( PDF ) Análise de osso suíno irradiado utilizando espalhamento coerente de raios x e ressonância paramagnética eletrônica

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ANÁLISE DE OSSO SUÍNO IRRADIADO UTILIZANDO ESPALHAMENTO

COERENTE DE RAIOS X E RESSONÂNCIA PARAMAGNÉTICA ELETRÔNICA

Fausto Amaro da Silva Araujo

Dissertação de mestrado apresentada ao

Programa de Pós-graduação em Engenharia

Nuclear, COPPE, da Universidade Federal do

Rio de Janeiro, como parte dos requisitos

necessários à obtenção do título de Mestre em

Engenharia Nuclear

Orientadores: Delson Braz

Edgar Francisco Oliveira de Jesus.

Rio de Janeiro

Fevereiro de 2009

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ANÁLISE DE OSSO SUÍNO IRRADIADO UTILIZANDO ESPALHAMENTO

COERENTE DE RAIOS X E RESSONÂNCIA PARAMAGNÉTICA ELETRÔNICA

Fausto Amaro da Silva Araujo

TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ

COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM

ENGENHARIA NUCLEAR.

Aprovada por:

________________________________________________

Prof. Delson Braz, D.Sc.

________________________________________________

Prof. Edgar Francisco Oliveira de Jesus, D.Sc

________________________________________________

Prof. Regina Cely Rodrigues Barroso, D.S.c

________________________________________________

Dr. Marcus Alexandre Vallim de Alencar, D.S.c

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

FEVEREIRO DE 2009

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iii

Araujo, Fausto Amaro da Silva

Análise de osso suíno irradiado utilizando

espalhamento coerente de raios X e Ressonância

Paramagnética Eletrônica / Fausto Amaro da Silva

Araujo. – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2009.

XI, 62 p.: il.; 29,7 cm.

Orientador: Delson Braz

Edgar Francisco de Jesus

Dissertação (mestrado) – UFRJ/ COPPE/ Programa

de Engenharia Nuclear, 2009.

Referencias Bibliográficas: p. 58-62.

1. RPE. 2. Espalhamento coerente de raios X. 3.

Osso suíno. I. Braz, Delson et al II. Universidade Federal

do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia

Nuclear. III. Titulo.

Aos meus pais, Angelino e Joana D’arc,

e minha irmã Viviane.

AGRADECIMENTOS

Ao Pai Celestial, que escrevendo certo em linhas tortas, me conduziu a chegar

onde estou agora.

A minha família, por todo apoio não apenas durante meu curso de mestrado,

mas em toda minha vida.

A minha namorada Geisiane, pelo apoio, compreensão e paciência ao me ouvir

falando sobre absorção de microondas por espécies paramagnéticas, mesmo sem ter

a mínima idéia do que seja isso.

Aos meus orientadores, Delson Braz e Edgar Francisco, pelo apoio e incentivo.

Aos colegas do LIN, especialmente o Edson e o Leonardo, que sem sua ajuda e

troca de experiências, minha jornada teria sido muito mais difícil e confusa.

Aos colegas da turma de Física Nuclear Aplicada do ano de 2007, a turma mais

unida que tive a honra de pertencer.

Às meninas da turma de Dosimetria Básica de 2008, que elaboraram o

“milagroso funil”, que melhorou muito a qualidade de minhas medidas.

Aos funcionários do LIN e do PEN, que sempre estiveram dispostos a ajudar em

tudo o que precisei.

Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários

para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)

ANÁLISE DE OSSO SUÍNO IRRADIADO UTILIZANDO ESPALHAMENTO COERENTE

DE RAIOS X E RESSONÂNCIA PARAMAGNÉTICA ELETRÔNICA

Fausto Amaro da Silva Araujo

Fevereiro/2009

Orientadores: Delson Braz

Edgar Francisco Oliveira de Jesus.

Programa: Engenharia Nuclear

Ossos suínos são frequentemente utilizados como modelo biológico em vários

estudos a respeito de ossos humanos. Sendo assim, neste trabalho, amostras de

ossos suínos foram irradiados com doses de 50 a 500 Gy. As amostras foram

inicialmente analisadas utilizando-se a técnica de Ressonância Paramagnética

Eletrônica (RPE). Depois, amostras irradiadas com as mesmas doses foram analisadas

através da técnica de Difração de Raios X. Todas as medições foram realizadas

utilizando-se os equipamentos disponíveis no Laboratório de Instrumentação Nuclear

(LIN/COPPE–UFRJ). A dose absorvida pelas amostras foi determinada por RPE,

porém, as medidas só foram compatíveis com os valores esperados para doses acima

de 200 Gy. Através do teste de t-Student, verificou-se que existem diferenças

significativas entre os perfis de difração das amostras controle e das amostras

irradiadas. Os resultados desse trabalho mostraram que o processo de irradiação, com

as doses utilizadas, provoca alterações em nível molecular nos ossos, e que com o

sistema dosimétrico utilizado só é apropriado para doses relativamente elevadas.

vii

Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

SWINE BONE ANALISYS USING X-RAY COHERENT SCATERRING AND

ELECTRONIC PARAMAGNETIC RESONANCE

Fausto Amaro da Silva Araujo

February/2009

Advisors

: Delson Braz

Edgar Francisco Oliveira de Jesus.

Department: Nuclear Engineering

Swine bones are frequently used as a biological model in many studies about

human bones. So that, in this work, some swine bone samples were irradiated with

doses between 50 and 500 Gy. The samples were initially analyzed using the Electron

Paramagnetic Resonance (RPE) technique. After that, some samples irradiated with the

same doses were analyzed using the X-ray Diffraction (XRD) technique. All the

measurements were done using the materials available in the Nuclear Instrumentation

Laboratory (LIN – COPPE – UFRJ). The absorbed doses were determined using RPE,

but the measurements were compatible with the waited values just for the doses above

200 Gy. Through the t-Student test, we checked there are significant changes between

the diffraction profiles of the control samples and the irradiated samples. The results of

this work show the irradiation process, with the used doses, causes changes in

molecular level in bones. It was possible to conclude that the dosimeter system used is

appropriate just for relatively high doses.

viii

ÍNDICE

CAPÍTULO I: INTRODUÇÃO........................................................................................1

1.1 – OSSO SUÍNO COMO MODELO BIOLÓGICO...................................................1

1.2 – DOSIMETRIA RPE.............................................................................................1

1.3 – DIFRAÇÃO DE RAIOS X...................................................................................4

1.4 – OBJETIVOS E ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO..............................................4

CAPÍTULO II: FUNDAMENTOS TEÓRICOS ..............................................................5

2.1 – O TECIDO ÓSSEO............................................................................................5

2.1.1 – AS CÉLULAS ÓSSEAS...................................................................................6

2.1.2 – CLASSIFICAÇÃO DO TECIDO ÓSSEO.........................................................6

2.2 – RESSONÂNCIA PARAMAGNÉTICA ELETRÔNICA.........................................8

2.2.1 – PROPRIEDADES MAGNÉTICAS DA MATÉRIA............................................8

2.2.2 – A RESSONÂNCIA PARAMAGNÉTICA ELETRÔNICA...................................9

2.2.3 – O ESPECTRO RPE.......................................................................................11

2.2.4 – ANÁLISE DE TECIDOS CALCIFICADOS UTILIZANDO RPE......................12

2.3 – DIFRAÇÃO DE RAIOS X............................................................................. ...14

2.3.1 – FENÔMENOS DE ESPALHAMENTO..........................................................16

2.3.1.1 – ESPALHAMENTO THOMSOM.................................................................17

2.3.1.2 – ESPALHAMENTO RAYLEIGH..................................................................17

2.4 – NOÇÕES DE ANÁLISE DE DADOS...............................................................18

2.4.1 – AJUSTE DE FUNÇÕES...............................................................................18

2.4.2 – ESTATÍSTICA DESCRITIVA...................................................... .................20

2.4.2.1 – MEDIDAS DE TENDÊNCIA CENTRAL.....................................................21

2.4.2.2 – MEDIDAS DE DISPERÇÃO................................................................ .....22

2.4.2.3 – TESTES DE HIPÓTESES................................................................... .....23

CAPÍTULO III – MATERIAIS E MÉTODOS................................................................25

3.1 – PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS..................................................................25

3.2 – IRRADIAÇÃO DAS AMOSTRAS.....................................................................26

3.3 – ANÁLISE POR RPE.........................................................................................27

3.3.1 – A INSTRUMENTAÇÃO.................................................................................27

3.3.2 – OTIMIZAÇÃO DOS PARÂMETROS.............................................................28

3.3.3 – DOSIMETRIA DAS AMOSTRAS..................................................................30

3.4 – ANÁLISE POR DIFRAÇÃO DE RAIOS X.......................................................30

3.4.1 – A INSTRUMENTAÇÃO................................................................................30

3.4.2 – PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO....................................................32

CAPÍTULO IV – RESULTADOS...............................................................................35

4.1 – ANÁLISE POR RPE........................................................................ ...............35

4.1.1 – OTIMIZAÇÃO DOS PARAMETROS DE OPERAÇÃO................................35

4.1.2 – DOSIMETRIA DAS AMOSTRAS.................................................................35

4.2 – ANÁLISE POR DIFRAÇÃO DE RAIOS X.......................................................35

4.2.1 – CARACTERIZAÇÃO DOS PERFIS DE DIFRAÇÃO....................................41

4.2.2 – ESTATÍSTICA DESCRITIVA DOS PARÂMETROS DE

CARACTERIZAÇÃO......................................................................................................42

4.2.3 – TESTES DE HIPÓTESES............................................................. ...............48

CAPÍTULO V – CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS....................................55

