferencial acima chegamos a: N = N0 e Onde, N0 = nmero de tomos iniciais presentes em t=0 N = nmero de tomos presentes em t e = constante de Nepper = 2,71 A equao acima importante porque atravs dela, podemos calcular o nmero de tomos radioativos presentes em uma amostra em um determinado instante. A frmula pode ser usada quando se fala em atividade de uma amostra, expressando-se como segue: A = A0 e- t - t

As unidades de Atividade so o Curie (Ci) ou o Becquerel (Bq): 1 Ci = 3,7 x 1010 d..p.s. 1 Bq = 1 d.p.s. Podemos definir MEIA VIDA FSICA (t ) como sendo o tempo necessrio para que metade dos tomos radioativos presentes em uma amostra se desintegrem, ou, em outras palavras, o tempo necessrio para que a atividade da amostra se reduza para a metade. Por exemplo, o iodo-131, possui uma meia vida fsica de aproximadamente oito dias, isto quer dizer que a cada oito dias a atividade de uma amostra deste elemento se reduz metade. Se hoje tivermos 10mCi de 131I, daqui a oito dias teremos 5 mCi e daqui a dezesseis dias teremos 2,5mCi, e assim por diante. O tempo de meia vida fsico de um elemento radioativo pode ser calculado a partir da constante de desintegrao do elemento: t = 0,693/ As meias vidas dos elementos radioativas so compreendidas entre fraes de segundos e milhares de anos. A seguir, meias vidas de alguns elementos radioativos:131 125

I = 8 dias I = 60 dias Tc = 6 horas

99m 226 238

Ra = 1620 anos U = 4,5 x 109 anos393


Quando um radiofrmaco introduzido em um sistema biolgico, dois processos promovem a reduo da radioatividade no corpo. Um deles est sempre presente na reduo da radioatividade por causa do decaimento fsico do radionucldeo (t fsico). No h meio de parar, retardar ou acelerar este processo. O outro, a eliminao biolgica do material (t biolgico). O tempo de meia vida fsico e o tempo de meia vida biolgico devem ser considerados em conjunto quando da administrao de um elemento radioativo num ser vivo. O tempo de meia vida efetivo (t efetivo) interrelaciona os outros dois da seguinte forma: t efetivo = t fsico x t biolgico t fsico + t biolgico

21.4.1. Interao da Radiao com a MatriaAs radiaes passam atravs da matria e interagem com tomos e molculas, depositando parte de sua energia cintica e atingir o repouso (por exemplo, ser absorvida). Quando a energia eletromagntica depositada em um tomo ela pode excitar o tomo, levando um ou mais eltrons orbitais de seu estado normal para uma rbita de menor energia (mais distante do ncleo). Quando uma quantidade suficiente de energia depositada, o eltron pode ser arrancado do campo eltrico do ncleo e o tomo IONIZADO. O eltron negativo, juntamente com o tomo positivamente carregado restante, so chamados de par de on e o processo de remoo do eltron por deposio de energia em um tomo chamado de IONIZAO. A ionizao o mecanismo principal atravs do qual a energia transferida da radiao para a matria. O potencial de ionizao de um tomo a quantidade de energia necessria para ionizar o seu eltron menos fortemente ligado. Por causa da elevada atrao eletrosttica resultante, uma energia maior requerida para retirar um segundo eltron do mesmo tomo. Entretanto, nem todas as interaes de radiao com a matria resultam em ionizao. Empiricamente, a energia gasta na produo de um par de on no material aproximadamente duas a trs vezes maior que o potencial de ionizao do material. Assim, por exemplo, a energia requerida para produzir um par de ons num gs de aproximadamente 30-35eV. No ar de aproximadamente 33,7eV. Um conceito importante o da Transferncia Linear de Energia (LET), que representa a energia mdia depositada por unidade de comprimento de percurso. O decaimento radioativo pode produzir um grande nmero de ionizaes. Por exemplo, a passagem de uma partcula beta de 1,71MeV do 32P produzir cerca de 50.000 pares de ons. As partculas ionizantes produzem danos nas clulas graas ionizao dos tomos e molculas das clulas que elas penetram. Podemos dividir os vrios tipos de radiaes ionizantes em duas categorias: Radiaes diretamente ionizantes consiste de partculas carregadas, tais como alfa e beta, que interagem com os eltrons alvo via fora eltrica Coulombiana; Radiao indiretamente ionizante incluem partculas neutras como os nutrons, e ftons de alta energia tais como raios X e gama. No caso das partculas carregadas, uma partcula alfa cerca de 7000 vezes mais pesada que um eltron, e carrega duas unidades de carga positiva, enquanto o eltron apenas uma de carga negativa. Desta forma, enquanto a partcula alfa percorre o meio, seu campo Coulumbiano atrativo arranca os eltrons de seus tomos (ionizao), ou os

394


transferem para nveis mais energticos (excitao), dependendo da proximidade do encontro. Uma vez que a partcula alfa muito pesada, uma simples coliso com um eltron representa pequeno efeito no seu curso. Em raras ocasies, um ncleo pode se colocar em seu caminho, ocorrendo uma coliso mais violenta, resultando numa alterao drstica de trajetria da partcula. Quanto mais lenta for a partcula alfa, mais tempo ela permanecer nas proximidades do eltron, podendo transferir mais energia que uma partcula mais rpida. medida que a partcula alfa vai percorrendo o meio e perdendo energia, torna-se mais e mais lenta e aumenta a densidade de ionizao no final de sua trajetria. Uma partcula beta apresenta a mesma massa do eltron alvo. Assim, uma pequena coliso poder significar uma alterao drstica em seu curso e, desta forma, as trajetrias das partculas betas so geralmente em zig-zag. Assim como as partculas alfa, as partculas beta tambm promovem excitao e ionizao do meio onde passam. Uma vez que a partcula alfa tem aproximadamente 7000 vezes a massa da partcula beta e sendo a Energia cincida da partcula dada por E = mv2, uma partcula alfa se move mais lentamente que uma beta de mesma energia. Isto, associado ao fato de que a partcula alfa possui dupla carga positiva, significa que a partcula alfa produz um rastro de ionizao mais denso que a partcula beta. Do ponto de vista de proteo radiolgica, a diferena importante entre as partculas alfa e beta que as alfa so mais fortemente ionizantes que as betas e so menos penetrantes. Alm da interao Coulumbiana com eltrons, h outro mecanismo atravs do qual as partculas beta perdem energia. Se uma partcula beta aproximar-se suficientemente do ncleo de um tomo, a atrao Coulombiana (o ncleo positivamente carregado) altera o curso da partcula. No processo, o eltron emite radiao eletromagntica na forma de RX. Esta radiao conhecida como bremsstrahlung ou radiao de freamento. A emisso de bremsstrahlung mais pronunciada se o ncleo do tomo tem alto nmero atmico, uma vez que quanto maior a carga nuclear, mais forte a fora de atrao Coulombiana e maior a desacelerao na partcula beta. A emisso bremsstrahlung tambm aumenta com o aumento de energia da partcula beta e s se torna significativa para betas de energia acima de 1 MeV. Assim, para evitar a produo de bremsstrahlung, radionucldeos que emitem somente betas de alta energia (como o 32P), so mais bem armazenados em containers plsticos de baixo Z, tais como de Lucite, do que em containers de chumbo, geralmente utilizados para nucldeos gama emissores. Os psitrons interagem com os eltrons da matria da mesma forma que as partculas beta menos. A fora Coulombiana atrativa, ao invs de repulsiva, mas o tipo de interao e as massas das partculas so as mesmas. Contudo, quando o psitron estiver lento o bastante aps interagir com o meio, ser capturado por um eltron. O eltron e psitron iro orbitar ao redor um um centro comum de gravidade, espiralando-se at encontrarem-se e aniquilarem-se um ao outro.. H converso total de massa em energia, com produo de dois raios gama de 0,511MeV. A deteco destes raios gama a base da Tomografia por Emisso de Psitrons (PET). Uma blindagem de chumbo adequada deve ser utilizada para barrar radionucldeos psitron emissores. No caso das radiaes eletromagnticas, geralmente conveniente trata-las como ondas. Contudo, para explicar a interao das energias maiores como radiaes X e gama, sua natureza quntica ou particulada deve ser enfatizada, sendo tratadas como partculas chamadas fotons que se move a velocidade da luz.

