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Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2000. / ENGLISH ABSTRACT: A digital portal X-ray imaging system was developed to replace the radiographic X-ray films currently used for patient position verification at the National Accelerator Centre (NAC) proton therapy facility. The main advantage of a digital system is the short time in which the image can be obtained. Other advantages include optimisation of the image display, effective archiving of the digital images, access from various locations through data networks, and lower operational costs. The digital system described in this thesis consists of a Gd202S:Tb scintillator screen for converting X-rays to visible light, a protected aluminum front silvered mirror to direct the light to a Charge Coupled Device (CCD) camera for capture and a personal computer for data acquisition, processing and display. Compared with other digital imaging systems, this is a simple, compact and affordable system. The properties of the various components were investigated. The Rarex G-130 (Gd202S:Tb) scintillation screen was chosen for its good spatial resolution, high emission efficiency and good matching between the spectral emission wavelength peak and the quantum efficiency of the CCD camera. The spatial resolution measured for the system with a field of view (FOV) of 290 x 190 mnr' is 1.3 lp/mm, which can be improved by increasing the CCD chip resolution or decreasing the field of view, since the CCD camera limits the spatial resolution. Intrinsic detector noise determines the lower limit of the dynamic range of the detector and is reduced by cooling the CCD camera. A dark current exposure is subtracted from the image to remove the bias signal and background signal level mainly caused by thermal noise. Photon noise, beam in-homogeneity and efficiency variations across the CCD chip are removed by a flat field correction. The digital images obtained with this system compare very well with the currently used radiographic film images and they are satisfactory for the purpose of patient position verification. Using the digital system it is possible to reduce the patient dose by 19 % and still obtain satisfactory image quality. / AFRIKAANSE OPSOMMING: 'n Digitale X-straalafbeeldingstelsel is ontwikkel om die radiografiese X-straalfilm wat tans gebruik word vir die kontrolering van die pasientposisionering voor die toediening van protonterapie by die Nasionale Versnellersentrum, te vervang. Die voordeel van die digitale sisteem is dat die beelde feitlik onmiddellik beskikbaar is. Verdere voordele sluit die optimisering van die vertoon van beeldkontras, effektiewe liassering, vinnige bereik deur datanetwerke en lae lopende kostes in. Die digitale sisteem beskryf in die tesis bestaan uit 'n gadolinium oksi-sulfied (Gd202S:Tb) sintillasieskerm wat X-strale omskakel na sigbare lig, 'n eerste-oppervlak aluminiumspieël wat die lig na 'n digitale kamera (CCD kamera) weerkaats en In persoonlike rekenaar vir dataverwerwing, verwerking en vertoon. Vergeleke met ander digitale stelsels is hierdie digitale beeldingstelsel eenvoudig, kompak en bekostigbaar. Die eienskappe van die verskillende komponente van die stelsel is ondersoek. Die Rarex G- 130 (Gd202S:Tb) sintillasieskerm IS gekies vanweë goeie resolusie, hoë emissiedoeltreffendheid en die hoë omsettingsdoeltreffendheid van die digitale kamera by die spektrale emissiegolflengte van dié sintillasieskerm. Die ruimtelike oplosvermoë van die stelsel is bepaal met In veldgrootte van 290 x 190 mnr' as 1.3 lynpare per millimeter. Die ruimtelike oplosvermoë kan verhoog word deur die kameraresolusie te verhoog of die veldgrootte te verklein, omdat die resolusie van die kamera tans die oplosvermoë van die stelsel beperk. Intrinsieke ruis van die detektor beperk die onderste grens van die dinamiese reikwydte van die detektor en kan verminder word deur die kamera te verkoel. 'n Donkerstroom-beeld word van die X-straalbeelde afgetrek om die voorspanningsein en die agtergrondsein, wat hoofsaaklik veroorsaak word deur termiese ruis, te verwyder. Ruis wat ontstaan as gevolg van fluktuasies in die aantal fotone, nie-homogeniteite in die bundel of variasie van die sensitiwiteit in die skerm word verwyder met behulp van 'n plat vlak beeld. Die digitale beelde verkry met die stelsel vergelyk goed met die beelde wat tans op film geneem word en die beeldkwalitiet is voldoende vir die kontrolering van die pasientopstelling. Dit is moontlik om die pasiëntdosis met 19 % te verminder en steeds voldoende beeldkwaliteit te verkry.