5.1 – RESSONÂNCIA PARAMAGNÉTICA ELETRÔNICA.......................................55

5.2 – DIFRAÇÃO DE RAIOS X.................................................................................56

5.3 – TRABALHOS FUTUROS.................................................................................56

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...........................................................................58

ÍNDICE DE FIGURAS

Fig. II -1 – Alguns dos elementos ósseos....................................................................7

Fig. II – 2 – O spin dos elétrons inicialmente aleatórios (a) se orientam na direção de

um campo magnético externo (b)...............................................................................9

Fig. II – 3 – Absorção de energia eletromagnética por átomos livres.......................10

Fig. II – 4 – Espectro de absorção de potência, onde Br é o campo de ressonância 12

Fig. II -5 – Derivada primeira do espectro de absorção ...........................................12

Fig. II – 6 – O método da dose aditiva para reconstrução da dose de uma amostra 13

Fig. II – 7 – Perfil de difração do NaCl......................................................................14

Fig. II – 8 – Espalhamento de raios x.......................................................................15

Fig. III – 1 – Amostras de ossos suínos....................................................................25

Fig. III – 2 – Osso suíno pulverizado........................................................................26

Fig. III – 3 – Irradiador Gammacel 220 Excel...........................................................27

Fig. III – 4 – Espectrômetro RPE Bruker EMS 104....................................................28

Fig. III – 5 – Amostra no simulador de cavidade........................................................29

Fig. III – 6 – Difratômetro Shimadzu XRD 6000.........................................................31

Fig. III – 7 – Perfil de uma amostra de osso não-irradiada........................................33

Fig. IV – 1 – Potência x dupla integração..................................................................35

Fig. IV – 2 – Modulação x largura da linha................................................................36

Fig. IV – 3 – Sinal RPE de uma amostra não irradiada.............................................37

Fig. IV – 4 – Sinal ERP de uma amostra irradiada com 100 Gy...............................37

Fig. IV – 5 – Sinal ERP de uma amostra irradiada com 300 Gy...............................38

Fig. IV – 6 – Sinal ERP de uma amostra irradiada com 500 Gy...............................38

Fig. IV – 7 – Dosimetria pelo método das doses aditivas de uma amostra irradiada com

300 Gy.......................................................................................................................39

Fig. IV – 8 – Compatibilidade dos valores de dose medidos em relação aos valores

irradiados..................................................................................................................40

Fig. IV – 9 – Perfil de difração de uma amostra de osso suíno..................................41

xii

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela III - 1: Parâmetros de operação do difratômetro de raios x………………..…32

Tabela IV - 1: Caracterização do perfil de difração de 0 Gy (n=22)..........................42

Tabela IV - 2: Caracterização do perfil de difração de 50 Gy (n=16)........................43

Tabela IV - 3: Caracterização do perfil de difração de 100 Gy (n=16)......................44

Tabela IV - 4: Caracterização do perfil de difração de 200 Gy (n=16)......................45

Tabela IV - 5: Caracterização do perfil de difração de 300 Gy (n=16)......................46

Tabela IV - 6: Caracterização do perfil de difração de 400 Gy (n=16)......................47

Tabela IV - 7: Caracterização do perfil de difração de 500 Gy (n=16)......................48

Tabela IV - 8: Teste t-Student para amostras de 50 Gy............................................49

Tabela IV - 9: Teste t-Student para amostras de 100 Gy..........................................50

Tabela IV - 10: Teste t-Student para amostras de 200 Gy........................................51

Tabela IV – 11: Teste t-Student para amostras de 300 Gy.......................................52

Tabela IV - 12: Teste t-Student para amostras de 400 Gy........................................53

Tabela IV - 13: Teste t-Student para amostras de 500 Gy........................................54

CAPÍTULO I

INTRODUÇÃO

1.1 – Suínos como modelo biológico

Ossos suínos vêm sido utilizados, na pesquisa experimental, para aumentar o

conhecimento sobre ossos humanos, sugerindo que a densidade e metabolismo ósseo

é semelhante em ambas as espécies (Trento, 2006).

Suínos têm sido utilizados em estudos sobre implantes dentários. (Wierzchos et

AL, 2008) utilizaram suínos para avaliar a biocompatibilidade de implantes dentários de

titânio através das técnicas de Microscopia Eletrônica por Escaneamento (SEM) e

Imageamento por Elétrons Retroespalhados (BSE), de forma que foi possível avaliar o

contato entre a superfície do implante e a superfície óssea que o rodeia. (Meyer et al

2004), também utilizaram implantes de titânio em ossos suínos, e verificaram através

das técnicas SEM, Microscopia por Transmissão de Elétrons (TEM) e também através

de estudos histológicos que os implantes foram bem incorporados ao tecido ósseo.

(Sachs et al, 2008) sumarizaram vários dos avanços recentes dos

xenotransplantes entre suínos e primatas, analisando os resultados alcançados em

vários órgãos, inclusive ossos.

1.2 – Dosimetria RPE

Ressonância paramagnética eletrônica (RPE) é uma técnica de espectrometria

baseada na absorção de energia eletromagnética por elétrons desemparelhados na

presença de um forte campo magnético. Esta técnica possui a vantagem de que, ao

interagir com a hidroxiapatita (porção mineral de ossos e dentes), a radiação ionizante

produz radicais livres estáveis, cuja concentração possui dependência linear com a

dose absorvida (Schauer et al, 1996). Sendo assim, é possível construir uma curva de

calibração concentração x dose que permite a determinação da dose aplicada em

mostras irradiadas com doses desconhecidas (Desrosiers & Schaer, 2001).

A dosimetria RPE tem sido utilizada na medição da dose absorvida por ossos e

dentes em caso de acidentes. Schauer et al utilizou dosimetria RPE para determinar a

dose absorvida pelos dedos de um operário exposto a um feixe de um acelerador

industrial (Schauer et al, 1996). Trompier et al mediram a dose absorvida por pacientes

expostos acidentalmente a uma alta dose de radiação em radioterapia (Trompier et al,

2007).

A técnica de dosimetria RPE também pode ser utilizada em dosimetria médica.

(Schauer, Akinori, Romanyukha, 2007) utilizaram alanina como dosímetro em

radioterapia. (Ciesielski et al 2007) utilizaram a técnica de dosimetria RPE para medir a

dose absorvida por dentes de pacientes submetidos à radioterapia.

Além disso, a espectrometria RPE é amplamente utilizada na detecção e

dosimetria de alimentos irradiados. O padrão europeu de detecção de alimentos

irradiados utiliza RPE nos ossos para dosimetria de galinha, peixe e pernas de rã

irradiados, RPE na celulose no controle de morangos e páprica e no açúcar cristalino

no controle de mamão, manga, figos secos e passas irradiados. (Almeida, 2006).

1.3 – Difração de raios X

Difração de raios X é uma técnica de medida baseada no espalhamento

coerente de raios x. Ela possui a vantagem de fornecer informações sobre a estrutura

molecular, e às vezes até atômica, da amostra analisada (Goñi & Alonso, 2000).

Através de um detector convenientemente posicionado, é possível construir-se um

gráfico conhecido como perfil de difração ou difratograma, que constitui a “assinatura”

do material analisado (Amorim, 2007).

A técnica de difração de raios X vem sido utilizada na caracterização de

diversos materiais, tendo, desse modo, várias aplicações práticas. Podemos citar

Oliveira, (2008) e Amorim, (2007), que utilizaram espalhamento coerente de raios X no

estudo do inchamento de argilomineirais. Essa técnica pode ser utilizada também no

controle de alimentos irradiados (Almeida, 2006).

Na área médica, podemos citar (Castro, 2006), que utilizou a técnica de

tomografia por difração de raios x no estudo de tecidos biológicos, no caso mama,

útero e rim, de forma que foi possível verificar diferenças estruturais entre os tecidos

saudáveis e patológicos. Filgueiras, (2006) utilizou difração de raios x para caracterizar

o tecido sanguíneo, e Pinto, (2008) verificou a diferença entre perfis de difração entre

amostras de sangue não irradiadas e irradiadas.

Existem vários estudos envolvendo difração de raios X em ossos, com objetivos

distintos. Barroso relacionou a área sob picos de difração e a densidade mineral em

ossos (Barroso et al, 2007).

Michel et al utilizou difração de raios x para investigar o efeito do aquecimento

em ossos de cervo (Michel et al, 1998).

Almer e Stocku utilizaram a técnica de difração de raios x para estudar tensões

em ossos caninos (Almer & Stock, 2005).

Rokita quantificou o grau de alinhamento (orientação) dos minerais em ossos

trabeculares através da área sob picos de difração (Rokita et al, 2005).

1.4 – Objetivos e organização do trabalho

Este trabalho tem como objetivos a dosimetria e avaliação dos efeitos

moleculares pelo processo de irradiação em ossos. Ossos humanos são expostos à

radiação em várias ocasiões, seja em casos de radioterapia ou radiodiagnóstico

(Schauer, Akinori, Romanyukha, 2007), exposições acidentais (Schauer et al, 1996) ou

quando em bancos de ossos, onde ossos são conservados através de irradiação (Azar

2009).

Foram utilizados ossos suínos como modelo para estudar os efeitos em ossos

humanos, já que ossos suínos são baratos e de fácil obtenção.

A técnica de RPE foi utilizada com o objetivo de verificar sua viabilidade , na

medição da dose absorvida por ossos, no caso de exposições crônicas localizadas.

A técnica de difração de raios X foi utilizada, primeiramente, na caracterização

do osso suíno não irradiado. Em seguida, foram caracterizados ossos irradiados com

doses distintas, a fim de verificar se ocorreram modificações em seus perfis. Alterações

nos perfis de difração das amostras irradiadas significam a existência de alterações em

suas estruturas moleculares.

