Aplicaciones Médicas de las Radiaciones Ionizantes

Instituto Balseiro Protección Radiológica

Aplicaciones médicas de las radiaciones ionizantes

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APLICACIONES MÉDICAS DE LAS RADIACIONES IONIZANTES EQUIPOS, INSTALACIONES Y PRÁCTICAS - ASPECTOS DE PROTECCIÓN RADIOLÓGICA RADIOTERAPIA Desde hace algunas décadas ha sido intenso el uso de las radiaciones ionizantes para el tratamiento de enfermedades neoplásicas. Tal aplicación, denominada radioterapia, se lleva a cabo a través de dos técnicas: la teleterapia y la braquiterapia. Teleterapia Se denomina así a una rama de la terapia oncológica por la que se busca eliminar las células tumorales mediante haces de radiación ionizante que se dirigen desde el exterior del cuerpo del paciente hacia el volumen de localización del tumor maligno. Es un objetivo asociado minimizar el daño al tejido sano que lo circunda. En esta técnica, en la que se interpone cierta distancia entre la fuente radiación y el tumor a irradiar (blanco), se utilizan equipos emisores de rayos X para radioterapia superficial y profunda y equipos de alta energía como los de telegammaterapia y los aceleradores lineales. Braquiterapia Se designa con este nombre al uso de fuentes radiactivas selladas con el mismo fin, ubicadas dentro de cavidades corporales o en contacto directo con el cuerpo del paciente en planos próximos a la zona tumoral. La braquiterapia puede ser manual o remota. La braquiterapia manual comprende las siguientes técnicas: • terapia intersticial: la fuente se introduce dentro de los tejidos. En implantes transitorios se

emplean fuentes de 192Ir e 125I en forma de semillas y alambres o fuentes de 137Cs en forma de agujas. En implantes permanentes se utilizan fuentes de 198Au de aproximadamente 2 GBq en forma de cilindros o agujas, o fuentes de 192Ir e 125I en forma de semillas.

• terapia intracavitaria: las fuentes se ubican en orificios o cavidades naturales del cuerpo. Se usan fuentes de 137Cs de actividades comprendidas entre 0,1 y 1,85 GBq en forma de tubos.

• terapia superficial: se lleva a cabo mediante aplicadores dérmicos u oftálmicos que utilizan fuentes de 90Sr con actividades del orden de 1,5 GBq

La braquiterapia remota se lleva a cabo mediante equipos de carga diferida para tratamientos intracavitarios o intersticiales de alta y baja tasa de dosis. Para alta tasa de dosis se emplean fuentes de 192Ir con actividades del orden de 370 GBq y para baja tasas de dosis de 137Cs con una actividad del orden de 1 GBq. TELETERAPIA EQUIPOS DE RAYOS X PARA TERAPIA



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Las características generales de los equipos emisores de rayos X utilizados en el tratamiento de enfermedades neoplásicas pueden resumirse como sigue: • ofrecen bajo rendimiento en profundidad • producen la dosis máxima en la epidermis • la localización y colimación del haz sobre el paciente se efectúa por medio de aplicadores

especiales que forman parte del equipo. Algunos equipos poseen localizadores especiales para aplicaciones intracavitarias

• la dosis en superficie se puede controlar mediante: la tensión del tubo la intensidad de corriente el filtrado del haz la distancia fuente-superficie (DFS) el tamaño de campo • El rendimiento en profundidad se puede controlar mediante: la tensión del tubo el filtrado del haz la distancia foco-superficie De lo anterior se infiere que además del tubo generador y sus elementos asociados, forman parte de un equipo de rayos X para terapia los siguientes componentes:

∗ aplicadores de distintas longitudes y distintos tamaños de campo ∗ filtros para determinar la calidad de la radiación ∗ algunos poseen cámaras monitoras para mejorar el aspecto dosimétrico

Equipos de radioterapia superficial Se usan para el tratamiento de lesiones de piel, inclusive algunas histológicamente benignas, y operan con diferencias de potencial entre 10 y 100 kV. Imparten la dosis máxima en superficie que decae rápidamente en profundidad. Ello evita que los tejidos subyacentes sean significativamente irradiados. Esa incapacidad de entregar dosis altas en profundidad guarda relación con el kilovoltaje. Los filtros de aluminio que se colocan directamente por debajo de la unidad emisora tienen como fin absorber la radiación más blanda homogeneizando el espectro de emisión. Equipos para radioterapia profunda Operan alrededor de los 250 kV con una distancia foco-piel de alrededor de 50 cm. En estos equipos también se agregan filtros, tanto de aluminio como de cobre, para reducir la radiación más blanda que afecta inútilmente la piel. EQUIPOS DE ALTA ENERGÍA Son equipos que proveen radiación ionizante de naturaleza electromagnética ya sea proveniente de una fuente radiactiva o por la aceleración y frenado de partículas. En el caso de las fuentes radioisotópicas la energía fotónica media es superior a un 1 MeV y la energía máxima del espectro de emisión de los aceleradores es por lo menos 4 MeV.



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Entre otras, los equipos de alta energía presentan las siguientes ventajas respecto de los de equipos de rayos X para terapia: • mayor profundidad de penetración • mayor versatilidad • la dosis máxima se obtiene a una cierta profundidad por debajo de la epidermis • poseen mayor estabilidad energética EQUIPOS DE COBALTOTERAPIA Los equipos de teleterapia que emplean fuentes selladas de material radiactivo se vienen utilizando desde 1952. Su diseño básico y condiciones de operación no han cambiado sustancialmente con los años. Los primeros equipos fueron fijos y en poco tiempo se introdujeron los rotatorios. Con el tiempo se desarrollaron un sinnúmero de mejoras, particularmente en los sistemas de seguridad (enclavamientos, señalización y blindaje) de control y en los accesorios (sistemas de colimación, mesa de tratamiento, etc.). Las fuentes selladas empleadas en este tipo de equipamientos son típicamente:

∗ de 60Co entre 100 y 500 TBq, y ∗ de 137Cs entre 50 y 100 TBq (hoy día en desuso)

La función primaria de una unidad de cobaltoterapia es entregar una dosis prefijada de radiación en un volumen bien definido del cuerpo. Este objetivo se cumple dirigiendo el haz a la zona elegida como blanco y controlando la dosis entregada, tanto en lo referido al direccionamiento y tamaño del haz como al control del tiempo de exposición de la fuente. Descripción general En la figura 1 se muestra un diseño esquemático de un equipo de cobaltoterapia de última generación en el que se han señalado los principales elementos componentes del mismo. Básicamente constan de: • un cabezal en el que se encuentra alojada la fuente sellada de cobalto 60Co, un dispositivo de

apertura y cierre (shutter) que permite exponer la fuente durante un tiempo predeterminado y los elementos que determinan las condiciones geométricas del tratamiento.

• una horquilla (gantry) que cumple la funciones de soporte mecánico del cabezal, transmisión de las señales de comando al cabezal y determinación de las características mecánicas del tratamiento

• un estativo que aloja dispositivos mecánicos y de control además de servir de sostén al conjunto.

• la camilla además de servir de soporte del paciente, cumple una importante función en la determinación de las condiciones geométricas del tratamiento y suele alojar distintos controles que actúan sobre el equipo.

Cabezal (alojamiento de la fuente) La fuente se encuentra almacenada en un cabezal que reduce la tasa de exposición a un nivel aceptable en cualquier punto situado fuera del haz útil. Se emplean para su construcción materiales de alto número atómico y densidad elevada, tales como el plomo, tungsteno o uranio



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empobrecido. La elección de un material u otro depende fundamentalmente de la densidad del mismo. Por ejemplo un cabezal de plomo tiene aproximadamente un peso 2,5 veces mayor que uno de tungsteno que provea la misma atenuación. Por este motivo el material del cabezal es, al menos en parte, tungsteno y/o uranio, principalmente en la zona de “guarda” de la fuente y en las partes móviles que definen el tamaño de campo (colimadores y trimmers).

INTERRUPTOR PARARESTABLECIMIENTO

DE POTENCIA INTERRUPTOR PARAPARADA DE

EMERGENCIA

EJE DEL COLIMADORY LA MESA QUE PASAPOR EL ISOCENTRO

BARRA INDICADORADE LA POSICION DE

LA FUENTE

CONTROL MANUAL

MOVIMIENTOVERTICAL

MOVIMIENTOLONGITUDINAL

EJE DE ROTACION DE LA HORQUILLA

ISOCENTRO

CONTRAPESO BARRA DE HAZ

Figura 1

Dispositivos de apertura y cierre Puesto que no se puede detener la emisión de la fuente radiactiva a voluntad como en el caso de los tubos de rayos X, se debe interponer suficiente blindaje entre la fuente y el paciente en condiciones de “no irradiación”. A tal fin se emplean distintos dispositivos de apertura-cierre, en la mayoría de los casos en alguna de las formas indicadas en la figura 2. El caso (a) muestra la fuente ubicada dentro de un drawer que se desliza por acción neumática llevando a la fuente fuera del blindaje en condición de irradiación y retornándola a la posición de no irradiación por acción mecánica al final del tiempo de tratamiento, o cuando por cualquier motivo se interrumpe la presión de aire. En el caso (b) la fuente se aloja en un cilindro rotatorio que posiciona a la misma en condición de irradiación (hacia abajo). En el caso (c) la fuente se encuentra fija mientras que lo que se desplaza automáticamente es el shutter, existiendo un segundo shutter de seguridad que se desplaza manualmente en caso que falle el principal. En el caso (a) el cierre manual se realiza mediante una barra que empuja el drawer a posición segura mientras que en el caso (b) tal acción se efectúa girando el cilindro portafuente mediante un control ubicado en el frente del cabezal. La apertura y cierre del shutter no es instantánea, lo



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que produce un error dosimétrico, fundamentalmente en los casos de fuentes de alta actividad en los que los tiempos de tratamiento son cortos.