Este estudo apresenta a avaliação das condições de radioproteção em radiologia intraoral. A pesquisa foi realizada em parceria com o Instituto de Radioproteção e Dosimetria da Comissão Nacional de Energia Nuclear (IRD/CNEN). A coleta de dados foi feita por meio de pesquisa de campo quantitativa de caráter descritivo durante o período de setembro de 2013 a dezembro de 2014. Participaram voluntariamente do estudo, odontólogos da cidade de Curitiba - PR que atuam com equipamentos de raios X intraorais. A amostra da pesquisa consistiu em 97 odontólogos e 130 equipamentos intraorais instalados em 74 locais de atendimentos distribuídos em 39 bairros da cidade de Curitiba - PR. Foram avaliadas 21 clínicas odontológicas, 40 consultórios odontológicos, 1 hospital universitário, 8 unidades municipais de atendimento odontológico e 4 instituições de ensino. Os dados foram coletados por meio de formulários preenchidos pelo pesquisador, pelos odontólogos, e pela avaliação de controle de qualidade dos equipamentos de raios X. As avaliações de dose de entrada na pele, tamanho de campo de radiação e filtração total foram realizadas com kits dosimétricos fornecidos e avaliados pelo IRD/CNEN. As medidas do tempo de exposição e da tensão dos equipamentos de raios X foram realizadas com detectores não invasivos. A dose ocupacional dos odontólogos foi verificada com dosímetros termoluminescentes. Por meio de formulários e de um questionário (aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa de Seres Humanos - UTFPR) foi possível identificar as características técnicas dos equipamentos, avaliar os procedimentos de trabalho e o conhecimento dos odontólogos em relação à radioproteção. Com os resultados da pesquisa é possível destacar que apenas 10% dos equipamentos avaliados atendem a todas as exigências das normas de radioproteção do Brasil. Entretanto, 84,5% das doses de entrada na pele dos pacientes foram consideradas como conforme. Em relação à exposição ocupacional, a radiologia intraoral mostra-se segura, porém os procedimentos de trabalho dos odontólogos, referentes à radioproteção podem ser otimizados. Grande parte dos odontólogos não utiliza posicionador na sua rotina, fazem o processamento químico das radiografias através do método visual, usam sempre o mesmo tempo de exposição para todas as regiões anatômicas e não observam os pacientes durante a aquisição das imagens. O estudo sugere que a falta de conhecimento e de interesse dos odontólogos em relação à radioproteção, a falta de manutenção periódica dos equipamentos e a falta de fiscalização da agência regulamentadora são os responsáveis pelas não conformidades observadas. / This study presents an evaluation of the radiation protection conditions in intraoral radiology. The survey was conducted in partnership with the Radiation Protection and Dosimetry Institute of the National Commission of Nuclear Energy (IRD/CNEN). Data collection was performed using quantitative field research in a descriptive way during the period of september 2013 to december 2014. The study had the voluntarily participation of dentists in the city of Curitiba – PR, working with intraoral X-ray equipment. The research sample consisted of 97 dentists and 130 intraoral equipments which are installed in 74 care locations distributed in 39 neighborhoods in the city of Curitiba - PR. The study evaluated 21 dental clinics, 40 dental offices, 1 hospital, 8 municipal units of dental care and 4 educational institutions. Data were collected through forms checked out by the researcher, by dentists and the quality control evaluation of X-ray equipment. The evaluation of the entrance skin dose, radiation field size and total filtration were performed with dosimetric kits supplied and evaluated by IRD/CNEN. The exposure time and voltage measures of X-ray equipment were performed with noninvasive detectors. Occupational dose was measured with thermoluminescent dosimeters. Through appropriate forms and a questionnaire (approved by the Ethics Committee of Human being Research - UTFPR) it was possible to identify the technical characteristics of the equipment, review the working procedures and knowledge of the dentists in relation to radiation protection. Among the search results it is important to emphasize that only 10% of the evaluated equipment reaches all requirements of the Brazilian radiation protection standards. However, 84,5% of the entrance skin dose delivered to the patients was considered in accordance. Regarding occupational exposure, the intraoral X-rays seem to be safe, but the dentist’s working procedures, related to the radiation protection, can be optimized. Most dentists do not use positioners in their routine, make the chemical processing of X-rays through the visual method, routinely use the same exposure time for all anatomic regions and do not observe patients during image acquisition. The study suggests that the dentists’s lack of knowledge and interest in radiological protection, the lack of equipment regular maintenance and the lack of regulatory agency supervision are the responsible for the nonconformities observed.

