Metrologia

Calibração:

A calibração é o conjunto de operações que estabelecem, sob condições especificadas, a relação entre os valores indicados por um instrumento de medição com um padrão de referência destinado a reproduzir uma unidade de uma grandeza física.

Resultados da calibração podem determinar o valor do mensurando, correções a serem aplicadas no sistema de medição, efeitos das grandezas de influência ou comportamento em condições especiais ou adversas. Os resultados da calibração são sempre apresentados na forma de um certificado de acordo com a norma ISO 17025/2005.

De acordo com a RDC Nº 330, compete aos titulares do serviço de radiodiagnostico, no âmbito do seu estabelecimento, assegurar a implementação de medidas necessárias para garantir a qualidade do serviço de radiologia. Para tanto, os titulares devem tomar todas as medidas necessárias para evitar falhas e erros, incluindo a implementação de procedimentos adequados de calibração de instrumentos de medição, controle de qualidade dos equipamentos de raios-x. Os instrumentos para medição de níveis de radiação em levantamentos radiométricos e dosimetria de feixe devem ser calibrados a cada 2 anos em laboratórios credenciados, rastreados à rede nacional ou internacional de metrologia das radiações ionizantes, nas qualidades de feixes de raios-x diagnósticos (ANVISA, 1998).

Os atestados de calibração devem atestar a fonte, data, incerteza e as condições sob as quais os resultados foram obtidos. A rastreabilidade pode ser conceituada como uma propriedade do resultado de uma medição ou do valor de um padrão relacionado a referências estabelecidas, geralmente a padrões nacionais ou internacionais, através de uma cadeia contínua de comparações, todas tendo incertezas estabelecidas.

Figura 1- Cadeia de rastreabilidade.

Ensaios:

Ensaio é a determinação das características de um objeto, de uma avaliação de conformidade, de um produto ou processo, conforme um procedimento de forma especificada. Avaliações qualitativas podem ser utilizadas para a confirmação da qualidade de um produto ou processo. Os relatórios de ensaio devem ser apresentados da seguinte maneira:

a) onde pertinente, uma declaração de conformidade ou não conformidade aos requisitos ou especificações normativas;

b) data do ensaio;

c) identificação do equipamento ensaiado (incluindo o nome do fabricante, o modelo e números de série);

d) o local da realização do ensaio;

f) uma referência procedimentos de amostragem utilizados;

g) detalhes das condições ambientais durante o ensaio que possam afetar a interpretação dos resultados;

h) identificação de qualquer norma, legislação ou outra especificação, utilizada na determinação dos resultados.

Por que medir?

Decisões sobre a qualidade de equipamentos ou serviços devem ser tomadas com base em medições. Devido aos riscos envolvidos com equipamentos de raios-x, devem ser realizadas medições periodicamente de forma a garantir a qualidade do serviço de radiologia.

A medição é o procedimento experimental onde o valor de uma grandeza física é determinado por unidade, estabelecida por um padrão reconhecido internacionalmente. O mensurando é o objeto da medição, a indicação é o valor de uma grandeza fornecida pela medição.

Erros:

Toda e qualquer medição realizada, visa à obtenção de valores exatos e precisos do mensurado, porém as medições podem sofrer desvios devido a erros no processo de medição, que podem ser provocados por fatores internos e/ou fatores externos. Imperfeição de componentes eletrônicos/mecânicos e não idealidades dos princípios físicos são exemplos erros devido a fatores internos. Temperatura, pressão atmosférica, umidade do ar, tensão e frequência da rede elétrica são fatores externos causadores de erros, que são o número resultante da diferença entre a indicação de um sistema de medição e o valor verdadeiro do mensurando. O erro sistemático é a parcela previsível do erro que pode ser corrigido adicionando uma constante à indicação do mensurado. Corresponde ao erro médio e o erro aleatório a parcela imprevisível do erro, não podem ser corrigidos no resultado da medição, porém podem ser minimizados com o aumento do número de medições que compõem o resultado.

O resultado da medição pode apresentar uma boa precisão, uma boa exatidão ou ambos. Um sistema com ótima precisão repete bem, com pequena dispersão. Um sistema com excelente exatidão praticamente não apresenta erros.

Incerteza de medição

A incerteza do resultado de uma medição reflete a ausência de conhecimento do valor verdadeiro do mensurando, ela pode ser entendida como um grau duvidoso intrínseco ao processo de medição no qual é impossível a aplicação de correções para que a mesma seja eliminada por completo. Mesmo sabendo que o resultado da medição não é perfeito, é possível obter informações confiáveis, desde que o resultado da medição venha acompanhado da respectiva incerteza.

