Mendoza Hospital y Clínica OCA, S. A. de C. V. Monterrey, Nuevo León.

Transcripción

1 , A. C. CURSO PRE-CONGRESO : CALCULO DE BLINDAJES TEMA: CALCULO DE BLINDAJE DE BARRERAS PARA UN ACELERADOR LINEAL DE BAJA ENERGIA Físico CésarC DíazD Mendoza Hospital y Clínica OCA, S. A. de C. V. Monterrey, Nuevo León. 1er. Congreso de la Federación n Mexicana de Organizaciones de FísicaF Médica, M Monterrey, N. L., 03 de Diciembre del 2009

2 , A. C. Antes que todo: Los aceleradores con energía a nominal = 10 MV se considerarán n como aceleradores de baja energía. Los aceleradores con energía a nominal >10 MV se considerarán n como aceleradores de alta energía.

3 Uno de los métodosm para controlar la exposición n a las radiaciones ionizantes es el empleo de blindajes o barreras, que consiste en la interposición, n, entre la fuente de radiación n y las personas, de materiales apropiados que absorban las radiaciones para reducir la intensidad de estas a valores aceptables.

4 Memoria Analítica (Para un acelerador Lineal de Baja Energía) a): Es el documento que contiene los cálculosc de blindaje, el diseño o estructural y las recomendaciones necesarias de Seguridad Radiológica para el adecuado y seguro funcionamiento de una instalación n radiactiva. Gracias al diseño o de estos blindajes es posible realizar prácticas que involucran el manejo de grandes cantidades de material radiactivo de forma segura para las personas que trabajan con ellas y para el públicop en general.

5 Para los cálculos de los blindajes se debe considerar: 1. Los límites equivalentes de dosis para público y personal ocupacionalmente expuesto. 2. Los diferentes tipos de radiación (primaria, dispersa y de fuga) 3. La clasificación de las paredes donde incidirá la radiación. 4. La densidad de los materiales que se utilizarán en la construcción de la instalación. 5. La carga de trabajo semanal. 6. Los factores de uso y de ocupancia, tomando en cuenta las áreas colindantes. 7. La colocación de los puntos de interés para los cálculos. 8. El espesor y el material de blindaje que se utilice en la puerta de la instalación (o Búnker).

6 Equivalentes de Dosis Los blindajes deben diseñarse de tal forma que las dosis calculadas en las salas adyacentes, no superen los límitesl de dosis correspondientes al tipo de personal que las ocupa (personal ocupacionalmente expuesto en la sala de control y público en los consultorios, las salas de espera, los pasillos, etc.). Las recomendaciones del Reporte 151 de la NCRP son: Para Á Áreas Controladas correspondientes al personal ocupacionalmente expuesto; (P)) (en dosis equivalente): 0.1 msv week 1 1 (5 msv y 1) y Para Á Áreas No Controladas correspondientes al publico en general; (P)) (en dosis equivalente): 0.02 msv week 1 1 (1 msv y 1) y

7 Tipos de Radiación Radiación n primaria (oo Haz útil de radiación) es la radiación emitida directamente de la fuente de la unidad de tratamiento, que emerge directamente del sistema de colimación n y es usada para propósitos Clínicos nicos. Radiación n de fuga es toda aquella radiación, excepto el haz útil, que sale del cabezal de la unidad de tratamiento. Esta radiación n sale atenuada por el blindaje del cabezal. Radiación n dispersa es la radiación n que, durante el paso sobre la materia, cambia de dirección n y ese cambio esta acompañado ado de un decremento en la energía.

8 Tipos de Radiación (Radiación n Primaria)

9 Clasificación de las Barreras de Protección Barrera Primaria: Es aquella pared o parte de ella donde SI puede llegar el haz útil de radiación. Barrera Secundaria: Es aquella pared o parte de ella donde NO puede llegar el haz útil de radiación.

10 Clasificación de las Barreras de Protección BARRERA SECUNDARIA BARRERA PRIMARIA BARRERA PRIMARIA BARRERA SECUNDARIA

11 Densidad de los materiales Los materiales usados para blindar fuentes de radiación n deben tener masa y numero atómico alto, los mas frecuentemente utilizados son: Concreto ordinario, Concreto pesado, Plomo y Acero. CONCRETO ORDINARIO CONCRETO PESADO PLOMO FIERRO Densidad (g cm - 3 ) Numero atómico efectivo

12 Condiciones de Frontera La Carga de Trabajo, W,, es el factor que toma en cuenta la fracción n de tiempo que el equipo esta en posición n de encendido. La Carga de trabajo esta establecida en términost del numero de pacientes, la dosis depositada a un metro de la fuente (el isocentro), los díasd trabajados en la semana y el total de semanas del año. W esta expresada en msv/semana a un metro.

