CIENCIAS NUCLEARES
Trazabilidad de las mediciones realizadas con activímetros en medicina nuclear
Traceability of radionuclide calibrators measurements in nuclear medicine
Pilar Oropesa Verdecia, Rolando A. Serra Águila, Yecenia Moreno León, Aerulio T. Hernández Rivero
RESUMEN
En medicina nuclear,
las dosis del radiofármaco administradas se expresan mediante la actividad
del radionucleido en el preparado. La medición de esa actividad se realiza
en el activímetro y resulta primordial para garantizar la comparabilidad
nacional e internacional de los resultados clínicos relacionados y la
seguridad radiológica del paciente. En este trabajo se detalla la transferencia
de la unidad becquerel a los activímetros empleados en medicina nuclear
en Cuba. Se presentan los resultados de la implantación de un servicio
de calibración in situ, basado en la comparación directa con muestras
de referencia de los radionucleidos específicos sujetos a medición.
Los resultados de las comparaciones de medición internacionales y nacionales
que se muestran, validan los estimados de incertidumbre de los coeficientes
de calibración, determinados para la medida en estos instrumentos de
la actividad de los principales emisores gamma que se han utilizado en la medicina
nuclear cubana: ,
y
.
ABSTRACT
In nuclear medicine,
the administered doses of the radiopharmaceutical are expressed through the
amount of radioactivity contained in the drug. The measurement of this activity,
performed using a radionuclide calibrator, is of the utmost importance to guarantee
the national and international comparability of clinic results and the radiological
safety of the patient. In this paper, the transferring of the becquerel unit
to the radionuclide calibrators employed in the nuclear medicine practice in
Cuba is detailed. The obtained results with an in situ calibration service,
which is based on the direct comparison with standards of the specific measured
radionuclides, are presented. Outcomes of international and national measurement
comparisons are shown. They validate the uncertainty estimates of the calibration
coefficients installed in the instruments for measurements of ,
and
,
the main gamma emitters that have been used in Cuban nuclear medicine.
Key words: nuclear medicine, calibration standards, iodine 131, interlaboratory comparisons, radiopharmaceuticals thallium 201, technetium 99
INTRODUCCIÓN
La medicina nuclear
es la esfera de mayor aplicación de las mediciones de radiactividad en
Cuba. Esto está vinculado, por un lado, a que las enfermedades cardiovasculares
y el cáncer son la primera causa de muerte en el país, y por otro,
a que existen Departamentos de Medicina Nuclear en más de 14 hospitales,
los cuales brindan un apreciable volumen de servicios tanto en magnitud como
en extensión territorial. Los radiofármacos en uso han contenido,
fundamentalmente, los radionucleidos ,
y
.
Durante el diagnóstico,
la terapia y las investigaciones de nuevos productos o procedimientos, las dosis
del radiofármaco administradas expresan la cantidad de radiactividad
presente en el preparado. La medición trazable de esa cantidad es primordial
para garantizar la comparabilidad nacional e internacional de los resultados
clínicos reportados y el cumplimiento de los principios de justificación
y optimización postulados para la protección radiológica
del paciente [1]. De ahí, que el Organismo Internacional de Energía
Atómica (OIEA) haya editado un reporte técnico dedicado al aseguramiento
de la calidad de estas mediciones [2], en el cual se recomienda que las actividades
en el intervalo de 1 MBq a 10 GBq se midan con exactitud de ± 5% y que
en las regulaciones ramales se establezca como límite para esta exactitud
un ± 10% [3,4].
El instrumento
comúnmente empleado para medir la actividad del radiofármaco es
el activímetro. La cámara de ionización de pozo, parte
de este instrumento, puede ser sensible a cambios en la geometría de
medición y el blindaje que rodea a la cámara [5,6]. Así,
la calibración del activímetro en las condiciones de uso específicas,
constituye un requisito indispensable para garantizar la confiabilidad de la
medición.
Antes de 1998, no existían los medios apropiados para calibrar los activímetros en Cuba. Los instrumentos en uso en los hospitales habían sido calibrados por los fabricantes, en ocasiones más de 10 años atrás. Como se aprecia en la figura 1, las incertidumbres de la medición en algunos instrumentos utilizados en esas condiciones, eran mayores que 50%.