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H trs mecanismos pelos quais ftons de alta energia interagem com tomos do meio: Espalhamento Compton, Efeito Fotoeltrico e Produo de pares. No espalhamento Compton, o fton incidente arranca o eltron e continua sua trajetria em uma nova direo, com energia reduzida. Este fton desviado pode subseqentemente interagir com outro eltron do meio. A energia perdida pelo fton original transferida ao eltron, que deixa o tomo e ele prprio torna-se uma partcula ionizante, essencialmente uma partcula beta. A quantidade de energia transferida depende da coliso. O espalhamento Compton ocorre mais freqentemente com eltrons fracamente ligados ao tomo (s vezes chamados eltrons livres), como por exemplo, os eltrons mais externos dos meios de baixo Z. Ele tambm mais freqente com ftons de baixa energia. Eltrons mais fortemente ligados (camadas mais internas, meios de alto Z), participam mais comumente do segundo processo, o efeito fotoeltrico. Na coliso com o eltron, o fton desaparece e o eltron arrancado apresentando energia igual energia do fton menos a energia de ionizao. O terceiro processo, produo de pares, o reverso da aniquilao eltron/psitron descrita antes: a energia do fton usada para criar um eltron e um psitron. Usandose a equao E = mc2, fcil calcular que 0,511 MeV de energia so requeridos para produzir a massa de um eltron (9,11 x 10-31 kg), e a mesma quantidade para um psitron. Portanto, a produo de pares somente poder ocorrer se o fton incidente carregar, pelo menos, 1,022 MeV de energia. O processo tambm requer a presena de um forte campo eltrico, como os encontrados nas proximidades dos ncleos de alto Z, e mais comum em alvos pesados. Acima de 1,022MeV, a probabilidade de ocorrncia de produo de pares aumenta rapidamente com o aumento da energia do fton. A importncia relativa de cada um dos trs processos de interao de ftons depende do material alvo e da energia do fton. Os ftons apresentam probabilidade de interao menor que as partculas e, por este motivo, so mais penetrantes. No processo de atenuao dos ftons, uma certa espessura de material, chamada espessura semi-redutora (half value layes HVL), reduz a intensidade da radiao metade de seu valor original. Ftons de alta energia tendem a ser mais penetrantes que os de energia mais baixa, e elementos pesados, tais como o chumbo, com inmeros eltrons por tomo, so mais efetivos em parar os ftons que os elementos leves. Ambos estes fatos so refletidos no valor do HVL que determinado para um dado material e uma dada energia de fton.

21.4.2. Classificao de RiscoRadiaes que so suficientemente penetrantes de tal forma que sejam capazes de depositar energia ionizante na profundidade dos tecidos no corpo humano, podem provocar dano nestes tecidos, representando, desta forma, um risco maior que as radiaes que no podem penetrar. importante considerar-se os dois tipos de riscos de radiao, o interno e o externo. O risco de radiao externo o tipo de radiao que possui energia suficiente, sendo capaz de penetrar a barreira protetora da pele e depositar sua energia (>0,07 cm) dentro do corpo. Os riscos externos so dependentes do tipo e energia da radiao. H trs396


tipos principais de riscos externo: (1) raios X ou gama, (2) nutrons e (3) partculas beta de alta energia (Emax > 200 keV). Cada um destes tipos de radiao so consideradas penetrantes. Estas partculas no carregadas e raios podem interagir com os tecidos profundos no corpo. Apesar das partculas beta de alta energia serem capazes de atravessar a pele, partculas beta de energia menor que 200keV (p. exemplo do 3H, 14C, 35S, 63Ni) no apresentam um range muito grande no ar e no possuem energia suficiente para atravessar a pele. Contudo, lembre-se que bremsstrahlung proveniente dos frascos estoque contendo 18,5MBq (> 0,5 mCi) podem produzir radiao penetrante mensurvel. O risco de radiao interno origina-se de materiais introduzidos dentro do organismo por inalao, ingesto, absoro pela pele, sendo ento metabolizados e estocados em compartimentos do organismo, dependendo de sua forma qumica particular. Por exemplo, radioiodo na forma de NaI voltil. Se inalado, aproximadamente 20-30% ser metabolizado e estocado na glndula tireide. Material radioativo estocado dentro do organismo capaz de irradiar os tecidos sadios das vizinhanas. Enquanto todos os tipos de radiao possuem um risco, alguns tipos que no so penetrantes so os que apresentam maior potencial de lesar estes tecidos (alfa e betas de baixa energia).

21..5.. BIIBLIIOGRAFIIA 21 5 B BL OGRAF ABUCHMAN, Wagner Szabo. Principles of Nuclear Medicine. 1995. CHASE, G.D. & ROBINOWILZ, J.L. Principles of radioisotope methodology. 1959. MAYARD, C.D. Clinical Nuclear Medicine. 1969. QUIMBY, E.H., FEITELBERG, S. & GROSS, W. Radioactive nucledes in Medicine and Biology: basic physics and instrumentation. 1970. ROCHA, A.F. G. et al Textbook of Nuclear Medicine basic science. 1979.

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398

Manual de Biossegurana, Parte V - Radiaes Captulo 22 - Radiao na Medicina

22. Radiiao na Mediiciina Rad ao na Med c naElaine Bortoleti de Arajo

22..1.. INTRODUO 22 1 INTRODUOA maior fonte de exposio do homem radiao, quer seja o indivduo do pblico ou o trabalhador, provm do uso mdico das radiaes. Neste captulo sero abordados os principais tipos de radiaes utilizadas na rea mdica e suas aplicaes.

22..2.. RADIIOLOGIIA DIIAGNSTIICA 22 2 RAD OLOG A D AGNST CAA maior fonte de exposio radiao na rea mdica o uso do RX, que representa 8090% de todos os procedimentos de imagem. Alm da especialidade Radiologia, o uso do RX observado em clnicas de cardiologia, urologia, ortopedia, gastroenterologia e odontologia. Radiologia diagnstica um exame esttico. A radiao gerada fora do organismo e direcionada para uma rea de interesse deste organismo. Os RX de baixa energia so atenuados de forma diferente pelos diversos tecidos do organismo (por exemplo, o osso mais denso que o msculo, que por sua vez mais denso que o pulmo). A radiao que penetra completamente atravs do corpo direcionada para produzir uma imagem, por exemplo, em um filme fotogrfico. A diferena de absoro ento interpretada pelo radiologista, levando ao diagnstico. Mesmo para exames que visualizam a dinmica do sistema (como na angiografia), o conceito no se altera; somente nestes casos uma substncia radiopaca utilizada para aumentar o contraste do tecido mole.

22..3.. RADIIOTERAPIIA 22 3 RAD OTERAP APacientes com cncer so freqentemente tratados com cirurgia, quimioterapia e/ou radiao. Em muitos casos, procedimentos combinados de radioterapia e cirurgia podem resultar em terapias mais efetivas que somente a cirurgia. No caso da braquiterapia, uma fonte de radiao selada (encapsulada) na forma de semente, agulha ou fio, inserida diretamente no tumor (implante intesticial) ou prximo do tumor (terapia intracavitria), depositando radiao gama ou beta a distncias superiores a poucos centmetros. Esta terapia de curto alcance resulta em diminuio de toxicidade e permite o escalonamento da dose de radiao. A braquiterapia para tratamento de tumores cancergenos foi primeiramente utilizada nos anos 40, utilizando fontes de radio. Atualmente, utilizam-se radionucldeos artificiais como 103Pd, 125I, 137Cs, 192Ir e 90Sr (terapia beta). A braquiterapia pode ser utilizada em situaes onde a cirurgia no possvel ou no recomendada.