(a)

(b)

(c)

Figura 2

Colimador El colimador delimita, conforma y dirige el haz útil. Está formado por una serie de bloques de uranio o tungsteno que se deslizan de manera combinada, hacia o desde el centro del haz, permitiendo seleccionar cualquier campo de irradiación cuadrado o rectangular, normalmente dentro de los límites de 2 x 2 a 35 x 35 cm, a una determinada distancia fuente-superficie (DFS). Normalmente, las hojas se deslizan de a pares opuestos de modo de modificar cada vez una de las dimensiones del campo. Los colimadores de hojas múltiples tienen la ventaja de reducir el tamaño de la penumbra, pero ésta puede reducirse aún mas con el aditamento de barras de definición externas (trimmers) que se colocan a continuación de las principales. Al colimador se incorporan dos dispositivos ópticos que ayudan a la correcta ubicación del paciente: • un localizador visual del campo de irradiación que indica el tamaño y posición del mismo

sobre la superficie del paciente así como su eje central. El localizador de campo consta de una lámpara con un filamento muy pequeño colocada en una posición que reproduce la de la fuente en condiciones de irradiación. Esto se logra ubicando la lámpara en el drawer de manera que ocupe la misma posición que ocupará la fuente en condición de irradiación o bien colocándola en una posición fija y utilizando un espejo para que aparezca en una posición virtual igual a la de la fuente.



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• un indicador óptico de distancia fuente superficie. Una de la pruebas más importantes a realizar en un equipo de telecobaltoterapia es la verificación de que el tamaño de campo a la DFS indicada por la luz, coincida con: ∗ la indicación del tamaño de campo en el cabezal ∗ el tamaño de campo realmente irradiado sobre la superficie ∗ el tamaño de campo físico o dosimétrico, que depende del ancho de una determinada

curva de isodosis a una determinada profundidad. Indicadores de posición de la fuente Para prevenir exposiciones no deseadas es sumamente importante conocer la posición de la fuente en todo momento. La fuente posee un indicador mecánico de posición (constituido por un vástago metálico generalmente pintado de rojo) solidario con el drawer, que asoma por la parte frontal del cabezal cuando la fuente se encuentra expuesta y se desliza hacia el interior cuando la fuente se halla en posición de guarda. Además de esta indicación visual del estado de la fuente, existen sensores adicionales en el trayecto del drawer que detectan la localización del mismo (y por lo tanto de la fuente) y producen la actuación de señales luminosas y mecanismos que mantienen la fuente en posición segura (interlocks). Consola de control La consola de control muestra, como mínimo, información de la posición de la fuente, el estado de los interlocks y el sistema de control del tiempo de exposición de la fuente. Sus elementos principales son:

∗ el panel de control de alimentación desde el que se enciende el equipo mediante una llave y un interruptor (switch), y

∗ el panel de control para el tratamiento del paciente cuyo componente esencial es el timer con el que se controla el tiempo de exposición. Provee señales luminosas para indicar la posición de la fuente y contiene un botón de parada de emergencia.

Dado que a cada campo de irradiación asociado al tratamiento de un paciente le corresponde una posición fija de la fuente, el tiempo de exposición es la única variable para controlar la magnitud de la dosis de radiación a impartir. Diseño mecánico de las unidades de cobaltoterapia En principio, una bomba de cobalto es simplemente una fuente radiactiva ubicada en un gran contenedor que actúa de blindaje, con un dispositivo de apertura y cierre que permite controlar la salida del haz útil. En la práctica es una máquina mucho más compleja con unos diez movimientos distintos de rotación o traslación independientes, además del de apertura y cierre del shutter y las mordazas del colimador. Cada uno de ellos con su correspondiente escala indicadora. Básicamente existen dos tipos de unidades: las estacionarias y las isocéntricas. En el primer caso, prácticamente en desuso, el cabezal está ensamblado directamente al estativo con tres movimientos posibles: ascendente-descendente (número 4 en la figura 3), giratorio



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hacia los laterales (número 2) y giratorio hacia adelante (número 3). En este tipo de máquinas no hay una relación predeterminada entre el cabezal y la camilla por lo que ésta no se considera parte integrante del equipo. La técnica de tratamiento necesariamente usa haces estacionarios a una determinada DFS. Los equipos isocéntricos incorporan una “horquilla” o “puente” entre el estativo y el cabezal, de modo que la fuente puede rotar alrededor de un eje horizontal (número 1). Cuando la posiciones determinadas por los movimientos 2 y 3 del cabezal están en “cero”, es decir, con el eje del haz en posición vertical, éste último es un radio del círculo descripto por la rotación del cabezal. El plano de éste círculo es perpendicular al eje de rotación del puente. Ambos ejes (el de rotación del colimador o eje del haz y el de rotación del puente) definen en su interacción un punto único del espacio que se denomina “isocentro”. En los tratamientos isocéntricos, el paciente se ubica de tal modo que un punto anatómico determinado, usualmente el centro del volumen blanco, esté ubicado en el isocentro. Cabe señalar que los aceleradores no disponen de los movimientos 2 y 3 ya que en el tubo acelerador no pueden incorporarse piezas para producir un giro mecánico.

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1

4

ISOCENTRO

HORQUILLA

Fig. 3

Las máquinas estacionarias son más simples y baratas que las isocéntricas pero éstas presentan mayor exactitud y rapidez en la colocación del paciente así como la posibilidad de efectuar terapia cinética. Además, el eje de rotación de la camilla coincide con el eje del haz lo que hace aún mas versátil la operación. Para contrarrestar el peso del cabezal, es decir para igualar los momentos respecto del eje de rotación del puente, se coloca un contrapeso que en la mayoría de los casos está formado por una contrapantalla o “barrera de haz”. Intercepta el haz útil con lo que se minimiza el blindaje del recinto de irradiación, el que debe calcularse en este caso para radiación dispersa. Aspectos de seguridad radiológica en el diseño de equipos de telecobaltoterapia Radiación de fuga



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Los niveles de radiación de fuga en torno al cabezal de un equipo de cobaltoterapia han sido tema de numerosos estudios y se ha llegado a conclusiones más o menos comunes para las dos condiciones básicas de interés: Condición de fuente expuesta (“on”) El propósito de limitar la radiación de fuga en situación de fuente expuesta, es proteger al paciente de una irradiación no deseada fuera del volumen del tumor. Las fugas a través de los dispositivos de colimación se limitan habitualmente a no más del 2% del haz útil para un campo de 10 x 10 cm. Los niveles recomendados indican que las fugas no deben exceder en promedio el 1% del haz útil y no superar el 2% en ningún caso, para un círculo de 2 m de radio sobre el plano del paciente y para un campo de 10 x 10 cm. En áreas ubicadas aproximadamente a 1m de la fuente la radiación de fuga no debería exceder el 0,1% del haz útil. Condición de fuente en guarda (“off”) La restricción de los niveles de radiación de fuga en la condición de fuente en guarda, determinan lo que se conoce como “capacidad de carga del cabezal”, es decir, la actividad de la fuente que da lugar a la máxima radiación de fuga permisible. Los siguientes son valores normalmente aceptados para la radiación de fuga en la condición “off”: 0,01 mGy/h a 1m de la fuente, promediado sobre 100 cm2 0,2 mGy/h a 5cm de la superficie del blindaje, promediado sobre 10 cm2 Ajuste del drawer El ajuste del drawer dentro del cabezal, es una maniobra crítica durante el armado de los equipos de cobaltoterapia, porque un error en el montaje puede resultar en la aparición de “puntos calientes” (“hot spots”). Por ello, en la etapa de fabricación las tolerancias en el ajuste del drawer deben estar sujetas a un exhaustivo control de calidad. Alarmas, indicadores e interlocks El uso de interlocks, alarmas e indicadores contribuyen a la detección de exposiciones no deseadas. Evitan que la fuente sea expuesta en situación no prevista y cuando debe ser expuesta previenen sobre la presencia de campos de radiación. Los interlocks pueden clasificarse en cuatro categorías principales:

a) actuantes sobre el drawer de la fuente b) actuantes sobre los parámetros de tratamiento c) de parada de emergencia d) vinculados a movimientos mecánicos (no tratados en este texto)

a) Los interlocks asociados con el movimiento y localización del drawer son los más

importantes si se considera la protección radiológica de aquellos que puedan encontrarse en las proximidades del equipo.

b) Hay no menos de nueve interlocks vinculados a los parámetros del tratamiento de los cuales cuatro son críticos en lo que a seguridad radiológica se refiere. Ellos son: ∗ Interlock de puerta de bunker: asegura que la puerta del recinto blindado que alberga al

equipo de cobaltoterapia esté cerrada y enclavada cuando la fuente se encuentra expuesta. Si por cualquier causa la puerta se abriera se produce el regreso de la fuente a su posición de guarda.