Este estudo apresenta a avaliação das condições de radioproteção em radiologia intraoral. A pesquisa foi realizada em parceria com o Instituto de Radioproteção e Dosimetria da Comissão Nacional de Energia Nuclear (IRD/CNEN). A coleta de dados foi feita por meio de pesquisa de campo quantitativa de caráter descritivo durante o período de setembro de 2013 a dezembro de 2014. Participaram voluntariamente do estudo, odontólogos da cidade de Curitiba - PR que atuam com equipamentos de raios X intraorais. A amostra da pesquisa consistiu em 97 odontólogos e 130 equipamentos intraorais instalados em 74 locais de atendimentos distribuídos em 39 bairros da cidade de Curitiba - PR. Foram avaliadas 21 clínicas odontológicas, 40 consultórios odontológicos, 1 hospital universitário, 8 unidades municipais de atendimento odontológico e 4 instituições de ensino. Os dados foram coletados por meio de formulários preenchidos pelo pesquisador, pelos odontólogos, e pela avaliação de controle de qualidade dos equipamentos de raios X. As avaliações de dose de entrada na pele, tamanho de campo de radiação e filtração total foram realizadas com kits dosimétricos fornecidos e avaliados pelo IRD/CNEN. As medidas do tempo de exposição e da tensão dos equipamentos de raios X foram realizadas com detectores não invasivos. A dose ocupacional dos odontólogos foi verificada com dosímetros termoluminescentes. Por meio de formulários e de um questionário (aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa de Seres Humanos - UTFPR) foi possível identificar as características técnicas dos equipamentos, avaliar os procedimentos de trabalho e o conhecimento dos odontólogos em relação à radioproteção. Com os resultados da pesquisa é possível destacar que apenas 10% dos equipamentos avaliados atendem a todas as exigências das normas de radioproteção do Brasil. Entretanto, 84,5% das doses de entrada na pele dos pacientes foram consideradas como conforme. Em relação à exposição ocupacional, a radiologia intraoral mostra-se segura, porém os procedimentos de trabalho dos odontólogos, referentes à radioproteção podem ser otimizados. Grande parte dos odontólogos não utiliza posicionador na sua rotina, fazem o processamento químico das radiografias através do método visual, usam sempre o mesmo tempo de exposição para todas as regiões anatômicas e não observam os pacientes durante a aquisição das imagens. O estudo sugere que a falta de conhecimento e de interesse dos odontólogos em relação à radioproteção, a falta de manutenção periódica dos equipamentos e a falta de fiscalização da agência regulamentadora são os responsáveis pelas não conformidades observadas. / This study presents an evaluation of the radiation protection conditions in intraoral radiology. The survey was conducted in partnership with the Radiation Protection and Dosimetry Institute of the National Commission of Nuclear Energy (IRD/CNEN). Data collection was performed using quantitative field research in a descriptive way during the period of september 2013 to december 2014. The study had the voluntarily participation of dentists in the city of Curitiba – PR, working with intraoral X-ray equipment. The research sample consisted of 97 dentists and 130 intraoral equipments which are installed in 74 care locations distributed in 39 neighborhoods in the city of Curitiba - PR. The study evaluated 21 dental clinics, 40 dental offices, 1 hospital, 8 municipal units of dental care and 4 educational institutions. Data were collected through forms checked out by the researcher, by dentists and the quality control evaluation of X-ray equipment. The evaluation of the entrance skin dose, radiation field size and total filtration were performed with dosimetric kits supplied and evaluated by IRD/CNEN. The exposure time and voltage measures of X-ray equipment were performed with noninvasive detectors. Occupational dose was measured with thermoluminescent dosimeters. Through appropriate forms and a questionnaire (approved by the Ethics Committee of Human being Research - UTFPR) it was possible to identify the technical characteristics of the equipment, review the working procedures and knowledge of the dentists in relation to radiation protection. Among the search results it is important to emphasize that only 10% of the evaluated equipment reaches all requirements of the Brazilian radiation protection standards. However, 84,5% of the entrance skin dose delivered to the patients was considered in accordance. Regarding occupational exposure, the intraoral X-rays seem to be safe, but the dentist’s working procedures, related to the radiation protection, can be optimized. Most dentists do not use positioners in their routine, make the chemical processing of X-rays through the visual method, routinely use the same exposure time for all anatomic regions and do not observe patients during image acquisition. The study suggests that the dentists’s lack of knowledge and interest in radiological protection, the lack of equipment regular maintenance and the lack of regulatory agency supervision are the responsible for the nonconformities observed.