13 Condiciones de Frontera El Factor de Uso, U,, es la fracción n tiempo en que el haz útil de radiación n se dirige a la barrera primaria en cuestión, cuantifica la fracción n de tiempo que el sistema opera en cada dirección. Suelo: U = 1 Paredes: U = ¼ para cada una de las paredes Techo: U = el requerido para barreras secundarias. El Factor de Uso para barreras secundarias es normalmente 1.

14 Condiciones de Frontera El Factor de Ocupación, T, es el factor que multiplica a la carga de trabajo, para corregir por el grado de ocupación, para cualquier persona, en el área externa a la pared que se esta considerando para el calculo mientras el equipo esta en posición de encendido y emitiendo radiación.

15 Condiciones de Frontera Los Factores de Ocupancia ( T ) sugeridos por el Reporte 151 de la NCRP son: Áreas ocupadas de tiempo completo por alguna persona como oficinas administrativas, áreas de dosimetría, área del tablero de control, estación n de enfermería, área de recepción, salas de espera, etc.. Áreas adyacentes al cuarto de tratamiento como consultorios, sala de exploración, etc. Corredores, comedores, cuartos de descanso. Puerta del cuarto de tratamiento. Baños, almacenes. Áreas externas de transito de personas o vehículos, estacionamientos, terrenos baldíos, áreas de peaje, escaleras y elevadores. T = 1 T = 1/2 T = 1/5 T = 1/8 T = 1/20 T = 1/40

16 Ecuaciones de CálculoC Se considera que la transmisión n del haz útil de radiación n para Barrera primaria es: B pri = Pd 2 pri / WUT Donde: P = Dosis máximam permisible por semana d pri = La distancia de la fuente al punto de cálculo. c W = Carga semanal de trabajo. U = Factor de Uso o la fracción n de la Carga de Trabajo en que el haz primario esta dirigido a la pared en cuestión. Continua...

17 Ecuaciones de CálculoC La transmisión n del haz útil de radiación n para Barrera primaria es: B pri = Pd 2 pri / WUT Donde: T = Factor de Ocupancia para el lugar protegido o la fracción de carga semanal que una persona esta presente atrás s de la barrera en cuestión. NOTA: El punto de cálculoc se coloca a 0.3 mts. por detrás s de la pared que se esta calculando. Continua...

18 Ecuaciones de CálculoC El espesor de la barrera puede ser calculado de dos formas: El primer métodom es utilizando la capa Deci-reductora que esta basada en la energía a del acelerador y en el tipo de material que se use como escudo, el numero (n) de TVLs requerida esta dada por: n = - log(b pri ) Y el espesor de la barrera (S( barrera ) esta dado por: S barrera = TVL 1 + (n 1) TVL e El segundo métodom es el tradicional, esto es, por medio de las graficas de transmisión n emitidas por la NCRP.

19 Ecuaciones de CálculoC

20 Ecuaciones de CálculoC Se considera que la transmisión n para la radiación n de Fuga esta dada por: B L = Pd 2 L / 10-3 WT Donde: P = Dosis máximam permisible por semana d L = La distancia de la fuente al punto de cálculo. c W = Carga semanal de trabajo. T = Factor de Ocupancia. El factor 10-3 surge del hecho de que la Radiación n de Fuga que sale del cabezal del acelerador es el 0.1% del haz útil de radiación.

21 Ecuaciones de CálculoC Se considera que la transmisión n para la radiación n Dispersa por el paciente esta dada por: B ps = Pd 2 sca d 2 sec / awt 400/F Donde: P = Dosis máximam permisible por semana d sca = La distancia de la fuente al paciente (u otro dispersor). d sec = Es la distancia desde el objeto dispersor hasta el punto de cálculoc W = Carga semanal de trabajo. a = Es el coeficiente de dispersión. Es la fracción del haz primario absorbida que se dispersa desde el paciente en algún ángulo en particular. T = Factor de Ocupancia. F = Es el área del campo de tratamiento en el paciente a un metro de distancia (esta dada en cm 2.)