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∗ Interlock de limitación de la posición de irradiación: se trata de un interruptor de mercurio ubicado en el cabezal para asegurar que el haz no se dirigirá a un sector de un muro con blindaje insuficiente.

∗ Interlock de presión de aire: mantiene la presión de aire comprimido en el tanque de reserva

∗ Interlock del drawer: impide la exposición de la fuente a menos que el drawer se encuentre inicialmente en la posición “off”.

c) Sistemas de parada de emergencia: Se trata de un interruptor de emergencia del tipo “golpe de puño”, que permite detener la operación y colocar la fuente en posición de guarda en el caso de un evento no deseado que involucre a la fuente.

Una vez activados estos interlocks, se requiere una acción deliberada para reiniciar el sistema. ACELERADORES LINEALES La emisión de fotones por un acelerador lineal (“linac”) responde al mismo principio que los equipos generadores de rayos X pero en este caso los electrones poseen una energía de varios MeV al impactar en el blanco. Originalmente esto se lograba con la aplicación de campos eléctricos estáticos, para lo que eran necesarias tensiones de operación de varios megavolts y estructuras aceleradoras de varios metros con las consiguientes dificultades tecnológicas de operación y seguridad. Estos problemas se solucionaron acelerando los electrones con el campo eléctrico asociado a una onda electromagnética de alta frecuencia (aproximadamente 3000 MHz) con la consecuente reducción de la tensión de operación (a unos 30 kV) y la longitud de la estructura aceleradora (aproximadamente 1 metro). El aspecto de un acelerador (figura 4) es similar al de una bomba de cobalto y posee prácticamente los mismos controles. Presenta algunas ventajas comparativas, entre las que se pueden mencionar:

• mayor profundidad de penetración • mayor precisión mecánica • menor dosis a la entrada del campo • mayor rendimiento (dosis por unidad de tiempo) • posibilita la terapia superficial con electrones

También presenta algunas desventajas tales como:

• mayor costo inicial • mayor tasa de fallas • mayor costo de mantenimiento • mayor dosis de salida

Las partes básicas que constituyen un acelerador lineal son: ∗ generación de radiofrecuencia (RF) ∗ cañón electrónico ∗ acelerador (guía de ondas) ∗ deflector magnético



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∗ blanco (para emisión de fotones) o folias dispersoras (para tratamientos con electrones) ∗ sistemas de alineación del haz de electrones ∗ filtro aplanador del haz ∗ sistema de cámaras monitoras ∗ sistema de conformación del haz (colimadores y conos) ∗ componentes para los movimientos mecánicos

FUENTE DEPOTENCIA DE RF

DISPARADOR DEELECTRONES

INTERRUPTORDE ENERGIA

GUIA DELACELERADOR

DE NONDATAMAÑO DELAREA FOCAL

SISTEMA DEDIRECCIONAMIENTO

MAGNETO

APLANADORDE HAZ

CAMARA DEIONIZACION

COLIMADOR

Figura 4

El cabezal contiene, además una fuente de luz para iluminar el campo a través de un espejo, y un puntero óptico para indicación de distancia, así como las cámaras de ionización ya mencionadas. La indicación del isocentro se suele complementar con sistemas ópticos o lasers, ubicados en las paredes del recinto y en el equipo (cabezal y/o contrapantalla), que se cruzan en el isocentro. La figura 5 muestra un esquema que ilustra los dispositivos para limitar el haz, ya sea de electrones y rayos X.



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HAZ DEELECTRONES

BLANCO

COLIMADORPRINCIPAL

APLANADOR

MONITORES

COLIMADORDE RAYOS X

COMPENSADORES

CONFORMADORES

PACIENTE

TERAPIA CON RAYOS X

COLIMADOR DEELECTRONES

PACIENTE

HAZ DEELECTRONESHOJA DISPERSA

TERAPIA CON ELECTRONES

COLIMADORPRINCIPAL

Figura 5

Aspectos de seguridad radiológica de los aceleradores lineales Los equipos aceleradores lineales poseen una serie de enclavamientos por diseño, que cumplen las siguientes funciones: 1) Interrumpir automáticamente la irradiación en las siguientes situaciones:

• Cuando una de las cámaras de ionización del sistema monitor de dosis integre el valor preseleccionado.

• Cuando la segunda cámara de ionización del sistema monitor integre un valor igual al preseleccionado más un adicional.

• Cuando haya transcurrido el tiempo de tratamiento preseleccionado. • Cuando la energía de los electrones que chocan con el blanco o que pasan por la ventana

de electrones se desvía más de un valor determinado. • Cuando se produzcan movimientos del puente del equipo durante la terapia de haz

estacionario. • Cuando se produzca el inicio o finalización no intencional del movimiento del puente

durante la terapia de haz móvil. • Si se produce la apertura de la puerta de acceso al recinto de irradiación.

2) Impedir la iniciación de la irradiación en las siguientes situaciones:

• Para equipos con posibilidad de operar con fotones y electrones, hasta que no se haya realizado desde la consola la selección del tipo de radiación a emitir.

• Para equipos con posibilidad de realizar terapia de haz móvil o estacionario, hasta que no se haya realizado la selección correspondiente en la consola.

• Cuando no coincida el sistema de filtros (cuñas) colocados en el cabezal con el seleccionado desde la consola.



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• Si cualquier tipo de selección (tipo de radiación a emitir, energía nominal, filtros cuña, terapia de haz estacionario o móvil) realizada en el recinto de irradiación, no coincide con la llevada a cabo en la consola.

• Si la puerta del recinto de irradiación está abierta. • En equipos que emplean fotones y electrones, cuando se pretende irradiar con electrones y

no se encuentra ubicado el cono correspondiente, o cuando se pretende irradiar con fotones y se encuentra colocado un cono para electrones.

SEGURIDAD RADIOLÓGICA EN EL DISEÑO DE INSTALACIONES PARA TELETERAPIA Los equipos de teleterapia deben instalarse en recintos apropiadamente equipados y blindados. Los diseñadores y constructores proveen los equipos de teleterapia pero es responsabilidad del usuario proveer la instalación para el tratamiento. Los fabricantes sólo especifican los servicios eléctricos y auxiliares requeridos, algunas características del recinto y sugieren los dispositivos de seguridad e interlocks compatibles con el equipamiento. La autoridad regulatoria nacional otorga autorizaciones de operación donde se especifican aspectos tales como el rendimiento máximo (expresado en Gy m2/h) del equipo para operar en una dada facilidad según sus parámetros de diseño, las restricciones a los modos de operación (por ejemplo: direcciones de haz, factores de uso y controles de acceso) y toda otra condición especial. Los aspectos más importantes desde el punto de vista del diseño seguro de instalaciones para teleterapia, son:

• las dimensiones del recinto blindado para que permitan el alojamiento cómodo del equipo, el paso de camillas y la entrada y salida del equipamiento utilizado en tareas de mantenimiento y operaciones de recambio de fuentes (en el caso de los equipos de cobalto).

• los espesores de blindaje biológico en las paredes, piso y techo del recinto compatibles con los límites de dosis vigentes y los factores de ocupación de los locales vecinos.

• los sistemas de visualización del interior del recinto. • los monitores de radiación, interlocks, señalización y alarmas.

La figura 6 muestra un esquema clásico de un recinto de teleterapia. ANÁLISIS DE RIESGO RADIOLÓGICO VINCULADO A LA TELETERAPIA Desde un punto de vista genérico, el principal riesgo radiológico asociado con la teleterapia es la irradiación externa. Si bien se trata de instalaciones y equipos con un alto grado de seguridad por diseño (intrínseca), la falla ocasional de sistemas de seguridad y los errores humanos, pueden conducir a exposiciones no deseadas. En cuanto a las personas involucradas en posibles situaciones incidentales o accidentales, deben distinguirse tres grupos claramente diferenciados:



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• personal ocupacionalmente expuesto: Operadores, personal médico y técnico, personal de mantenimiento.

• pacientes • público

Figura 6

En un plano más específico, los equipos de cobaltoterapia y los aceleradores lineales tienen características y principios de funcionamiento distintivos y tienen, por lo tanto, asociados riesgos diferentes. Un equipo de telecobaltoterapia puede ser analizado, en forma simplificada, como una fuente sellada de cobalto de alta actividad alojada en un contenedor blindado con un mecanismo que permite la exposición ocasional de la fuente. Por lo tanto, el riesgo en operación está asociado a la pérdida de control sobre el sistema de exposición de la fuente. Por otra parte, tratándose de una fuente radiactiva, la misma tendrá una determinada vida útil al cabo de la cual debe desecharse y ser eventualmente reemplazada por otra. La operación del recambio de fuentes (denominada en la jerga “trasvase”), es una tarea de cierto riesgo que debe llevarse a cabo de acuerdo a procedimientos preestablecidos, aprobados por la autoridad regulatoria. En un “trasvase” hay también involucradas operaciones de transporte de material radiactivo que deben llevarse a cabo cumpliendo con la normativa de protección radiológica vigente en la materia.