No capítulo II deste texto, são discutidas as bases teóricas deste trabalho, que é

a morfologia e fisiologia dos ossos humanos e de mamíferos em geral e as técnicas de

Ressonância Paramagnética Eletrônica e Difração de Raios-X. No capítulo III, são

explicados detalhadamente os materiais utilizados e técnicas empregadas neste

trabalho, com detalhes sobre a obtenção e preparação das amostras, características

dos equipamentos utilizados e as técnicas de medição. No capítulo IV, são

apresentados os resultados experimentais e no último capítulo, os resultados são

discutidos, são apresentadas as conclusões e sugestões para trabalhos futuros.

CAPÍTULO II

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Neste capítulo são explicadas as bases teóricas desse trabalho. Começamos

com uma explanação básica sobre o tecido ósseo. Em seguida, são explicados a

Ressonância Paramagnética Eletrônica e a Difração de Raios-X, que são as técnicas

de espectrometria utilizadas neste trabalho. Finalizando, há uma discussão sobre os

métodos de análise de dados utilizados.

2.1 – O Tecido ósseo

O tecido ósseo é um tecido conjuntivo bem rígido, encontrado no esqueleto dos

vertebrados, onde ele é o tecido mais abundante (Nogueira, 2008). Suas funções são

dar suporte ao corpo e permitir a locomoção do indivíduo. O osso é composto por uma

parte mineral, constituído basicamente por hidroxiapatita, cuja fórmula química é

(PO

)

(OH)

, além de uma porção orgânica. (Hiller e Wess, 2006).

A principal proteína que compõe o tecido ósseo é o colágeno tipo I, composta

por três cadeias polipeptídicas helicoidais, enroladas juntas em uma estrutura

helicoidal tripla, onde as hélices são arranjadas em fibrilas. Há ainda outras proteínas,

como a osteocina. Existem ainda porções minerais dentro e ao redor das fibrilas. Essa

porção mineral é a responsável pela rigidez do tecido ósseo (Hiller e Wess, 2006).

2.1.1 – As células ósseas

As principais células encontradas no tecido ósseo são os osteoblastos,

osteoclastos e osteócitos (Nogueira, 2008).

Os osteoblastos são as células responsáveis pela formação do osso. Elas fixam

a matriz de colágeno, na qual o mineral é posteriormente depositado, e estas

provavelmente têm algum papel na sua mineralização.

Os osteoclastos são as células destruidoras do osso. São células grandes e

multinucleadas, derivadas de células precursoras presentes no sangue. Destroços das

estruturas ósseas são colocadas em pequenas vesículas que passam através do corpo

da célula e são depois despejadas. Após terminarem seu trabalho, os osteoclastos

desaparecem e presumidamente morrem.

Os osteócitos são as células do corpo ósseo, que derivam dos osteoblastos.

Elas estão aprisionadas no osso compacto e se conectam às células vizinhas através

de pequenos canais com 0,2 a 0,3 µm de diâmetro. (Currey, 2002).

2.1.2 – Classificação do tecido ósseo

Existem várias maneiras de se classificar o tecido ósseo. Uma das formas de se

fazer essa classificação é de acordo com a sua forma. Os ossos podem ser longos,

curtos, chatos, irregulares e sesamóides.

Os ossos longos são estruturas tubulares, como os úmeros nos braços e as

falanges nos dedos. Os ossos curtos são cúbicos e são encontrados apenas no

tornozelo e no punho. Os ossos chatos possuem a função de proteger certos órgãos,

como por exemplo, os ossos do crânio que protegem o cérebro. Os ossos irregulares,

tais como os ossos da face, possuem diferentes formas. Os ossos semamóides se

desenvolvem em certos tendões, com o intuito de protegê-los. (Moore e Agur, 2007).

Outra forma de se classificar o tecido ósseo é como tecido cortical ou compacto

e tecido trabecular ou esponjoso. Ambos possuem o mesmo tipo de células e

substâncias intercelulares, mudando entre si apenas a disposição de seus elementos e

a quantidade de espaços medulares. (Nogueira,2008)

Fig. II-1: Alguns dos elementos ósseos

No tecido ósseo trabecular, as lamínulas de tecido ósseo são irregulares em

forma e tamanho, e se arranjam de forma a deixar entre si espaços ou lacunas que se

comunicam umas com as outras, chamadas trabéculas. (Nogueira,2008). Essas

trabéculas possuem aproximadamente 0,1mm de diâmetro e 1 mm de extensão. Na

maioria dos casos, o osso trabecular é revestido por osso cortical (Currey, 2002).

No tecido ósseo compacto , as lamínulas de tecido ósseo são fortemente unidas

umas as outras, sem que haja espaços entre elas. Por esta razão, este tecido é mais

rígido e denso. Apresenta ainda um conjunto de canais que são percorridos por nervos

e vasos sanguíneos: canais de Wolkmann e canais de Havers. Por ser uma região

irrigada e enervada, os ossos têm sensibilidade, alto metabolismo e capacidade de

regeneração. (Nogueira 2008)

2.2 – Ressonância Paramagnética Eletrônica

2.2.1 – Propriedades magnéticas da matéria

A imantação M de um material é definida como o momento magnético por

unidade de volume. A susceptibilidade magnética por unidade de volume é definida

pela equação

Onde µ

é a permissividade magnética do vácuo, M a imantação e B é a intensidade

do campo magnético macroscópico.

A suscetibilidade magnética determina o comportamento magnético de um

material. Materiais que possuem suscetibilidade magnética negativa são chamados de

diamagnéticos. Já aqueles que possuem suscetibilidade magnética positiva são

chamados paramagnéticos. Discutiremos abaixo alguns casos em que ocorre o

paramagnetismo (Kittel et al, 1995):

• Átomos, moléculas e defeitos em redes que possuem número ímpar de elétrons, de

modo que, neste caso, o número de spin total não pode ser nulo, onde temos, por

exemplo, átomos livres de sódio e radicais orgânicos livres;

• Átomos livres e íons que contenham uma camada eletrônica interna incompleta;

• Íons que tenham a mesma estrutura eletrônica dos elementos de transição, terras

raras e actinídeos, como, por exemplo, os íons Mn

e U

;

• Uns poucos elementos que possuem número par de elétrons, tais como o oxigênio

molecular;

• Metais.

2.2.2 – A ressonância paramagnética eletrônica

A espectroscopia por Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE), também

conhecida como Ressonância de Spin Eletrônico (ESR), fundamenta-se no fenômeno

de absorção de microondas por íons ou moléculas paramagnéticas na presença de um

campo magnético estático (Santos, 2006). Quando elétrons desemparelhados são

submetidos a um campo magnético estático, as direções do spin desses elétrons, que

são inicialmente aleatórias, se orientam de forma a terem o sentido igual ou contrário

ao campo magnético. Essas duas situações são energeticamente distintas e

conhecidas como “spin up” e “spin down”. (figura II-2). (Ikeya,1993).

Fig II-2: O spin dos elétrons inicialmente aleatórios (a) se orientam na direção

de um campo magnético externo (b).

Elétrons livres possuem um momento angular intrínseco, o momento angular de

spin. Resulta daí a existência de um momento de dipolo magnético µs, dado por:

Sgs

µµ

−=

Onde ge = 2,002319 é uma constante, o fator de Landé para o elétron livre, µ

o magnéton de Bohr, e S é o operador de spin, que para o elétron livre tem apenas um

autovalor, ½, e sua componente na direção z dois autoestados degenerados,

denotados por [+1/2] e [-1/2], com autovalores ms = +1/2, respectivamente.

Quando submetido a um campo magnético estático, o dipolo magnético alinha-

se em sua direção e ocorre uma quebra da degenerescência dos autoestados de spin,

conhecida como Efeito Zeeman.

Convencionando a direção z paralela ao campo magnético B

, as energias

possíveis do elétron sob a ação do campo serão:

A figura II-3 mostra a separação dos níveis de energia entre os estados up e

down:

Figura II-3 : Absorção de energia eletromagnética por elétrons livres (Santos, 2006)

A diferença entre estes níveis de energia é dada por

bes

−

Na situação em que uma onda eletromagnética cujo quanta de energia

sendo h a constante de Planck e

a freqüência da onda eletromagnética coincide com

o valor de ∆E, ou seja,

νµ

hBg

ocorre a ressonância paramagnética eletrônica (Ikeya, 1993). Nessa condição, o spin

de alguns elétrons muda de orientação. Um dos estados de spin, up ou down, passa a

ser mais favorecido que o outro (Mamani, 2007). O valor de g para elétrons livres é 2,0,

porém, devido a correções relativísticas (Santos, 2006) e a interação spin órbita (Ikeya,

1993), há um desvio desse valor.

2.2.3 – O espectro RPE

A condição de ressonância RPE pode ser obtida variando-se o campo

magnético e mantendo-se a freqüência das microondas constante (Ikeya, 1993),

possibilitando, assim, a obtenção do espectro para a amostra analisada.

A figura II-4 mostra um espectro de absorção RPE. Na prática, o espectro é

registrado na forma da derivada primeira dP/dB, onde P é a potência de microondas

absorvida pela amostra e B é o campo magnético (Mamani,2007).

Figura II-4: Espectro de absorção de potência, onde Br é o campo de ressonância

((Mamani,2007 – adaptado)

Figura II-5: Derivada primeira do espectro de absorção (Mamani,2007 – adaptado)

O fator g, já citado anteriormente, é um parâmetro de grande importância na

análise de um espectro RPE. Elétrons desemparelhados, em diferentes ambientes, têm

valores de g ligeiramente diferentes, e essa pequena diferença pode servir para

identificar diferentes centros magnéticos (Mamani,2007).

