Revista Polo del Conocimiento


Polo del Conocimiento

 

 

 

Clculo terico del blindaje de una sala de radiologa general

 

Theoretical calculation of the shielding of a general radiology room

 

Clculo terico da blindagem de uma sala de radiologia geral

 

Bruno MicciolaII
bruno.micciola@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-4085-0072
Miguel ngel Sez-Paguay I
miguel.saez@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-3192-5084
Segundo Fabin Siza-Moposita III
fabian.siza@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0001-8036-6974

Jeoandy Anabel Fiallos-Godoy IV
fiallosj.4bmdc@gmail.com
https://orcid.org/0000-0001-7209-5043
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Correspondencia: [email protected]

 

 

 

Ciencias Tcnicas y Aplicadas

Artculo de Investigacin

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

 

         I.            Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Facultad de Recursos Naturales, Orellana, Ecuador.

       II.            Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Riobamba, Ecuador.

     III.            Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Orellana, Ecuador.

    IV.            FG Medic, Riobamba, Ecuador.


Resumen

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

Palabras claves: Blindaje; Radiodiagnstico; Estadstica; fotones.

 

Abstract

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

Keywords: Shielding; Radiodiagnosis; Statistics; photons.

 

Resumo

Neste trabalho foi calculada a espessura das barreiras que constituem a blindagem estrutural de uma sala de radiologia geral, para a qual foi utilizada a metodologia NCRP Report 147 para garantir que a radiao proveniente do tubo de raios X seja atenuada a nveis abaixo do recomendado uns. As barreiras e reas expostas foram classificadas, a partir das quais foram determinados os nveis de radiao limite. As espessuras para tijolo, concreto e chumbo foram obtidas. Tendo em conta que foi analisada uma instalao pr-existente, verificou-se que as espessuras existentes ultrapassaram as espessuras calculadas, pelo que se garante que o pessoal que trabalha nestas instalaes no corre o risco de efeitos determinsticos devido radiao.

Palavras-chave: Blindagem; Radiodiagnstico; Estatisticas; ftons.

 

Introduccin

La determinacin del espesor de una barrera para aplicaciones mdicas es una tarea previa a la construccin de la instalacin. Debido a la naturaleza exponencial de la atenuacin de la radiacin ionizante, el espesor de la barrera adecuada es una funcin del nmero de exploraciones realizadas en el centro mdico, la energa del equipo y la calidad de radiacin. Otro factor a considerar es a que cantidad de radiacin puede estar expuesto el individuo sin que esto conlleve el riesgo de efectos nocivos para la salud(SEFM, 2012).

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

 

Metodologa

Un clculo de blindaje es la determinacin de los espesores de las barreras que atenan la radiacin primaria procedente de la fuente de radiacin denominadas barreras primarias(Bushong, 2010)(Attix, 1986), as como tambin la determinacin de los espesores de las barreras que atenuarn la radiacin dispersada y de fuga denominadas barreras secundarias (NCRP N. C., 2004) (ICRP, 2007).

En el reporte 147 del NCRP se define los objetivos de diseo de blindaje, entendidos como Niveles de kerma en aire empleados en el clculo y evaluacin de barreras construidas para la proteccin de empleados y miembros del pblico(NCRP N. C., 2004). Estos objetivos son especficos para reas controladas y no controladas, para una o varias fuentes de radiacin evaluadas en un punto de referencia localizado luego de que el haz atraviese el blindaje.

La proteccin radiolgica implica que los niveles de dosis efectiva percibidos por individuos en determinadas zonas de trabajo no superen los lmites permitidos(Domenech, 2017), esto se asegura teniendo en cuenta las siguientes consideraciones conservativas en favor de la salud humana extradas de (NCRP N. C., 2004):

         La atenuacin del haz primario de radiacin por el paciente es despreciada.

         El clculo del grosor de la barrera recomendado siempre asume una incidencia perpendicular de la radiacin.

         El clculo de diseo del blindaje ignora materiales a parte del blindaje que atraviesen en el camino del haz.

         Se asume que la radiacin de fuga tiene el valor de kerma de 0.876 mGy/h, en la prctica clnica este valor est sobreestimado.

         La radiacin dispersa se sobreestima conservativamente, de tal forma que si se usara tamaos de campo probables se reducira la contribucin de la radiacin dispersa en un factor aproximadamente de 4.

         Los factores de ocupacin tambin estn sobreestimados.

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

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

 

Metodologa de clculo

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

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

Factor de ocupacin (T). En caso de no disponer de los datos de ocupacin concretos de la instalacin especfica que queremos analizar se puede emplear los mostrados en la Tabla 1, obtenida de (NCRP N. C., 2004).

 

Figura 1: Factores de ocupacin (T) sugeridos para distintas reas.