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Por último, para evitar situaciones de extravío y de consecuentes accidentes, debe ejercerse en todo momento el control de las fuentes de estos equipos hasta su gestión final como residuos radiactivos. En los aceleradores la situación es muy diferente ya que se trata de equipos generadores de electrones y fotones que sólo producen radiación si reciben la correspondiente alimentación electromagnética. En estos equipos, el riesgo de situaciones incidentales o accidentales se vincula con errores en la calibración y/o en la selección del tipo de radiación a emplear en un dado tratamiento, producto de la propia complejidad de los sistemas actuantes y de errores humanos. Un acelerador lineal, una vez desmantelado, se convierte en un equipamiento convencional, sin riesgo radiológico asociado. BRAQUITERAPIA La tolerancia a la radiación está en relación inversa al volumen irradiado. Este es el principio básico de la radiación endocavitaria o intersticial con la que se pretende dar, en pequeños volúmenes, dosis elevadas a las que no se podría llegar con radioterapia externa. De esto surge que la indicación del método se limita a la irradiación de pequeños tumores residuales o crecimientos incipientes. La secuencia tele-braquiterapia capitaliza los beneficios de lisis del tumor y reoxigenación de la parte central, superándose el problema de saturación de las puertas de entrada. Los materiales mas comunes con que se construyen las fuentes son:

• el 137Cs, que se manufactura en forma de agujas y tubos • el 192Ir, en forma de semillas y alambres • el 125I y el 198 Au, como semillas para implantes definitivos

Las semillas de oro están bañadas en platino para filtrar la radiación beta. El iridio es un emisor de radiación gamma mucho mas blanda que la del 226Ra y el 60Co. Esta cualidad se traduce en menor absorción de dosis en los tejidos adyacentes al volumen implantado y simplifica la radioprotección del personal. El 226Ra fue durante mucho tiempo el material radiactivo por excelencia para braquiterapia, pero el hecho de decaer, entre otros, en 222Rn obligaba a sellarlas con un doble encapsulado de platino, debiendo verificarse periódicamente la integridad del mismo. Por este motivo se es recomendable que, tan pronto como sea posible, se abandone la práctica de terapia con fuentes de 226Ra y se la reemplace por métodos alternativos mas seguros como el uso de fuentes de 60Co, 137Cs ó 192Ir. Como ya se mencionó, existen dos tipos de braquiterapia:

• intracavitaria (las fuentes se introducen en cavidades naturales del organismo), e • intersticial, en la que las fuentes se introducen directamente en el tumor

Los tratamientos por terapia intracavitaria mas generalizados son los del aparato genital femenino (vagina, cuello y cuerpo de útero). Existen dos tipos de técnicas de tratamiento: las



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aplicaciones directas de las fuentes en una sonda portadora y los de retrocarga, en los que primero se coloca un aplicador rígido y fuentes falsas (no activas) de modo que, con técnicas radiográficas se verifique la posición de las mismas antes de proceder a la introducción de la fuentes activas. Los tratamientos duran unos dos o tres días, dependiendo de la dosis a entregar y la actividad de las fuentes, y las tasas de dosis son bajas. Los implantes de fuentes en forma intersticial se dividen en transitorios y permanentes. En los primeros, las fuentes (alambres, semillas, agujas) se introducen, ya sea en forma directa o a través de guías en la zona a tratar y se retiran luego del tiempo establecido para dar la dosis indicada en la superficie de referencia. En los implantes permanentes se emplean nucleidos de vida media corta que quedan permanentemente en el organismo (son fuentes estables física y químicamente) Lo que se fija en este caso es la distribución de fuentes y la actividad inicial de cada una para dar la dosis prescrita en la superficie de referencia. La superficie de referencia es el lugar geométrico de los puntos que reciben un valor de dosis determinado, elegido de tal modo que envuelva el volumen a tratar (volumen blanco). Esto es así pues en los puntos adyacentes a las fuentes la dosis es muy grande, difícil de definir y de poca significación clínica. Existen además equipos para aplicaciones intracavitarias de retrocarga de alta tasa de dosis en los que los tratamientos duran algunas horas; estos se realizan en salas especiales blindadas, en las que las fuentes regresan al blindaje en forma automática (por ejemplo, neumática) al abrirse la puerta del recinto, lo que disminuye notablemente la dosis que recibe el personal. Además, se dispone de fuentes falsas que al intercalarse de determinada forma con las fuentes activas genera la distribución de dosis mas adecuada para un tratamiento particular. Seguridad radiológica de instalaciones para tratamientos de braquiterapia Braquiterapia manual Local de Tratamiento La sala de internación o recinto de tratamiento destinada debe adecuarse a fin de reducir las dosis por irradiación externa mediante, por ejemplo, el uso de blindajes móviles (pantallas plomadas). Mientras se encuentra internado un paciente con implante radiactivo la señalización de dichas salas tiene las siguientes características: En la parte exterior de la puerta de acceso:

• señalización principal mediante el símbolo de material radiactivo (trébol negro sobre fondo amarilo)

• información sobre el régimen de visitas • instrucciones sobre las condiciones de uso autorizado del local

Dentro de la habitación debe contarse con las siguientes instrucciones básicas para el personal dedicado a la atención del paciente:

• tamaño y apariencia de las fuentes • manipulación, almacenamiento seguro y comunicación inmediata en caso de situaciones

anormales o de emergencia



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• atención del paciente • control de visitas • notificación al responsable en caso de emergencia médica o muerte del paciente

Al pie de la cama debe haber un informe con la enumeración de las fuentes colocadas y un esquema demostrativo. Las salas deben contar con instalaciones sanitarias para uso exclusivo del paciente y de diseño adecuado para impedir el extravío de material radiactivo. Local de Almacenamiento El local de almacenamiento debe destinarse en forma exclusiva al alojamiento, preparación, control y/o esterilización de fuentes radiactivas y al mismo sólo podrán ingresar personas autorizadas. En el mismo debe haber un depósito blindado (bunker) donde se guardan las fuentes radiactivas. La mesa de preparados tiene un blindaje que permite la visión y manipulación de las fuentes sin alterar la capacidad blindante del mismo. La manipulación de fuentes se realiza utilizando pinzas u otros elementos adecuados para ese propósito. En los contenedores donde se alojan las fuentes debe indicarse la cantidad de ellas así como el nombre y actividad del radionucleido que las constituye. Braquiterapia remota Como se menciono, este tipo de tratamientos se realiza con equipos de carga diferida de fuentes que esencialmente consisten en: un contenedor blindado para el almacenamiento de las fuentes, un mecanismo de transporte de las fuentes, una guía flexible y un aplicador, mediante los cuales se transfieren las fuentes selladas desde su contenedor blindado a aplicadores previamente posicionados en el paciente. Además poseen una unidad de control separada de la unidad de tratamiento y un switch de emergencia con configuración “master-slave”. La utilización de estos equipos eliminan virtualmente las dosis que reciben el personal de enfermería y el radioterapeuta ya que cuando las fuentes se hallan expuestas sólo se encuentra el paciente dentro de la habitación. La consola de control del equipo está ubicada fuera del recinto blindado. Estos equipos se ubican en habitaciones con blindajes estructurales y deberán tener dispositivos de seguridad independientes de los propios del equipo, por ejemplo: • señal lumínica en el exterior del local para indicar que las fuentes están fuera del blindaje • señal de alarma cuando las fuentes no retornen al blindaje • interruptor de irradiación por apertura de puerta Todos los sistemas de seguridad tanto del equipo como de la instalación deberán verificarse periódicamente. Carga o recambio de las fuentes Esta operación debe realizarse bajo estrictos procedimientos escritos y el personal debe estar debidamente entrenado y poseer dosímetros de lectura directa con señal acústica. La operación



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debe ser monitoreada en todo momento y una vez terminado el trasvase de las fuentes debe comprobarse el correcto funcionamiento del equipo y de todos los sistemas de seguridad. ANÁLISIS DEL RIESGO RADIOLÓGICO VINCULADO A LA BRAQUITERAPIA Los riesgos asociados a esta práctica son:

∗ Irradiación externa: para reducir la dosis por radiación externa deben optimizarse los recursos básicos de protección contra esa forma de irradiación (distancia, tiempo y blindaje).

∗ Contaminación: debe exigirse el certificado de ensayo de pérdidas al fabricante y además realizarse periódicamente ensayos similares. Debe monitorearse rutinariamente la contaminación del local de tratamiento, de la ropa de cama y de todo otro elemento que pudiera contener material radiactivo desprendido del implante.

∗ Extravío de fuentes: a modo de prevención debe realizarse un inventario físico periódico y contarse con un registro del movimientos de las fuentes. Además debe ser chequeado regularmente el número y la posición de las fuentes en el paciente y al finalizar cada tratamiento deberá verificarse que el número de fuentes extraídas sea el mismo que el de fuentes colocadas.

