Apostila física radiológica

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Apostila física radiológica

  1. 1. 1/2011 FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I “Não sei ainda que espécie de raio é o X. Mas sei que vai operar milagres” WILHELM CONRAD RÖENTGEN (1845 – 1923) Prof. Leoberto Lopes Brabo – Organizador Coleção de textos de Radiologia
  2. 2. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo FÍSICA APLICADA À RADIOLOGIA I I – Meus comentários iniciais.....................................................................................................................................04 II – Comentário do meu amigo Ricardo..................................................................................................................05 III – Por que estudar física?........................................................................................................................................05 IV – A física na radiologia............................................................................................................................................06 V - A Física das Radiações na residência: Uma antiga necessidade sempre atual....................................06 I. FÍSICA DAS RADIAÇÕES 08 Conceitos Fundamentais.............................................................................................................................................08 1.1. Radiação...................................................................................................................................................................................08 1.2. Energia......................................................................................................................................................................................09 1.3. Ondas.........................................................................................................................................................................................09 1.4. O Átomo....................................................................................................................................................................................10 1.5. Carga Elétrica.........................................................................................................................................................................12 1.5.1. Princípio da Atração e Repulsão........................................................................................................................12 1.6. Radioatividade.......................................................................................................................................................................12 1.7. Classificação das radiações..............................................................................................................................................13 1.7.1. Forma............................................................................................................................................................................13 1.7.2. Origem...........................................................................................................................................................................15 1.7.3. Interação com a matéria.......................................................................................................................................17 1.8. Aplicações das radiações..................................................................................................................................................19 II. OS RAIOS X 23 2.1 Apresentação..........................................................................................................................................................................23 2.2 Produção de raios x.............................................................................................................................................................23 2.2.1. O tubo de raios x...................................................................................................................................................24 2.2.1.1. Catodo......................................................................................................................................................................24 2.2.1.2. Anodo.......................................................................................................................................................................26 2.2.1.3. Ampola de encapsulamento...........................................................................................................................29 2.2.1.4. Cuidados com o tubo.........................................................................................................................................29 2.2.1.5. Valores máximos de operação.......................................................................................................................29 2.2.2. Fases de produção dos raios x.........................................................................................................................30 2.2.3. Tipos de raios x………………………………………………………………………………………………………..….32 2.2.3.1. Raios x característicos………………………………………………………………………………………………..32 2.2.3.2. Raios x de frenagem..........................................................................................................................33 2.3. A produção de calor...........................................................................................................................................33 2.4. Princípio do foco linear....................................................................................................................................33 2.5. Propriedades fundamentais dos raios x....................................................................................................34 2.6. Elementos de um conjunto gerador de raios x.......................................................................................34 2.7. Observações..........................................................................................................................................................35 Conclusão.................................................................................................................................................................................36 III. FORMAÇÃO DA IMAGEM RADIOGRÁFICA 37 3.1. Introdução...............................................................................................................................................................................37 3.2. Absorção de raios x.............................................................................................................................................................38 3.3. Fatores que afetam a absorção de raios x.................................................................................................................38 3.3.1. Espessura.....................................................................................................................................................................38 3.3.2. Densidade....................................................................................................................................................................38 3.3.3. Número atômico (Z)...............................................................................................................................................38 3.3.4. Meios de contraste.................................................................................................................................................38 3.3.5. Kilovoltagem...............................................................................................................................................................39 3.3.6. Filtragem......................................................................................................................................................................40 3.3.6.1. Filtragem inerente............................................................................................................................................40 3.3.6.2. Filtragem adicional ou artificial..................................................................................................................40 2 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  3. 3. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo 3.3.6.3. Observações..........................................................................................................................................................40 3.3.7. Composição do objetivo anódico.......................................................................................................................40 3.4. Absorção diferencial no corpo humano.....................................................................................................................41 3.5. Contraste do sujeito............................................................................................................................................................41 3.6. Fatores de exposição que afetam a imagem aérea................................................................................................41 3.7. Efeito de talão........................................................................................................................................................................44 3.8. Filtros de espessura variável..........................................................................................................................................44 3.9. Geometria na formação da imagem.............................................................................................................................44 3.9.1. Borrosidade geométrica e ampliação da imagem....................................................................................45 3.9.2. Distorção.....................................................................................................................................................................46 