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A braquiterapia de baixas taxas de dose utiliza baixas atividades (1850-7400MBq, 50-200mCi) de 103Pd, 125I, 137Cs ou 192Ir para bombardear o volume tumoral, geralmente por um perodo de 2-5 dias. Este tipo de braquiterapia utiliza aplicadores de ao inoxidvel que so implantados cirurgicamente no paciente, porm, sem a fonte de radiao que somente ser inserida aps uma simulao que defina a geometria e o tempo para atingir a dose prescrita. Terminado o perodo de irradiao, a fonte retirada e o aplicador removido cirurgicamente. Uma vez que o paciente que se submete a este tipo de braquiterapia permanece hospitalizado, com uma quantidade significante de radiao, h necessidade de implantar-se um esquema de cuidados especiais e monitorao. Outro tipo de braquiterapia utiliza fontes seladas de 103Pd ou 125I de baixas doses mas que so permanentemente implantadas no tumor (implante permanente de baixa dose de radiao). Estas fontes permanecem implantadas no tumor durante toda a vida ativa da mesma. O tipo de fonte de radiao selecionado em funo de sua baixa energia (103Pd RX de 22keV; 125I gama de 35keV), que permite o tratamento do rgo sem promover dose de radiao excessiva no tecido normal adjacente ao tumor nem para os membros do pblico. Este tipo de terapia mais comumente utilizado no tratamento do cncer de prstata. As fontes chamadas de sementes so muito pequenas, algumas medindo somente 4,5 x 0,8mm. Os mdicos implantam de 40 a 100 sementes no stio do cncer, utilizando, geralmente, uma agulha fina. As sementes decaem de acordo com o t1/2 (103Pd = 17 dias: 125I = 60 dias) e permanecem no rgo. Outro tipo de braquiterapia de altas taxas de dose utiliza fontes de 192Ir de alta atividade (185-370GBq; 5-10Ci) que irradia o tumor com altas doses em um curto perodo de tempo (5-15 minutos de tratamento), usado para tratar cncer em stios no acessveis. Tipicamente o paciente recebe entre 3 a 6 tratamentos em um perodo de 1 a 2 semanas. O dispositivo de irradiao controlado por computador e possuem uma fonte de 192Ir de t1/2 = 78,83 dias que deve ser substituda em intervalos de 3 meses. Alm da braquiterapia, existe tambm a terapia de feixe externo (teleterapia). Unidades de teleterapia que utilizam o poder penetrante da radiao gama do 60Co (Egama = 1,173 e 1,332 MeV) e 137Cs (E gama = 0,662 MeV) so utilizadas no tratamento de tumores profundos. Aps a II Guerra Mundial surgiram os sistemas de terapia de alta voltagem ou supervoltagem e, posteriormente, os sistemas de megavoltagem como os geradores de Van de Graaff, capazes de produzir RX de 2MV. Ultimamente, aceleradores lineares de alta energia foram desenvolvidos para irradiar tumores via terapia de feixe externo. Os aceleradores vm sendo utilizados cada vez mais na rea mdica e industrial em substituio aos sistemas de baixa energia do 60Co.

22..4.. MEDIICIINA NUCLEAR 22 4 MED C NA NUCLEAROutra rea da Medicina onde a radioatividade empregada com finalidades diagnsticas e/ou teraputica a Medicina Nuclear. A Medicina Nuclear rea da Medicina que utiliza drogas radioativas, chamadas de radiofrmacos, para o diagnstico e/ou tratamento de doenas.

400


Radiofrmaco toda substncia que, por sua forma farmacutica, quantidade e qualidade de radiao emitida pode ser usada no diagnstico e tratamento das enfermidades dos seres vivos, qualquer que seja a via de administrao empregada. A preparao de substncias marcadas, ou seja, contendo um tomo radioativo em sua estrutura incumbncia da Radiofarmcia. Os exames de Medicina Nuclear podem ser estticos ou dinmicos, permitindo a avaliao de importantes sistemas do organismo em seus aspectos fisiolgicos e de metabolismo. O radiofrmaco selecionado para um estudo em particular desenhado de tal forma que a maior proporo da droga concentre-se em um rgo ou sistema de interesse. Um radiofrmaco pode ser um gs, lquido ou slido, podendo ser administrado ao indivduo por via oral, parenteral (geralmente intravenosa) ou por inalao. A quantidade de radioatividade no organismo medida ou convertida em uma imagem pelo uso de detectores de cintilao que detectam os raios gama emitidos durante o decaimento radioativo. O diagnstico realizado analisando-se a concentrao e distribuio do radiofrmaco no organismo, verificando, basicamente, reas quentes ou frias (concentrao grande ou pequena do radiofrmaco) ou a uniformidade de distribuio do radiofrmaco.

22.4.1. Produo de Radionucldeos Artificiais de Interesse ClnicoNumerosos istopos radioativos so encontrados na natureza. Geralmente, so istopos de elementos pesados, emissores de radiao alfa ou beta menos e de tempo de meia vida longo. Estas caractersticas tornam estes istopos pouco recomendados para utilizao como tranadores radioativos em processos biolgicos, fsicos ou qumicos. Radionucldeos podem ser produzidos artificialmente em reatores nucleares ou em aceleradores de partculas. O ncleo de um reator nuclear consiste de material fissionvel, geralmente Urnio. Como resultado dos eventos de fisso no ncleo do reator, ocorre a formao de um intenso fluxo de nutrons. possvel produzir-se radionucldeos a partir da irradiao de alvos de ncleos estveis com um fluxo de nutrons conveniente (por exemplo, 98Mo (n,)99Mo; 14N(n,p)14C) ou por separao dos subprodutos da fisso (exemplo, 131Xe, 131I). Tecncio-99m o elemento radioativo mais utilizado em Medicina Nuclear, uma vez que pode compor diferentes radiofrmacos, destinados a diferentes rgos e sistemas. O radionucldeo 99mTc pode ser produzido a partir do decaimento do 99Mo que, por sua vez, pode ser produzido em reator nuclear a partir da irradiao com nutrons de tomos de 98Mo ou ainda como subproduto de fisso do Urnio. No caso do bombardeamento de alvo de 98Mo, o 99Mo produzido por reao do tipo nutron-gama, (n, ), na qual um nutron absorvido pelo tomo alvo e ocorre liberao de radiao gama no processo.98 42

Mo + 1n 0

99

42

Mo

99m 43

Tc

+

0 -1

+

Q(1,214 MeV)

99 43

Tc + +

Q(140keV)

401


Outros elementos importantes produzidos em reatores nucleares por bombardeamento de ncleos estveis com nutrons so o 131I e 125I produzidos por reao (n, ) seguida de decaimento e o 32P e 24Na, produzidos por reao (n,p) e (n, ), respectivamente.130 52

Te (n, ) Xe (n, )

131 52

Te Xe

+/CE

131 53

I I

124 54

125 54

125 53

32 15

S (n,p)

32

P Na

27 11

Al (n, )

24

Aceleradores so dispositivos que aceleram partculas carregadas ou ons. Uma grande variedade de dispositivos foi desenvolvida para a acelerao de partculas carregadas. Entre eles, o mais amplamente utilizado o cclotron, que acelera feixes de prtons, duterons, ons helio-3 e partculas alfa. Exemplos destes tipos de reaes nucleares incluem:14

N(d,n)15O Te(p,2n) 123I 67 Zn(p,n)67Ga 201 Tl(p,3n) 201Pb -201Tl 16 O (,pn) 18F124