Para evitar exposiciones accidentales deben observarse estrictamente los procedimientos de operación. Para ello, el personal afectado a las actividades debe conocerlos acabadamente y ejercer sus responsabilidades. Además, ese personal debe estar suficientemente capacitado con respecto a las medidas de protección radiológica que debe atender en su trabajo, tanto en situaciones normales como accidentales. Es indicado el monitoraje de áreas y el personal que manipula las fuentes tiene que someterse a un control dosimétrico mensual. En caso de ser necesario trasladar las fuentes, esa operación debe ser realizada por personal idóneo y en contenedores destinados a tal fin. Deben existir procedimientos para actuación en situaciones de emergencia tales como pérdida, robo y rotura de fuentes o fallecimiento del paciente. Son necesarios registros donde se asienten el inventario radiactivo y el movimiento de las fuentes, las novedades y toda otra información referente a o modificaciones del inventario. Previo al inicio de cada práctica de braquiterapia remota deben realizarse simulacros con fuentes falsas para: comprobar el recorrido automático a través del aplicador, revisar las conexiones y determinar la existencia de obstrucciones. USO MÉDICO DE FUENTES ABIERTAS MEDICINA NUCLEAR El uso médico de fuentes abiertas de material radiactivo, generalmente conocido como medicina nuclear, consiste en la administración de radiofármacos al paciente para: realizar mediciones



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fisiológicas, obtener imágenes de órganos, glándulas o sistemas y llevar a cabo ciertos tratamientos. Las drogas y compuestos marcados con radionucleidos específicos se depositan en el organismo en forma predecible, tanto en su localización como en la cantidad. Las ventajas de emplear esta técnica consisten en que se puede estudiar el comportamiento fisiológico en forma simple, no invasiva, a bajo costo y con bajo riesgo para el paciente. Por ejemplo los estudios funcionales de corazón proveen información que de otro modo deberían obtenerse con caterización cardíaca. Este último es un procedimiento invasivo que requiere hospitalización e implica mayor dosis de radiación, mortalidad, morbilidad y costo. El tratamiento con radiofármacos es una pequeña parte de la práctica de medicina nuclear, si bien es muy efectiva para ciertas enfermedades. El tratamiento del hipertiroidismo (mayor actividad funcional de la glándula tiroides) es una práctica rutinaria en la medicina nuclear, que presenta ventajas frente al tratamiento quirúrgico tales como menor morbilidad, mortalidad y costo. Otro aspecto de la medicina nuclear es el empleo de técnicas de radioinmunoensayo. Estos procedimientos no requieren la administración de material radiactivo al paciente, sino que se utiliza una muestra biológica, usualmente sangre, que se analiza en tubos de prueba (ensayos “in vitro”) para la determinación del contenido de hormonas, vitaminas, drogas, enzimas, partículas o productos virales, antígenos de cáncer, etc. La actividad del material radiactivo empleado varia con el radionucleido seleccionado y con el propósito del estudio. En general las actividades mas grandes corresponden a los radionucleidos de vida media más corta. Las actividades varían de algunos kBq para estudios de absorción de vitamina B-12 con 57Co hasta los GBq para estudios con tomógrafos por emisión de positrones (PET). Radiofármacos en medicina Para practicar un examen diagnóstico con radioisótopos que se administrarán al paciente hace falta disponer de moléculas marcadas que tengan una afinidad específica con el órgano que se debe estudiar. Estas moléculas deben responder al doble criterio de seguridad para el paciente y eficacia para el diagnóstico. De hecho la única nocividad de estas moléculas es su radiactividad. Las radiaciones α y β presentan cierto riesgo biológico, por lo que por lo común sólo se utilizan los isótopos emisores de radiación γ. Además el riesgo biológico será tanto más pequeño cuanto más rápido se eliminen del organismo. Debido a que los procesos de eliminación son relativamente lentos, se deben emplear isótopos en los que la actividad decaiga rápidamente, es decir de corto período de semidesintegración. Los radiosótopos deben ser producidos artificialmente y después conducidos hacia los puntos de empleo, distantes muchas veces varios centenares de kilómetros. Por lo tanto, es difícil que en los servicios de medicina nuclear se pueda disponer de cantidades suficientes de radioisótopos que tengan períodos de sólo unas horas. Para resolver este problema se recurre a los generadores isotópicos. Así, el molibdeno 99 tiene un período de 2,8 días y se desintegra dando tecnecio 99 metaestable, cuyo período es de 6 horas. Este último puede ser separado rápidamente del



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elemento progenitor por elución, para ser empleado en el servicio de medicina nuclear.El 99mTc emite una radiación γ con una energía de 140 keV que puede ser detectada desde el exterior del paciente. Sin embargo, ninguna molécula biológica contiene tecnecio y ha sido necesario desarrollar toda una química de este elemento para poder marcar moléculas biológicamente interesantes con un átomo extraño. Por otra parte, antes de su empleo ha sido necesario asegurarse de que su presencia no modifique en forma fundamental el comportamiento biológico de la molécula. El marcado de una molécula por un radioisótopo de período medio corto, como el 123I o el 99mTc, precisa la puesta a punto de métodos rápidos y de alto rendimiento para evitar una purificación antes de su empleo y que sean perfectamente reproducibles. Los reactivos necesarios para la preparación del producto marcado son comercializados en forma de fármacos listos para su empleo y que se deben usar siguiendo un método generalmente simple, pero riguroso, para obtener un radiofármaco conforme con los criterios de calidad garantizados. Las moléculas biológicas están constituidas principalmente por hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno. Estos elementos tienen isótopos emisores de positrones. Los positrones son electrones que tienen una carga eléctrica positiva, al contrario de los electrones negativos que forman la materia. Cuando un positrón interacciona con un electrón ambos desaparecen para dar radiaciones γ que parten en direcciones opuestas. Por lo tanto, los radioisótopos emisores de positrones pueden ser detectados desde el exterior del cuerpo, éste es el caso del 11C, 13N y 15O que tienen períodos cortos: 20,10 y 2 minutos respectivamente. Desde el punto de vista biológico es una ventaja, pero deben ser fabricados en el mismo punto de empleo. Esta producción es posible mediante un acelerador de partículas llamado ciclotrón que representa una considerable inversión. Por esta razón muy pocos servicios de medicina nuclear en el país cuentan con él. En la tabla 1 se resume la información en cuanto a isótopos y actividades empleadas en diagnóstico. Uso terapeútico de radiofármacos en medicina nuclear Las fuentes radiactivas abiertas utilizadas en terapia comprenden radiofármacos metabolizables y dispersiones. Los radionucleidos terapéuticos pueden ser emisores α, β o emisores de electrones Auger. Debido a la diferente penetración tisular de este tipo de partículas, la mayoría de los compuestos utilizados son emisores β por lo que comúnmente este tipo de tratamientos reciben el nombre de betaterapia. La ventaja que ofrece la terapia con radiofármacos de partículas directamente ionizantes (α, β, electrones Auger) sobre la terapia externa o con radiofármacos emisores de fotones X y/o γ, es que la primera ofrece un tratamiento específico con escasa o nula irradiación de los tejidos sanos circundantes. Radiofármacos metabolizables Iodo 131 (yoduro):



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Su uso se basa en el papel prevalente de la tiroides en el metabolismo del halógeno, empleándose las emisiones beta del 131I sobre las células tiroideas. Se utiliza para el tratamiento de neoplasias derivadas de la cresta neural que revelen una elevada captación en un estudio previo. Es particularmente utilizado en el tratamiento de feocromocitoma maligno, paraganglioma maligno, neuroblastomas estadíos III y IV, carcinoma tiroideo medular y tumores malignos metastásicos y sintomáticos. Se citan a continuación el tratamiento de hipertiroidismo y del carcinoma de tiroides. Se han propuesto distintas formas de tratamiento de hipertiroidismo administrando el 131I ya sea en forma de actividades pequeñas y múltiples o actividades crecientes, pero la más ampliamente utilizada es la de actividad única con cálculos de mayor aproximación tomando en cuenta el peso de la glándula y la captación máxima de radioyodo. En general, con esta última aproximación se administran entre 150 y 300 MBq (4 a 8 mCi) de 131I. Tabla 1 - Actividades involucradas en procedimientos diagnósticos en medicina nuclear para pacientes

adultosOrgano en estudio Radionuceido Forma química Actividad (MBq)

Huesos 99mTc compuestos fosfonados 600 - 80099mTc Coloide marcado 400

Cerebro 99mTc pertecnectato, DTPA,gluconato, glucoheptonato

500 - 800

Tiroides 99mTc pertecnectato 200123I ioduro 20131I ioduro 400

201Tl cloruro 80

Pulmón 81Kr gas, solución acuosa 600099mTc DTPA aerosol, albúmina 80-200133Xe gas, solución isotónica 200-400127Xe gas, solución isotónica 200

Hígado 99mTc coloides, iminodiacetatos,células rojas marcadas

80-200

Corazón 99mTc pertecnectato, DTPA,complejos de albúmina,céluals rojas marcadas,isonitrilos, compuestosfosfonados

40-800

201Tl cloruro 100

Estómago y tractogastrointestinal

99mTc pertecnectato, coloides, compuestos noabsorbibles

12-400

111In compuestos no absorbibles 12113m In compuestos no absorbibles 12

Riñón, sistemaurinario

99mTc DMSA, DTPA, gluconato,glucoheptonato, MAG3

100-350

123I O-iodohipurato 20

El otro tipo de hipertiroidismo (nódulo autónomo hipertiroideo) es frecuente en la tercera edad con escasas manifestaciones metabólicas, pudiendo acompañarse de trastornos cardíacos. En



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estos casos se administra una actividad única y fija. Esta actividades de 740 a 925 MBq (20 a 25 mCi) de 131I según el tamaño del nódulo. Las ventajas del tratamiento de hipertiroidismo con 131I son:

a) la relación costo/beneficio es la más conveniente de los distintos tratamientos, b) no requiere internación ni preparación previa en la mayoría de los casos, y c) no causa lesiones de recurrentes ni paratiroiditis.