Existem inúmeras fontes de incerteza possíveis em uma medição, sendo assim se faz necessária a realização de análise crítica, com o intuito de identificar todos os fatores de influência sobre o resultado da medição. As fontes de incertezas possíveis que podem ser significativas em equipamentos de raios-x são mostradas na tabela abaixo:

Tabela 1- Fontes de incertezas.

 

Fontes

Incertezas indicadas no certificado de calibração do equipamento de medição;

Resolução do equipamento de medição;

Tensões termoelétricas;

Efeitos de impedância;

Definição incompleta do mensurando;

Conhecimento inadequado dos efeitos das condições ambientais sobre a medição ou medição;

Erros matemáticos (aproximações, simplificações, interpolação, erros de arredondamento ou truncamento);

Radiação de fundo;

Erros de leitura cometidos pelo operador.

 

A estimativa da incerteza padrão associada a uma fonte de incerteza é a faixa de dispersão em torno do valor central equivalente a um desvio padrão que pode ser classificada em Tipo A e Tipo B. O propósito de classificação Tipo A e Tipo B é indicar as duas maneiras diferentes de avaliar as componentes da incerteza.

Avaliações tipo A e B:

Avaliação do tipo A é o método de avaliação da incerteza pela análise estatística de uma série de observações. Há várias situações onde o desvio padrão experimental, associado a uma fonte de incertezas, pode ser estimado a partir de valores de observações repetitivas do mensurando. Nestes casos, a incerteza padrão de medição é o desvio padrão experimental da média que se obtêm de um procedimento de cálculo da média aritmética ou de uma análise de regressão adequada. De acordo com o Guia para Expressão da Incerteza de Medição ISO-GUM, documento de referência para a avaliação da incerteza de medição, supondo que a variável aleatória x represente os efeitos de uma fonte de incertezas sobre o resultado da medição. O desvio padrão experimental desta variável x é determinado a partir de “n” valores independentemente obtidos para a variável x, isto é, xi (para i = 1, 2, … , n). A média de x pode ser estimada por:

(2)

Para uma série de “n” medições de um mesmo mensurando, o desvio padrão experimental de x, representado por “s”, que caracteriza a dispersão dos resultados é estimado por:

(3)

Ao ser estimado o desvio padrão s(x), a incerteza padrão a ser associada à fonte de incerteza é calculada de acordo com a equação 4 onde é a incerteza padrão que é igual a divisão do desvio padrão s(x) pela raiz quadrada do número de medições .

(4)

Para a incerteza padrão deve ser definido um grau de liberdade, que é um parâmetro estatístico correspondente ao número de medições realizadas menos a constante 1.

A determinação da incerteza tipo “B” é realizada por meios não estatísticos. Em geral outras informações conhecidas são consideradas como medições anteriores, certificados de calibração, especificações do instrumento, de manuais técnicos entre outros. Uma das informações extraídas do certificado de calibração de um instrumento de medição é a incerteza padrão de calibração que pode ser utilizada na estimativa da incerteza do tipo B que é calculada pela divisão da incerteza padrão pelo grau de liberdade também informado no certificado de calibração.

(5)

Nos manuais técnicos de instrumentos de medição, tais como monitores de radiação, fotômetros e densitômetros, são informados a resolução dos displays digitais ou dos mostradores analógicos. A resolução é uma fonte de incerteza tipo B que deve ser considerada e tratada de acordo com o tipo de mostrador.

Resultado da medição:

Depois de estimadas todas as fontes, a incerteza combinada de medições diretas de grandezas não correlacionadas deve ser calculada conforme a equação 6, onde são as fontes de incertezas estimadas anteriormente.

(6)

 

O grau de liberdade relacionado com a incerteza combinada deve ser calculado de acordo com a equação de WELCH SATTETHRWAITE exibida na equação 7:

(7)

Onde: : incerteza padrão combinada

: incerteza padrão de cada uma das “n” componentes de incerteza

: número de graus de liberdade de cada uma das “n” componentes de incerteza

Com o calculado, em uma tabela de estatística, deve-se selecionar o Coeficiente de Student t, de nível de confiança de 95,45%, correspondente ao valor do calculado. Por fim, calcular a incerteza de medição de nível de confiança de 95,45%, multiplicando a incerteza combinada pelo coeficiente de Student t .

(8)

 

Após calculada a incerteza de medição, o resultado da medida que é a faixa de valores dentro da qual deve situar-se o valor verdadeiro do mensurando deve ser exibido da seguinte forma:

(9)

 

RM = (RB ± U₉₅) unidade

Onde :

RM= Resultado da medida, que é a faixa de valores dentro das quais deve situar-se o valor verdadeiro do mensurando.

RB = Resultado base, é a estimativa do valor do mensurando que, acredita-se, mais se aproxime do seu valor verdadeiro.