3.10. Movimento.............................................................................................................................................................................46 3.11. Filme radiográfico...............................................................................................................................................................46 3.11.1. Composição do filme.........................................................................................................................................46 IV. RADIAÇÃO DISPERSA 47 4.1. Introdução..............................................................................................................................................................................47 4.2. Efeito no contraste do sujeito.........................................................................................................................................47 4.3. Fontes de radiação dispersa............................................................................................................................................47 4.4. Redução da radiação dispersa........................................................................................................................................47 4.4.1. Limitação do feixe....................................................................................................................................................47 4.4.1.1. Diafragmas de abertura...................................................................................................................................47 4.4.1.2. Cilindros..................................................................................................................................................................48 4.4.1.3. Dispositivos limitadores de abertura variável.......................................................................................48 4.4.2. Dimensões do campo projetado.........................................................................................................................48 4.4.3. Grades............................................................................................................................................................................48 4.4.4. Espaço de ar................................................................................................................................................................49 4.4.5. Compressão.................................................................................................................................................................50 4.4.6. Dispersão invertida.................................................................................................................................................50 4.5. Radiação extra focal...........................................................................................................................................................50 4.6. Ecrans intensificadores fluorescentes........................................................................................................................51 ANEXOS 52 TÉCNICAS RADIOLÓGICAS KV e mAS................................................................................................................52 ATRIBUIÇÕES DOS TÉCNICOS E TECNÓLOGOS EM RADIOLOGIA...............................................................56 CÁLCULO DAS MUDANÇAS NOS FATORES DE EXPOSIÇÃO...........................................................................60 REFERÊNCIAS.........................................................................................................................................................63 3 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  4. 4. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo MEUS COMENTÁRIOS INICIAIS... É com grande satisfação que apresento a segunda edição de uma coletânea de textos de diversos autores (inclusive meus) sobre Física Radiológica e sua aplicação, para que muitas “questions” sejam analisadas e discutidas à luz de uma Física comprometida não apenas com os fenômenos a que se propõem solucionar mas fundamentalmente para dar suporte conceitual e prático à proteção radiológica. Meu objetivo em propor esta obra, está na carência de material sobre Física das Radiações para área de radiologia, estive analisando o conteúdo programático de diversas instituições de ensino e procurei estabelecer bases de um ensino aplicado à realidade técnica, sem aquela carga sofrida e estereotipada da Física que a maioria dos alunos pós-médio trás do ensino tradicional. Entendo que a Física aplicada à Radiologia tem a função de estabelecer os limites para os avanços no campo tecnológico,que utilizem fontes de Energia (como a nuclear) ou Radiações Ionizantes para o diagnóstico/terapia, visando o bem estar do profissional das radiações e de seu paciente. Temos portanto a obrigação de acharmos meios de tornarmos a sociedade mais humana, buscando respostas para nossa existência e quem sabe nos darmos conta de que não somos individuais mas coletivos, não estamos sós e que a Natureza está em nós do mesmo modo que dela pertencemos. Costumo dizer que não existem limites para nossa imaginação. Todos somos físicos e físicas em potencial pois é de costume nossa curiosidade aflorar uma pergunta existencial ou mesmo de situações cotidianas. E isso é de fundamental importância pois nos leva a pensar na Criação e no mundo em que vivemos. Infelizmente nosso sistema educacional, marcado por vícios, nos deixa a margem dos questionamentos. Somos treinados a darmos sempre as mesmas respostas, tirando-nos a liberdade de sermos criativos. Portanto, nossa visão mercantilista da vida nos reduz a objetos com um valor. A falta de uma visão consciente e responsável leva aos absurdos como o de tratarmos nosso planeta como lixo, desprezarmos a Natureza e a todos que nele vivem. Para tudo há um limite... Por isso, pense e tenha uma atitude positiva todos os dias, transforme o mundo, seja o melhor profissional em Radiologia, faça a diferença. Seja um exemplo a ser seguido. Agradeço a Deus. Agradeço a Maria, Mãe do Deus VIVO, que sempre presente em minha vida continua trazendo o amigo Jesus Libertador em seus braços de afeição e carinho para minha caminhada. Minha Cristogênese e puramente Mariana. Agradeço aos meus colegas de trabalho que interagem e transformam o meio, participando ativamente de todo o processo educacional com responsabilidade e paciência. Um agradecimento especial ao Prof. TR Ricardo Souza por ter revisado a obra com carinho e atenção. Agradeço a meus ex-alunos (as) que sempre tiveram muita paciência com minha disciplina e que também contribuíram para que este trabalho viesse à tona. Que todas as “questions” sejam uma semente para uma cidadania com responsabilidade. “Nada escrevi que prestasse até que comecei a amar.” (Lord Byron) Prof. Leoberto Lopes Brabo – Físico Outubro, Círio de 2007 Revisado e adaptado em Outubro, 217º Círio de 2009 4 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  5. 5. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo COMENTÁRIO DE MEU AMIGO RICARDO... “O trabalho desenvolvido pelo autor traz uma quantidade de informações importantes para quem quer trilhar o caminho da radiologia e manter-se atualizado e em elevado patamar de conhecimento. Para muitos, a física parece ser um “bicho de sete cabeças” – porém digo agora:”oito cabeças”, pois você será mais uma “cabeça” contemplada com a facilidade e aplicabilidade dos conceitos sobre física aplicada à radiologia, ensinados pelo professor Leoberto nesta obra. Contudo, digo a você que tais conhecimentos são muito importantes para que possamos desenvolver nossas competências e habilidades e assim, aplicarmos no nosso cotidiano. Portanto ser um bom profissional da radiologia significa estar com todas as ferramentas do conhecimento nas mãos, para que você possa utilizá-las! – Utilize esta maravilhosa ferramenta que está em suas mãos agora e esteja sempre na frente e pronto para o futuro.” Prof. Ricardo Nascimento de Souza POR QUE ESTUDAR FÍSICA? Contribuir para a formação de uma cultura científica efetiva, que permita ao indivíduo a interpretação dos fatos, fenômenos e processos naturais. É de fundamental importância que o conhecimento físico seja explicado como um processo histórico, objeto de contínua transformação e associado às outras formas de expressão e produção humanas. É importante também que essa cultura em Física inclua a compreensão do conjunto de equipamentos e procedimentos, técnicos ou tecnológicos, do cotidiano doméstico, social e profissional. É preciso rediscutir a Física para possibilitar uma melhor compreensão do mundo e uma formação para a cidadania mais adequada. Promover um conhecimento contextualizado e integrado à vida de cada educando. É de fundamental importância considerar nosso mundo vivencial, sua realidade, os objetos e fenômenos com que efetivamente lidam, ou os problemas e indagações que movem nossas curiosidades. O conhecimento da Física deve ser entendido como um meio para a compreensão do mundo. A Física deve desenvolver a capacidade de se preocupar com o todo social e com a cidadania. Além de promover competências necessárias para a avaliação da veracidade de informações ou para a emissão de opiniões nas quais os aspectos físicos sejam relevantes. Como por exemplo: avaliar relações de risco/benefício de uma dada técnica de diagnóstico médico ou implicações de um acidente envolvendo radiações ionizantes. 5 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  6. 6. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo A FÍSICA NA RADIOLOGIA “Vivemos em um mundo inundado de radiações. Desde o seu instante inicial, este Universo em que vivemos foi propulsionado por quantidades por quantidades inimagináveis de energia, que geraram galáxias, estrelas, planetas, luz (...). Estes últimos percorrem o Universo em todas as direções, gerando a radiação cósmica onipresente”. As radiações sempre estiveram conosco. Estão aqui neste momento e estarão presentes até os últimos instantes deste Universo. Somo seres cujas existências foram e continuam sendo moduladas pelas radiações. A vida como, como nós a conhecemos, não teria sido possível sem elas. Se tivéssemos sido constituídos organicamente de outra forma, talvez pudéssemos percebê-las como um oceano multicolorido e sinfônico no qual estamos imersos. Talvez, então pudéssemos ter para com as radiações uma atitude mais correta – uma atitude de compreensão, de respeito e até mesmo de gratidão, ao invés de temor. A utilização efetiva das técnicas de radiodiagnóstico, assim como a interpretação das imagens produzidas, requer a compreensão de fenômenos físicos envolvidos nos processos de formação da imagem, pois a habilidade de visualizar estruturas anatômicas específicas ou condições patológicas depende, não só de características inerentes a cada técnica de radiodiagnóstico em particular, como também do conjunto de ajustes selecionados no equipamento. A relação entre visibilidade e ajustes de parâmetros nesses equipamentos é complexa e, freqüentemente, envolve comprometimento e interdependência dentre os diferentes aspectos da qualidade da imagem. Apesar dos benefícios incontestes à Medicina, todas as técnicas de radiodiagnóstico podem representar um risco à saúde, pois os processos de aquisição das imagens sempre envolvem deposição de alguma forma de energia no corpo do paciente, o que, em alguns casos pode também trazer prejuízos à saúde de médicos e técnicos em radiologia ou em enfermagem. Os níveis de exposição do paciente aos raios X de uso médico variam muito e têm forte influência sobre a qualidade da imagem radiográfica. Uma abordagem da relação entre riscos e os danos à saúde envolve análise de conceitos físicos, grandezas e unidades de medidas. Em geral, as estruturas internas e funções do corpo humano não são visíveis. Entretanto, por meio de diversas tecnologias, podem-se obter imagens através das quais um médico pode detectar condições anormais, ou ainda, guiar-se em procedimentos terapêuticos invasivo. A imagem radiográfica é uma janela para o corpo. Nenhum tipo de imagem mostra tudo. Os diversos métodos de radiodiagnóstico nos revelam diferentes características do corpo humano. Em cada método é necessário se trabalhar com níveis satisfatórios de qualidade de imagem e de visibilidade das estruturas do corpo. Estes níveis de qualidade e visibilidade dependem das características do equipamento, da perícia do observador e do compromisso com fatores tais como a minimização da dose no paciente devida aos raios X ou o tempo de obtenção da imagem. (Princípios de Física em Radiodiagnóstico – CBR 2002) A FÍSICA DAS RADIAÇÕES NA RESIDÊNCIA: UMA ANTIGA NECESSIDADE SEMPRE ATUAL Universidade Federal de São Paulo Escola Paulista de Medicina Coordenadoria de Física e Higiene das Radiações Editorial Revista da Imagem 2003; 25(2): V-VI “Hoje teremos aula de Física Radiológica, está preparado? Puxa, não entendi nada do que foi dito na ultima aula, e você? Acho que peguei alguma coisa, só que não entendo porque temos que ter aulas de Física, que nos toma tanto tempo, já que temos tantas outras coisas mais importantes para aprender...” É bem provável que você já tenha ouvido ou mesmo tenha tido este diálogo com algum colega durante a residência na radiologia. Se é atualmente residente e reticente quanto às aulas, talvez possa ao final deste texto encarar a Física com outros olhos... Foi com a disposição de desvendar os mistérios da natureza é que o ser humano ao procurar respostas e descrever os fenômenos utilizando-se de métodos experimentais construiu um campo de estudo que se denomina Física (do grego physis, “natureza”). Se caracteriza pela associação entre observações e métodos experimentais e se utiliza da matemática para descrever quantitativamente os fenômenos naturais. Não é a Física que é complicada e sim os fenômenos naturais é que são complexos e exigem a matemática como ferramenta, que muitas vezes, por não dominarmos, nos afasta da possibilidade de entendermos os fenômenos de uma forma objetiva e quantitativa. 6 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  7. 7. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo Na natureza há inúmeros fenômenos que não estamos aptos a perceber utilizando apenas nossos sentidos. Não ouvimos as ondas do ultra-som, não percebemos as ondas de radio ou os raios cósmicos vindos do espaço e nem tampouco percebemos as radiações X ou gama. Foi por isso que somente após alguns anos da descoberta dos raios X, em 1895, que os cientistas se deram conta de que aquela radiação que mudou o mundo também podia provocar efeitos deletérios sobre o ser humano. Quando perceberam seus efeitos sobre si mesmos infelizmente eram irreversíveis, porém ficou clara a necessidade de conhecer com maior profundidade esta radiação que podia matar pois se vislumbrava a possibilidade de ser utilizada também para curar. Foi então que surgiu a Radioterapia. A busca do conhecimento deu origem ao campo da Física das Radiações, interligado a outros campos de estudo e hoje com uma forte atuação na área médica. A Física contribui para o conhecimento das técnicas de imagem, constantemente em evolução, que possibilita ao radiologista indicar, contra -indicar e estabelecer critérios de hierarquia de condutas que irão beneficiá-lo na busca do sucesso do diagnóstico. O conhecimento dos processos de interação das radiações no meio biológico permitiu desenvolver a instrumentação necessária para a geração de imagens de alta qualidade como as que são obtidas com as técnicas de tomografia computadorizada e ressonância. É claro que esta qualidade foi alcançada graças a tecnologia da computação, que também deve ser de domínio do especialista para que possa extrair todo o potencial disponível pelos equipamentos, maximizando benefícios e inimizando riscos. Conhecer o potencial tecnológico é um dos conteúdos da Física das Radiações. Estudos mostram que este conhecimento pode permitir uma redução de até 40 % das doses de radiação na realização dos exames. O estudo da Física Radiológica propicia também o conhecimento dos efeitos somáticos e genéticos das radiações que permite ao especialista da área avaliar riscos. O estudo das práticas em Proteção Radiológica, item relevante da Física das Radiações, permite ao radiologista conduzir suas ações visando sua proteção pessoal e a dos pacientes de acordo com a legislação vigente. Garantir a qualidade na geração das imagens, assim como a segurança das pessoas direta e indiretamente envolvidas no processo é legitimar o uso das radiações sob os aspectos éticos e legais e portanto são obrigações daqueles que escolheram este campo de atuação e para tal, as aulas de Física Radiológica tornam-se essenciais à boa formação do especialista. Dra. Regina Bitelli Medeiros rbitelli.ddi@epm.br Prof. Adjunto do Departamento de Diagnóstico por Imagem da Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP) Chefe da Coordenadoria de Física do Departamento de Diagnóstico por Imagem Supervisora de Radioproteção do Complexo UNIFESP-Hospital São Paulo 7 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  8. 8. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo UNIDADE I FÍSICA DAS RADIAÇÕES “Na natureza, nada se perde, nada se cria, tudo se transforma.” (Lavoisier) Vamos tentar responder as seguintes questões:       O que é radiação? De onde vêm? Como interagem com o meio em que se encontram? Como fazemos para detectá-las? Como podemos utiliza-las? Como se proteger de seus efeitos? CONCEITOS FUNDAMENTAIS 1.1- RADIAÇÃO O que é a Radiação? É possível que o termo RADIAÇÃO, a princípio, pareça um pouco estranho. Com certeza, você já deve tê-la visto associada a acidentes nucleares, usinas nucleares ou mesmo em filmes de guerra. O que ocorre é uma confusão de conceitos, ou ainda, tratar-se de um mesmo termo aplicado a coisas diferentes. O termo IRRADIAR significa lançar de si, emitir, espalhar, projetar. Pode ser aplicado a diversas situações ou fenômenos diferentes. O Sol irradia luz, calor e ultravioleta. Já RADIAÇÃO é aquilo que é IRRADIADO por alguma coisa. Pode ser aplicado às várias formas de luz visíveis e “invisíveis” ou a feixes de partículas ATÔMICAS. Radiação é o processo pelo qual uma fonte emite energia que se propaga no espaço. Segundo o dicionário Aurélio: “Qualquer dos processos físicos de emissão e propagação de energia, seja por intermédio de fenômenos ondulatórios, seja por meio de partículas dotadas de energia cinética” ou “Energia que se propaga de um ponto a outro no espaço vazio ou através de um meio material”. O termo radiação se usa também para designar a própria energia emitida. Portanto: Radiação é energia em movimento. Este conceito é geral e inclui as ondas mecânicas (como o ultra-som ou as oscilações de um maremoto), ondas eletromagnéticas ou radiações nucleares com massa, como veremos mais adiante. 8 Aplicação da radiação solar. Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  9. 9. 1.2- ENERGIA FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo O que é Energia? O conceito de Energia é muitas vezes considerado intuitivo e só pode ser medido (ou quantificado) quando temos a transformação de um tipo de energia em outro tipo (trabalho). Em física, ENERGIA é tudo aquilo capaz de realizar trabalho. Como por exemplo, a eletricidade é capaz de fazer um motor elétrico funcionar e, portanto realizar trabalho. Da mesma forma, a energia eletromagnética do Sol pode ser convertida em eletricidade por meio de uma célula solar ou em calor por meio de aquecedores solares. Uma forma importante de conversão da energia do Sol é a fotossíntese. Neste processo a luz solar é transformada em energia química, que por sua vez é responsável pelo crescimento das plantas e de quebra libera oxigênio para o ar. Portanto: Energia é a capacidade que possui um corpo de realizar trabalho. 