El carcinoma diferenciado de tiroides es susceptible de tratamiento complementario con 131I obteniéndose los mejores resultados con tiroidectomías amplias. El tratamiento inicial es quirúrgico, y el tratamiento complementario con 131I mejora significativamente las perspectivas de sobrevida y de ausencia de enfermedad. La actividad de 131I a administrar es distinta según los objetivos perseguidos y el tipo de cirugía. Para obtener ablación tiroidea después de intervenciones amplias se utilizan distintas actividades que varían entre 3.7 GBq y 7.4 GBq (100 y 200 mCi). Estroncio 89 (cloruro): Se utiliza para el tratamiento paliativo del dolor producido por las metástasis óseas provenientes predominantemente de carcinomas prostáticos o mamarios. El 89Sr actúa como análogo del calcio en el metabolismo óseo. Se concentra en el hueso sano pero preferentemente se localiza en áreas tumorales osteoblásticas; cuanto mayor es la actividad osteoblástica, mayor es la concentración del agente terapéutico en las células tumorales. Una vez que el radiofármaco es incorporado al tejido óseo, el 89Sr ejerce su acción terapéutica por la acción directa de las partículas β en las células tumorales. La actividad recomendada es de 148 MBq (4 mCi) o de 2 MBq (55 µCi) por kilogramo de peso del paciente. Fósforo 32: Se usa en el tratamiento de enfermedades mieloproliferativas como policitemia vera y trombocitopenia, como así también en el tratamiento de metástasis óseas. La actividad administrada depende del criterio médico. Otros radionucleidos metabolizables utilizados para terapia comprenden: renio 186 que se utiliza en el tratamiento de metástasis óseas de carcinomas de próstata, pulmón y mama, con una actividad de 1,295 GBq (35 mCi) para el tratamiento paliativo del dolor, 153 Smcomo paliativo del dolor en metástasis óseas. Dispersiones Itrio 90 Se utiliza en sinoviortesis de la articulación de la rodilla, en el tratamiento de derrames pleurales y peritoneales. Las actividades administradas varían entre 370 MBq y 1,48 GBq (10 y 40 mCi) Fósforo 32 Su uso ha sido difundido en el estudio de diversas patologías neoplásicas como carcinoma de ovario, carcinomas de próstata, tumores cerebrales, tumores sólidos, artropatías hemofílicas,



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hemartrosis y sinivitis asociadas a la hemofilia, como prevención de metástasis óseas y como irradiación profiláctica luego de la resección tumoral. Asimismo se puede mencionar el 198Au que se utilizó para infiltrar o irradiar restos de tumores, particularmente de próstata o de mama, que quedan luego de la intervención quirúrgica. También fue utilizado en el tratamiento de metástasis de la cavidad pleural o peritoneal y en el tratamiento de diferentes neoplasias hepáticas o esplénicas, 186Re para el tratamiento en sinoviortesis de las articulaciones del hombro, cadera, codo y muñeca y 169Er para tratamiento en sinoviortesis de las articulaciones metacarpofalángeas, metatarsofalángeas e interfalángeas próximas. TÉCNICAS DE DETECCIÓN “IN VITRO” Estas pruebas son las más sencillas y menos costosas de la medicina nuclear. Por otra parte, las cantidades químicas de radionucleidos trazadores son tan pequeñas que no pueden inducir efectos farmacológicos ni alterar los parámetros fisiológicos. Estas características especiales permiten aplicar las técnicas a mujeres embarazadas y recién nacidos, así como repetirlos periódicamente para vigilar la evolución de una enfermedad o los efectos de un tratamiento. Las técnicas más comunes son el radioinmunoanálisis (RIA) y el análisis inmunoradiométrico (IRMA) que combinan la especificidad única de los procesos inmunológicos con la sensibilidad, también única, de las pruebas basadas en la radiactividad. Estos procedimientos han aumentado la sensibilidad de las mediciones bioquímicas por un factor de un millón, de microgramos a picogramos, lo que permite descubrir una producción hormonal insospechada. Se utilizan para detectar y medir cantidades ínfimas de cualquier sustancia inmunogética de interés médico. Entre ellas están las hormonas, las enzimas, las proteínas, los medicamentos y los estupefacientes, así como sustancias producidas y segregadas por ciertos tumores, las llamadas marcadores tumorales. La comprobación in vitro incluye además el uso de sondas radiactivas de ADN o marcadores genéticos, que se utilizan para identificar pequeñas porciones específicas de ADN presentes en el material genético de las células. Estas pequeñas porciones se pueden amplificar posteriormente o copiarse mediante el método de reacción en cadena de polimerasa para que haya suficiente material para analizar incluso la muestra que contiene una minúscula cantidad de ADN de una sola célula. La obtención de huellas genéticas, como se le conoce popularmente, es especialmente útil para detectar enfermedades transmisibles como la lepra, la malaria, la leishmaniasis, la esquistosomiasis y las enfermedades hereditarias como la fibrosis cística, la hemofilia y la talasemia. También es útil en la identificación de progenitores, en la medicina forense y en criminalística, antropología y paleontología. El método radioinmunoanálisis (RIA) es altamente específico y sensible para determinar moléculas biológicamente importantes en los fluidos del cuerpo. La concentración de una sustancia desconocida se mide determinando su efecto inhibitorio en la unión de un antígeno radiomarcado al anticuerpo.



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Para realizar un procedimiento de RIA se preparan una serie de tubos cada uno conteniendo una cantidad fija de antígeno marcado en un diluyente estándar. En algunos tubos se agregan las muestras desconocidas a ser ensayadas y en otros cantidades conocidas de antígenos. Además se agrega a cada tubo una dilución apropiada de antiserum. Después de un período de incubación que varía de horas a días, dependiendo de la sustancia a ser ensayada, el grado de unión del antígeno marcado se mide usando métodos de separación. Se determina la relación entre antígeno ligante marcado al antígeno ligante libre y se grafica una curva. Se determina la concentración en cada muestra comparando la relación entre ligantes en cada tubo con las relaciones de los estándares conocidos. Con RIA se pueden medir concentraciones muy bajas del elemento bajo estudio y esta alta sensibilidad del método la hace apropiada para determinar la concentración de muchas hormonas peptídicas. Sin embargo, la aplicación del principio de RIA no se limita a los sistemas inmunológicos sino que se puede extender a otros sistemas donde haya una sustancia ligante o reactiva específica, incluyendo proteínas, enzimas o localizaciones receptoras de tejidos. El principal radionucleido empleado es el 125I, aunque dependiendo del tipo de estudio puede utilizarse también 131I, 57Co, 75Se, 3H y 14C. Todos estos isótopos se utilizan en forma de moléculas marcadas y las actividades involucradas en esta técnica son del orden de los µCi por ensayo. Otros métodos “in vitro” incluyen:

a) ensayos radioinmunométricos (IRMA) que se diferencian del anterior en que se lo considera una técnica no competitiva, debido a que no implica competición entre las moléculas marcadas con la no marcadas

b) autorradiografía que consiste en colocar en placas de vidrio tejidos marcados con material radiactivo que se colocan contra una película radiográfica por períodos de tiempo variable (horas a meses) para obtener la autorradiografía. Usualmente se emplean emisores beta de energía moderada como el 32P y el 35S.

EQUIPAMIENTO EN MEDICINA NUCLEAR Calibradores de actividad o activímetros Su uso está destinado a la medición exacta y precisa de la actividad que se administrará al paciente para la realización del estudio o tratamiento. Se trata de una cámara de ionización gaseosa tipo pozo dentro del cual se introduce el material radiactivo para su medición (figura 7). La actividad del material radiactivo se mide en función de la corriente de ionización producida por las radiaciones emitidas por el radioisótopo que interactúa con el gas. La cámara se sella, usualmente bajo presión, y tiene dos electrodos cilíndricos coaxiales que se mantienen a una diferencia de potencial, el espacio axial constituye el pozo. En el electrómetro asociado la diferencia de potencial se convierte en una señal de voltaje que se amplifica, se procesa y finalmente se presenta, generalmente en forma digital, en forma de unidades de actividad (Bq o Ci). Esto es posible dado que para un dado radionucleido, suponiendo una geometría fija y una respuesta lineal, la corriente de ionización es directamente proporcional a la actividad. Sin



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embargo, la respuesta de una cámara de ionización de diferentes radionucleidos varía de acuerdo a los tipos, energías y abundancia de estas. Por lo tanto, se necesita ajustar apropiadamente la señal para el tipo de radioisótopos que se mide, esto se logra colocando en el activímetro selectores de isótopos.

BLINDAJEDE PLOMO

VOLTAJE

ELECTRODOEXTERNO

SOSTENEDORDE LA MUESTRA

ELECTRODOCOLECTOR

SELECTOR DERADIONUCLEIDO

CIRCUITO ELECTRICOPARA MEDICION PANTALLA

Figura 7

Sistemas de detección γ para mediciones “in vitro” En general todos los sistemas (figura 8) para mediciones de radiación γ in vitro se basan en detectores de centelleo con un cristal de ioduro de sodio activado con talio.