A grande utilização de exames de diagnóstico por imagem em crianças trouxe à tona a preocupação com a crescente dose de radiação absorvida na realização de um exame radiográfico. O objetivo desta pesquisa foi realizar avaliação das práticas de raios X na radiologia pediátrica, visando a otimização dos procedimentos radiológicos e a produção de imagens com qualidade para o diagnóstico com a menor dose ao paciente. A metodologia foi baseada no acompanhamento de exames pediátricos e medidas dosimétricas através do uso de dosímetros termoluminescentes TLDs e software específico (DoseCal) para a constatação da realidade dos serviços de radiologia pediátrica. Medidas de pacientes pediátricos em exames radiográficos de tórax foram realizadas em um hospital público de Curitiba e em uma clínica em Cascavel. Grupos com diferentes faixas etárias foram formados na avaliação de exames rotineiros de tórax nas projeções AP/PA e LAT, e ossos da face na projeção lateral, onde foram divididos em grupos de 0-1 ano, 1-5 anos, 5-10 anos e 10-15 anos. As doses obtidas através do software DoseCal foram comparadas entre si para determinar sua variabilidade. A DEP determinada pelos TLDs foi comparada com os valores de referência dados pela comunidade européia para verificar as doses utilizadas. Os valores de dose para crianças de até 1 ano apresentaram-se altos em comparação com os demais grupos avaliados, um fator justificado em partes pela limitação dos equipamentos utilizados. Na radiologia convencional os valores obtidos através dos TLDs foram satisfatórios, obedecendo a referência máxima descrita pela comissão européia. Na radiologia digital indireta obtivemos valores acima dos referenciados, fator este resultante da implantação e da adaptação das técnicas radiológicas a nova forma de captação de imagem. Concluí-se que o aprimoramento técnico das equipes em radiologia pediátrica é uma das melhores maneiras de se obter bons resultados na diminuição da dose. / The great use of examinations of diagnosis for image in children brought the concern with the increasing dose of radiation absorbed in the accomplishment of a radiographic examination. The objective of this research is to carry through evaluation of the practical ones of x-rays in pediatric radiology, aiming at to optimize the radiological rocedures and the production of images with quality for the diagnosis with the lesser dose to the patient. The methodology is based on the accompaniment of pediatric examinations and dosimetry measures through the use of dosemeters TLD and specific software (DoseCal) for the evidence of the reality in a radiology service. Measures of pediatric patients in radiographic examinations of thorax had been carried through in a public hospital in the Curitiba. Groups with different age groups had been formed in the evaluation of routine examinations of thorax in projections AP/PA and LAT, where they are divided in groups of 0-1 year, 1-5 years, 5-10 years and 10-15 years. Part of the carried through examinations had been evaluated with thermoluminescence dosemeters TLD-100 for the collection of the entrance surface dose (ESD). The measured doses are compared with the gotten ones with the DoseCal software, that makes the calculation of dose for each patient from the income of the device of rays X. The ESD is evaluated always that it has diagnostic quality in the radiographic image. The objective is to verify if the minimum requirements had been reached, for a good quality of image and bringing a small dose to the patient, as party to suit of to optimize procedures.