Outro conceito importante na produo de radioistopos de interesse clnico o de gerador de radionucldeos. Um gerador um dispositivo atravs do qual um radionucldeo filho, de tempo de meia vida relativamente curto, separado quimicamente do radionucldeo pai que possui tempo de meia vida longo. No sistema gerador, o radionucldeo pai embalado no Centro Nuclear produtor num sistema de separao adequado a partir do qual o radioistopo filho pode ser facilmente extrado, sempre que necessrio e durante o tempo funcional do sistema. Para separar-se o radioistopo filho, do pai, vrios geradores tm sido propostos, utilizando sistemas cromatogrfico, mtodos de sublimao ou ainda separao por solventes. O gerador de 99Mo-99mTc , sem dvidas, o mais utilizado em funo da inegvel utilidade do 99mTc na rotina clnica em Medicina Nuclear. No gerador de 99Mo-99mTc, o radionucldeo filho (99mTc, de tempo de meia vida de 6 horas) separado do radionucldeo pai (99Mo, tempo de meia vida de 60 horas) atravs de um sistema de separao conveniente. O mais utilizado atualmente o sistema de separao cromatogrfico que consiste basicamente de uma coluna cromatogrfica de Al2O3 (alumina ou xido de alumnio) na qual o 99Mo adsorvido. O decaimento do 99Mo origina o 99mTc que pode ser seletivamente extrado da coluna (eludo) utilizando-se um solvente especfico, no caso, soluo salina.

402


22..5.. RADIIOFARMCIIA 22 5 RAD OFARMC AA produo de radiofrmacos para utilizao em Medicina Nuclear compreende: Escolha do radioistopo Quando o objetivo a produo de radiofrmacos para diagnstico, o radioistopo deve, preferencialmente, apresentar tempo de meia vida (t1/2) relativamente curto. t inferiores a 1 hora dificultam a manipulao qumica prvia e no permitem estocagem. Alm disso, os resultados so de difcil interpretao clnica, pois a atividade decai muito rapidamente no decorrer do exame. t1/2 maiores que 24 horas podem promover liberao de dose de radiao excessiva ao paciente. A alta penetrabilidade dos ftons gama, associada a faixas de energia relativamente baixas possibilitam aquisio de imagens cintilogrficas com excelente resoluo, minimizando a dose de radiao absorvida pelo paciente. Os radioistopos gama emissores, por outro lado, no so utilizados com finalidades teraputicas, pois apresentam grande penetrabilidade nos tecidos e baixa Transferncia Linear de Energia (TLE). Como o objetivo da terapia transferir para o tecido tumoral a maior quantidade possvel de energia, sem afetar as clulas sadias de forma nociva, este tipo de radiao no adequado sendo, neste caso, empregados radionucldeos emissores beta menos ou de eltrons Auger, oriundos da desintegrao por CE que possuem range de penetrao curto e alto TLE. Escolha do substrato Muitas vezes o prprio elemento radioativo manipulado numa forma inorgnica qualquer possui afinidade por um determinado rgo ou sistema a ser investigado. o caso do iodeto de sdio (Na131I ou Na123I) que, administrado por via oral, incorporase ao metabolismo da glndula tireide. Na maioria dos casos, entretanto, existe a necessidade de marcar uma molcula qualquer com o elemento radioativo para que possa investigar com mais propriedade um dado rgo ou sistema. Neste sentido, pode-se incorporar a um dado substrato, que apresenta certas propriedades biolgicas, um elemento radioativo, sem que a presena deste altere de forma significativa o comportamento biolgico do substrato. Assim, por exemplo, pode-se efetuar a marcao de clulas sanguneas como eritrcitos (utilizados em estudos de volemia e perdas sanguneas) e leuccitos (utilizados na investigao de focos de infeco). Anticorpos monoclonais podem ser marcados sem que perca a afinidade imunolgica por um dado antgeno, geralmente um marcador tumoral, ou ainda na marcao de espcies coloidais ou de partculas como macroagregado de albumina humana (MAA), utilizados em cintilografias hepticas ou pulmonares, respectivamente. Outras vezes, a introduo do elemento radioativo no substrato altera sua atividade biolgica. Na verdade, a presena do elemento radioativo cria uma nova espcie qumica, com biodistribuio prpria, diferente da substncia no marcada. So os radiofrmacos essenciais.

403


Escolha do mtodo de marcao A natureza qumica do elemento radioativo e do substrato determinam a escolha do mtodo de marcao que pode envolver diferentes tipos de reaes, tais como, reaes de troca isotpica, onde um dado elemento presente em uma molcula trocado por istopo radioativo; reaes de substituio nucleoflica e eletroflica; marcao por adio do elemento radioativo dupla ligaes; marcao por sntese qumica, biossntese ou ainda, por formao de complexos. A maioria dos radiofrmacos empregados em Medicina nuclear so complexos formados entre substncias de natureza orgnica ou inorgnica e o 99mTc obtido dos geradores de 99Mo-99mTc na forma de pertecnetato de sdio. A composio do radiofrmaco de 99mTc envolve a introduo da soluo estril e apirognica de pertecnetato de sdio (Na99mTcO4) em frascos contendo o substrato para marcao. No pertecnetato de sdio, o Tc encontra-se no estado de valncia +7. Para formar quelatos estveis, o estado de valncia deve ser reduzido, o que conseguido com a introduo de um agente redutor na formulao do radiofrmaco, geralmente o cloreto estanoso. Devido ao tempo de meia vida relativamente curto do 99m Tc (aproximadamente 6 horas), os radiofrmacos de 99mTc devem ser preparados e dispensados no momento de sua utilizao na Radiofarmcia hospitalar.

22.5.1. Radiofrmacos para DiagnsticoEnquanto que a Medicina Nuclear apresentava, inicialmente, a vantagem de promover a realizao de estudos estticos e tambm dinmicos, sofri da mesma limitao da radiologia com relao bi-dimensionalidade. Inicialmente, as imagens eram obtidas em filmes de raio X. Com o progresso da tecnologia a cor foi introduzida, sendo as imagens obtidas em papel especial, de modo que os mdicos podem quantificar a intensidade por meio de vrias escalas de cores. Para solucionar o problema da bi-dimensionalidade, foram introduzidas as cmeras de Tomografia Computadorizada por Emisso de Fton SPECT (do ingls Single Photon Emission Computed Thomography), que adicionou outra dimenso medicina nuclear. O sistema de SPECT geralmente consiste de 2 ou mais cmeras em ngulo (90, 180o, etc) com o rgo alvo do paciente. SPECT resulta numa melhor qualidade de imagem que as cmeras cintilogrficas simples. A vantagem principal deste sistema a alta sensibilidade, resultando em alta resoluo espacial e rpida aquisio de imagem do rgo. Apesar de as gama cmaras do tipo rotatria estarem disponveis, elas apresentam menor sensibilidade que a cmera com multidetetor. Com a gama cmera rotatria, os resultados so coletados a partir de mltiplas vistas, obtidas enquanto o detetor de iodeto de sdio gira ao redor do orgo de intreresse do paciente. Posteriormente, foram desenvolvidas gama cmeras com mltiplos detetores de modo a aumentar a resoluo e qualidade da imagem, uma vez que a mesma depende do nmero total de ftons detectados. Cmeras com 3-4 cabeas foram desenvolvidas aumentando sensivelmente a resoluo espacial (6-10mm comparada com 14-17mm dos sistemas de cabea nica). A capacidade de volume de imagem da maioria dos sistemas SPECT permite reconstruir a qualquer ngulo, e, com alguns sistemas, as imagens podem ser fundidas com MRI e CT, criando uma nica imagem que combina anatomia e fisiologia (correlao morfolgica e funcional).