Localizacin

T

Oficinas administrativas; laboratorios, farmacias y otras reas de trabajo totalmente ocupadas por un individuo; reas de recepcin, salas de espera asistidas, reas de juegos interiores para nios, salas de rayos X adyacentes, reas de lectura de pelculas, estaciones

de enfermeras, salas de control de rayos x

1

Salas utilizadas para exmenes y tratamientos de pacientes

1/2

Pasillos, habitaciones para pacientes, salas de empleados, salas de descanso para el personal

1/5

Puertas de corredor

1/8

Baos pblicos, reas expendedoras sin atencin humana, salas de almacenamiento, reas al aire libre con asientos, salas de espera sin supervisin, reas de espera para pacientes

1/20

reas al aire libre con trfico peatonal o vehicular transitorio, estacionamientos sin atencin humana, reas para dejar vehculos (sin vigilancia), ticos, escaleras, ascensores sin atencin humana, armarios de conserjera

1/40

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

 

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

 

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

Barrera

U

Piso

0.89

Mesa en posicin vertical

0.09

Receptor de imagen de pecho

1

Fuente: Reporte 147 del NCRP

 

Carga de trabajo (W). Es la integral temporal de la corriente del tubo de rayos X durante un perodo de tiempo, comnmente de una semana. La carga de trabajo normalizada Wnorm es la carga de trabajo promedio por cada paciente, cabe aclarar que debido a que es posible que un mismo paciente sufra ms de una irradiacin, por ejemplo, porque se le aplique ms de una tcnica, no es posible establecer un valor fijo de Wnorm, sin embargo, una buena aproximacin son los valores de Wnorm disponibles de la encuesta realizada por Asociacin Americana de Fsicos en Medicina (The American Association of Physicists in Medicine) (AAPM)(NCRP N. C., 2004).

Las propiedades de atenuacin de las barreras tienen una fuerte dependencia con el voltaje, por lo que la distribucin de la carga de trabajo en funcin de voltaje es mucho ms relevante que la magnitud de la carga de trabajo. En la encuesta se determin distribuciones de carga de trabajo a partir de datos de 14 instituciones de salud, con cerca de 2500 pacientes y siete tipos de instalaciones de radiodiagnstico, en el reporte 147 de la NCRP se muestra los valores para la distribucin de carga de trabajo en intervalos de 5 kVp para cada tipo de instalacin(NCRP N. C., 2004).

 

Metodologa general para el clculo de blindaje

Se muestra a continuacin un procedimiento general para el clculo de espesor de barreras primarias y secundarias de una sala que alberga un equipo de rayos x convencional fijo.

Es necesario establecer las distancias que se emplearn en el clculo. Se han rotulado las barreras como se muestra en las Figuras 1 y 2:

 

Figura 3: Clasificacin de zonas y barreras. Vista superior.

 

 

Figura 4: Clasificacin de zonas y barreras. Vista lateral.

 

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

         Los pasos por seguir son:

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

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

         (0) = (1)

         Se calcula la funcin de transmisin de haz amplio para barrera primaria definida como la relacin entre el kerma en aire detrs de la barrera de espesor x y el kerma en aire en el mismo lugar sin barrera.

         (2)

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

 

(3)

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

El modelo de (Archer, Thornby, & Bushong, 1983) relaciona directamente la funcin de transmisin con el espesor de material de la barrera(NCRP N. C., 2004, pg. 117):

(4)

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

(5)

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

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

 

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

Ejemplo de clculo de barrera primaria y secundaria

 

Barrera primaria

 

Ejemplo de clculo (Barrera A)

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

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

Los parmetros de ajuste del modelo son:

Material

[mm-1]

[mm-1]

plomo

2.35

1.59E+01

4.98E-01

concreto

3.63E-02

1.43E-01

4.93E-01

acero

2.16E-01

3.10

5.75E-01

 

Para la determinacin del espesor de la barrera se realiza el siguiente clculo:

Barreras secundarias

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

 

Ejemplo de clculo (Barrera B)

Ms all de esta barrera se encuentra la sala que confina el equipo panormico dental (zona controlada). Para la determinacin del espesor de la barrera se realiza el siguiente clculo:

Los parmetros de ajuste para esta situacin son:

Material

[mm-1]

[mm-1]

plomo

2.30

1.74E+01

6.19E-01

concreto

3.61E-02

1.43E-01

5.60E-01

acero

2.19E-01

3.49

7.36E-01

 

 

Resultados y discusin

Se obtuvo los siguientes espesores bajo los parmetros a continuacin:

 

 

 

 

 

Figura 6: Espesores tericos

 

Conclusiones

Se realiz el clculo de los espesores del blindaje de la sala de radiologa, con lo cual se garantiza que la instalacin puede atenuar la radiacin a niveles inocuos para la salud humana segn la metodologa del reporte 147 del NCRP, por lo que se concluye que el Kerma en aire en las zonas no controladas circundantes a esa instalacin se mantendrn por debajo de los niveles recomendados en los objetivos de diseo de blindaje.

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

 


Figura 7: Comparativa entre espesores existentes y tericos.

 

 

 

 

Referencias

 

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

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

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

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

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

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

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

8.      MERNNR, M. D. (2020). ANEXO III MANUAL DE CONTROL DE CALIDAD PARA RADIODIAGNSTICO Y RADIOLOGA INTERVENCIONISTA. QUITO: SCAN.

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

10.  SEFM. (2012). Fundamentos de Fsica Mdica. Madrid: ADI.

 

 

 

 

 

2022 por los autores. Este artculo es de acceso abierto y distribuido segn los trminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribucin-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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

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