2.2.4 – Análise de tecidos calcificados utilizando RPE

A espectrometria RPE é amplamente utilizada na dosimetria de tecidos

calcificados, tais como esmalte dentário, dentina e ossos. O método de dosimetria

retrospectiva usando esses tecidos é baseado na medida de radicais livres induzidos

por radiações ionizantes na hidroxiapatita. Durante o processo de mineralização da

hidroxiapatita, íons de carbonato são incorporados à rede cristalina. Sob a absorção de

radiação ionizante, os íons de carbonato capturam elétrons livres da matriz cristalina e

formam radicais livres, nesse caso, o radical CO

, que possui o fator g de

aproximadamente 2,002. A quantidade de radicais formados depende da dose

absorvida, e esta pode ser quantificada utilizando RPE. (Desrosiers & Schauer, 2001).

A intensidade do sinal de um RPE não indica diretamente a dose absorvida por

uma determinada amostra, porém pode ser feita uma calibração intensidade x dose. O

método mais utilizado na estimativa da dose absorvida por tecidos calcificados é o

chamado Método das Doses Aditivas . Este método consiste em re-irradiar a amostra

para construir a curva de calibração específica para aquela amostra. (fig.II-5). Esse

método tipicamente requer de 4 a 5 incrementos de dose. A intensidade do sinal do

RPE pode ser definida como a amplitude de pico a pico do sinal obtido para aquela

amostra (Desrosiers e Schauer, 2001).

Figura II-6: O método da dose aditiva para reconstrução da dose de uma amostra.

(Desrosiers e Schauer, 2001 - adaptado)

Pela figura II-5, nota-se que a intensidade do sinal do RPE cresce linearmente

com a dose. A dose absorvida inicial da amostra é obtida através de uma extrapolação

inversa (Desrosiers e Schauer, 2001).

2.3 – Difração de raios X

Quando um feixe de raios X monocromático incide em um cristal sob diferentes

ângulos, provocando espalhamento, o feixe difratado pode ser medido por um detector

de raios X, posicionado adequadamente, produzindo um gráfico chamado perfil de

difração ou difratograma. Este gráfico relaciona a intensidade da radiação medida pelo

detector com o ângulo de espalhamento 2θ, que é o ângulo entre o feixe incidente e o

feixe espalhado. O difratograma é único para cada tipo de cristal e é muitas vezes

denominado como a assinatura do material e o perfil de difração de uma mistura é a

soma dos perfis de difração de seus constituintes. A figura II-7 mostra um

difratograma.(Amorim, 2007).

Figura II-7: Perfil de difração do NaCl

Na condição de espalhamento, os raios X quando interagem com o meio, têm seu

comprimento de onda incidente associado às dimensões do centro espalhador ou da

abertura de uma fenda por onde ele terá que passar (fig. II-8).

Fig.II-8: Espalhamento de raios x, (Castro, 2006)

Considerando d como a dimensão do centro espalhador ou as dimensões de uma

rede cristalina e λ o comprimento de onda da radiação incidente, podemos observar

três condições de espalhamento na figura II-6:

Para d << λ, o espalhamento é isotrópico.

Para d >> λ, o espalhamento é governado pelas leis da óptica geométrica.

Para d ≈ λ, o fenômeno de difração ocorre, gerando uma dependência angular na

radiação espalhada.

O motivo de se usar ondas eletromagnéticas na região dos raios X em cristalografia

é devido ao espaçamento entre as camadas de átomos em um cristal possuir a mesma

ordem de grandeza do comprimento de onda dessa radiação, onde o fenômeno da

difração pode ser observado.

Para obtermos padrões de difração acentuados em cristais, as ondas espalhadas

devem interagir construtivamente entre si. Esse fenômeno é conhecido como

interferência construtiva e ocorre quando as ondas espalhadas estão em fase, ou seja,

a diferença de caminho entre os planos do cristal deve ser a um múltiplo inteiro do

comprimento de onda. Essa condição é atendida quando um conjunto de planos desse

cristal satisfaz a equação de Bragg:

dsenn 2

onde n é um número inteiro positivo, λ o comprimento de onda da radiação

difratada e θ o ângulo de espalhamento (Castro, 2006).

2.3.1- Fenômenos de espalhamento

A radiação espalhada torna-se interessante para o nosso estudo, na medida em

que os fótons espalhados carregam informações sobre a estrutura e o tipo do tecido,

informação essa que não é considerada na radiologia e/ou tomografia tradicional

(Castro, 2006).

O fenômeno de espalhamento é a conseqüência da interação dos fótons de raios X

com os elétrons da rede cristalina do material. O espectro da radiação espalhada é

composto por uma componente da mesma energia da radiação incidente e outra com

energia menor, sendo que a diferença de energia depende do ângulo de espalhamento

(Amorim, 2007).

O espalhamento denominado incoerente, ou inelástico, ocorre quando a radiação

incide sobre o meio, interagindo com ele, mudando seu momento linear e energia.

Devido à transferência de energia e momento cedida pelo fóton ao meio espalhador,

há o surgimento de um novo fóton, com energia e momento menores. Nesse

espalhamento, a radiação espalhada não tem direção definida. O espalhamento

coerente não possibilita a ocorrência de interferência entre as ondas espalhadas

O espalhamento coerente, ou elástico, ocorre quando a radiação espalhada pelo

material apresenta a mesma energia da radiação incidente, ou com variação muito

pequena em relação a ela, porém com troca no momento linear. O espalhamento

elástico de fótons por elétrons livres é denominado espalhamento Thomson e o

espalhamento elástico de fótons por elétrons atômicos é denominado espalhamento de

Rayleigh (Amorim, 2007).

2.3.1.1- Espalhamento Thomson

O espalhamento Thomson é uma aproximação do espalhamento Rayleigh, no qual

o fóton de raios X é espalhado por um elétron livre em repouso, fora da influência de

qualquer campo externo, e, durante o espalhamento, sujeito apenas ao campo da

radiação (Amorim, 2007).

Obter, experimentalmente, elétrons livres é muito difícil, senão impossível,

entretanto, pode-se utilizar elementos leves nos quais a fraca energia de ligação dos

orbitais mais externos é uma ótima aproximação (Castro, 2006).

O espalhamento elástico é dado, quantitativamente, em função da amplitude de

espalhamento A e de uma secção de choque elástico diferencial (dσ/dΩ).

|| A

Ω

2.3.1.2 – Espalhamento Rayleigh

Quando o elétron está ligado ao núcleo, o conceito de localização do elétron deve

ser substituído por uma densidade de probabilidade de se encontrar o elétron em uma

dada posição. A radiação interagindo com essa nuvem é absorvida e depois emitida

com o mesmo comprimento de onda da radiação incidente (Castro, 2006). Isso quer

dizer que não há transferência de energia para o átomo (Pinto, 2008).

Considerando que cada parte da nuvem eletrônica interage com o fóton como se

fosse um elétron livre, a seção de choque Rayleigh será a seção de choque Thomson

multiplicada pelo termo de interferência:

O fator entre colchetes é chamado de Fator de Forma do átomo. As amplitudes do

espalhamento elástico de fótons por elétrons ligados também podem ser obtidas

multiplicando-se as amplitudes de Thomson pelo fator de Forma (Castro, 2006).

2.4 – Noções de análise de dados

Em qualquer experimento científico, o tratamento dos dados adquiridos é de

vital importância para a confirmação ou refutação de uma hipótese. Nesta secção,

serão discutidos alguns métodos utilizados nesse tratamento.

2.4.1 – Ajuste de funções

Em determinadas situações, argumentos experimentais e teóricos levam à

hipótese de que exista uma relação de causa e efeito entre elas, descrita por uma

relação funcional y=f(x). A determinação dessa relação é chamada ajuste de função. O

caso mais simples e imediato é aquele em que o coeficiente de correlação linear (r)

entre as medidas duas grandezas é bem próximo a unidade (Oguri et al, 2005), ou

seja, as grandezas podem ser relacionadas por uma função linear.

Seja um conjunto de N pares de medidas (xi,yi) das grandezas x e y, onde as

incertezas associadas as medidas de x são bem menores que as associadas a y, e

para as quais se deseja ajustar a reta y(x) = ax + b, ou seja, determinar os parâmetros

a e b.

Supondo que os erros de cada medida de y (yi) sejam idênticos, o método dos

mínimos quadrados consiste na minimização da soma dos quadrados dos resíduos, yi-

y(xi), ou seja, da função S(a,b), expressa por:

)()]([),( baxyxyybaS

−−=−=

∑∑

Impondo-se as condições de minimização, temos que:

0)(2

=−−−=

∂

∑

baxyx

∑

=−−−=

∂

baxy

0)(2

Podemos reescrever o sistema de equações como:

∑ ∑ ∑

= = =

iiii

yxbxax

1 1 1

)()(

∑ ∑

= =

yNbax

1 1

)()(

Assim, temos a solução dos parâmetros como:

yxxy

xxy

−

























xayb −=

O erro dos parâmetros a e b são dados por:

σσ

Onde εy é o erro de y, dado pela seguinte equação:

∑

−

−−

baxy

)(

Onde o termo

)(

baxy

−−

da equação acima é conhecido como resíduo das

medidas de y em relação aos valores previstos pela reta de ajuste.

E, no caso de uma interpolação inversa, ou seja, no caso de queremos calcular

valores de x a partir das medidas de y, o erro é calculado pela seguinte equação:

Que é a estimativa do erro de uma medida de x.

2.4.2 – Estatística descritiva

A estatística descritiva é o ramo da estatística que aplica várias técnicas que

permitem sumarizar um conjunto de dados (Pinto, 2008), onde é possível descrever

sua tendência central (valor esperado) e sua dispersão.