22 Ecuaciones de CálculoC Nota 1: Si los espesores calculados para radiación n dispersa y de fuga tienen valores semejantes, el valor de una HVL deberá ser agregada al espesor mayor. Si los espesores calculados para radiación n dispersa y de fuga difieren por una TVL o más, m el espesor mayor deberá ser usado. Estas consideraciones, a menudo, se conocen como La regla de las dos fuentes (tambi (tambiénn como Factor Stray Radiation ) Nota 2: Como la radiación n dispersa es de poca penetración n comparada con la radiación n de fuga y el haz primario, para aceleradores que operan con 10 MV o mayores, el cálculoc de esta puede ser ignorada en el cálculo de barreras.

23 Planos para CálculoC metros Las medidas en esta figura están en el sistema ingles.

24 Ejemplo de CálculoC Algunos de los distintos datos que se requieren para realizar los cálculos de Blindajes.

25 Ejemplo de CálculoC Determinemos el espesor necesario para blindar un bunker que contiene un acelerador lineal de 6 MV, sin atenuador del haz primario y con el eje de rotación n a 100 cms. El local será construido con concreto con una densidad de 2.35 gr./cms 3. Los puntos de cálculoc se ubicarán n a 30 cms. por la parte externa de la pared en cuestión. La Carga de Trabajo se calculara bajo las siguientes consideraciones: 1.- Se tratarán n 50 pacientes por día. d 2.- Se prescribe 3 Gy por paciente por día. d 3.- Se laborara 5 díasd a la semana. 4.- Y se trabajara 52 semanas por año. a Continua...

26 Por lo tanto: PRIMER CONGRESO DE LA FEDERACION MEXICANA Ejemplo de CálculoC W = 3 Gy/pac X 50 pac./d./díaa X 5 días/ d as/semsem X 52 sem/a /año o = Gy/año El libro Radiation oncology physics: : a handbook for teachers and students / editor E. B. Podgorsak; ; by IAEA, recomienda que en función n del uso que el FísicoF le da al acelerador en su trabajo de calibrar, medir en fantomas, realizar el Control de Calidad, realizar la rutina de encendido además s de los servicios de mantenimiento preventivo y correctivo se debed considerar como parte de la carga de trabajo este uso y estima queq el valor de 7100 Gy/año debera considerarse como la carga de trabajo FísicaF ). (Capitulo 16, pagina 596) (W física De tal forma que: W total = W clínica + W física Esto es: W total = Gy/año o Gy/año o = Gy/año 900 Gy/sem

27 4.20 mts. PRIMER CONGRESO DE LA FEDERACION MEXICANA Ejemplo de CálculoC 8.60 mts mts mts mts mts mts mts. Plano de la construcción donde se muestra las dimensiones de las paredes del cuarto de tratamiento

28 Ejemplo de CálculoC Pared Num.1; Punto 1 Esta pared colinda con un jardín. Se considera como barrera primaria y zona no-controlada. Tenemos que: W = 900 Gy/sem. P = 0.02 msv/sem o 20 x 10-6 msv/sem d = 4.75 mts. T = 1/40 Sabemos que: B pri = Pd 2 pri / WUT Punto 1 Sustituyendo: B pri = (20 x 10-6 )(4.75) 2 / (900) (1/4) (1/40) = 8.02 x 10-5 De la grafica 7 del NCRP No. 49 tenemos que el espesor es de 140 cms. Considerando las TVLs tenemos que: n = log10 (1/ 8.02 x 10-5 ) = 4.09 TVLs Por lo tanto el espesor será: : S = TVL 1 + (n 1) TVL e Sustituyendo, tenemos: S = (4.09 1) 0.33 = 1.39 mts. (Datos tomados de la tabla B.2 del NCRP 151)

29 Ejemplo de CálculoC Pared Num.IV; Punto 8. Esta pared colinda con un jardín n y con la calle que da al servicio de urgencias. Se considera como barrera secundaria y zona no-controlada. Para radiación n Dispersa tenemos que: W = 900 Gy/sem. P = 0.02 msv/sem o 20 x 10-6 msv/sem d sca = 1.00mts d sec = 4.20 mts. T = 1/40 a = 4.26 x 10-4 (Tabla B.4 del NCRP 151) Sabemos que: B ps = Pd 2 sca d 2 sec / awt 400/F Punto 8 Sustituyendo: B ps B ps ps = (20 x 10-6 ) (1.00) 2 (4.20) 2 / (4.26 x 10-4) (900) (1/40) ps = 3.7 x 10-2 Continua