A partir del 2002,
el Departamento de Metrología de Radionúclidos del Centro de Isótopos
(CENTIS-DMR) establece un servicio de calibración in situ para los activímetros
empleados en medicina nuclear en Cuba. En este trabajo se detalla la transferencia
de la unidad becquerel a los instrumentos mediante la comparación directa
con muestras patrones de referencia de los radionucleidos específicos
sujetos a medición. Se presentan los principales resultados de la implantación
del servicio y se muestran los resultados de comparaciones internacionales y
nacionales, que validan los estimados de incertidumbre de los coeficientes de
calibración determinados para medir en los instrumentos los principales
emisores
que se han utilizado en la medicina nuclear en el país:
,
y
.
2. Materiales y Métodos
Diferentes autores
han examinado aspectos relevantes en cuanto a la calibración y uso de
las cámaras de ionización de pozo [5,8]. En particular, la medición
en el activímetro de la actividad del radionucleido, ,
en la fuente i, para la fecha de referencia
,
es descrita por la ecuación [5]:
Aquí,
es la actividad del radionucleido en la fuente i, medida en el instrumento
en el momento de tiempo t y
es
el factor de corrección de la desintegración radiactiva en el
periodo transcurrido entre t y
.
es la corriente de ionización de la cámara originada por la fuente
radiactiva,
el coeficiente de calibración del radionucleido en la geometría
de calibración del instrumento y g el factor de corrección para
la geometría de medición, cuando esta última no coincide
con la de calibración. Por último,
es el factor de corrección para el contenido de impurezas radiactivas.
Las cadenas de
trazabilidad de las mediciones de los radionucleidos realizadas en los instrumentos
de los usuarios finales en medicina nuclear, existen en un número pequeño
de países [¡Error! Marcador no definido., 9-17]6, 9-17].
Además del requisito de exactitud de ± 10% en el nivel de jerarquía
de los usuarios finales, un rasgo común de las cadenas establecidas son
los patrones primarios y una cámara de ionización de pozo, en
el primer y segundo niveles de jerarquía, respectivamente.
En este trabajo,
la transferencia de la unidad becquerel de ,
y
,
a los activímetros en uso en medicina nuclear, se realiza según
los esquemas de trazabilidad presentados en las figuras 2 y 3. Un elemento novedoso
en estas cadenas es la inclusión del patrón secundario, formado
por fuentes patrones de 6 radionucleidos y un espectrómetro con detector
de HPGe, en el primer nivel de jerarquía de la infraestructura metrológica
nacional [18].
En el segundo nivel
de jerarquía de esta infraestructura está un activímetro
secundario, que conserva la unidad de medida y permite su transmisión
confiable, rápida y sencilla al nivel subsiguiente, correspondiente a
los activímetros de los usuarios finales. El activímetro secundario
es un instrumento Capintec
CRC-35R y las actividades directamente mensurables en el mismo, con una repetibilidad
de 0,4%, se encuentran de 370 kBq a 37 GBq.
La transmisión de la unidad de medida, desde un nivel de jerarquía superior hacia un activímetro perteneciente a un nivel de jerarquía inferior de la cadena de trazabilidad, se efectúa mediante la calibración del instrumento por el método de sustitución [19,20], utilizando disoluciones de los radionucleidos sujetos a medición, calibradas con los patrones del nivel superior. La transmisión de la unidad becquerel del nivel 2 al 3, se hace in situ en el hospital, siendo novedosa la conjunción de las disoluciones calibradas como patrón viajero con la calibración de los instrumentos directamente por el personal del Instituto Nacional de Metrología (INM). Con respecto a la calibración postal [¡Error! Marcador no definido.-¡Error! Marcador no definido.,¡Error! Marcador no definido.], la ventaja radica en que se asegura la competencia técnica del personal que realiza la calibración. Las capacidades de medición y calibración en los diferentes niveles de jerarquía de las cadenas de trazabilidad de las figuras 2 y 3, fueron reconocidas en 2005 por el Buró Internacional de Pesos y Medidas [21].