2.4.2.1 – Medidas de tendência central

Matematicamente, existem várias maneiras de se estimar a tendência central de

um conjunto de dados. Vamos discutir aqui três deles: mediana, moda e média

(Sternstein, 1994).

Mediana: Considere um conjunto de valores, arranjados em ordem crescente

ou decrescente. A mediana é definida como o valor central desse conjunto. No caso de

termos dois valores centrais, a mediana é calculada somando-se esses valores e

dividindo o resultado por dois.

A mediana não é afetada pela amplitude (diferença entre o maior e o menor

valor de um conjunto de dados), de forma que a mediana é indicada como medida de

tendência central quando os valores extremos são de alguma forma “suspeitos”, ou

quando se deseja diminuir a influência deles.

Moda: É o valor mais freqüente de um conjunto de dados. Se um valor precisa

ser escolhido como base para certas decisões, frequentemente se usa a moda.

Quando dois números em um conjunto são igualmente freqüentes, e esta

freqüência é mais alta do que a dos outros, essa distribuição é chamada de bimodal.

Quando uma freqüência é mais alta que a outra, mas ainda assim ambas são

consideradamente maiores do que as outras, também se usa o termo bimodal.

Média : Enquanto que a mediana e moda são mais utilizadas em estatística

descritiva, a média, ou mais especificamente a média aritmética, é frequentemente

utilizada em inferência estatística. A média é definida matematicamente como:

∑

Onde Σx é a soma de todos os elementos do conjunto e n é o número de

elementos. Ao contrário da mediana e da moda, a média é afetada pelos valores

extremos.

2.4.2.2 – Medidas de dispersão

Em estatística descritiva, além das medidas de tendência central, é importante

conhecer o quão dispersas os elementos de um conjunto de dados estão. Serão

discutidos abaixo duas dessas medidas: a variância e o desvio padrão.

Variância: Essa medida indica a dispersão em torno da média. A variância,

denotada por σ

, é a média dos quadrados das discrepâncias de cada medida em

relação à média:

)( −

∑

Desvio padrão: O desvio padrão, denotado por σ, é um parâmetro de

dispersão amplamente utilizado. Ele é definido como a raiz quadrada da variância.

(Sternstein,1994).

2.4.2.3 - Testes de hipóteses

O teste de uma hipótese estatística é talvez a mais importante área da teoria de

decisão. Em todos problemas, duas hipóteses complementares são consideradas: A

hipótese nula, rRPEesentada por H0, que representa que não houve mudança. A outra

hipótese, que será aceita caso H0 seja rejeitada, é denominada hipótese alternativa e é

denotada por H1. Essas hipóteses são mutuamente excludentes, ou seja, aceitar H0

significa rejeitar H1 e vice versa (Pinto, 2008).

Um procedimento de tomada de decisão pode acarretar em dois tipos de

decisão incorreta. Pode-se rejeitar a hipótese nula quando ela é verdadeira (erro tipo I)

ou pode-se falhar em rejeitar H0 quando de fato ela é falsa (erro tipo II).

Esses dois tipos de erro estão relacionados de forma que, ao reduzir a

probabilidade de ocorrência de um deles, aumenta-se automaticamente a

probabilidade da ocorrência do outro. De modo geral, controla-se apenas o erro tipo I

através do nível de significância (α) que consiste na probabilidade máxima da

ocorrência do erro tipo I.

Dentro do teste de hipóteses, é importante o conhecimento do p-valor, que é a

probabilidade de se observar resultados tão extremos quanto os obtidos se a hipótese

nula for verdadeira. As seguintes interpretações de p-valores podem ser úteis:

• p ≥ 0,1 => Não existe evidência contra H0

• p < 0,1 => Fraca evidência contra H0

• p< 0,05 => Evidência significativa contra H0

• p<0,01 => Evidência altamente significativa contra H0

• p<0,001 => Evidência extremamente significativa contra H0

Normalmente, usa-se o p-valor de 0,05 como patamar para avaliar a hipótese

nula. Se um p-valor for inferior a 0,05, podemos rejeitar a hipótese nula. Caso

contrário, não temos evidência que nos permita rejeitar a hipótese nula (Pinto, 2008).

Teste de t-Student e Anova.

O teste de t-Student é utilizado para verificar se as médias de duas populações

são significativamente diferentes. Já o teste de análise de variância (ANOVA) é uma

extensão do teste de t-Student, onde é possível comparar as médias de duas ou mais

populações.

O teste ANOVA é realizado através das variâncias entre as populações e as

variâncias internas de cada população. Matematicamente, podemos descrever essa

relação através do F-valor, definido como:

F= diferença entre as populações / diferença dentro das populações

Quanto maior for o F valor, maior a evidência de que as médias das populações

são diferentes.

CAPÍTULO III

MATERIAIS E MÉTODOS

A confiabilidade dos resultados em qualquer trabalho experimental depende

intimamente dos materiais e dos procedimentos adotados na execução deste. Neste

capítulo, são descritos detalhadamente as características dos equipamentos utilizados

bem como a metodologia utilizada durante toda a execução do trabalho.

3.1 – Preparação das amostras

As amostras de ossos suínos foram obtidas em mercados e açougues. Foram

utilizados somente ossos corticais provenientes de pernis suínos.

Primeiramente, os ossos foram limpos utilizando-se um bisturi, de forma que

toda a carne e gordura foram retiradas dos ossos. Em seguida, os ossos, já limpos,

foram deixados secando sob temperatura ambiente por quarenta e oito horas.

Após o processo de secagem, os ossos foram pulverizados e então peneirados,

utilizando sempre a mesma peneira. A figura III-1 mostra o osso inteiro e a figura III-2

mostra o osso já pulverizado.

Figura III-1: Amostras de ossos suínos

Figura III-2 : osso suíno pulverizado

Após pulverizadas, as amostras foram colocadas em ependorfs, para serem

então irradiadas. As amostras destinadas à análise por RPE possuíam massa igual a

100mg, e as amostras destinadas à análise por difração de raios X possuíam massa

igual a 150mg. No total, foram feitas 118 amostras para difração de raios X e 120

amostras para análise por RPE.

3.2 – Irradiação das amostras

Para irradiar as amostras, foi utilizado um irradiador Gammacel 220 Excel,

presente no Laboratório de Instrumentação Nuclear (LIN-COPPE-UFRJ). Este

irradiador trabalha com uma fonte de

Co.

Figura III-3: irradiador Gammacel 220 Excel

As amostras foram irradiadas com doses de 50, 100, 200, 300, 400, 500 Gy.

3.3 – Análise por RPE

3.3.1 – A instrumentação

O espectrômetro RPE utilizado nesse trabalho foi o EMS 104, fabricado pela

Bruker. Esse espectrômetro opera na banda X (9,5 GHz), e o mesmo se encontra no

Laboratório de Instrumentação Nuclear (LIN-COPPE-UFRJ).

Figura III-4: Espectrômetro RPE Bruker EMS 104

As amostras, previamente irradiadas, foram colocadas em tubos quartzo e

então analisadas.

3.3.2 – Otimização dos parâmetros

O analisador RPE utilizado possui vários parâmetros que podem ser ajustados,

porém, nesse trabalho, foram ajustados quatro deles: número de varreduras,

comprimento da amostra, potência das microondas e modulação do sinal. Os demais

parâmetros foram mantidos com seus valores de fábrica.

Número de varreduras: Esse parâmetro indica o número de vezes que o

analisador RPE varre todo o espectro. É importante que sejam feitas várias varreduras,

a fim de melhorar a relação sinal/ruído. Foram feitas 40 varreduras para cada amostra.

Com esse número de varreduras e os outros parâmetros ajustados de fábrica, o tempo

de aquisição foi de aproximadamente oito minutos.

Comprimento da amostra: Este parâmetro deve ser ajustado toda vez que

uma amostra for ser analisada. Para fazer esse ajuste, deve-se utilizar um simulador

de cavidade. Coloca-se o tubo de quartzo contendo a amostra e então inseri-la no

simulador, que possui um mecanismo que permite ajustar a posição vertical do tubo.

Deve-se ajustar a posição do tubo de forma que a marca central do simulador (figura

III-V) fique no centro da amostra. O valor do comprimento da amostra é o valor medido

no fundo da amostra.

Figura III-V: Amostra no simulador de cavidade

Potência das microondas: Um parâmetro essencial é a potência das

microondas, que deve ser otimizado para o experimento a ser feito. Para tal, foi

utilizada uma amostra irradiada com 500 Gy. Foi feita a análise fixando-se os outros

parâmetros e variando a potência. Verificou-se que a amplitude do sinal RPE cresce

com a potência, e através de um gráfico potência x amplitude, foi possível determinar a

melhor potência para este trabalho.

Modulação do sinal: O último dos parâmetros ajustados foi a modulação do

sinal que, assim como a potência, deve ser ajustada para o experimento em questão.

Foi utilizada a mesma amostra da otimização da potência, porém, neste caso, variou-

se a modulação, mantendo-se os outros parâmetros fixos. Verificou-se que a largura

do pico do sinal variava com a modulação e, através de um gráfico modulação x

largura do sinal, foi possível determinar a melhor modulação para este trabalho.

3.3.3 – Dosimetria das amostras

Para determinar a dose absorvida pelas amostras, foi utilizado o método das

doses aditivas (seção 2.2.4). Primeiramente, foram analisadas amostras não

irradiadas, cujo sinal foi utilizado para determinar o background.