Este trabalho avalia a distribuição de dose recebida por trabalhadores envolvidos nos procedimentos de radiologia veterinária portátil digital e verifica a redução da dose obtida com a utilização de equipamentos de proteção individual. Para esta avaliação foram feitas medições utilizando dosímetros termoluminescentes tipo TLD-100, posicionados em sete diferentes pontos do corpo dos assistentes: mãos, tórax (por fora do avental), tireoide (por dentro do avental), cantos dos olhos esquerdo e direito e centro dos olhos e em cinco pontos diferente no médico veterinário: tórax (por fora do avental), tireoide (por dentro do avental), cantos dos olhos esquerdo e direito e centro dos olhos. As doses ocupacionais foram avaliadas em 63 procedimentos radiográficos de cães realizados com 49 assistentes e um médico veterinário na região metropolitana de Curitiba, PR. Os resultados mostram a importância do uso do protetor de tireoide e avental de chumbo para a redução da dose recebida pelos profissionais. As doses dos assistentes que seguraram os animais foram mais altas na região das mãos. Este estudo mostra a necessidade de medidas adicionais de proteção e a implementação de mecanismos de treinamento em proteção radiológica para os médicos e assistentes que trabalham com radiologia portátil digital. / This study evaluates the distribution of the dose received by work-people involved in portable digital veterinary radiology procedures and checks the dose reduction obtained with the use of individual protection equipments. For this evaluation measurements were made using TLD-100 thermoluminescent dosimeters,positioned at seven different spots on the body of the assistants: hands, chest (outside the apron), thyroid (inside the apron), left and right eye corners and at the forehead, and in five different spots in the veterinarian: chest (outside the apron), thyroid (inside the apron), left and right eye corners and the center of the eyes. The dosage was evaluated through the 63 procedures performed with 49 assistants and a veterinarian in the metropolitan region of Curitiba, PR. The results show the importance of using thyroid protection and lead aprons to reduce the dosage received by the veterinarian and assistants. The dosages of the assistants who held the animals were higher in the areas of the hands. This study shows the need for additional protective measurements and the implementation of training mechanisms in radiation protection for physicians and assistants who work with portable digital radiology.

A radiação ionizante possibilitou à medicina a utilização do diagnóstico por imagem, cuja finalidade é obter uma avaliação médica dos tecidos e funções orgânicas do corpo humano. O seu uso, entretanto, trouxe alguns inconvenientes, como o excesso de radiação a que uma pessoa pode ficar exposta, podendo trazer graves consequências a sua saúde. Normas internacionais orientam quanto ao uso de equipamentos que se utilizam de radiação, quanto às doses sobre os pacientes e trabalhadores ocupacionais, bem como fornecem recomendações quanto à utilização dos equipamentos que produzem os raios X. Nos últimos anos, foram implementados programas para a garantia da qualidade para as empresas prestadoras de serviços radiológicos e para os equipamentos utilizados, trazendo assim, o maior benefício possível para aqueles que se utilizam da radiação ionizante. A proposta deste trabalho é promover uma análise sobre a utilização de um circuito simples e barato, capaz de detectar os raios X emitidos por um aparelho de radiodiagnóstico médico. O circuito elétrico utilizado contém um sistema de detecção de raios X utilizando como transdutor um diodo PIN. Através de quatro aparelhos de raios X fixos e um móvel, foram realizadas várias exposições com valores de tensão em kV, corrente em mA e tempo em s, que mostraram que o sensor foi capaz de detectar esta radiação para os diferentes valores ajustados no aparelho. O circuito foi desenvolvido baseado num sensor do tipo diodo PIN, elemento de reduzida dimensão, que pode ser operado à temperatura ambiente, e é capaz de indicar, através do sensor, a interação da junção com fótons de raios X possibilitando a detecção da energia destes fótons emitidos e teste de vazamento de radiação e acessórios radiológicos. / Ionizing radiation allowed the medical use of diagnostic imaging, whose purpose is to obtain a medical evaluation of tissues and physiological functions of the human body. Its use, however, brought some problems, such as