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CRISTAL DENaI (Tl)

BLINDAJEDE PLOMO

FOTOMULTIPLICADOR

MUESTRA

AMPLIFICADORANALIZADOR

DE ALTODE PULSO

COMPARADOR TEMPORIZADOR

CONTADOR

VOLTAGE

GANANCIA BASE ANCHO

FUENTE DEALTO VOLTAJE

20

40

60

80

100

200 400 600 800 keVENERGIA

NUM

ERO

REL

ATI

VO D

EPU

LSO

S

COMPTON

PICO DEABSORCION

TOTAL

Figura 8

El vial con la muestra se introduce en un pozo axial o transversal. Las radiaciones γ absorbidas o por el cristal generan luz, que da lugar a pulsos eléctricos en el fotocátodo de un tubo fotomultiplicador al cual el cristal está ópticamente acoplado. Estos pulsos por medio de la electrónica asociada permiten el análisis de la altura del pulso y su medición. La sensibilidad del equipo depende de las dimensiones del cristal utilizado. La mayoría de los equipos para mediciones de radiación γ in vitro tienen selectores por medio de los cuales se obtienen las condiciones de operación adecuadas para las mediciones rutinarias. Los sistemas automáticos de medición pueden aceptar varios cientos de muestras que se miden en forma secuencial. Tales sistemas pueden incorporar dos o más canales electrónicos independientes permitiendo las mediciones simultáneas de más de un radionucleido. Sistemas para mediciones de radiación γ ”in vivo” Como en el caso anterior, prácticamente todos los sistemas (figura 9) de detección se basan en detectores de centelleo con cristales de ioduro de sodio activado con talio. Se utilizan cristales cilíndricos y la electrónica asociada permite la necesaria amplificación, análisis de la altura de pulso y su medición.



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COLIMADORBLINDAJEDE PLOMO

CRISTLADE NaI (Tl)

AMPLIFICADOR

FOTOTUBO

ANALIZADORDE ALTO

DE PULSOCOMPARADOR TEMPORIZADOR

CONTADORANALOGICO

GRABADOR DEGRAFICOS

CONTADORDIGITAL

IMPRESORADE LISTAS

FUENTE DEALTO VOLTAJE

GANANCIA BASE ANCHO

VOLTAJE

Figura 9

La sensibilidad del detector depende de las dimensiones del cristal en relación a las energías de las radiaciones involucradas. Para energías medias, un cristal de 50 mm de diámetro y 25 mm de espesor es satisfactorio. Los cristales mayores mejoran la sensibilidad especialmente para mayores energías. Se debe rodear el detector con un blindaje de plomo para reducir su respuesta a la radiación ambiental y se debe contar con un blindaje plomado que actuará como colimador para lograr las necesarias características direccionales. El detector blindado y colimado se monta en un soporte ajustable permitiendo que sea adecuadamente posicionado en relación con el paciente. Usualmente están provistos de colimadores intercambiables de modo que las características del detector se puedan adecuar a la situación clínica particular. Entre los equipos de estas características se pueden citar: brazo de captación, centellógrafo, camara gamma planar, SPECT (tomógrafo por emisión de fotón único) y PET (tomógrafo por emisión de positrones). Brazo de captación Este instrumento es el más sencillo y está destinado a determinar el porcentaje de incorporación de 131I en tiroides. Consiste en un cristal de ioduro de sodio activado con talio de dimensiones y blindajes adecuados para la energía del 131I asociado a un fotomultiplicador cuya electrónica permite la amplificación, análisis de la altura de pulso y su medición. El número de cuentas leídas en el espectrómetro se compara con el número de cuentas obtenidas a partir de un patrón. Este patrón o estándar consiste usualmente en un fantoma que simula el tamaño de tiroides en un paciente normal y que se llena con el radionucleido para obtener la lectura de una captación normal. Centellógrafo



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Este instrumento ha sido diseñado para producir una imagen en dos dimensiones de la distribución de radiactividad por barrido de la región de interés en sucesivos pasos rectilíneos. Estos equipos (figura 10-a) permiten obtener la imagen del barrido como una distribución de marcas coloreadas o monocromas producidas por un marcador en un papel o impresionando una película fotográfica. El detector del equipo usualmente posee un cristal de ioduro de sodio activado con talio de 75 mm o 125 mm de diámetro y 50 mm de espesor. Generalmente están provistos de colimadores de plomo intercambiables (figura 10-b) para distintas situaciones clínicas. Estos colimadores poseen agujeros múltiples cuyos ejes definen un punto focal. En la región del punto focal , los campos de visión de todos los agujeros coinciden, de modo que la sensibilidad del detector colimado es mucho mayor que en cualquier otro punto, de aquí el empleo de la focalización. El plano perpendicular al eje del colimador a través del punto focal es el plano focal y la distancia desde la cara expuesta del colimador al punto focal es la distancia focal. Otros parámetros importantes son la resolución espacial y que expresa la capacidad para percibir detalles en la distribución de radiactividad en el plano focal y la profundidad del foco que expresa el modo en el cual esta capacidad disminuye a lo largo del eje axial en cualquier lugar fuera del plano focal. La distancia focal óptima para este tipo de equipos es del orden de los 7 cm, lo que lo hace especialmente adecuado para el diagnóstico de la glándula tiroides.

CABEZADETECTORA

AMPLIFICADOR ANALIZADOR DEALTO DE PULSO

COMPARADOR

CONTADOR

PROCESADORDE PANTALLA

FUENTE DEALTO

VOLTAJE

PANTALLA

MECANISMO CONTROLADOR DEL DETECTOR

GANANCIA BASE ANCHO

VOLTAJE

Figura 10 - a



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CRISTAL DENaI (Tl)

PUNTO FOCALPLANOFOCAL

DISTANCIAFOCAL

PLOMO

D

d

COLIMADORDEL LADODEL PACIENTE

COLIMADORDEL LADODEL DETECTOR

Figura 10 - b

Cámara gamma Este equipo utiliza un cristal de ioduro de sodio activado con talio de poco espesor y gran diámetro con un mayor número de fotomultiplicadores, una electrónica más compleja y un sistema de procesamiento de datos por computadora. La figura 11 muestra la sección de un cabezal detector y los bloques representativos de la electrónica asociada.



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X

Y

Z

/. Z.

/. Z.

PHA

X

Y

HABILITACION

X

Y

HABILITACION

X

Y

HABILITACION

ADC

FUENTE DE ALTA TENSION

PULSOARITMETICO

CORRECCIONDE ENERGIA

OSCILOSCOPIODEPERSISTENCIA

DISPOSITIVODE PANTALLA

PROCESADORDE DATOS

PREAMPLIFICADOR

TUBOSFOTOMULTIPLICADORES

LUZ DE GUIA

COLIMADOR

CRISTAL DE IODURODE SODIO

Figura 11

Los fotones emitidos por el paciente o fuente de prueba llegan al cristal después de pasar por el colimador de plomo el que define las direcciones de aceptación. La mayoría de los colimadores son del tipo de agujeros paralelos, divergentes, convergente, inclinados (slant hole) y de aguja (pin hole) de acuerdo a la situación clínica en estudio y a la energía del radionucleido empleado. La interacción del fotón en el cristal en una localización espacial definida en un sistema coordenado X-Y produce en el punto de interacción, produce una emisión luminosa y por intermedio del sistema electrónico asociado se traduce en información posicional. El sistema comprende asimismo un instrumento que permite obtener la imagen por pantalla y su posterior impresión en papel o en película fotográfica. Las imágenes que se obtienen son planares. Los cristales de las cámaras gamma generalmente tienen dos diámetros correspondientes a pequeños o grandes campos de visión, de 30 y 40 cm de diámetro respectivamente y espesores variables entre 3,2 y 12,7 mm. El diámetro del cristal determina el área del paciente que se obtendrá en una imagen simple. El espesor del cristal influencia varios parámetros de performance, en particular la resolución espacial y la sensibilidad.



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Cualquier daño en el cristal resulta en una cámara gamma inoperante que requiere el costoso reemplazo del cristal. La gran superficie, las características higroscópicas y naturaleza quebradiza del cristal, requieren un cuidado constante para evitar el daño del cristal, especialmente durante el proceso de cambio del colimador. Dejando el colimador montado sobre el cristal cuando no está en uso, normalmente se protege el cristal de choques mecánicos y de rápidas fluctuaciones de la temperatura ambiente. Sin embargo, el daño súbito o gradual ocurre indefectiblemente. Por esta razón el control del cristal es una característica importante del control de calidad. SPECT Este equipo permite obtener imágenes tomográficas. Dado que el paciente debido a la incorporación del radiofármaco emite la radiación, se la llama tomografía por emisión para diferenciarla de la tomografía convencional que utiliza la transmisión de rayos X a través del paciente. Los isótopos que se utilizan son los mismos que cuando se realizan estudios con cámaras gamma planares convencionales. Las imágenes tomográficas tienen grandes ventajas sobre las imágenes planares ya que en estas últimas (imágenes en dos dimensiones de distribuciones radiactivas de tres dimensiones) hay superposición de información de planos vecinos al plano a investigar. Este hecho se evita con la tomografía, lográndose un aumento de la relación señal/ruido y al mismo tiempo mayor detectabilidad. Para producir las imágenes tomográficas (cortes tomográficos del paciente), es necesario obtener imágenes que se obtienen haciendo girar el sistema de detección alrededor del paciente. Para cada posición angular se obtiene una proyección de la distribución del isótopo dentro del paciente en base a cuyos datos se reconstituye la imagen tomográfica por un procedimiento matemático. Hay diferentes tipos de SPECT que se diferencian fundamentalmente en la configuración geométrica del conjunto pie - cabezal detector-camilla. La asociación de estos elementos debe ser una estructura sólida, estable, que no vibre ni oscile cuando se adquieren los datos alrededor del paciente. Existen equipos construidos con un anillo de detectores fijos (cristales de ioduro de sodio activados con talio), con una geometría similar al tomógrafo convencional, pero con este tipo de equipos no se pueden obtener imágenes planares, siendo este un inconveniente ya que habitualmente estos equipos se utilizan para ambas técnicas. La forma del cristal puede ser circular o rectangular (estos últimos de mayor campo de visión) con un espesor variable entre 6.35 mm y 9.52 mm. El paciente se localiza sobre una camilla volante, con apoyo en un solo extremo, para que el cabezal pueda rotar sobre el mismo a la menor distancia posible, para lograr una mejor resolución. La camilla debe tener movimiento en los dos ejes: para poder introducirse en el gantry (sistema mecánico que sostiene al cristal detector - colimador y permite rotarlo alrededor del paciente) ubicando el órgano de interés de tal manera que quede en el campo de visión del detector, y para subir y bajar para que el órgano se ubique cerca del eje de rotación. El eje de la camilla debe coincidir con el eje de rotación y este a su vez con el centro de la matriz de la computadora, a su vez, debe ser paralelo a la cara del colimador. Se asegura de esta manera que