La estimación de la incertidumbre de medición de un activímetro se basa en la Ec. (1) y los principios generales en [22]. La validación del estimado obtenido para la medición en el activímetro secundario contempla el análisis de precisión [23] y los resultados de la participación en comparaciones internacionales, que establecen el grado de equivalencia entre el activímetro secundario y los patrones nacionales de los diferentes países [24]. El análisis de precisión utiliza el estadístico T, definido según la ecuación:
donde
es el valor de la actividad por unidad de masa del radionucleido, obtenido a
partir de la medición fuente i, mientras que
será igual la varianza de
utilizada para establecer el valor medio ponderado,
,
de los n resultados sujetos al análisis de precisión. Si
el estimado de la incertidumbre típica combinada,
,
(precisión a priori) tiene en cuenta adecuadamente la variabilidad
existente entre las mediciones, el estadístico T sigue una distribución
con n -1 grados de libertad.
El grado de equivalencia
entre 2 patrones de medición, ,
y su incertidumbre expandida,
(k = 2), se calculan según se estipula en [25].
3. Resultados
y Discusión
3.1. Incertidumbre de la medición del activímetro secundario
Como se muestra
en la tabla 1, la incertidumbre típica combinada, (
),
de la actividad de
,
y
medida en el activímetro secundario, se estima igual a 1,9% (k=1). En
esa tabla, la contribución
se cuantificó a partir de la desviación máxima detectada
para los tres radionucleidos, al comparar la actividad de referencia,
,
con la indicada por el instrumento para una muestra de referencia dada,
.
Esta desviación máxima fue 3% (ver tabla 2). Se asumió
la distribución rectangular de la variable. El valor de
obtenido es característico para cámaras de ionización de
buena calidad [5].
3.2. Validación del estimado de incertidumbre de la medición del activímetro secundario
El análisis
de precisión de los resultados de la transmisión de la unidad
becquerel a disoluciones de ,
y
,
utilizando el activímetro secundario, se presenta en la tabla 3.
Para el análisis
en la Ec. (2) se toma:
donde es
la varianza debida a la masa de disolución radiactiva depositada en la
fuente i , mientras que el valor numérico representa la varianza
estimada para la contribución del contenido de impurezas radiactivas
y la estabilidad de las disoluciones calibradas. Los restantes símbolos
coinciden con los definidos en la tabla 1. En la Ec. (3) las contribuciones
de las diferentes componentes de incertidumbre están expresadas en por
cientos.
Los resultados
de la tabla 3 permiten aseverar que, la varianza observada y la estimada a priori
para los resultados de medición del activímetro secundario, son
homogéneas. En particular se demuestra que las componentes de incertidumbre
relacionadas con el contenido de impurezas radiactivas y la estabilidad de las
disoluciones calibradas, no producen una variabilidad significativa en los resultados
de las mediciones. Por otra parte, en las tablas 4-6 se muestran los resultados
de las comparaciones con los INM de España [27], Alemania y Brasil. Estos
establecen una equivalencia satisfactoria entre el activímetro secundario
y los patrones respectivos de la magnitud de los otros INM .
3.3 Transferencia de la unidad becquerel a los usuarios finales
Las fuentes de
,
y
en las geometrías utilizadas en medicina nuclear, calibradas en el activímetro
secundario, con una incertidumbre típica combinada
(
)
igual a 1,9%, se emplean para diseminar la unidad de medida a los usuarios finales.
La tabla 7 resume los resultados de la evaluación de las principales
componentes de la incertidumbre de los coeficientes de calibración (
)0,
determinados por el CENTIS-DMR para la medición de los principales radionucleidos
emisores
en los activímetros del nivel 3 de la cadena de trazabilidad.
3.4. Incertidumbres
de medición en los activímetros de los usuarios finales
Basado en la incertidumbre
del coeficiente ()0,
determinado por el CENTIS-DMR para los activímetros del nivel 3 de la
cadena de trazabilidad y, en los valores típicos de las contribuciones
de las restantes componentes de la incertidumbre de medición en este
tipo de instrumento, se estima que la incertidumbre típica combinada,
(
),
de la actividad de
,
y
obtenida en los activímetros en uso en los hospitales, es 3,3% (ver tabla
8).