404


Ainda do ponto de vista de obteno de imagens diagnsticas, outro sistema utilizado a Tomografia por Emisso de Psitron - PET (do ingls Positron Emision Tomography). uma tcnica de imagem que utiliza pequenas quantidades de radioatividade para estudos fisiolgicos. Os radiofrmacos so introduzidos no organismo e um mapeador PET usado para produzir uma imagem mostrando a distribuio biolgica do frmaco. A diferena que os radiofrmacos para PET emitem psitrons ao invs dos ftons utilizados nos estudos de medicina nuclear convencionais. Estes psitrons percorrem pequenas distncias (1-2mm) no tecido, antes de colidirem com um eltron, sendo aniquilados no processo que resulta na emisso de dois raios gama de 511keV em direes opostas. A maioria dos radioistopos utilizada em PET possui meia vida de 75 a 110 minutos. Uma das grandes vantagens do PET que alguns dos tomos que podem ser utilizados nas marcaes so os mesmos que ocorrem naturalmente em molculas orgnicas importantes do organismo, tais como o oxignio, nitrognio e carbono. possvel marcar-se compostos como neurotransmissores, acares ou mesmo sintetizar compostos (tais como drogas) de interesse diagnstico. O procedimento de PET capaz de oferecer aos mdicos informaes acerca da qumica do organismo, nem sempre disponvel por outros procedimentos diagnsticos. O paciente posiciona-se em uma maca que entra dentro do mapeador, ficando rodeado pelo detetor. Os ftons resultantes do processo de aniquilao dos psitrons so detectados em pares, coincidentemente, por uma srie de detetores de cintilao densos arranjados no anel ao redor do paciente e convertidos em imagem de alta resoluo. Inmeros radiofrmacos encontram-se atualmente disponveis, quer sejam emissores de ftons para uso em cintilografia planar ou SPECT e emissores de psitron para uso em PET. Estes radiofrmacos possibilitam o diagnstico de inmeras disfunes e patologias. O Quadro a seguir relaciona o radiofrmaco e sua utilidade em medicina nuclear diagnstica.Quadro 22.1 Radiofrmacos utilizados em Medicina Nuclear DiagnsticaRADIOFRMACOS GAMA EMISSORES USO CLNICO

Pertecnetato de Sdio Na99mTcO4

Imagem de glndula tireide, pesquisa de sangramento, fluxo sanguneo, etc

Macroagregado de Albumina Humana Estudos pulmonares 99m Tc (MAA-99mTc) cido dietileno triamino pentactico- Estudos da funo glomerular renal 99m Tc (DTPA-99mTc) cido dimercaptosuccnico-99mTc Estudos de morfologia renal 99m (DMSA- Tc) e Glucoheptonato de sdio-99mTc Metilenodifosfonato-99mTc 99m Tc) (MDP- Estudos sseos

Pirofosfato de sdio-99mTc (PIRO- Estudos sseos e marcao de eritrcitos 99m Tc) in vivo para estudos cardacos Estanho coloidal-99mTc, Enxofre Estudos hepato-esplnicos 99m coloidal- Tc, Fitato de sdio-99mTc(continuao)

405


Quadro 22.1 Radiofrmacos utilizados em Medicina Nuclear Diagnstica (continuao)RADIOFRMACOS GAMA EMISSORES USO CLNICO

(2,6-Diisopropil acetanilida)iminodiacetato-99mTc (DISIDA-99mTc)

Estudos hepatobiliares

Hexametil propilenoamino oxima - Estudos de perfuso cerebral 99m Tc (HMPAO-99mTc) e Etilenodicisteina dietilster-99mTc (ECD-99mTc) Dextran 70/500-99mTc Etilenodicistena-99mTc (EC-99mTc) 99m Mercaptoacetiltriglicina- Tc (MAG3-99mTc) Metoxi-metilisopropil-isonitrila-99mTc (MIBI-99mTc) Eritrcitos marcados com Leuccitos marcados com Na123I e Na 131I131 99m

Estudo do sistema linftico e Estudos da funo renal (secreo tubular)

Estudos cardacos Estudos cardacos, sangramento pesquisa de

Tc Tc ou111

99m

In Pesquisa de focos de infeco Estudos da glndula tireide Estudos renais Diagnstico de neuroblastoma feocromocitoma e estudos cardacos Estudos perfusrios cerebrais e

I- Iodohipurato de sdio I Metaiodobenzilguanidina

123I

(123I MIBG)123I

I N-isopropil-p-iodoanfetamina

(123I-IMP) I-Epidepride, outros123 123

I-iomazenil,

entre Estudo de receptores cerebrais

Anticorpos monoclonais marcados com Diagnstico de tumores especficos, focos -99mTc, 123I, 111In (ex: 99mTc-IgG, 99mTc- de infeco, trombos, entre outros anti-CEA, 111In-antimiosina) Peptdeos biologicamente ativos e seus Diagnstico de tumores especficos, derivados marcados com 123I, 99mTc, pesquisa de focos de infeco, entre outros 111 In (ex:111In-Octreotide, 123I-VIP, 123IInterleucina) Citrato de galio Cloreto de talio 67

Ga Tl

Pesquisa de focos de infeco e tumores especficos Estudos cardacos(continua)

201

406


QuaDRO 22.1 Radiofrmacos utilizados em Medicina Nuclear Diagnstica (continuao)RADIOFRMACOS PSITRON EMISSORES USO CLNICO

Fluordeoxiglicose -18F (FDG-18F) Haloperidol-18F- e Espiroperidol-18F Metilespiperona-11C H215O cido palmtico-11C Metionina-11C

Estudos cerebrais e cardacos Estudos de receptores cerebrais Estudos de receptores cerebrais Estudos perfusrios cerebrais Estudos cardacos Estudos pancreticos(concluso)

22.5.2. Radiofrmacos para TerapiaRadiofrmacos podem ser administrados a pacientes com finalidade teraputicos, para destruir tecidos doentes ou cancergenos. Em terapia o rgo crtico chamado de rgo alvo. Alguns fatores que influenciam a captao do radiofrmaco no rgo alvo so (1) a afinidade do radiofrmaco pelo rgo, (2) a vascularizao do rgo e (3) a forma de administrao do radiofrmaco. Desta forma, o mdico ir prescrever a quantidade de radiofrmaco a ser administrada, baseando-se na captao do rgo e na dose de radiao necessria para a terapia. O tratamento de ascite (acmulo excessivo de fluido no abdmen) com 32P, normalmente realizado injetando-se 111-185MBq (3-5 mCi) diretamente no peritnio. A mesma atividade pode ser administrada intravenosamente para tratamento de policitemia vera onde o 32P concentra-se na medula, reduzindo essencialmente o nmero de clulas vermelhas do sangue produzidas. Outro exemplo do uso de radiofrmacos em terapia a aplicao de radiofrmacos de 89 Sr, 153Sm e 188Re no tratamento paliativo da dor ssea provocada pela presena de ou HEDP-188Re metstases sseas. Os radiofrmacos EDTMP-153Sm (Etilenodiaminotetrametilenodifosfonato e Hidroxietilenodifosfonato, marcados com os respectivos radionucldeos) que acumulam-se no tecido sseo, com alta captao nas reas tumorais, reduzindo a massa tumoral e melhorando a perspectiva de vida do paciente. Iodo-131, administrado oralmente, pode ser utilizado na terapia de carcinoma de tireide (25-150mCi) e no tratamento de doena de Graves (hipertireoidismo) (10-30mCi). A administrao ao paciente de doses de radiofrmacos para diagnstico e terapia requer cuidados adicionais do tcnico operador e do mdico, no sentido de prevenir contaminao ambiental e profissional, bem como garantir as doses a serem administradas aos pacientes. Alm disso, existe a necessidade de controlar os rejeitos gerados no processo.