Em seguida, foram analisadas as amostras irradiadas. As amostras

previamente irradiadas foram analisadas no espectrômetro RPE. Em seguida, elas

foram novamente irradiadas com dose de 100 Gy e analisadas no espectrômetro RPE

outra vez. Após essa segunda análise, as amostras foram mais uma vez irradiadas

com dose de 100 Gy. Esse procedimento foi repetido cinco para cada amostra.

3.4 – Análise por difração de raios-X

3.4.1 – A instrumentação

Para realizar as medições com difração de raios X, foi utilizado o difratômetro

Shimadzu XRD 6000, conforme mostrado na figura II-6.

Figura III-VI: Difratômetro Shimadzu XRD 6000. Em (a), temos o tubo de raios x, (b) o

porta amostra, (c) o detector, (d) o braço 2θ e (e) o braço θ.

Este difratômetro possui um tubo de raios X com energia de 8 keV, um anodo

de cobre, um detector cintilador e um sistema de fendas utilizado para colimar o feixe

de raios X.

Foi utilizada a geometria θ - 2θ para a realização das medidas. Os valores

utilizados estão listados na tabela III-1.

Tabela III-1: Parâmetros de operação do difratômetro de raios X

Parâmetro Valor

Tensão 40 kV

Corrente 30 mA

Ângulo inicial 20

Ângulo final 45

Passo angular 0,05

Taxa angular 2º/min

As amostras a serem analisadas foram colocadas no porta amostra, onde os

perfis de difração das amostras foram levantados em triplicata, assumindo como valor

final a média dos três perfis. Os dados foram coletados através de um computador

dedicado, utilizando o software XRD 6000.

3.4.2 – Parâmetros de caracterização

As amostras analisadas por difração de raios X possuem picos bastante

característicos, que são as suas “assinaturas”. Em todas as amostras, observou-se a

presença de quatro picos de difração. A figura III-7 mostra o perfil de difração de uma

amostra não irradiada, já descontada a radiação de background.

Figura III-7 : Perfil de difração uma amostra de osso não irradiada

A caracterização dos perfis foi feita a partir dos seguintes parâmetros:

1 – Posição angular dos picos

2 – Largura a meia altura (FWHM)

3 – Intensidade dos picos

4 – Área dos picos

A intensidade e a largura a meia altura dos picos estão indicadas na figura III-7.

A área dos picos é a área do gráfico abaixo de cada pico e a posição angular é o valor

do ângulo no qual a radiação espalhada é máxima. Esses parâmetros foram obtidos

utilizando-se o software Origin PRO 7.5, com auxílio da ferramenta Peak Analisys.

Conhecendo-se os valores de cada parâmetro para todas as amostras

analisadas, foi realizada a estatística descritiva para cada valor de dose, a fim de

caracterizar as amostras. Foi calculada a média, desvio padrão, variância, mediana e

moda para cada parâmetro dos perfis. Em seguida, foi realizado o teste t de Student

para duas amostras independentes, para verificar se existem diferenças significativas

dos valores destes parâmetros entre as amostras não irradiadas e as amostras

irradiadas com diversos valores de dose.

CAPÍTULO IV

RESULTADOS

Neste capítulo, são apresentados os resultados experimentais das medidas de

difração de raios x e de ressonância paramagnética eletrônica.

4.1 – Análise por RPE

4.1.1 – Otimização dos parâmetros de operação

Os parâmetros de operação de um analisador RPE, especialmente a potência

das microondas e a modulação do sinal, devem ser otimizados para o experimento a

ser realizado (3.3.2). A figura IV-1 mostra o gráfico potência x área sob o sinal RPE:

Figura IV-1: Potência x dupla integração

Neste caso, foi utilizada área sob o sinal de RPE após a dupla integração do

sinal observado, conforme recomendado por (Jiang, sem ano de publicação). Como foi

dito na seção (2.2.3), o espectro observado em um espectrômetro RPE corresponde à

derivada do espectro de absorção. Ao realizarmos a dupla integração, estamos

trabalhando com a área sob o espectro de absorção. Utilizamos como potência de

operação 12,5 mW, que, como podemos ver na figura IV-1, corresponde à potência

mais alta antes da saturação do sinal.

A figura IV-2 mostra o gráfico Modulação x largura da linha, onde a largura da

linha é a amplitude horizontal do sinal observado:

Figura IV-2 : Modulação x Largura da linha

O valor da modulação utilizado foi o de 4.02x10

-4

T, pois é valor mais alto de

modulação antes de um abrupto crescimento do sinal.

4.1.2 – Dosimetria das amostras

Agora, mostraremos como foi estimada a dose absorvida pelas amostras

irradiadas.

O primeiro passo foi analisar uma amostra não irradiada, a fim de verificar o

sinal de background. A figura IV-3 mostra o espectro RPE de uma amostra não

irradiada:

Figura IV-3: Sinal RPE de uma amostra não irradiada

Em seguida, foi levantado o espectro de uma amostra irradiada, conforme

mostrado nas figura IV-4 a IV-6:

Figura IV-4: Sinal RPE de uma amostra irradiada com 100 Gy

Figura IV-5: Sinal RPE de uma amostra irradiada com 300 Gy

Figura IV-6 Espectro RPE de uma amostra irradiada com 500Gy

Nota-se que, no caso de uma amostra não irradiada, há apenas um sinal,

enquanto que nas amostras irradiadas, há um sinal mais externo, que corresponde ao

sinal de background, e um sinal interno, que é o sinal dosimétrico, devido aos radicais

de CO

-2

criados pelo processo de irradiação. É a amplitude de pico a pico deste sinal

que será levada em conta na determinação da dose absorvida pelas amostras.

Podemos notar também que, no caso das amostras de 100 Gy, o sinal de background

é maior do que o sinal dosimétrico, o que não impede a media de dose. Conforme a

dose vai aumentando, maior é o sinal dosimétrico em relação ao sinal de background,

de forma que fica mais fácil diferenciá-los. Além disso, a relação sinal/ruído diminui

com o aumento da dose.

Através de uma regressão linear, foram determinadas as doses absorvidas

pelas amostras. A figura IV-7 mostra o gráfico dose aditiva x amplitude para uma

amostra irradiadas com 300 Gy. As outras amostras, exceto aquelas irradiadas com 50

e 100 Gy, tiveram resposta semelhante.

Figura IV-7: Dosimetria pelo método das doses aditivas de uma amostra irradiada com

300 Gy

A figura IV-8 mostra um gráfico indicando as porcentagens das amostras que

foram compatíveis com os valores esperados com precisão de 1 e 2σ. As que tinham

uma discrepância em relação ao valor de referência maior do que 2σ foram

consideradas como não compatíveis com os valores irradiados. Não foi possível

determinar a dose para as amostras de 50Gy, pois os sinais destas eram pequenos

demais, de forma que não foi possível diferenciar o sinal dosimétrico do sinal de

background.

Figura IV-8 : compatibilidade dos valores de dose medidos em relação aos valores

irradiados

Pela figura acima, podemos notar que a partir de 300Gy, todas as doses

estimadas pelo método proposto foram compatíveis com os valores irradiados com

precisão de 1 σ. Para as amostras de 200Gy, 25% das amostras foram compatíveis em

1 σ e 75% foram compatíveis em 2 σ. Nenhuma das amostras de 100Gy foi compatível

com os valores de irradiação, e não foi possível realizar a dosimetria das amostras de

50Gy, pois o sinal ERP era muito baixo, de forma que não foi possível diferenciar o

sinal de background do sinal dosimétrico.

4.2 – Análise por difração de raios X

4.2.1 – Caracterização dos perfis de difração

A figura IV-9 mostra o perfil de difração típico para uma amostra de osso suíno:

Figura IV-9: perfil de difração de amostra de osso suíno

Não existem diferenças visíveis nas formas dos perfis não irradiados e

irradiados. Porém, a partir das medidas quantitativas de seus parâmetros, é possível

determinar se existem diferenças significativas entre eles, para cada valor de dose.

4.2.2 – Estatística descritiva dos parâmetros de caracterização

Foi realizada a estatística descritiva dos parâmetros de caracterização dos

perfis de difração para cada dose. A intensidade e área dos picos foram normalizadas

da seguinte forma: A intensidade e a área mais alta de todos os picos foi considerada

como 100 unidades arbitrárias, e os valores para as demais doses foram normalizados

a partir destes. As tabelas IV-1 a IV-7 mostram os resultados obtidos:

Tabela IV-1: Caracterização do perfil de difração de 0 Gy (n=22)

parâmetro Media

mediana

moda

variância desvio padrão

θ1

25,84 25,85 25,90

0,005 0,69

FHWM1 0,77 0,78 0,62 0,009533

0,10

Intensidade 1

18,91 19,34 13,52

9,41 3,07

Área 1 17,86 18,26 12,77

8,4 2,90

θ2

28,64 28,52 28,45

0,16 0,40

FHWM2 1,19 1,17 - 0,22 0,46

Intensidade 2

4,48 4,50 - 1,95 1,40

Área 2 4,36 4,26 - 4,37 2,09

θ3

31,98 31,97 31,95

0,003 0,06

FHWM3 1,55 1,56 1,54 0,005 0,07

Intensidade 3

56,05 54,56 - 41,34 6,43

Área 3 100 96,08 - 1,76 13,28

θ4

39,66 39,7 39,7 0,06 0,25

FHWM4 1,37 1,31 1,28 0,07 0,26

Intensidade 4

7,47 7,71 7,92 2,1 1,45

Área 4 8,85 8,53 9,62 4,15 2,04

Tabela IV-2: Caracterização do perfil de difração – 50Gy (n=16)

parâmetro média

mediana

moda variância

desvio padrão

θ1

25,75 25,75 25,75 0,003 0,05

FHWM1 0,75 0,75 0,87 0,02 0,14

Intensidade 1

16,32 1,66 17,71 2,58 1,61

Área 1 11,94 11,87 - 1,52 1,23

θ2

28,47 28,47 28,35 0,08 0,23

FHWM2 0,99 1,02 - 0,10 0,32

Intensidade 2

3,27 3,11 3,26 0,96 9,82

Área 2 2,83 2,60 - 1,74 1,32

θ3

31,91 31,90 31,90 0,005 0,07

FHWM3 1,56 1,56 - 0,01 0,11

Intensidade 3

48,07 49,15 - 14,01 3,74

Área 3

84,13 87,37 - 75,46 8,69

θ4

39,51 39,51 39,65 0,02 0,16

FHWM4 1,33 1,33 - 0,07 0,27

Intensidade 4

5,10 5,12 - 0,08 0,09

Área 4 6,35 6,34 - 3,78 1,94

Tabela IV-3 : Caracterização do perfil de difração – 100Gy (n=16)

parâmetro média

mediana

moda variância

desvio padrão

θ1

25,79 25,80 25,75 0,003 0,06

FHWM1 0,85 0,84 0,84 0,01 0,08

Intensidade 1

17,05 16,78 14,92 3,07 1,75

Área 1 13,59 13,10 - 1,53 1,23

θ2

28,52 28,50 28,20 0,11 0,33

FHWM2 1,23 1,06 - 0,14 0,38

Intensidade 2

3,48 3,47 3,49 0,97 0,98

Área 2 3,39 3,50 - 1,54 1,24

θ3

31,95 31,95 31,90 0,005 0,07

FHWM3 1,57 1,57 1,54 0,01 0,09

Intensidade 3

52,71 51,64 - 16,51 4,06

Área 3 94,30 94,31 - 87,99 9,38

θ4

39,57 39,55 39,50 0,036 0,19

FHWM4 1,36 1,35 1,10 0,05 0,23

Intensidade 4

5,72 5,59 5,59 0,47 0,68

Área 4 7,50 7,47 - 1,93 1,39

Tabela IV-4 : Caracterização do perfil de difração – 200Gy (n=16)

parâmetro média

mediana

moda variância

desvio padrão

θ1

25,81 25,80 25,75 0,004 0,06

FHWM1 0,81 0,81 0,76 0,004 0,06

Intensidade 1

17,98 18,18 19,11 2,23 1,49

Área 1 13,88

14,03

11,91 1,41

1,19

θ2

28,50 28,55 28,55 0,06 0,24

FHWM2 0,86 0,87 0,87 0,11 0,33

Intensidade 2

3,40

3,45

- 0,99 1,00

Área 2 2,66

3,07

- 1,30

1,14

θ3

31,92 31,95 31,95 0,01 0,09

FHWM3 1,54 1,53 1,52 0,004 0,07

Intensidade 3

52,13

51,87

44,52

13,14

3,62

Área 3 91,34

90,21

84,64

33,21

5,76

θ4

39,57 39,50 39,45 0,03 0,16

FHWM4 1,38 1,36 - 0,07 0,27

Intensidade 4

5,98

5,86 - 0,49 0,70

Área 4 8,04 7,89 10,50 3,26

1,80

Tabela IV-5 : Caracterização do perfil de difração – 300Gy (n=16)

parâmetro média

mediana

moda variância

desvio padrão

θ1

25,80 25,80 25,85 0,003 0,05

FHWM1 0,76 0,76 - 0,006 0,08

Intensidade 1

16,96

17,10

17,25

1,75

1,32

Área 1 12,58

12,89

12,90

1,19

1,09

θ2

28,52 28,52 28,05 0,09 0,31

FHWM2 1,18 1,24 - 0,17 0,41

Intensidade 2

3,64

3,85

- 0,69 0,83

Área 2 4,03

3,75 - 1,98

1,41

θ3

31,94 31,95 31,95 0,003 0,06

FHWM3 1,55 1,54 - 0,01 0,10

Intensidade 3

50,54

50,50

- 9,78

3,13

Área 3 88,33

89,28

- 59,4

7,71

θ4

39,46 39,40 39,40 0,04 0,21

FHWM4 1,40 1,39 - 0,03 0,17

Intensidade 4

6,06 6,09

6,06 0,47 0,69

Área 4 8,19 8,19 - 2,62

1,62

Tabela IV-6 : Caracterização do perfil de difração – 400Gy (n=16)

parâmetro média

mediana

moda variância

desvio padrão

θ1

25,79 25,80 25,80 0,003 0,06

FHWM1 0,80 0,82 0,77 0,01 0,09

Intensidade 1

16,01 16,32

15,85

5,17

2,27

Área 1 12,30

12,07

11,89 0,97 0,99

θ2

28,56 28,55 28,75 0,06 0,25

FHWM2 1,16 1,01 - 0,14 0,37

Intensidade 2

3,60 3,67 4,88 1,14

1,07

Área 2 3,38

3,68 - 1,39

1,18

θ3

31,93 31,95 32,00 0,003 0,06

FHWM3 1,56 1,55 1,55 0,003 0,05

Intensidade 3

48,07 49,18

- 17,75

4,21

Área 3 82,85 83,23 89,02 45,94 6,78

θ4

39,51 39,55 39,35 0,02 0,16

FHWM4 1,31 1,38 1,40 0,07 0,26

Intensidade 4

5,57 5,40

5,13

0,63 0,79

Área 4 6,69

6,96

7,95

1,97

1,40

Tabela IV-7 : Caracterização do perfil de difração – 500Gy (n=16)

parâmetro média

mediana

moda variância

desvio padrão

θ1

25,78 25,75 25,85 0,004 0,07

FHWM1 0,76 0,81 0,63 0,01 0,11

Intensidade 1

17,65

17,25

16,78 5,45

2,33

Área 1 13,33

13,45

10,68

4,77

2,18

θ2

28,44 28,40 28,40 0,03 0,17

FHWM2 1,05 0,99 0,78 0,19 0,43

θ3

31,93 31,95 32,00 0,01 0,10

FHWM 3 1,53 1,53 1,51 0,01 0,08

Intensidade 3

51,22

50,83

41,23 41,75

6,46

Área 3 89,84

93,29

75,08

136,54

11,68

θ4

39,57 39,60 39,65 0,01 0,11

FHWM4 1,24 1,37 0,93 0,05 0,22

Intensidade 4

6,37

6,24

5,38

1,38

1,17

Área 4 7,83 7,88

10,66

4,76

2,18

4.2.3 – Teste de hipóteses

Agora, serão mostrados os resultados dos testes de hipóteses realizados, com

o intuito de verificar se existem diferenças significativas entre as médias das amostras

irradiadas e não irradiadas. O teste estatístico utilizado foi o teste t de Student, onde as

médias de cada parâmetro de caracterização para cada dose foram comparadas com

os parâmetros das amostras não irradiadas.

O critério utilizado para avaliar se as diferenças entre as médias das amostras

são significativas foi o p-valor. Como o teste foi realizado com o nível de confiança de

95%, foi considerado que as amostras são significativamente diferentes se o p-valor for

menor do que 0,05. No caso de um p-valor maior do que este, foi considerado que as

médias das populações são iguais, sendo as eventuais diferenças devidas às

flutuações estatísticas. As tabelas IV-8 a IV-13 mostram os resultados dos testes

realizados, onde são comparadas as médias dos parâmetros das amostras não

irradiadas e das amostras irradiadas com distintos valores de dose.