El estimado obtenido
para (
),
se valida a partir de los resultados del programa nacional de comparaciones
de las mediciones de los radionucleidos en activímetros [7]. Para estas
comparaciones, los 129 valores no extremos de los residuos estandarizados z,
se distribuyen normalmente (
=0,05),
con varianza uno y valor medio correspondiente a una actividad del radionucleido
0,66% menor que la referencia del nivel 2 de la cadena de trazabilidad (ver
tabla 9). Esto refleja una subestimación de la radiactividad en el radiofármaco,
pero en una magnitud que no es significativa con respecto al límite de
exactitud del ± 10%. La normalidad con varianza 1 de los z no extremos,
evidencia que la incertidumbre típica combinada relativa de la actividad
de
,
y
medida en los activímetros cubanos del nivel 3 de la cadena de trazabilidad,
es efectivamente igual a 3,3% cuando se observan los procedimientos adecuados
para garantizar la calidad de los resultados de medición. A su vez, lo
anterior valida los estimados de incertidumbre de los coeficientes de calibración
de
,
y
,
determinados para la medición de estos radionucleidos en los activímetros
de los usuarios finales.
3.5. Resultados de la implantación del servicio de calibración de activímetros
El servicio nacional de calibración in situ de los activímetros se estableció a partir de 2002. Esto permitió evaluar la exactitud de los coeficientes de calibración del fabricante, en las condiciones concretas de uso de los instrumentos. Se estudiaron 13 activímetros, estando representados los cinco fabricantes de los equipos utilizados en el país (ver tabla 10).
Los resultados
del estudio evidenciaron que para el fabricante predominante, PTW-Freiburg,
existían diferencias significativas (mayores de ±10%) entre los
coeficientes de calibración del fabricante, ()i
y los determinados por el CENTIS-DMR, (
)0,
como se aprecia en la tabla 11. La causa de estas diferencias es que la calibración
realizada por el fabricante se hacía con blindaje de plomo, mientras
que en Cuba la cámara se empleaba sin ese blindaje. Frecuentemente, el
valor de actividad mostrado por el instrumento se usaba sin corrección
adicional durante la administración del radiofármaco al paciente.
Como resultado de las calibraciones, los nuevos coeficientes (
)0
se incorporaron a los instrumentos, permitiendo la lectura directa de la actividad
correcta presente en el radiofármaco. Para los instrumentos de los restantes
cuatro fabricantes, no se detectaron diferencias significativas, entre los coeficientes
de calibración del fabricante y los determinados por el CENTIS-DMR, bajo
las condiciones concretas de uso de estos instrumentos en los Departamentos
de Medicina Nuclear.
Otro resultado
del servicio de calibración implantado, fue la mejora de la calidad de
las mediciones en los activímetros de los usuarios finales, detectada
a partir de 2002, mediante las comparaciones de las mediciones en estos instrumentos
[7]. Los resultados de la tabla 12 muestran el incremento de la proporción
de instrumentos calibrados correctamente para realizar las mediciones durante
2002-2004, con respecto a la proporción correspondiente en el año
2000 (nivel de significación =0,05).
4. Conclusiones
Se ha establecido
un servicio nacional de calibración de activímetros en Cuba, donde
la transferencia de la unidad se realiza siguiendo cadenas de trazabilidad novedosas
con capacidades de medición y calibración que fueron reconocidas
en 2005 por el Buró Internacional de Pesos y Medidas.
Los resultados
de las comparaciones internacionales permitieron establecer el grado de equivalencia
entre el activímetro secundario y patrones de medición de actividad
de radionucleidos de interés de los INM de España, Alemania y
Brasil.
El método
utilizado para la transferencia de la unidad becquerel del activímetro
secundario a los instrumentos de los usuarios finales combina el uso de fuentes
radiactivas en geometrías de interés en la práctica médica
como patrón viajero y la transmisión de la unidad in situ
directamente por el personal capacitado del INM.
Como resultado
del servicio de calibración de activímetros, la calidad de las
mediciones de ,
y
en los instrumentos en uso en los hospitales mejoró a partir del 2002,
con la elevación de la seguridad radiológica del paciente como
usuario directo. Se evaluó la exactitud de los coeficientes de calibración
del fabricante, en las condiciones concretas de uso de los instrumentos. Se
incorporaron nuevos coeficientes de calibración en los activímetros
cuando resultó necesario.
Las comparaciones
nacionales de la medición de ,
y
en activímetros, validan las incertidumbres de los coeficientes de calibración
determinados para la medición de estos radionucleidos en los instrumentos
de los usuarios finales.
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Recibido: 22 de
abril de 2008
Aceptado: 23 de octubre de 2008
Centro de Isótopos
(CENTIS). Avenida Monumental y Carretera "La Rada", Guanabacoa
La Habana, Cuba