1.3- ONDAS O conceito de onda é de fundamental importância para a compreensão de uma série de fenômenos físicos. Em termos formais, onda é o resultado de algum tipo de perturbação que se propaga. Por exemplo, no mar, as ondas se formam basicamente devido à perturbação da água pela atração da Lua e da ação dos ventos. Se você estiver boiando um pouco além da rebentação, deve ter percebido que seu corpo alternadamente sobe e desce, mas na média permanece praticamente no mesmo lugar. O fato de seu corpo subir e descer significa que existe uma energia associada à onda (realiza trabalho). Esta energia é transportada pela onda, sem, entretanto causar um deslocamento líquido final do meio, no caso, a água. Já no caso da rebentação, outros fatores interferem com a onda, acarretando um movimento efetivo da água ou de algum objeto flutuante. A brusca frenagem da onda pelo fundo de areia da praia, faz com que à parte de cima da onda se projete para frente, literalmente despejando a água. Quanto à forma, existem basicamente dois tipos de onda: Ondas Mecânicas e Ondas Eletromagnéticas. As ondas mecânicas dependem de um meio material para se propagarem, como as ondas do mar e as ondas sonoras, por exemplo. As ondas eletromagnéticas não dependem de um meio material, pois correspondem à propagação de uma perturbação nos campos elétricos e magnéticos. Estes campos podem existir independentemente de um meio material. Os elementos fundamentais de uma onda são: A distância entre dois picos ou dois vales, ou ainda, dois pontos quaisquer equivalentes da onda, define o que se chama comprimento de onda, representado normalmente pela letra grega LAMBDA (λ). O número de ciclos de sobe e Comprimento de Onda desce, por unidade de tempo define a freqüência da onda, Crista medida normalmente em Hertz ou ciclos por segundo e representada normalmente pela letra f. O produto do comprimento de onda pela freqüência da onda Depressão ou Vale fornece a velocidade de propagação da 9 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  10. 10. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo onda no meio em questão, isto é, a velocidade com que a perturbação se propaga. No caso das ondas eletromagnéticas no vácuo, este produto fornece a velocidade da luz, c = 299 793 km/s Para as ondas eletromagnéticas, a energia transportada depende unicamente de sua freqüência ou de seu comprimento de onda, já que ambos estão relacionados pela velocidade da luz que é uma constante universal. A luz se desloca no espaço por meio de ondas eletromagnéticas, que não necessitam de um meio físico para serem transportadas, e, portanto diferem dos outros exemplos de ondas encontrados na natureza, como ondas na água, ondas sonoras, sísmicas, etc. 1.4- O ÁTOMO É a menor porção de matéria A idéia de que a matéria é formada por partículas muito pequenas e “indivisíveis”, ou átomos, é muito antiga. Demócrito, que viveu quase 400 anos antes de Cristo, já pensava nessas coisas. Ele propôs um modelo atômico onde os átomos se encaixavam mais ou menos como as peças de um Lego. Mas, a verdadeira estrutura do átomo só foi revelada no início do século XX com o trabalho de Ernest Rutherford. Obviamente os resultados de Rutherford foram debatidos exaustivamente até que se chegasse a um quadro de consenso. A idéia que temos de átomo hoje em dia é o resultado dessas discussões. Um átomo possui um núcleo que concentra praticamente toda a sua massa, e retém a carga positiva. O diâmetro de um átomo é cerca de 100 000 vezes o diâmetro do seu núcleo. O núcleo é circundado por elétrons (na eletrosfera), que são os portadores de carga negativa. A massa do elétron é igual a 9, 10939× 10−31 kg. O núcleo é composto por dois tipos de partículas: Os prótons, e os nêutrons. Os nêutrons não possuem carga elétrica e portanto não interagem eletricamente com os prótons do núcleo, mas exercem um papel fundamental na sua estabilidade. Um próton possui uma carga igual à do elétron, mas de sinal contrário: +1, 602×10−19 C; sua massa é de 1, 67262×10−27 kg, cerca de 1836 vezes maior do que o elétron. A massa do nêutron, por sua vez, é muito próxima à do próton:1, 67482×10−27 kg. O número total de prótons no núcleo é chamado de número atômico, em geral representado pela letra Z. 10 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  11. 11. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo ORGANIZAÇÃO DOS SERES VIVOS ÁTOMOS (Carbono, Oxigênio, Nitrogênio, Hidrogênio)  MOLÉCULAS (água, oxigênio, carbono, açúcares, lipídeos, proteínas, ácidos nucléicos, nucleotídeos, ácidos graxos, etc.)  SUBSTÂNCIAS  ESTRUTURAS SUB-CELULARES (sistemas de membranas, hialoplasma, retículo endoplasmático, complexo de Golgi, lisossomos, mitocôndrias, cromossomos, núcleo, nucléolo, etc.)  CÉLULAS (epiteliais, conjuntivas, musculares, nervosas, hepáticas, linhagem sangüínea, gametas, etc).  TECIDOS Tecido epitelial (epiderme, derme, tecido glandular); Tecido conjuntivo (cartilaginoso e ósseo); Tecido muscular (liso, estriado, cardíaco); tecido nervoso , etc.  ORGÃOS (cérebro, estômago, intestino, pulmão, coração, fígado, rim, pâncreas, ovário, testículo, supra-renais, tireóide, etc. )  SISTEMAS (nervoso, digestivo, respiratório, circulatório, excretor, reprodutor)  INDIVÍDUOS 11 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  12. 12. 1.5- CARGA ELÉTRICA FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo É uma propriedade intrínseca da matéria onde se observam os fenômenos de atração e repulsão entre corpos carregados A carga elétrica de um próton é chamada de carga elétrica elementar, sendo representada por e; no Sistema Internacional, seu valor é: e = 1,6 . 10-19 coulomb = 1,6 . 10-19 C A carga de um elétron é negativa mas, em módulo, é igual à carga do próton: Carga do elétron = - e = - 1,6 . 10-19 C Os nêutrons não possuem carga elétrica. Como num átomo o número de prótons é igual ao número de elétrons, a carga elétrica total do átomo é nula. De modo geral os corpos são formados por um grande número de átomos. Como a carga de cada átomo é nula, a carga elétrica total do corpo também será nula e diremos que o corpo está neutro. No entanto é possível retirar ou acrescentar elétrons de um corpo. Desse modo o corpo estará com um excesso de prótons ou de elétrons; dizemos que o corpo está eletrizado ou ionizado. 1.5.1. Princípio da atração e repulsão Dados dois corpos eletrizados, sendo Q1 e Q2 suas cargas elétricas, observamos que: 1. Se Q1 e Q2 tem o mesmo sinal (Figura 1 e Figura 2), existe entre os corpos um par de forças de repulsão. 2. Se Q1 e Q2 têm sinais opostos (Figura 3), existe entre os corpos um par de forças de atração. 1.6- RADIOATIVIDADE Núcleos atômicos que espontaneamente emitem partículas ou energia pura (radiação eletromagnética) são chamados radioativos. A radioatividade é um fenômeno natural, mas pode também ser produzida em laboratório. O fenômeno foi descoberto em 1896 pelo francês Henri Becquerel e, em 1934, foi produzido pela primeira vez em laboratório por Irene Curie e Pierre Joliot, que bombardearam alumínio com partículas alfa emitido pelo polônio, e produziram o isótopo de fósforo 30P. Irene e Pierre levaram o Nobel de Química de 1935 pelo seu trabalho. Os pais de Irene, Pierre e Marie Curie, já haviam sido agraciados com o Nobel de Física de 1903 (com Becquerel), pelo seu trabalho com radioatividade natural. A radioatividade é a liberação de energia por um núcleo excitado. Esse processo é chamado de decaimento radioativo, e pode ocorrer basicamente de três modos distintos: por emissão alfa, por emissão beta ou por emissão gama. Alfa, beta e gama são nomes dados a tipos de radiação cuja natureza era desconhecida na época em que foram descobertas. 12 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  13. 13. 1.7- CLASSIFICAÇÃO DAS RADIAÇÕES 4.6.1. Forma FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo A forma caracteriza a maneira como as radiações se apresentam na Natureza. E podem ser: a) RADIAÇÕES CORPUSCULARES Possuem massa e formam os átomos e os núcleos atômicos; Esta radiação pode ser descrita como energia em movimento a velocidades inferiores à da luz. Sua energia depende da velocidade de maneira diretamente proporcional segundo a equação: Ec Onde: m de massa e v de velocidade; Ec é chamada de energia cinética (de movimento); Ex:  Elétrons, prótons, nêutrons;  Íons leves e pesados (átomos sem elétrons);  Píons, káons, múons;  Pósitrons, Négatrons, alfa. mv 2 2 α (alfa) Núcleo instável β- (négatron) β+ (pósitron) Núcleo instável b) RADIAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS Você com certeza sabe ou mesmo ouvir falar que o controle remoto de sua TV ou DVD funcionam por infravermelho. Também já não é mais novidade um microcomputador operado por mouse e teclado sem fios, ou seja, por infravermelho. - Mas afinal de contas o que vem a ser esse tal de infravermelho? - Alguma espécie de raio invisível? - Exatamente! O Universo que nos rodeia é banhado por um imenso "oceano" de luzes, das quais nossos olhos conseguem captar apenas uma pequeníssima fração. Essa pequena fração de radiações que o olho humano vê, é chamada de luz visível ou apenas luz. Por esta razão, é mais conveniente chamarmos ao conjunto de todas as “luzes” que não vemos de RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA. O termo luz fica reservado à pequena parcela de radiação eletromagnética que conseguimos enxergar. A radiação eletromagnética é uma forma de energia. Sem ela simplesmente não haveria vida na Terra. Outro aspecto importante da radiação eletromagnética é seu caráter ondulatório, isto é, a radiação eletromagnética é constituída de ondas com componentes elétricos e magnéticos. Portanto as Radiações Eletromagnéticas:  Não possuem massa; 13 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  14. 14. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo  São ondas com componentes elétricos e magnéticos; Nas figuras abaixo, temos uma representação gráfica de uma radiação eletromagnética:  Sua velocidade é igual da LUZ (c = 3x108m/s);  Sua Energia depende do comprimento de onda e de maneira inversamente proporcional, segundo a equação: E hc Onde: h é a constante universal chamada constante de Planck e cujo valor é h = 6,63 X 10-34 J.s(Joule x segundo); c é a velocidade da LUZ e é o comprimento da onda. Ao conjunto de todas as radiações eletromagnéticas chamamos de: ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO Ex:        14 Rádio e TV Microondas Infravermelho (calor) Luz visível (vermelho ao violeta) Ultravioleta Raios X Raios gama Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  15. 15. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo 4.6.2. Origem Representa onde as radiações nascem. E podem ser: a) ORIGEM NUCLEAR Possuem origem no NÚCLEO do átomo instável. Ex: Radiações alfas, betas, nêutrons e gama. Obs: Estas radiações são as chamadas RADIOATIVAS, pois são conseqüência do fenômeno da RADIOATIVIDADE (Gama) Núcleo Instável b) ORIGEM ATÔMICA c) OUTRAS ORIGENS DAS RADIAÇÕES CORPUSCULARES Possuem origem na ELETROSFERA atômica devido a transições eletrônicas e/ou colisões entre partículas carregadas Ex: Raios X, Ultravioleta, Luz visível, calor,...    Colisões atômicas: elétrons, prótons, íons leves e pesados; Transições atômicas: elétrons; Transições nucleares (incluindo fissão):Prótons, nêutrons, elétrons (beta), pósitrons, alfa, íons leves e pesados d) OUTRAS ORIGENS DAS RADIAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS     Aceleração de cargas (+/-); Transições atômicas:luz visível, radiação ultravioleta, raios X; Transições nucleares (incluindo fissão): raios gama; Aniquilação partícula/anti-partícula: raios gama. 15 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  16. 16. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo 16 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  17. 17. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo 4.6.3. Interação da Radiação com a matéria Esta classificação caracteriza a maneira como as radiações se relacionam com o meio. E podem ser: a) RADIAÇÕES IONIZANTES São aquelas radiações que produzem íons na matéria com a qual interagem. Ex: Raios Gama, RAIOS X, Ultravioleta, Radiações alfas, betas e de nêutrons. Interação b) RADIAÇÕES NÃO-IONIZANTES Estas radiações apenas depositam suas energias no meio, normalmente causando uma excitação atômico-molecular. Ex: Todas as demais radiações do espectro eletromagnético. Radiações em Celulares Tem havido recentemente especulações de que o uso de telefones celulares possa estimular o crescimento de tumores cerebrais na região da cabeça próxima à antena. (Fischetti, M., The Cellular Phone Scare, IEEE Spectrum, 43-47 June 1993) Comprovações recentes atestam transformações de células quando imersas em um intenso campo eletromagnético. Essas transformações podem evoluir a ponto de causar degenerações, tornando-se possíveis focos de leucemia e câncer. Embora invisíveis, as radiações fazem parte do nosso cotidiano, estamos mergulhados num campo imenso, repleto de ondas vindas de todos os cantos, não só do planeta mas também do Universo. O problema, ou seja, o risco para o ser humano, é justamente a intensidade dessas radiações, e lembrando a lei que rege a relação entre energia e distância, (energia proporcional ao inverso do quadrado da distância), veremos que no celular, apesar da baixa potência envolvida, a proximidade da antena faz com que um lado da cabeça receba diretamente essas radiações, expondo o usuário a um risco imprevisto. Basta lembrar que o processo de cozimento dos alimentos nos fornos de microondas se baseia nestas radiações, se bem que de muito maior intensidade, mas ninguém pode prever as conseqüências de uma prolongada exposição a esse campo eletromagnético. Está comprovado que, após 10 minutos de uso do celular, a temperatura craniana sobe de 2 a 3 graus centígrados. As termos-fotografia abaixo mostram a temperatura da cabeça sem e com o uso de um telefone celular. A maneira mais eficiente de se proteger dessas radiações dos telefones celulares é, sem dúvida, a instalação, quando possível, de uma antena externa. Ao transferir toda a potência de transmissão para 17 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  18. 18. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo essa antena,estrategicamente localizada longe do aparelho, além de propiciar uma comunicação de muito melhor qualidade, estaremos poupando o usuário de radiações que podem ser perigosas. Além dessa solução, existe ainda a possibilidade de se usar protetores contra radiação fixa ao aparelho, que são dispositivos cerâmicos absorvedores de ondas eletromagnéticas. Há um método, desenvolvido pelo cientista japonês Y. Omura e denominado "Bi-digital O-Ring test", que é capaz de mostrar uma diminuição considerável (no mínimo 70 %) dos efeitos nocivos ao homem quando da instalação de uma antena externa no aparelho celular, e que também demonstra a proteção exercida pelos absorvedores. Conheça o protetor WaveShield que bloqueia até 97% das radiações. Links úteis:  USA - FCC - Information on Human Exposure to Radiofrequency Fields from Cellular and PCS Radio Transmitters  Austrália: Mobile Telephone Communication Antennas: Are They a Health Hazard?  Nova Zelândia - The Electromagnetic Radiation Health Threat  Medical College of Wisconsin - Cellular Phone Antennas and Human Health Medição da taxa de transferência de energia e dose absorvida 18 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  19. 19. 1.8- APLICAÇÕES DAS RADIAÇÕES Radiografia FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo Medicina Nuclear Mamógrafo Cintilógrafo Ultra-som Densitômetro 19 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  20. 20. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo Radioterapia Tomógrafo Angiografia 20 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  21. 21. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo Fonte radioativa para área industrial Radiologia industrial 21 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  22. 22. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo UNIDADE II OS RAIOS X “Penso 99 vezes e nada descubro. Deixo de pensar, mergulho no silêncio, a verdade me é revelada” (Einstein) 2.1. APRESENTAÇÃO Em Novembro de 1895, Wilhelm Conrad RoentgenP, fazendo experiências com raios catódicos (feixe de elétrons), notou um brilho em um cartão colocado a pouca distância do tubo. Notou ainda que o brilho persistia mesmo quando a ampola (tubo) era recoberta com papel preto e que a intensidade do brilho aumentava à medida que se aproximava o tubo do cartão. Este cartão possuía em sua superfície uma substância fosforescente (platino cianeto de bário). Roentgen concluiu que o aparecimento do brilho era devido a uma radiação que saia da ampola e que também atravessava o papel preto. A esta radiação desconhecida, mas de existência comprovada, Roentgen deu o nome de raios-X, posteriormente conhecido também por raios Roentgen. Roentgen constatou também que estes estranhos raios podiam atravessar materiais densos, em um desses resultados ele pode visualizar os ossos da mão de sua mulher. 1ª Radiografia Laboratório de Roentger 2.2. PRODUÇÃO DE RAIOS X De um modo geral os Raios X são produzidos quando elétrons (partículas elementares de carga negativa) em alta velocidade colidem violentamente contra alvos metálicos. Os equipamentos de Raios-X foram planejados de modo que um grande número de elétrons sejam produzidos e acelerados para atingirem um anteparo metálico (alvo) com alta energia cinética. No tubo de Raios X os elétrons obtêm alta velocidade devido a alta tensão aplicada entre o anodo (eletrodo positivo) e o catodo (eletrodo negativo). Os elétrons que atingem o alvo (anodo) interagem com sua estrutura atômica, transferindo suas energias cinéticas para os átomos da estrutura atômica do alvo. Os elétrons interagem com qualquer elétron orbital ou núcleo dos átomos do anodo. As interações resultam na conversão de energia cinética em energia eletromagnética (calor, cerca de 99% e Raios X, cerca de 1%) 22 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  23. 23. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo 2.2.1. O TUBO DE RAIOS X É montado dentro de uma calota protetora de metal forrada com chumbo, projetada para evitar exposição à radiação fora do feixe útil e possíveis choques elétricos. Os raios-X produzidos dentro do tubo, são emitidos em todas as direções (feixe divergente). Os raios-X utilizados em exames são emitidos através de uma janela (feixe útil ou primário). Os raios-X que passam pela capa de proteção são chamados radiação de vazamento ou de fuga e podem causar exposição desnecessária tanto do paciente quanto do operador. 2.2.1.1. CATODO É o pólo (ou eletrodo) negativo do tubo de raios-X. Dividindo-se em duas partes: Filamento catódico e capa focalizadora ou copo de foco (cilindro de Welmelt). a) Filamento Catódico Tem forma de espiral, construído em tungstênio e medindo cerca de 2mm de diâmetro, e 1 ou 2 cm de comprimento. Através dele são produzidos os elétrons, quando uma corrente atravessa o filamento. Este fenômeno se chama emissão termiônica. A ionização nos átomos de tungstênio ocorre devida ao calor gerado e os elétrons são emitidos. O tungstênio é utilizado porque possui um alto ponto de fusão, suportando altas temperaturas (cerca de 3.400 °C). Normalmente os filamentos de tungstênio são acrescidos de 1 a 2% de tório, que aumenta eficientemente a emissão termiônica e prolonga a vida útil do tubo. b) Capa Focalizadora ou Copo de Foco Sabe-se que os elétrons são carregados negativamente havendo uma repulsão entre eles. Ao serem acelerados na direção do anodo, ocorre uma perda, devido à dispersão dos mesmos. Para evitar esse efeito, o filamento do catodo é envolvido por uma capa carregada negativamente, mantendo os elétrons unidos em volta do filamento e concentrando os elétrons emitidos em uma área menor do anodo. c) Foco Duplo A maioria dos aparelhos de raios-X diagnóstico, possui dois filamentos focais, um pequeno e um grande. A escolha de 23 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  24. 24. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo um ou outro é feita no seletor de mA, no painel de controle. O foco menor abrange uma faixa de 0,3 a 1,0 mm e o foco maior, de 2,0 a 2,5 mm. Ambos os filamentos estão inseridos no copo de foco. O foco menor e associado ao menor filamento e o maior, ao outro. O foco menor ou foco fino (2), permite maior resolução da imagem, mas também, tem limitado a sua capacidade de carga ficando limitado as menores cargas . O foco maior ou foco grosso (1), permite maior carga, mas em compensação, tem uma imagem de menor resolução. Copo de Foco Filamento Catódico Foco grosso Foco fino Catodo 24 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  25. 25. 