30 Pared Num.IV; Punto 8. Tenemos que: Ejemplo de CálculoC B ps B ps ps = (20 x 10-6 ) (1.00) 2 (4.20) 2 / (4.26 x 10-4) (900) (1/40) ps = 3.7 x 10-2 De la grafica 10 del NCRP No. 49 tenemos que el espesor es de 25 cms. Considerando las TVLs (Tabla B.5a del NCRP 151) tenemos: n = log10 (1/ 3.70 x 10-2 ) = 1.43 TVLs Por lo tanto el espesor será: : S = ntvl 1 Sustituyendo, tenemos: S = (1.43) (0.17) = 0.24 mts. = 24 cms. Punto 8

31 Pared Num.IV; Punto 8. Ejemplo de CálculoC Se considera como barrera secundaria y zona no-controlada. Para radiación n de Fuga tenemos que: W = 900 Gy/sem. P = 0.02 msv/sem o 20 x msv/sem d sca = 1.00mts d sec = 4.20 mts. T = 1/40 a = 4.26 x 10-4 (Tabla B.4 del NCRP 151) Sabemos que: B L = Pd L2 / 10-3 WT Sustituyendo: B L = (20 x 10-6 ) (4.20) 2 / 10-3 (900) (1/40) B L = x 10-3 Punto 8 Continua..

32 Continua.. PRIMER CONGRESO DE LA FEDERACION MEXICANA Ejemplo de CálculoC Pared Num.IV; Punto 8. Tenemos que : B L = x 10-3 De la grafica 7 del NCRP No. 49 tenemos que el espesor es de 100 cms. Considerando las TVLs (Tabla B.7 del NCRP 151) tenemos: n = log 10 (1/ x 10-3 ) = 2.81 TVLs Por lo tanto el espesor será: : S = ntvl 1 Sustituyendo, tenemos: S = (2.81) (0.34) = 0.96 mts. Aplicando La regla de las dos fuentes vemos como los espesores difieren en mas de una capa deci-reductora, por lo tanto, se tomará el espesor de 96 cms. como valor recomendado.

33 Ejemplo de CálculoC Puerta; Punto 10. Este punto se localiza en la entrada EE que da acceso al cuarto de tratamiento. La radiación n que puede llegar a este punto es dispersa y es la proveniente del área AB AB esto es: Punto 10 EE AB = QR*h + PR*h Donde h es la altura. Sustituyendo valores tenemos: Punto C AB = (3.00 x 3.00) x 3.00) = 12.6 mts 2 AB = 12.6 x 10 4 cms. La radiación n primaria absorbida por el paciente y dispersada por éll en un ángulo de 90º emitirá el 0.1 % del haz útil de radiación, de tal forma que: W x 0.1% = 900 Gy/sem x = 0.9 Gy/sem

34 Ejemplo de CálculoC Puerta; Punto 10. Este punto se localiza en la entrada EE que da acceso al cuarto de tratamiento. Sabemos que: W x 0.1% = 900 Gy/sem x = 0.9 Gy/sem Punto 10 EE Utilizando la Ley del Cuadrado Inverso de la Distancia tenemos que en el punto C la intensidad ( I c )de la radiación n será: Punto C I c = 0.9 x (1 / 5.80 cms.) 2 = Gy/sem = mgy/sem. Por otra parte, en este punto C el área AB dispersara (12.6 x 10 4 cms. /400 cms) = 315 veces mas que el área F (400 cms. 2 ).

35 Ejemplo de CálculoC De tal forma que la radiación n dispersada por el área AB AB será: x x 315 = mgy/sem Utilizando el cuadrado inverso tenemos que en el punto de cálculoc EE la intensidad de la radiación será: : x (1/6.80) 2 = mgy/sem La Dosis Equivalente esta definida como el producto del Factor de Calidad para determinado tipo de radiación n multiplicado por la Dosis Absorbida en Gy. Esto es: H = D X QF En el caso de Rayos X el Factor de Calidad es igual a uno, por lol o tanto H = mgy/sem x 1 = msv/sem Exposición semanal que es menor a la Dosis Máxima Permisible. Punto 10 EE

36 Bibliografía Y definitivamente el Reporte No. 49 del NCRP (1976) Structural Shielding Design and Evaluation for Medical Use of X Rays and Gamma Rays of Energies up to 10 MV Muchas Gracias por su Atención.