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22..6.. BIIBLIIOGRAFIIA 22 6 B BL OGRAF ABUCHMAN, Wagner Szabo. Principles of Nuclear Medicine. 1995. PATEL, Mohan & SADEK, Samy, The handbook of radiopharmaceuticals. 1995. ROCHA & HARBERT. Bases da Medicina Nuclear. 1979. SAHA, Gopal B. Fundamentals of Nuclear Pharmacy. 1992.

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Manual de Biossegurana, Parte V - Radiaes Captulo 23 - Blindagem - Radiaes e Medicina Nuclear CNEN (Clculo de Blindagem)

23. Blliindagem - Radiiaes e Mediiciina Nucllear B ndagem - Rad aes e Med c na Nuc ear CNEN (Cllcullo de Blliindagem) CNEN (C cu o de B ndagem)Matias Puga Sanches

23..1.. INTRODUO 23 1 INTRODUOA radioproteo do pessoal que trabalha com radiao ionizante e do pblico obtida garantindo que as doses de radiao absorvidas de radiao pelos indivduos sejam mantidas abaixo dos nveis admissveis. O aumento da distncia interposta entre a fonte de radiao e os lugares em que as pessoas se encontram constitui um meio eficaz para reduzir as doses de radiao, uma vez que esta varia com o inverso do quadrado da distncia. Muitas vezes somente este recurso insuficiente e, portanto devem ser utilizados materiais como blindagem que absorvam a proporo necessria de radiao de modo que seja transmitida por eles uma dose menor que aquela correspondente aos limites autorizados. A ao como blindagem de um material o resultado da interao da radiao com o mesmo. A atenuao da taxa de dose deve-se absoro de energia e disperso que o material provoca.

23..2.. PRIINCPIIOS 23 2 PR NC P OS23.2.1. Fontes de Radiao ExternasAs fontes geralmente so conhecidas. Os tipos de fontes esto relacionados com: materiais radioativos emitindo partculas alfa e beta, radiao gama e nutrons; mquinas geradoras de radiao X e vrias fontes de radiao oriundas de aceleradores; reatores de fisso nuclear com fontes de nutrons e radiao gama.

23.2.2. Princpios Baseados nas Leis FsicasA tarefa da radioproteo evitar a exposio radiao ou reduzi-la a limites admissveis. Isto pode ser obtido utilizando alguns princpios baseados nas leis fsicas.

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O primeiro princpio para reduzir a exposio radiao est relacionado com tempo de exposio, quanto menor for o tempo de permanncia no campo de radiao menor ser a dose, isto se deve integral da dose e a exposio radiao correspondente a: t Di = 0 Onde: i = o fator que considera o tipo de radiao. O segundo princpio parte da dependncia espacial existente entre a dose como pode ser observada na expresso: Di = [ i. A ] / r2 Onde: A = a atividade da fonte de radiao; I = a constante especfica da radiao do radionucldeo em questo. A taxa de dose ser mnima se a distncia for mxima. Na maioria dos casos de interesse prtico, temos que otimizar ambas as exigncias, t e r timos, porque no podem ser preenchidas independentemente. Devido ao comportamento da taxa de dose como segue: Di = Di,o . e- x A exposio radiao externa pode ser reduzida ainda mais, pela escolha adequada de blindagem com coeficiente de atenuao alto, ou coeficiente de atenuao de taxa de dose D para nutrons, e espessura de blindagem suficiente, max e xmax. Para nutrons, a exigncia de Dmax significa dizer que a perda de energia de nutrons sofrendo espalhamento deve ser muito grande, por exemplo, escolhermos materiais com grande espalhamento e com grande seo de choque de captura. Este terceiro princpio ser abordado com maior critrio a seguir.

Di (t) . dt

Aspectos EconmicosA blindagem normalmente otimizada quanto ao seu custo, sujeita a restries em sua massa ou em sua espessura. As blindagens bem projetadas que proporcionam uma pequena dose, com certeza so seguras, porm podem apresentar falhas. As blindagens pequenas podem ser adequadas para reduzir a intensidade em penetraes, o tamanho e o custo de equipamentos e edificaes, ou para maximizar a densidade de fluxo de um feixe na parte externa da blindagem. As blindagens para o transporte de materiais radioativo ou para mquinas portteis emissoras de radiao no devem ser to pesadas.

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Blindagem para RadiaoA blindagem de radiao implica na introduo deliberada de material absorvedor entre a fonte de radiao e o objeto, de maneira a reduzir a intensidade de radiao. Portanto, ela esta relacionada com o transporte e interao da radiao ionizante com a matria.

Transporte de RadiaoO princpio de propagao da radiao por meio da matria pode ser descrito por mtodos exatos levando em conta a interao fsica, bem como o fenmeno de transporte corretamente. Porm, em muitos casos de interesse prtico, podemos abandonar solues exatas no somente para o transporte de partculas carregadas. Nestes casos, as solues aproximadas ou as frmulas empricas descrevem muito bem o transporte de radiao. O transporte de nutrons e ftons caracterizado pela passagem ao longo de traos retos sem perda de energia entre pontos espaados distantemente. Na coliso a partcula pode ser absorvida ou espalhada numa nova direo e com outra energia. O mtodo de Monte Carlo ou estocstico simula este comportamento. Obtm-se uma densidade de fluxo pela mdia de valores da ordem de milhares de traos de partculas individuais. Um outro mtodo exato considerar o movimento de partculas como se os nutrons ou ftons fossem um gs dentro do material de blindagem. O fluxo de partculas dentro e fora da clula incorporado na equao conservativa conhecida como equao de transporte de Boltzmann. Vrias tcnicas numricas e analticas foram desenvolvidas de maneira a solucionar esta equao integral - diferencial, tal como ordenadas discretas, harmnicas esfricas etc. Diferem principalmente no manuseio da densidade de fluxo angular. A teoria da difuso aproximada bem conhecida, onde somente a densidade de fluxo escalar no tem obtido sucesso em problemas de transporte de radiao, onde a densidade de fluxo angular anisotrpica.

23.2.3. Blindagem para Radiao Alfa, Beta, Gama e NutronsCamadas espessas de materiais e coeficientes de absoro ou atenuao grandes causam pequenas taxas de exposio atrs da blindagem construda com estes materiais. A influncia do tipo e da energia da radiao, dos materiais usados como blindagem e da geometria da fonte, tem que ser levada em conta.

23.2.4. Blindagem para Radiao Diretamente Ionizante fcil de se construir uma blindagem para frear a radiao diretamente ionizante devido ao seu pequeno alcance em materiais slidos e lquidos. Qualquer material mais espesso que ao alcance da partcula pode ser usado para barrar todos os ons, por exemplo, uma partcula alfa de 1 MeV tem um alcance no ar de R 0,5 cm; enquanto que no chumbo de R 2.10-4cm. Devido a menor densidade de ionizao o alcance de eltrons cerca de 100 a 1000 vezes maior. Apesar disso, os eltrons tambm so facilmente barrados por poucos milmetros de material, sendo prefervel o uso de materiais com pequeno Z para minimizar a gerao de radiao de frenao penetrante, a qual pode ser atenuada pelo material de blindagem para radiao gama. Portanto, a blindagem para radiao beta pode ser otimizada usando uma combinao de materiais com pequeno e com grande Z.

411


A proteo no caso de radiao externa tem por objetivo evitar a irradiao da pele, cristalino dos olhos e gonadas. Devido ao pequeno alcance a taxa de fluncia de partculas beta pode ser reduzida a zero quando interpomos um material de espessura maior ou igual ao alcance das partculas beta mais energticas em tal material. Para materiais de baixo nmero atmico cumpre-se a seguinte lei: R1.1 = R2. 2 = R . Onde: R = o alcance das partculas beta em um material; a densidade do material. Mediante a expresso citada anteriormente pode-se calcular a espessura necessria de qualquer material desde que a sua densidade seja conhecida. Os materiais mais comumentes empregados como blindagem so o alumnio, o lucite, o vidro, pois estes materiais reduzem a gerao de raio X de frenamento. Quando se tratar de + no deve ser esquecido que existe a gerao de ftons de aniquilao, o que necessita adicionar uma camada de chumbo alm do material blindante.