2.2.1.2. ANODO FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo É o eletrodo ou pólo positivo do tubo de raios-X. Existem dois tipos de anodo: anodo fixo e anodo rotatório (ou giratório). O anodo recebe os elétrons emitidos pelo catodo. Além de ser um bom condutor elétrico, o anodo é também um bom condutor térmico. Quando os elétrons se chocam contra o anodo, grande parte de suas energias cinéticas são transformadas em calor. Este calor deve ser conduzido para fora rapidamente, para não derreter o anodo. O material mais usado no anodo é tungstênio em base de cobre por ser adequado na dissipação do calor. a) Anodo fixo É encontrado normalmente em tubos onde não é utilizada corrente alta, como aparelhos de raios- X dentários, unidades portáteis ou unidades de mamografia. Esquema de uma ampola com anodo fixo Exemplo de uma ampola com anodo fixo Detalhe do anodo fixo Detalhe do Catodo, com seu copo de foco 25 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  26. 26. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo b) Anodo giratório ou rotatório A maioria dos tubos de raios-X utiliza este, devido a sua capacidade de resistir a uma maior intensidade de corrente em tempo mais curto, e com isso, produzir feixes mais intensos. Esquema de uma ampola com anodo giratório Exemplo de uma ampola com anodo giratório Detalhe do anodo giratório Detalhe do Catodo, com seu copo de foco 26 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  27. 27. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo c) Alvo, Fonte , ponto de Foco ou pista focal É a área do anodo que recebe o impacto dos elétrons. No anodo fixo, o alvo é feito de uma liga de tungstênio incluída em um anodo de cobre. No anodo giratório, o alvo é um disco. Este disco tem uma resistência grande à alta temperatura. A escolha do tungstênio deve-se à: 1. Alto número atômico, acarretando grande eficiência na produção de raios-X. 2. Condutividade térmica quase igual a do cobre, resultando em uma rápida dissipação do calor produzido. 3. Ponto de fusão (3.400 ° C), superior à temperatura de bombardeamento de elétrons (2.000 ° C). d) Aquecimento do anodo O anodo giratório permite uma corrente mais alta pois os elétrons encontram uma maior área de impacto. Com isso o calor resultante não fica concentrado apenas em um ponto como no anodo fixo. Fazendo a comparação de ambos, num tubo com foco de 1mm, temos: no anodo fixo a área de impacto (alvo) é de aproximadamente 1mm x 4mm = 4mm². No anodo rotatório de diâmetro de 7 cm, o raio de impacto é de aproximadamente 3 cm (30 mm). Sua área alvo total é aproximadamente 2 x π x 30mm x 4mm = 754mm². Portanto, o anodo rotatório permite o uso de área uma centena de vezes maior que um anodo fixo, com mesmo tamanho de foco. A capacidade de carga é aumentada com o número de rotações do anodo. Normalmente a capacidade de rotação é de 3.400 rotações por minuto. Existe anodo de tubos de maior capacidade que giram a 10.000 rpm. 27 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  28. 28. 2.2.1.3. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo AMPOLA DE ENCAPSULAMENTO É um recipiente hermeticamente fechado que serve de blindagem, isolante elétrico e de suporte estrutural para o anodo e catodo. Ajuda na refrigeração da ampola. O sistema de encapsulamento serve para manter o vácuo no interior do tubo. A presença de ar dentro do tubo é indesejável, pois, além de interferir na produção de raios X, permitiria que eletricidade percorresse o tubo, na forma de pequenos raios e centelhas, danificando o sistema. 2.2.1.4. CUIDADOS COM O TUBO 2.2.1.5. VALORES MÁXIMOS DE OPERAÇÃO O mecanismo do rotor de um tubo rotatório pode falhar ocasionalmente. Quando isso acontece, há um superaquecimento criando depressões no anodo (danos sérios) ou rachaduras causando danos irreversíveis ao tubo. Ao acionar o disparador de exposições de uma unidade radiográfica, deve-se esperar 1 a 2 segundos, antes da exposição, para que o rotor acelere e desenvolva o número de rotações por minuto desejadas. Quando a exposição é completada pode-se ouvir o rotor diminuir a rotação e parar em mais ou menos 1 minuto. O rotor e precisamente balanceado, existindo uma pequena fricção sem a qual o rotor levaria 10 a 20 minutos para parar, após o uso. O operador do aparelho de raios-X deve estar atento à capacidade máxima de operação do tubo para não danificá-lo. Existem vários tipos de tabelas que podem ser usadas para estabelecer os valores máximos de operação do tubo de raios-X, mas apenas três são mais discutidas: 1. Curvas de rendimento máximo; 2. Resfriamento do anodo; 3. Resfriamento da calota do tubo. Sendo que estas três variáveis, são normalmente calculadas pelos fabricantes adotando o sistema de bloqueio de carga superior ao limite do tubo, mas, sendo de suma importância o conhecimento destas pelo operador, pois, em caso de falha do sistema, o próprio profissional poderá poupar o tubo das cargas excessivas. Depressões no anodo causadas por superaquecimento 28 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  29. 29. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo 2.2.2. FASES DE PRODUÇÃO DOS RAIOS X 1. O filamento catódico é aquecido devido à passagem de uma corrente elétrica (corrente de filamento – mA) de uma fonte de baixa voltagem, controlada por um seletor de mA. Aumentando-se o mA, maior será a corrente, elevando a temperatura e produzindo mais elétrons por efeito termiônico, criando uma nuvem negativa (nuvem catódica) em torno do catodo. 2. A aplicação de uma diferença de potencial elevada (tensão ou campo elétrico) (kV) ao conjunto catodo-anodo, acelera os elétrons da nuvem catódica em direção ao anodo. 3. Os elétrons com grande velocidade (e Energia Cinética) “colidem” com o anodo, no ponto de foco ou na pista focal, causando um desarranjo na estrutura atômica do objetivo, produzindo Raios X e calor. Raios X C A Raios X 29 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  30. 30. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo Filtro 30 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  31. 31. 2.2.3. TIPOS DE RAIOS X FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo Existem dois tipos de raios-X, dependendo da forma de interação entre elétrons e o alvo: 2.2.3.1. RAIOS X CARACTERÍSTICOS Esse processo envolve uma “colisão” entre o elétron incidente e um elétron orbital ligado ao átomo no material do alvo. O elétron incidente transfere energia suficiente ao elétron orbital para que seja ejetado de sua órbita ou “salte” para uma outra órbita, deixando um "buraco". Esta condição instável é imediatamente corrigida com a passagem de um elétron de uma órbita mais externa para este “buraco”. Como os níveis de energia dos elétrons são únicos para cada elemento, os raios-X decorrentes deste processo também são únicos e, portanto, característicos de cada elemento (material). Daí o nome de raios-X característico. 31 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  32. 32. 2.2.3.2. RAIOS X DE FRENAGEM FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo O processo envolve um elétron passando bem próximo a um núcleo do material alvo. A atração entre o elétron carregado negativamente e o núcleo positivo faz com que o elétron seja desviado de sua trajetória perdendo parte de sua energia. Esta energia cinética perdida é emitida na forma de um raio-X, que é conhecido como "bremsstrahlung” ("braking radiation") ou radiação de frenagem. 2.3. A PRODUÇÃO DE CALOR 2.4. PRINCÍPIO DO FOCO LINEAR O calor também é produzido pelo “impacto” de elétrons. O PONTO DE FOCO REAL é a área do objetivo onde os elétrons “colidem”. O tamanho do ponto de foco real (FONTE) tem um efeito na formação da imagem radiográfica, como já foi visto. Sua relação é: Quanto menor é o ponto de foco mais nítida é a imagem. O PRINCÍPIO DE FOCO LINEAR faz Angulação com que o tamanho do ponto de foco real pareça menor quando visto da posição do filme devido a uma angulação do anodo com relação ao feixe catódico. Este ponto de foco projetado é chamado de PONTO DE FOCO APARENTE ou EFETIVO. Entretanto a um limite para esta angulação (15° a 20°). Se for muito pequeno causa um excessivo declínio de intensidade do lado anódico do feixe, chamado de EFEITO DE TALÃO OU Anodo de Tungstênio ANÓDICO. (Vista lateral) Catodo Ponto de foco aparente ou efetivo 32 Ponto de foco real (Área de bombardeio) Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  33. 33. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo 2.5. PROPIEDADES FUNDAMENTAIS DOS RAIOS X          Causam fluorescência em certos sais metálicos; Enegrecem placas fotográficas; São radiações eletromagnéticas, não sofrem desvio em campos elétricos ou magnéticos; São diferentes dos raios catódicos (feixe de elétrons); Tornam-se "duros" (mais penetrantes) após passarem por absorvedores; Produzem radiações secundárias em todos os corpos que atravessam; Propagam-se em linha reta (do ponto focal) para todas as direções (divergência); Transformam gases em condutores elétricos (ionização); Atravessam o corpo tanto melhor quanto maior for à tensão aplicada ao tubo (kV). 2.6. ELEMENTOS DE UM CONJUNTO GERADOR DE RAIOS X A fonte de alimentação vem da rede elétrica. Acoplados a ampola existem dois circuitos: BV – Baixa voltagem, com corrente regulável que aquece o filamento. AV – Alta voltagem que funciona junto a um retificador que fornece o campo elétrico e mantém a polaridade no tubo. Numa instalação de Raios X, observa-se: a) Transformador que recebe 110/220V e fornece ao filamento aproximadamente 10V e ao conjunto catodo-anodo uma tensão variável entre 40kV e 150kV (ou mais). b) Painel de controle que possuem os controles b.1) Liga/desliga; b.2) Seletor de kV; b.3) Seletor de mA; b.4) Seletor de mAs c) Ampola. d) Mesa para o paciente. As máquinas de Raios-X podem operar a diversas tensões e a diversas correntes no tubo. De um modo geral, temos as seguintes características: • Diagnóstico: de 40 a 150 KVP e correntes de 25 à 1200 mA. • Terapia: de 60 a 250 KVP e correntes de aproximadamente 8 Ma • Raio-X dentário: de 50 a 90 KVP e correntes de até 10 mA. • Raio-X industrial: de 50 a 300 KVP e correntes de até 10 mA 33 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  34. 34. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo 2.7. OBSERVAÇÕES a) A KILOVOLTAGEM – kV: É a tensão aplicada no tubo; b) O KILOVOLTPICO (kVp): É a tensão máxima aplicada no tubo que determina a energia do fóton mais energético em keV (Kiloeletronvolt) não representa a energia efetiva do feixe que está em torno de 30% a 40% do valor do kVp; c) O RETIFICADOR: Transforma CORRENTE ALTERNADA (CA) em CORRENTE CONTÍNUA (CC); d) O MILIAMPERE – SEGUNDO (mAs): É o número total de elétrons que atingem o anodo; Freqüentemente, as unidades mA e mAs são confundidas ou tomadas como termos sinônimos. Não são. Cada uma dessas unidades refere-se a uma grandeza diferente. A unidade mA refere-se à grandeza física corrente elétrica (i). A corrente elétrica é definida como a quantidade de carga elétrica (Q), dada em Coulomb (C), que passa por um meio qualquer, dividido pelo intervalo de tempo em que ocorre esta passagem, em segundos (s). e) CONTROLE AUTOMÁTICO DE EXPOSIÇÃO (CAE) Dispositivo que controla o nível de exposição, suspendendo a geração de Raios X quando o receptor de imagens (conjunto tela-filme) recebe uma determinada quantidade de exposição prédeterminada considerada ideal para um determinado exame; f) QUALIDADE DOS RAIOS X: Capacidade de penetração que depende da energia dos Raios X; O feixe de Raios X possui diversas energias (policromático); g) FILTRAGEM A filtragem do feixe aumenta a energia média do feixe, pois retira radiação com pouco poder de penetração “raios X moles”. h) TEMPO DE EXPOSIÇÃO: Em radiografias, a exposição é iniciada pelo operador do equipamento e terminada depois que se esgota o tempo selecionado previamente. Em fluoroscopia, a exposição é iniciada e terminada pelo operador, mas há um indicador do tempo de exposição acumulado que emite um sinal sonoro após 5 minutos de exposição. Os temporizadores e botões de controle ajustados pelo operador ativam e desativam a geração de raios X acionando dispositivos de chaveamento que pertencem, ao circuito primário do gerador. i) TEMPO – AJUSTE MANUAL: Nos temporizadores manuais, o ajuste do tempo de exposição deve ser feito pelo operador antes de iniciar o procedimento. A seleção adequada dos ajustes do tempo de exposição no equipamento 34 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  35. 35. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo dependerá do conhecimento pessoal ou da consulta a uma Tabela de Exposição que correlaciona a espessura do paciente com o kV, o mA e o tempo. CONCLUSÃO Além da inegável importância na medicina, na tecnologia e na pesquisa científica atual, a descoberta dos raios X tem uma história repleta de fatos curiosos e interessantes, e que demonstram a enorme perspicácia de Roentgen. Por exemplo, o físico inglês Sir William Crookes (1832-1919) chegou a queixar-se da fábrica de insumos fotográficos Ilford, por lhe enviar papéis "velados". Esses papéis, protegidos contra a luz, eram geralmente colocados próximos aos seus tubos de raios catódicos, e os raios X ali produzidos (ainda não descobertos) os velavam. Outros físicos observaram esse "fenômeno" dos papéis velados, mas jamais o relacionaram com o fato de estarem próximos aos tubos de raios catódicos! Mais curioso e intrigante é o fato de que o físico alemão Philipp Lenard (1862-1947) "tropeçou" nos raios X antes de Roentgen, mas não percebeu. Assim, parece que não foi apenas o acaso que favoreceu Roentgen, a descoberta dos raios X estava "caindo de madura", mas precisava de alguém suficientemente sutil para identificar seu aspecto fenomenal. 35 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  36. 36. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo UNIDADE III FORMAÇÃO DA IMAGEM RADIOGAFICA “Intenção sem ação é ilusão. Ouse a fazer, e um poder será lhe dado.” (Lair Ribeiro) 3.1. INTRODUÇÃO Os Raios X, assim como a luz visível, irradiam em todas as direções (divergência) propagando-se em linhas retas (a partir do ponto de foco) até que são detidos por um absorvente.Por este motivo, o tubo de Raios X está situado em um alojamento de metal que detém a maioria da radiação X. Somente uma quantidade de radiação útil sai do tubo, e esta radiação constituem o feixe primário. O centro geométrico do feixe primário é chamado de Raio Central (RC). Na maioria dos equipamentos de raios X usados em medicina, a quilovoltagem pode variar dentro de um amplo limite, o que possibilita uma ampla aplicabilidade de exames ou terapias. Podemos classificar os raios X que saem da ampola segundo a energia que possuem, que está diretamente ligada à quilovoltagem usada em: RAIOS X “SUAVES” OU “MOLES”, com maiores comprimentos de ondas e baixa energia produzidos com baixa quilovoltagem, estes são facilmente absorvidos. RAIOS X “DUROS”, com menores comprimentos de ondas e altas energias, produzidos com alta quilovoltagem, esta radiação é mais penetrante e responsável pela imagem radiográfica. Os raios X utilizados em radiografia médica são heterogêneos por constituírem-se de radiações com diferentes comprimentos de ondas, energias e poderes de penetração. 36 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  37. 37. 3.2. ABSORÇÃO DE RAIOS X FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo Uma das principais características dos raios X é o seu poder de penetrar a matéria, mas nem todos os raios X que entram na matéria a penetram completamente; alguns são absorvidos e aqueles que entram formam a imagem aérea. 3.3. FATORES QUE AFETAM A ABSORÇÃO DE RAIOS X Seguem-se alguns fatores que influenciam a absorção da radiação X. 3.3.1. ESPESSURA É uma relação intuitivamente óbvia: um pedaço de material “grosso” absorve mais radiação X do que um pedaço “fino” do mesmo material. 3.3.2. DENSIDADE Elementos mais densos (maior quantidade de matéria por unidade de volume) absorvem mais que os menos densos, como por exemplo a água (que absorve mais) do vapor de água. O estado de agregação dos átomos do meio favorece esta absorção. 3.3.3. NÚMERO ATÔMICO (Z) O número atômico de um elemento químico representa a quantidade de prótons presente em seu núcleo, esta relação é um tanto complicada e depende da energia da radiação incidente. No entanto, de uma maneira geral, elementos com baixos números atômicos absorvem menos do que aqueles com maiores números atômicos, como por exemplo, o alumínio (que absorve menos) do chumbo (usado para proteção e isolamento). 3.3.4. MEIOS DE CONTRASTE Os meios de contraste são substâncias que diferem em densidade e número atômico do meio em que estão cuja função é evidenciar estruturas que normalmente não são vistas numa radiografia. Como exemplo, temos: Suspensões aquosas de sulfato de bário são usadas para realçar o trato gastrintestinal.Compostos orgânicos líquidos contendo iodo, para radiografias dos sistemas vascular, urinário, linfático ou respiratório e o canal vertebral. Obs: Substâncias que absorvem radiação X são chamadas de RADIOPACOS. Caso contrário são RADIOTRANSPARENTES, como por exemplo: o ar, CO2 ou gases em geral. 37 Esofagografia Intestino Grosso Contrastado Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  38. 38. 3.3.5. KILOVOLTAGEM FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo A kilovoltagem aplicada no tubo age como intensificadora de Raios X, quanto mais kV, mais energéticos são os Raios X produzidos (portanto com menores comprimentos de ondas) influindo assim em sua absorção. EFEITO NA IMAGEM RADIOGRÁFICA COM O AUMENTO DO kV 60kV e 50mAs 70kV e 50mAs 80kV e 50mAs 38 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  39. 39. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo 3.3.6. FILTRAGEM Filtrar é remover Raios X inúteis, de baixa energia. A filtragem aumenta a energia média do feixe. 3.3.6.1. FILTRAGEM INERENTE È a filtragem que ocorre na própria ampola através de seus elementos como a superfície do vidro e o óleo isolante ao redor do tubo. 3.3.6.2. FILTRAGEM ADICIONAL OU ARTIFICIAL É a filtragem que ocorre propositalmente, através de folhas de metal inseridas no tubo (como no caso do alumínio), cuja função é remover Raios X de baixa energia. 3.3.6.3. OBSERVAÇÕES 1. A maioria das radiações menos energéticas irão somente adicionar-se à dose absorvida pelo paciente; 2. A filtragem necessária depende fundamentalmente da kilovoltagem aplicada; 3. A inserção de filtros “endurece” o feixe; 4. A filtragem pode ser especificada em termos de equivalente de alumínio, ou seja, em termos da espessura de alumínio que produziria a mesma filtragem. 3.3.7. COMPOSIÇÃO DO OBJETIVO ANÓDICO O material que compõe objetivo também influi na absorção. Na maioria das aplicações médicas são usados objetivos de Tungstênio enquanto que em Mamógrafos são usados objetivos de Molibdênio (que produzem uma maior porcentagem de radiação de baixa energia, facilmente absorvidos). 39 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  40. 40. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo 3.4. ABSORÇÃO DIFERENCIAL NO CORPO HUMANO O corpo humano é uma estrutura complexa constituída de diferentes espessuras e elementos. Estes elementos absorvem os Raios X de maneira diferenciada. Por exemplo, o osso é mais denso e contém elementos de número atômico maior do que o tecido macio. Por isso, os ossos absorvem mais Raios X que os demais tecidos. Observa-se também que estruturas doentes absorvem os Raios X de forma diferenciada evidenciando uma patologia, por outro lado a idade do paciente também pode ter alguma influência na absorção como é o caso da osteoporose (poros nos ossos) que apresenta uma baixa absorção de Raios X. A radiação que emerge do corpo é resultado desta absorção diferencial e é constituída de diferentes intensidades de Raios X. Os diferentes padrões de intensidade que emergem do corpo formam a imagem aérea. 3.5. CONTRASTE DO SUJEITO É a relação entre a intensidade de uma parte do objeto e a intensidade de uma outra parte mais absorvente. Sua definição está relacionada à diferença de densidades ópticas entre dois pontos do filme, provocado por uma diferença de exposição nestes dois pontos. Quanto maior for a diferença de densidades ópticas para uma mesma exposição, maior será o contraste: C DO1 DO2 O contraste do sujeito depende dos fatores que afetam a absorção dos Raios X. 3.6. FATORES DE EXPOSIÇÃO QUE AFETAM A IMAGEM AÉREA 3.6.1. MILIAMPERAGEM Aumentando-se a miliamperagem aumenta-se a intensidade de Raio X sem no entanto afetar o contraste do sujeito que se mantém com a mesma proporção (ou seja as diversas intensidades de Raios X que emergem do corpo continuam a manter a mesma relação entre si). 