Tabela IV-8: Teste t Student para amostras de 50 Gy

Parâmetro 0 Gy 50 Gy p-valor

θ1

25,84 + 0,69 25,75 + 0,05

0,0003

FHWM1 0,77 + 0,10 0,75 + 0,14 0,6074

Intensidade 1

18,91 + 3,07 16,32 + 1,61

0,0064

Área 1 17,86 + 2,90 11,94 + 1,23

θ2

28,64 + 0,40 28,47 + 0,28

0,1699

FHWM2 1,19 + 0,46 0,99 + 0,32 0,1644

Intensidade 2

4,48 + 1,40 3,27 + 0,98

0,0081

Área 2 4,36 + 2,09 2,83 + 1,32

0,0194

θ3

31,98 + 0,06 31,91 + 0,07

0,0047

FHWM3 1,55 + 0,07 1,56 + 0,11 0,6489

Intensidade 3

56,05+6,43 48,07 + 3,74

0,0002

Área 3 100 ,00+ 13,28

84,13 + 8,69

0,0004

θ4

39,66 + 0,25 39,51 + 0,16

0,0537

FHWM4 1,37 + 0,26 1,33 + 0,27 0,6001

Intensidade4 7,47 + 1,45 5,10 + 0,09

0,0000

Área 4 8,85 + 2,04 6,35 + 1,94

0,0009

Tabela IV-9: Teste t Student para amostras de 100 Gy

parâmetro 0 Gy 100 Gy p-valor

θ1

25,84 + 0,69 25,79 + 0,06

0,0200

FHWM1 0,77 + 0,10 0,85 + 0,08

0,0109

Intensidade 1

18,91 + 3,07 17,05 + 1,75

0,0359

Área 1 17,86 + 2,90 13,59 + 1,23 0

θ2

28,64 + 0,40 28,52 + 0,33 0,3281

FHWM2 1,19 + 0,46 1,23 + 0,38 0,7833

Intensidade 2

4,48 + 1,40 3,48 + 0,98

0,0189

Área 2 4,36 + 2,09 3,39 + 1,24 0,1073

θ3

31,98 + 0,06 31,95 + 0,07 0,1767

FHWM3 1,55 + 0,07 1,57 + 0,09 0,3438

Intensidade 3

56,05+6,43 52,71 + 4,06 0,0759

Área 3 100 ,00+ 13,28

94,30 + 9,38 0,1509

θ4

39,66 + 0,25 39,57 + 0,19 0,2064

FHWM4 1,37 + 0,26 1,36 + 0,23 0,9183

Intensidade 4

7,47 + 1,45 5,72 + 0,68

0,0001

Área 4 8,85+2,04 7,50 + 1,39

0,0278

Tabela IV-10: Teste t Student para amostras de 200 Gy

parâmetro 0 Gy 200 Gy p-valor

θ1

25,84 + 0,69 25,81 + 0,06 0,2593

FHWM1 0,77 + 0,10 0,81 + 0,06 0,2203

Intensidade 1

18,91 + 3,07 17,98 + 1,49 0,2859

Área 1 17,86 + 2,90 13,88 + 1,19 0,5093

θ2

28,64 + 0,40 28,50 + 0,24 0,2236

FHWM2 1,19 + 0,46 0,86 + 0,33

0,0245

Intensidade 2

4,48 + 1,40 3,40 + 1,00

0,0022

Área 2 4,36 + 2,09 2,66 + 1,14

0,0070

θ3

31,98 + 0,06 31,92 + 0,09

0,0261

FHWM3 1,55 + 0,07 1,54 + 0,07 0,7215

Intensidade 3

56,05+6,43 52,13 + 3,62

0,0396

Área 3 100 ,00+ 13,28

91,34 + 5,76

0,0235

θ4

39,66 + 0,25 39,57 + 0,16 0,2056

FHWM4 1,37 + 0,26 1,38 + 0,27

0,0008

Intensidade 4

7,47 + 1,45 5,98 + 0,70 0,2221

Área 4 8,85 + 2,04 8,04 + 1,80 0,9771

Tabela IV-11: Teste t Student para amostras de 300 Gy

parâmetro 0 Gy 300 Gy p-valor

θ1

25,84 + 0,69 25,80 + 0,05

0,0868

FHWM1 0,77 + 0,10 0,76 + 0,08 0,8842

Intensidade 1

18,91 + 3,07 16,96 + 1,32

0,0274

Área 1 17,86 + 2,90 12,58 + 1,09

0,1475

θ2

28,64 + 0,40 28,52 + 0,31

0,3658

FHWM2 1,19 + 0,46 1,18 + 0,41 0,9412

Intensidade 2

4,48 + 1,40 3,64 + 0,83

0,0493

Área 2 4,36 + 2,09 4,03 + 1,41 0,6063

θ3

31,98 + 0,06 31,94 + 0,06

0,0453

FHWM3 1,55 + 0,07 1,55 + 0,10 0,8246

Intensidade 3

56,05+6,43 50,54 + 3,13

0,0053

Área 3 100 ,00+ 13,28

88,33 + 7,71

0,0054

θ4

39,66 + 0,25 39,46 + 0,21

0,0170

FHWM4 1,37 + 0,26 1,40 + 0,17 0,7388

Intensidade 4

7,47 + 1,45 6,06 + 0,69

0,0018

Área 4 8,85 + 2,04 8,19 + 1,62 0,3137

Tabela IV-12: Teste t Student para amostras de 400 Gy

parâmetro 0 Gy 400 Gy p-valor

θ1

25,84 + 0,69 25,79 + 0,06

0,0455

FHWM1 0,77 + 0,10 0,80 + 0,09 0,4017

Intensidade 1

18,91 + 3,07 16,01 + 2,27

0,0037

Área 1 17,86 + 2,90 12,30 + 0,99

0,0500

θ2

28,64 + 0,40 28,56 + 0,25

0,4780

FHWM2 1,19 + 0,46 1,16 + 0,37 0,8597

Intensidade 2

4,48 + 1,40 3,60+ 1,07

0,0472

Área 2 4,36 + 2,09 3,38 + 1,18 0,1076

θ3

31,98 + 0,06 31,93 + 0,06

0,0223

FHWM3 1,55 + 0,07 1,56 + 0,05 0,5377

Intensidade 3

56,05+6,43 48,07 + 4,21

0,0002

Área 3 100 ,00+ 13,28

82,85 + 6,78

0,0001

θ4

39,66 + 0,25 39,51 + 0,16

0,0493

FHWM4 1,37 + 0,26 1,31 + 0,26 0,4484

Intensidade 4

7,47 + 1,45 5,57 + 0,79

0,0001

Área 4 8,85 + 2,04 6,69 + 1,40

0,0011

Tabela IV-13: Teste t Student para amostras de 500 Gy

parâmetro 0 Gy 500 Gy p-valor

θ1

25,84 + 0,69 25,78 + 0,07

0,0145

FHWM1 0,77 + 0,10 0,76 + 0,11 0,8581

Intensidade 1

18,91 + 3,07 17,65 + 2,33 0,1973

Área 1 17,86 + 2,90 13,33 + 2,18 0,8393

θ2

28,64 + 0,40 28,44 + 0,17 0,0925

FHWM2 1,19 + 0,46 1,05 + 0,43 0,3658

Intensidade 2

4,48 + 1,40 3,69 + 1,42 0,1095

Área 2 4,36 + 2,09 3,04 + 1,55 0,0500

θ3

31,98 + 0,06 31,93 + 0,10

0,0100

FHWM3 1,55 + 0,07 1,53 + 0,08 0,4452

Intensidade 3

56,05+6,43 51,22 + 6,46

0,0353

Área 3 100 ,00+ 13,28

89,84 + 11,68

0,0253

θ4

39,66 + 0,25 39,57 + 0,11 0,2008

FHWM4 1,37 + 0,26 1,24 + 0,22 0,1284

Intensidade 4

7,47 + 1,45 6,37 + 1,17

0,0226

Área 4 8,85 + 2,04 7,83 + 2,18 0,1653

Os valores em negrito correspondem aos p-valores menores do que 0,05, ou

seja, os casos em que há diferença significativa entre as médias das populações

analisadas. Os resultados dos testes realizados mostram que existem alterações em

diversos parâmetros para todas as doses analisadas.

CAPÍTULO V

CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS

5.1 – Ressonância paramagnética eletrônica

As amostras irradiadas foram analisadas utilizando a técnica de Ressonância

Paramagnética Eletrônica, com a qual foi medida com sucesso a dose das amostras de

200 a 500 Gy.

Foi realizada a dosimetria, pelo método das doses aditivas, para as amostras de

100 Gy, porém, os resultados foram discrepantes com o valor esperado em mais de

dois erros padrões, de forma que eles foram considerados incompatíveis com o valor

esperado. Uma causa provável para isso é que o sinal dosimétrico para estas amostras

possui amplitude menor do que o sinal de background (figura IV-4).

Já no caso das amostras de 50 Gy, não foi possível sequer tentar estimar a

dose, já que não houve como identificar o sinal dosimétrico, de forma que não foi

possível diferenciar o sinal das amostras irradiadas com este valor de dose e o sinal

das amostras não irradiadas.

Estes resultados mostram que o sistema dosimétrico (osso suíno + analisador

RPE) utilizado só é indicado para dosimetria de altas doses, como controle de

alimentos irradiados, por exemplo. Para aplicações de baixas doses, como dosimetria

médica ou até mesmo de acidentes envolvendo radiações ionizantes, o sistema

dosimétrico utilizado neste trabalho não apresentará bons resultados.

5.2 – Difração de raios X

A técnica de difração de raios X foi empregada na caracterização de ossos

suínos irradiados e não irradiados, através da posição, intensidade, área e largura a

meia altura de quatro picos.

Utilizando o teste de t-Student para comparar as médias das populações das

amostras de controle e irradiadas com cada valor de dose, foi possível verificar que

houve alterações significativas em seus perfis de difração, ou seja, o processo de

irradiação, para doses de 50 a 500Gy, provoca alterações na estrutura molecular do

osso cortical.

5.3 – Trabalhos futuros

Para um trabalho futuro utilizando RPE, sugere-se que seja utilizado um

sistema dosimétrico sensível a baixas doses, como em (Khan et al 2005), que utilizou

um espectrômetro JEOL JES FA-100 para estimar doses de (0,44 + 0,02) até (4,42 +

0,22) Gy em dentes caninos.

Outro trabalho envolvendo RPE que poderia ser feito é verificar a viabilidade do

uso de osso suíno como material dosimétrico. Para tal, deve-se utilizar tanto o osso

suíno quanto um material dosimétrico padrão, como a hidroxiapatita pura, por exemplo,

e comparar os resultados.

Para melhorar a caracterização dos perfis de difração de amostras de osso

suíno, sugere-se, além do aumento do número de amostras analisadas, a mudança de

alguns parâmetros de operação do difratômetro de raios x. O passo angular poderia

ser mudado de 0,05

para 0,01º, a fim de melhorar a resolução das medidas. O tempo

de aquisição também pode ser mudado de 2º/s para 1 ou 0,5º/s. Esse mudança

aumentaria a taxa de contagem.

Um estudo que pode ser realizado é a análise do efeito da irradiação de baixas

doses, que seria um trabalho semelhante a este, mas com importantes aplicações na

área médica. Por outro lado, irradiação com doses altas, de 10 a 50 kGy, é utilizada

como método de conservação em bancos de ossos (Azar, 2009), e poderia ser feito um

estudo sobre os efeitos que a irradiação com estas doses.

Outro estudo que pode ser feito é a verificação dos efeitos da radiação em

ossos humanos, e os perfis de difração desses podem ser comparados com os perfis

dos ossos suínos, a fim de verificar se ossos suínos podem realmente ser utilizados

como modelo para estudo de efeitos da radiação em ossos humanos.

Por último, poderia ser verificada a possibilidade de encontrar um fator de

calibração entre o difratômetro de raios X e o espectrômetro RPE.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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