23.2.5. Blindagem para Fontes Emissoras de Radiao X e Gama.A lei de atenuao para a taxa de dose dada por: Onde: (/) o coeficiente de atenuao mssico; B o fator de reproduo. D = Do, . B . e- (/)..x

Os materiais mais comuns empregados em blindagens para radiao X e gama so o ferro e o chumbo, porm o tungstnio ou o urnio empobrecido podem ser usados por um custo muito maior se for necessria uma blindagem com dimenses reduzidas. O concreto e gua so utilizados onde a espessura e a massa no apresentam inconvenientes. Devido a isto, nenhum intervalo finito de ftons definido como ideal para caracterizar a atenuao pela camada semi redutora - HVL, que de grande interesse prtico na estimativa de blindagens.

Fator de reproduo ou acumulao - BUILD-UP ( B )Se a espessura de blindagem for muito grande a expresso matemtica empregada para representar a taxa de dose aps atenuao da radiao no ser suficiente para explicar completamente o fenmeno que produzido e conduzir a uma subestimao da taxa de dose real no ponto considerado e, portanto, subestimar a blindagem necessria, isto se deve ao efeito de acumulao. Numa condio de boa geometria, por exemplo, feixe colimado, o efeito de acumulao no levado em conta. Para corrigir este efeito acumulativo, introduzido um fator de reproduo B, que depende do material sendo usado como blindagem e do produto x. O fator de reproduo B ser sempre maior ou igual a um.

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Freqentemente o valor de B graficado em papel monolog versus uma grandeza denominada comprimento de relaxao. O comprimento de relaxao a espessura de absorvedor que causar uma reduo de 1 / e na intensidade inicial do feixe, isto , I = I0 . 0,368

Camada semi-redutora ou meia espessura, HVL a espessura de material interposta entre a fonte e o ponto de medida necessria para reduzir a taxa de dose metade de seu valor inicial. Este valor simbolizado por x1/2. Para um certo material e uma radiao monoenergtica, a meia espessura mantm-se constante. Por sua vez, com a radiao X de espectro contnuo, a meia espessura aumenta a medida que aumentamos a filtrao no feixe A relao entre a meia espessura e o coeficiente linear de atenuao dado por: [ I/Io] = = e- . x1/2 ou ln = - 0,693 = -.x1/2 assim, x1/2 = [ 0,693 / ] X Xo Xo/ 2

HVL

x

No caso da radiao X, os fatores que influenciam o clculo de blindagem so: O limite de exposio admissvel que corresponde os indivduos a serem protegidos. A frao do tempo de trabalho que tais indivduos permanecem no recinto separado pela blindagem, fator de ocupao T. A carga de trabalho mensal do tubo de raios X, W ( mA.min/ ms ) A quilovoltagem empregada no tubo. A frao do tempo de trabalho que o feixe de raios X esta orientado para a parede sendo considerada, fator de uso U. A distncia entre o tubo e a parede. Nas paredes onde o tubo est orientado parte do tempo de trabalho, a blindagem deve ser calculada para atenuar o feixe direto. Nas paredes que no recebem o feixe direto deve-se calcular a blindagem necessria para atenuar a radiao dispersada e a radiao de fuga do tubo.

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Blindagem para radiao diretaSe b a exposio medida a 1 metro de distncia para uma carga de trabalho unitria, a exposio medida para outra carga de trabalho mensal W e a outra distncia d ser: [ b . W . 1m2 ] / d2 onde, b a exposio por unidade de carga eltrica dada em R/ mA.min. W a carga de trabalho mensal dada em mA.min/ ms. Para efeito de computar a frao da carga de trabalho durante a qual o tubo est orientado para a parede considerada deve-se multiplicar a expresso anterior pelo fator de uso U. Do mesmo modo, como s interessa computar a dose durante o perodo em que a sala contgua pode estar ocupada, deve-se multiplicar tambm pelo fator de ocupao T. [ b . W . U . T . 1 m2 ] / d 2 ( R/ms ) (R/ms)

Como a exposio no deve exceder ao limite mximo admissvel correspondente, a expresso anterior deve ser comparada a tal limite: [ b . W . U . T . 1 m2 ] / d 2 X L Desta expresso possvel obter o valor mximo admissvel de B para radiao direta. B = [ XL . d2 ] / [ W . U . T . 1 m2 ] B representa a exposio mxima que pode se ter a 1 metro de distncia do tubo com blindagem adequada, por unidade de carga de trabalho, para que na distncia de interesse a dose no exceda ao mximo admissvel. Entrando com este valor nas curvas correspondentes a espessura de blindagem, para a quilovoltagem correspondente, obtm-se a espessura mnima de blindagem necessria. B

kV

x(cm)

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Blindagem para radiao dispersadaO feixe de raios ao incidir sobre um alvo disperso em todas as direes. A intensidade e a energia da radiao dispersada so menores que as da radiao direta e dependem do ngulo que forma a radiao dispersada com relao direo do feixe primrio. Geralmente so consideradas as seguintes simplificaes: Para um ngulo de 90o a relao entre a intensidade da radiao dispersada e a radiao X direta inferior a 1/1000. Ao se tratar de radiao X de at 500 kV, supe-se que a energia da radiao dispersada corresponde mesma quilovoltagem da radiao primria e para radiao X de quilovoltagem superiores adotam-se para a energia da radiao dispersada o valor de 500 kV. A distncia d a distncia o meio dispersante e a parede projetada como blindagem. Tambm influi no clculo a distncia entre o nodo do tubo e o meio dispersante s. Para uma distncia de 1m entre o nodo e o meio dispersante a expresso de b resulta ser: b = [XL . d2 . 1000] / [ W.U.T.1m2 ] Em geral para uma distncia s qualquer a expresso resultante ser: b = [ XL.d2 . s2 .1000 ] / [ W.U.T.1m4 ] onde, s a distncia entre o nodo e o meio dispersante; d a distncia entre o meio dispersante e a parede.

Blindagem para a radiao de fuga do tuboAs normas recomendadas pela Comisso Internacional de Proteo Radiolgica estabelecem limites para a radiao que pode ser transmitida atravs da carcaa do tubo de raios X. Equipamentos para diagnstico A exposio por unidade de tempo medida a 1 metro do ctodo, com o tubo operando em sua mxima quilovoltagem e com a mxima corrente de operao contnua no deve ser maior que: XFD= 0,1 R/h

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Equipamentos de radioterapia A exposio por unidade de tempo medida a 1 metro do nodo com o tubo operando em sua mxima quilovoltagem e com a mxima corrente de operao contnua no deve ser maior que: XFT = 1 R/h A menos que o fabricante garanta uma atenuao maior, deve-se supor que o tubo a ser instalado, emita atravs de sua carcaa uma radiao que satisfaa estes limites. A uma distncia d do ctodo do tubo, durante um tempo de funcionamento t do tubo, a exposio acumulada na frao de tempo T, para o lugar a ser ocupado : [ XF . t . T . 1m2 ] / d2 Onde, t = [ w ] / [ 60 . I ] em horas, I a corrente em mA; valor mximo correspondente operao contnua. Este valor atenuado A vezes pela blindagem colocada no deve exceder exposio mxima admissvel mensal XL. { [ XF . t . T . 1m2 ] / d2 } . A XL ou A = [ XL . d2 ] / [ XF . t . T . 1m2 ] No grfico a seguir pode-se obter o valor da meia espessura, HVL, necessria para obter a atenuao desejada. ( R/h )

1 ATENUACAO (A)

0,1

0,01

0,001 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CAMADA SEMI REDUTORA ( HVL )