U₉₅= Incerteza de medição, que é tamanho da faixa simétrica, centrada em torno do resultado base, que delimita a faixa onde se situam as dúvidas associadas à medição.

As técnicas de estimativa da incerteza de medição discutidas até o momento são métodos clássicos descritos no Guia para Expressão da Incerteza de Medição ISO-GUM, 3^a edição de 2003. Em 2008, um novo documento suplementar ISO GUM Suplemento 1 foi lançado, com o um novo conceito de cálculo de incerteza de medição , utilizando simulações computacionais, o que simplifica a implementação destes cálculos em softwares que podem ser utilizados para realização dos cálculos de controle de qualidade.

Detectores de radiação

Os instrumentos de medição, também conhecidos como padrões de medição, são dispositivos destinados a realizar operações que tem por objetivo determinar o valor de uma grandeza física. As radiações ionizantes são medidas pela interação da radiação com um detector.

Detectores de radiação são instrumentos sensíveis à radiação ionizante, utilizados para determinar a quantidade de radiação existente em uma região. A junção entre um detector e um medidor, é chamada de monitor de radiação. Os detectores que indicam a radiação total a que uma pessoa foi exposta são chamados de dosímetros.

Câmara de ionização

Detectores gasosos, ao serem ionizados pela radiação, criam pares de íons que são detectados por um dispositivo chamado (eletrômetro), os detectores podem ser do tipo câmara de ionização, contador proporcional e geiger-mueller.

A maioria das câmaras de ionização utilizadas no monitoramento da radiação contém ar ou outros gases que são acondicionados em um recipiente fechado. Sua sensibilidade depende do volume e pressão do gás e dos respectivos componentes de leitura eletrônica. Câmaras de ionização de detectores ativos realizam leituras imediatas em um campo de radiação, através da transformação direta da corrente de ionização em um circuito externo acoplado à câmara. Os pares de íons produzidos no interior da câmara de ionização dependem da energia dos raios-x.

Detector proporcional

Detectores proporcionais podem ser usados para detectar diferentes tipos de radiação e, em condições adequadas, para medir a dose de radiação. Após a interação dos raios-x com o gás contido em um r

ecipiente, ocorre a aceleração dos íons produzidos que ionizam outras moléculas gasosas não ionizadas anteriormente, neste processo ocorre uma multiplicação do número de íons por um fator constante (C) gerando um pulso proporcional à energia dos raios-x.

 

Detector Geiger-Müller

Utilizados desde 1928, detectores Geiger-Müller (GM) são monitores de radiação, que fornecem respostas visuais e sonoras ao avaliar níveis de radiação ambiente. Eles geralmente vêm equipados com um protetor removível que cobre uma janela fina para permitir a detecção de beta e alfa partículas, além de raios gama. Ao incidirem na câmara de ionização GM fótons de raios-x , o gás interno produz um pequeno número de elétrons livres que interagem com átomos de gás no interior da câmara gerando uma grande amplificação da carga liberada pelo elétron incidente. Devido a sua sensibilidade os detectores Geiger são usados para detectar baixos níveis de contaminação radioativa, eles são muito sensíveis para medir feixes de raios-x diagnósticos.

Detectores de estado sólido

Ao serem absorvidos por um material, os fótons de raios-x, excitam elétrons do material de forma que os mesmos fiquem

armazenados em armadilhas eletrônicas por longos períodos. Esta propriedade permite que a radiação incidente no detector de estado sólido seja medida. Para a medição da radiação, os elétrons aprisionados devem ser liberados. Se o mecanismo de liberação é o calor, o detector é chamado de termoluminêscente. Caso o mecanismo de liberação e a luz, então o detector é chamado de fósforo fotoestimulável. Os detectores de estado sólido podem ser utilizados como dosimetros ou dispositivos de imageamento.

Detectores termoluminêscentes

Alguns sólidos cristalinos, quando submetidos a uma taxa de aquecimento térmico, emitem luz. Esta propriedade é chamada de termoluminescência. A luz é direcionada para o um tubo fotomultiplicador acoplado ao sistema de aquecimento do detector termoluminêscente. Esta luz é emitida em função da temperatura de aquecimento e desta relação é possível determinar a dose incidente. Fluoreto de lítio é amplamente utilizado para a dosimetria pessoal, e para muitas outras medições dosimétricas. Estes dosimetros podem ser confeccionados como cristais soltos em uma haste sólida, chips sólidos, pastilhas prensadas, ou cristais embutidos em uma matriz de teflon.

Detectores de cintilação

Cintiladores são materiais que emitem luz quando expostos à radiação, podem ser no estado sólido ou líquido. Cristais cintiladores de iodeto de sódio (NaI) são geralmente utilizados em gamas em equipamentos de medicina nuclear. Cintiladores líquidos são usados para detecção de emissores de radiação beta de baixa energia.