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los cortes transversales de los pacientes estén en el plano XZ perpendicular al eje Y. Para eso deben estar construidas de un material rígido que no se flexione. Al mismo tiempo debe ser poco atenuante, para evitar diferencias de atenuación entre las proyecciones anteriores y laterales respecto de las posteriores . Controles de posición ubican al paciente correctamente en la imagen. PET El tomógrafo por emisión de positrones (PET) consiste en una serie de cristales detectores que forman un anillo. El sistema de detección de radiación de aniquilación está formado por cristales detectores gamma de alta densidad (germanato de bismuto, fluoruro de bario) en combinación con fotomultiplicadores de alto rendimiento, ambos adecuados para la detección de la radiación de aniquilación de 511 keV. El bloque de cristales y fotomultiplicadores se localiza en un gantry que aloja además el conjunto del colimador, los láseres para el alineamiento del paciente, el soporte para una fuente rotativa provista para el montaje de los fantomas y fuentes anulares para usar en pruebas, calibraciones y procedimientos de obtención de imágenes. El gantry alberga además el sistema eléctrico y de refrigeración. Se puede mover en su base sobre un eje axial vertical y horizontal; estos movimientos se realizan por medio de un motor y se controlan desde ambos lados de la camilla. El sistema presenta el grado de angulación en un display. El movimiento rotacional del sistema de detección se controla por computadora. Se obtienen dos tipos de imágenes de transmisión y de emisión. Las imágenes de transmisión se obtienen utilizando un fantoma de transmisión que consiste en una serie de tubos circulares alineados con los anillos circulares de detectores. Este fantoma de transmisión se llena con material radiactivo que emita positrones, el paciente posiciona en el gantry y se obtienen las imágenes. Este estudio provee las mediciones para la atenuación de cada línea de respuesta a través de distintos objetos tales como el paciente y la camilla en el campo activo de visión para lograr la corrección cuantitativa de la atenuación en las imágenes tomográficas. Las imágenes de emisión se obtienen administrando al paciente el fármaco marcado material radiactivo emisor de positrones, tales como 18F, 11C, 15O o 13N, se hace rotar el sistema de detección y se tienen imágenes de distintos tipos de cortes que se reconstruyen por el sistema de procesamiento de datos. RIESGOS RADIOLÓGICOS ASOCIADOS CON LAS PRÁCTICAS DE MEDICINA NUCLEAR Durante la realización de prácticas de medicina nuclear cuatro clases de personas están expuestas a las radiaciones. Estos son los pacientes, los trabajadores de la salud ocupacionalmente expuestos a las radiaciones (médicos, técnicos y enfermeros), los trabajadores de la salud no ocupacionalmente expuestos a las radiaciones y miembros del publico que se hallan en la cercanías del material radiactivo antes, durante o después del uso médico de dichos materiales, incluyendo aquellos en las cercanías de los pacientes a quienes se les ha administrado material radiactivo.



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Los riesgos asociados a esta práctica son la irradiación externa y la contaminación interna (por ingestión o inhalación) del personal. Desde la recepción del material radiactivo en el servicio de medicina nuclear, se deben considerar las potenciales exposiciones a la radiación que resulten en las etapas de fraccionamiento del material radiactivo y/o marcación de fármacos, administración del radiofármaco al paciente (vía endovenosa, oral o por inhalación) y durante la realización de los estudios y obtención de las imágenes. De acuerdo a lo anteriormente expresado, se debe contar con procedimientos de trabajo que contemplen entre otros:

a) el correcto empleo de las técnicas, por ejemplo, si la boquilla utilizada en los estudios de ventilación pulmonar no se ajusta adecuadamente se aumenta la concentración de aerosoles en el ambiente

b) el mantenimiento de los radioisótopos dentro de sus contenedores blindados convenientemente señalizados

c) el uso de elementos de manipulación a distancia cuando ello sea posible (pinzas, mangueras de extensión para jeringas, etc.)

d) el uso de elementos de protección personal destinados a minimizar el riesgo de contaminación tales como el uso de guantes para evitar la contaminación de manos y la posterior contaminación interna debido a la ingestión de alimentos o sistemas de pipeteo que eviten realizar esta tarea en forma directa.

e) la adecuada gestión de los residuos radiactivos, dado que el material contaminado (jeringas, agujas, algodones, etc.) debe mantenerse en depósito dentro de contenedores blindados para lograr que la actividad retenida en los mismos decaiga a niveles insignificantes, para entonces permitir su posterior eliminación como residuo convencional o peligroso, según corresponda

f) instrucciones para las personas encargadas del cuidado del paciente, especialmente en los casos de terapia

g) delimitación de las áreas permitiendo el acceso al cuarto de fraccionamiento sólo a personal entrenado

h) medidas a ser adoptadas en caso de accidentes tales como derrames de material radiactivo i) muestreo de las superficies y monitoreo de las áreas de trabajo, estas tareas deberían estar

previstas en forma rutinaria y realizarse antes de iniciar las tareas y una vez finalizadas las mismas

Dado que las técnicas de radioinmunoanálisis emplean muy pequeñas cantidades de material radiactivo, resultan en exposiciones a la radiación muy poco significativas por lo que las personas que las realizan no necesitan ser considerados como ocupacionalmente expuestos, siempre que se trate de la única fuente de radiación a la que podrían estar expuestos. DESCRIPCIÓN DE LAS INSTALACIONES PARA MEDICINA NUCLEAR En función de los riesgos asociados a esta práctica, las instalaciones que realicen diagnóstico y/o tratamiento con fuentes radiactivas abiertas deben cumplir una serie de requisitos mínimos destinados a limitar el movimiento del material radiactivo y a facilitar la descontaminación de las superficies de trabajo en caso de incidentes que lleven al derrame de los isótopos empleados.



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REQUISITOS QUE DEBE CUMPLIR UNA INSTALACIÓN QUE REALICE TAREAS EN MEDICINA NUCLEAR Cuarto Caliente: de afectación exclusiva con medidas mínimas de 1,50 m x 2,00 m, el cual debe poseer puerta cerrable con llave, adecuadamente señalizado. Los blindajes serán acordes a los nucleidos a emplear. Las superficies de trabajo (mesadas, sobremesadas y pisos) deben ser impermeables. Debe tener instalada dos piletas separadas entre sí por una distancia mínima de 1,50 m , una de ellas no deberá poseer sifón y estará destinada al lavado de elementos contaminados. El equipamiento mínimo de radioprotección es un detector portátil con sonda para poder medir tasa de exposición y contaminación superficial. Todo servicio destinado al uso de radionucleidos “in vivo” debe poseer un calibrador de actividad (activímetro con cámara de ionización) a efectos de garantizar la precisión y exactitud de la actividad que se administrará al paciente. También deberá poseer una pantalla de fraccionamiento con visión directa o indirecta donde se preparará el fármaco a inyectar. Cuarto de Aplicación: dado que el cuarto caliente está destinado al depósito y fraccionamiento de material radiactivo se debe contar con un lugar adecuado para la administración del compuesto marcado paciente. Baño para pacientes con material radiactivo incorporado: debidamente identificado pues el paciente elimina parte del radiofármaco por orina y se debe considerar la posibilidad de contaminación de los sanitarios evitando su uso por miembros del público. Sala de espera: para pacientes inyectados separada de la sala de espera general. Cuarto de Medición: en el caso más sencillo se tratará de un ambiente cuya dimensiones dependerán del equipo de detección que se utilice (centellógrafo, brazo de captación, cámara gamma, SPECT, PET). El servicio estará bajo la responsabilidad de un profesional médico que deberá poseer permiso individual vigente para el o los propósitos de uso (diagnóstico y/o tratamiento). REQUISITOS QUE DEBE CUMPLIR UN LABORATORIO DE RIA El laboratorio debe estar en un cuarto separado del laboratorio general. Deberá ser de afectación exclusiva con medidas mínimas de 1,50 m x 2,00 m, debe poseer puerta cerrable con llave y estar adecuadamente señalizado. Debe poseer superficies impermeables (mesada y sobremesada hasta 50 cm). Deberá tener una pileta sin sifón destinada para el lavado de material. Deberá tener un lugar donde dejar decaer los tubos utilizados en cada práctica. El equipamiento mínimo es un espectrómetro con pozo. El laboratorio deberá estará bajo la responsabilidad de un profesional autorizado para el uso de material radiactivo.

Aplicaciones Médicas de las Radiaciones Ionizantes

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