excessive radiation that a person can be exposed. International standards guide on the use of equipment that use radiation, as the doses on patients and occupational workers, and provide recommendations on the use of equipment that produce the X-rays. In recent years, programs have been implemented to guarantee the quality, thus bringing the greatest benefit to those who use ionizing radiation. The purpose of this work is to promote an analysis of the use of a simple circuit capable of detecting the Xrays emitted by a medical diagnostic radiology apparatus. The electrical circuit used contains an X-ray detection system using as transducer a PIN diode. The circuit is simple and inexpensive. Through a fixed X-ray apparatus, multiple exposures were performed with voltage values in kV, current mA and time s that showed the sensor could detect the presence of this radiation for different values set in the apparatus. The circuit was developed based on a diode type PIN sensor, small size element that can be operated at room temperature, and is able to indicate, via the sensor, the interaction of the junction with X-ray photons enabling the detection of the energy of these emitted photons and test the undesirable radiation emitted and radiological accessories.

A radiação ionizante possibilitou à medicina a utilização do diagnóstico por imagem, cuja finalidade é obter uma avaliação médica dos tecidos e funções orgânicas do corpo humano. O seu uso, entretanto, trouxe alguns inconvenientes, como o excesso de radiação a que uma pessoa pode ficar exposta, podendo trazer graves consequências a sua saúde. Normas internacionais orientam quanto ao uso de equipamentos que se utilizam de radiação, quanto às doses sobre os pacientes e trabalhadores ocupacionais, bem como fornecem recomendações quanto à utilização dos equipamentos que produzem os raios X. Nos últimos anos, foram implementados programas para a garantia da qualidade para as empresas prestadoras de serviços radiológicos e para os equipamentos utilizados, trazendo assim, o maior benefício possível para aqueles que se utilizam da radiação ionizante. A proposta deste trabalho é promover uma análise sobre a utilização de um circuito simples e barato, capaz de detectar os raios X emitidos por um aparelho de radiodiagnóstico médico. O circuito elétrico utilizado contém um sistema de detecção de raios X utilizando como transdutor um diodo PIN. Através de quatro aparelhos de raios X fixos e um móvel, foram realizadas várias exposições com valores de tensão em kV, corrente em mA e tempo em s, que mostraram que o sensor foi capaz de detectar esta radiação para os diferentes valores ajustados no aparelho. O circuito foi desenvolvido baseado num sensor do tipo diodo PIN, elemento de reduzida dimensão, que pode ser operado à temperatura ambiente, e é capaz de indicar, através do sensor, a interação da junção com fótons de raios X possibilitando a detecção da energia destes fótons emitidos e teste de vazamento de radiação e acessórios radiológicos. / Ionizing radiation allowed the medical use of diagnostic imaging, whose purpose is to obtain a medical evaluation of tissues and physiological functions of the human body. Its use, however, brought some problems, such as excessive radiation that a person can be exposed. International standards guide on the use of equipment that use radiation, as the doses on patients and occupational workers, and provide recommendations on the use of equipment that produce the X-rays. In recent years, programs have been implemented to guarantee the quality, thus bringing the greatest benefit to those who use ionizing radiation. The purpose of this work is to promote an analysis of the use of a simple circuit capable of detecting the Xrays emitted by a medical diagnostic radiology apparatus. The electrical circuit used contains an X-ray detection system using as transducer a PIN diode. The circuit is simple and inexpensive. Through a fixed X-ray apparatus, multiple exposures were performed with voltage values in kV, current mA and time s that showed the sensor could detect the presence of this radiation for different values set in the apparatus. The circuit was developed based on a diode type PIN sensor, small size element that can be operated at room temperature, and is able to indicate, via the sensor, the interaction of the junction with X-ray photons enabling the detection of the energy of these emitted photons and test the undesirable radiation emitted and radiological accessories.