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Na Tabela abaixo apresentado o valor da camada semi-redutora para radiao X de diferentes kV.Tabela-23.1 - camada semi-redutora - HVL, e camada dcimo redutora - TVLkVPICO CHUMBO (mm) HVL CHUMBO (mm) TVL CONCRETO (cm) HVL CONCRETO (cm) TVL

50 70 100 125 150 200 250 300 400 500 1000 2000 3000 4000 6000 8000 10000

0,06 0,17 0,27 0,28 0,30 0,52 0,88 1,47 2,5 3,6 7,9 12,5 14,5 16 16,9 16,9 16,6

0,17 0,52 0,88 0,93 0,99 1,7 2,9 4,8 8,3 11,9 26 42 48,5 53 56 56 55

0,43 0,84 1,6 2,0 2,24 2,5 2,8 3,1 3,3 3,6 4,4 6,4 7,4 8,8 10,4 11,4 11,9

1,5 2,8 5,3 6,6 7,4 8,4 9,4 10,4 10,9 11,7 14,7 21 24,5 29,2 34,5 37,8 39,6

Quando se calcula a blindagem para a radiao primria, em geral, no necessrio efetuar o clculo para a radiao de fuga e dispersada. Naquela direo nas quais o feixe primrio no orientado deve-se calcular a blindagem para radiao dispersada e de fuga, e se um dos resultados superar ao outro em trs vezes a camada semi-redutora ou mais, adota-se o maior deles e despreza-se o outro. A escolha do material a ser empregado como blindagem depende de razes econmicas e de espao disponvel. O chumbo altamente absorvente para radiaes de baixa energia. Para radiaes de alta energia prefervel o concreto.

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23.2.6. Blindagem para NutronsA taxa de dose para nutrons varia segundo a seguinte equao: . D = . f(E) . e Onde: x a seo eficaz de remoo de energia a taxa de fluncia de nutrons a espessura de material existente- x

f(E) o fator de converso de fluncia para dose

o procedimento para a determinao da espessura de material anlogo ao procedimento para a radiao gama. A primeira informao deve permitir calcular a taxa de dose equivalente no ponto de interesse, quando no existe blindagem entre tal ponto e a fonte de radiao, para isto faz-se uso da seguinte equao: . n Ho = . f(E) i=1 Onde: a taxa de fluxo de nutrons, ou fluncia de nutrons f(E) o fator de converso de fluncia para dose equivalente, em Sv.cm2 = Bn / ( 4. . d2 ) Onde: Bn a intensidade da fonte de nutrons, em s-1 d a distncia entre a fonte e o ponto de interesse, em cm Bn = A . Y Onde: A a atividade da fonte, em Bq Y o rendimento de nutrons por unidade de atividade, em n.s-1.

Com esta informao possvel calcular a Ho, e na seqncia determinar a relao de transmisso atravs da seguinte equao: . . KH = H / Ho

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Para obter o valor correspondente a espessura de material entre a fonte e o detetor, necessrio empregar a seguinte equao: . . H = Ho . e Onde: . Ho a taxa de dose equivalente sem a blindagem . H x a taxa de dose equivalente com a blindagem a seo de choque eficaz para remoo de energia a espessura de material existente, funcionando como blindagem.-. x

Os valores de , seo eficaz de remoo de energia para nutrons, para alguns materiais so dados no quadro a seguir.Quadro 23.1MATERIAL

( cm-1 )

( g . cm-3 )

gua Polietileno Concreto

0,103 0,121 0,089

1 0,94 2,35

Os valores para o fator de converso de fluncia para dose equivalente, f(E), para geometria de irradiao antero posterior fornecido no quadro a seguir, para vrias energias de radiao:Quadro 23.2ENERGIA DO NUTRON FATOR DE CONVERSO f(E)

(em MeV)

(em Sv.cm2 )

2,5 . 10-8 1,0 . 10-7 1,0 . 10-6 1,0 . 10-5 1,0 . 10-4 1,0 . 10-3 1,0 . 10-2 2,0 . 10-2 5,0 . 10-2

8,00 . 10-12 8,80 . 10-12 9,64 . 10-12 8,92 . 10-12 8,28 . 10-12 7,66 . 10-12 9,06 . 10-12 11,74 . 10-12 21,80 . 10-12(continua)

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Quadro 23.2 (continuao)ENERGIA DO NUTRON FATOR DE CONVERSO f(E)

(em MeV)

(em Sv.cm2 )

1,0 . 10-1 2,0 . 10-1 5,0 . 10-1 1,0 . 100 1,5 . 100 2,0 .100 3,0 . 100 4,0 . 100 5,0 . 100 6,0 . 100 7,0 . 100 8,0 . 100 1,0 . 101 1,4 . 101

39,60 . 10-12 77,20 . 10-12 174,00 . 10-12 286 . 10-12 366 . 10-12 428 . 10-12 528 . 10-12 600 . 10-12 654 . 10-12 694 . 10-12 730 . 10-12 760 . 10-12 820 . 10-12 960 . 10-12(concluso)

Exemplo:Estimar a dose equivalente para uma fonte de 241Am-Be cuja atividade, A, 3,7 . 1010 Bq , o valor do rendimento de nutrons, Y, por unidade de atividade 5,94 . 10-5 n.s-1, e o fator de converso de fluncia para taxa de dose, f(E), 630 . 10-12 Sv.cm2 , a uma distncia de 100 cm desta. Determinar a espessura de Polietileno, = 0,94 g.cm-3 , necessria para que a taxa de dose seja reduzida a 7,5 Sv.h-1. O coeficiente mssico de atenuao para a energia E = 59,5 keV, dado por / igual a 0,198 cm2.g-1. gama do241

Am,

SoluoClculo da taxa de dose equivalente Bn = A.Y = 3,7 .1010 Bq . 5,94 .10-5 n.s-1 = 2,2 . 106 n = Bn / ( 4 d2 ) = 2,2 . 106 n / ( 4 . 3,14 . 1002 ) cm2 = 17,6 n.cm-2 . Ho = . f(E) = 17,6 n.cm-2.630 . 10-12 Sv.cm2.s-1 = 1,11. 10-8 Sv.s-1 = 1,11.10-8 Sv.s-1 . 3600 s.h-1 = 39,9 . 10-6 Sv.h-1 = 39,9 Sv.h-1

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Em relao a esta taxa de dose equivalente para radiao neutrnica, tem-se tambm uma taxa de dose equivalente para radiao gama, pois o radionucldeo 241Am emite radiao gama de energia de 59,5 keV e a frao por emisso alfa de 36% . Assim: . H = . A . 0,36 = 1,9 . 10-19 Sv.s-1.Bq-1 . 3,7 . 1010 Bq . 0,36 = 2,53 . 10-9 Sv.s-1 = 2,53 . 10-9 Sv.s-1 . 3600 s.h-1 = 9,11 . 10-6 Sv.h-1 = 9,11 Sv.h-1 Determinao da espessura de material para que se tenha uma taxa de dose equivalente de 7,5Sv.h-1. . . KH = H / Ho = 7.5 Sv.h-1 / 39,9 Sv.h-1 = 0,188 Mas KH = e -.x ln KH = -.x x = ln KH / - = ln 0,188 / - 0,121 cm-1 = ( - 1,671 / - 0,121 ) cm = 13,814 cm Como a fonte de radiao tambm emite radiao gama, tem-se que verificar se a espessura de material entre o detector e a fonte suficiente para reduzir a taxa de dose equivalente gama ao valor proposto de 7,5 Sv.h-1. . . K = H / Ho = 7,5 Sv.h-1 / 9,11 Sv.h-1 = 0,823 Mas K = e -.x = . 0,198 cm2.g-1 = 0,94 g.cm-3 . 0,198 cm2.g-1 = 0,186 cm-1

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P5_Radiações