40 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  41. 41. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo EFEITO NA IMAGEM RADIOGRÁFICA COM O AUMENTO DO mAs 70kV 25mAs 70kV 50mAs 70kV 80mAs 41 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  42. 42. 3.6.2. DISTÂNCIA FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo A distância entre o tubo e o objeto tem um efeito na intensidade da imagem, conforme a distância entre a fonte e o objeto diminui, a intensidade de Raios X aumenta, e conforme a distância aumenta, a intensidade de radiação no objeto diminui. Isso acontece devido ao fato de que os Raios X propagam-se em linhas retas divergentes. O contraste do sujeito também não é afetado pela mudança na distância. 3.6.3. KILOVOLTAGEM Uma mudança na quilovoltagem resulta em uma mudança no poder de penetração dos Raios X, modificando assim a intensidade total do feixe que incide no paciente e também o contraste do sujeito. Como já foi dito anteriormente. 42 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  43. 43. 3.7. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo EFEITO DE TALÃO (OU ANÓDICO) A intensidade de radiação que sai da fonte e incide sobre o paciente não é uniforme (ou seja, é um campo não constante) devido à inclinação que o objetivo possui em relação ao feixe de elétrons. O efeito de talão corresponde a uma variação de intensidades de Raios X devido ao ângulo de emissão de Raios X do ponto de foco. A intensidade diminui rapidamente do raio central em direção ao extremo anódico e aumenta levemente em direção ao extremo catódico. O efeito de talão pode ser usado para obter densidades equilibradas em radiografias das partes do corpo que diferem em absorção. Por exemplo, em radiografias das vértebras torácicas, a área cervical fina deve receber a menor intensidade de radiação da porção do anodo do feixe enquanto que a área grossa do peito deve ser exposta a uma radiação mais intensa da porção catódica. Quando se usa a porção central do feixe o efeito de talão é menos notado, no caso de exposição de filmes pequenos. SUMÁRIO DAS APLICAÇÕES DO EFEITO ANÓDICO INCIDÊNCIA Coluna torácica (AP) Coluna lombar (Lateral) Fêmur (AP e lateral) Úmero (AP e lateral) Perna (Tíbia/Fíbula) Antebraço (AP e lateral) EXTREMIDADE ANÓDICA Cabeça Cabeça Pés Cotovelo Calcanhar Punho 3.8. Pés Pés Cabeça Ombro Joelho Cotovelo FILTROS DE ESPESSURA VARIÁVEL 3.9. EXTREMIDADE CATÓDICA GEOMETRIA NA FORMAÇÃO DA IMAGEM É também um método de se obter densidades equilibradas em radiografias por usar filtros de espessuras diferentes para diferentes absorções produzindo diferentes intensidades de radiação X incidente. O objetivo de uma radiografia é o de obter imagens as mais exatas quanto possível e dois fatores que afetam esta nitidez são o grau de borrosidade e o tamanho da imagem. Lâmpadas comuns podem simular o que acontecem com os Raios X. 43 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  44. 44. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo 3.9.1. BORROSIDADE GEOMÉTRICA E AMPLIAÇÃO DA IMAGEM A sombra produzida por uma lâmpada pequena, a uma distância de 90cm da parede, é quase do mesmo tamanho do objeto iluminado, a uma distância de 5cm da parede, e de contornos bem definidos. Movendo o objeto em direção a luz a sombra se torna maior e os contornos mais turvos. Substituindo a lâmpada menor por uma fonte maior note que os contornos ficam turvos mesmo com o objeto a pouca distância da parede, esta borrosidade aumenta quando se move o objeto em direção a fonte. O efeito da borrosidade também pode ser causado movendo-se a fonte para perto do objeto. Uma vez que a imagem aérea dos Raios X é também uma sombra do objeto, os mesmos princípios de formação de sombra são aplicados em radiografia. Quanto menor for a fonte de radiação (ponto de foco), quanto mais perto o objeto estiver do filme (plano receptor de imagem) e quanto mais longe estiver o objeto da fonte, menos borrosa e mais nítida é a imagem. Mas um ponto de foco maior e mais próximo do objeto e este distante do filme, maiores são a borrosidade e a ampliação. 44 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  45. 45. 3.9.2. DISTORÇÃO FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo É uma ampliação desigual de partes de uma estrutura. Se o ponto de foco não estiver verticalmente acima do objeto ele produzirá uma ampliação da imagem neste caso tendo o objeto e a superfície de gravação paralela. Se o objeto e a superfície de gravação não forem paralelos à sombra será distorcida. A distorção e a ampliação podem muitas vezes serem úteis quando aplicadas para examinar algumas estruturas que de outra maneira seriam obscuras. O estabelecimento da posição de uma estrutura a partir de sua “sombra” pode ser útil na identificação de uma lesão. 3.10. MOVIMENTO O movimento, tanto das estruturas sendo radiografadas quanto do equipamento de exposição, contribui para a borrosidade da imagem. Duas regras devem ser seguidas: Imobilizar a parte radiografada e reduzir o tempo de exposição. 3.11. FILME RADIOGRÁFICO O filme radiológico consiste em uma emulsão fixada numa base de material plástico (poliéster transparente ou de triacetato), que contém em suspensão cristais de brometo de prata em material gelatinoso. Quando a radiação interage com estes cristais, eles modificam quimicamente e formam o que é conhecido por imagem latente. Após a exposição, quando o filme é então “revelado”, os cristais expostos á radiação se reduzem a grãos de prata metálica. O filme é então “fixado” através d uma solução de tiossulfito de sódio, que dissolve o brometo de prata e a gelatina da emulsão não expostos às radiações, não afetando a prata metálica. O filme é então lavado em água corrente, para remover todos os resíduos químicos. O resultado é o enegrecimento de áreas proporcionalmente a quantidade de radiação recebida. O grau de enegrecimento de uma região do filme é descrito pela “Densidade Ótica” (DO) da região A imagem da luz do écran é transmitida para o receptor: o filme de Raios X 3.11.1. COMPOSIÇÃO DO FILME: Gelatina ou emulsão: veículo para manter o composto de prata na forma de micro cristais de ato de prata uniformemente; Revestimento: camada protetora para diminuir danos na superfície do filme; Suporte: É a base do filme feita de poliéster; Haleto de prata: grãos de prata. 45 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  46. 46. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo UNIDADE IV RADIAÇÃO DISPERSA “Não corrigir nossas faltas é o mesmo que cometer novos erros.” (Confúcio) 4.1. INTRODUÇÃO Quando os Raios X interagem com a matéria, para formar uma imagem, eles podem ser ABSORVIDOS, TRANSMITIDOS ou ESPALHADOS. A Radiação transmitida após passar pelas estruturas e ter diversas absorções formam a “sombra” que será projetada sobre o écran e formará a imagem radiográfica. Mas nem toda radiação que interage com o objeto será útil na formação da imagem, uma parte será espalhada pelos átomos que compõe o objeto, esta radiação secundária é também conhecida por RADIAÇÃO DISPERSA. Portanto toda radiação criada da interação do feixe primário com o objeto é considerada Radiação dispersa ou secundária. Fonte Radiação Primária Objeto radiografado Radiação dispersa, espalhada ou secundária Filme Radiação Transmitida 4.2. EFEITO NO CONTRASTE DO SUJEITO A radiação dispersa é uma fonte capaz de expor o filme, o que é inconveniente porque não contribui para a formação da imagem útil. Ao contrário, ele produz uma intensidade de raios X que se sobrepõe à imagem aérea. A conseqüência desta intensidade de revestimento é o de reduzir o contraste do sujeito, ou seja, de reduzir a proporção de intensidades de Raios X entre as estruturas vizinhas na imagem aérea. 4.3. FONTES DE RADIAÇÃO DISPERSA A principal fonte de Radiação dispersa é o volume irradiado, segundo a relação: “Quanto maior o volume irradiado, maior é a intensidade de radiação dispersa produzida”. No caso das partes do corpo consideradas pesadas, tais como o abdômen, a intensidade de radiação dispersa pode ser 10 ou mais vezes maiores que a radiação primária atenuada. 4.4. REDUÇÃO DA RADIAÇÃO DISPERSA 4.4.1. LIMITAÇÃO DO FEIXE O feixe primário deve ser limitado a um tamanho e forma que cubra precisamente a área de interesse diagnóstico. As áreas não irradiadas não contribuem para a dispersão nem para a dosagem do paciente. 4.4.1.1. 46 DIAFRAGMAS DE ABERTURA Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  47. 47. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo Consistem em lâminas de chumbo com aberturas retangulares, quadradas ou circulares colocadas no feixe de Raios X perto da janela do tubo. 4.4.1.2. CILINDROS São tubos metálicos que podem fornecer campos retangulares ou circulares. 4.4.1.3. DISPOSITIVOS LIMITADORES DE ABERTURA VARIÁVEL São dispositivos que contém placas de chumbo ou obturadores que podem ser ajustados para modificar o campo da área irradiada. Alguns possuem botões rotativos indicadores enquanto que outros são controlados por sensores que ajustam o campo ao tamanho do receptor de imagem (chassis). 4.4.2. DIMENSÕES DO CAMPO PROJETADO Podemos calcular a largura do campo projetado seguindo a expressão: X A R C Onde: X é a largura do campo projetado no chassi; A é à distância da fonte ao plano do receptor de imagem; B é a largura da abertura do dispositivo limitador de feixe; C é a distância entre a fonte e a abertura menor ou de controle do dispositivo limitador de feixe. Ex: A= 105 cm, B= 10 cm, C= 30 cm. Usando a fórmula, o diâmetro do campo projetado seria: X 105 10 30 X=35 cm 4.4.3. GRADES A grade é um dispositivo formado por tiras alternadas de chumbo e material espaçador radiotransparente (fibra ou alumínio) que é escolhido para ter baixa absorção de Raios X. As tiras de chumbo absorvem radiação dispersa aleatória enquanto que os espaçadores permitem a passagem do feixe primário. As tiras podem ser paralelas entre si (grade paralela) ou anguladas de forma que convertam a um ponto (grade enfocada). A distância do ponto focal à grade é chamada de distância focal ou foco radial. 47 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  48. 48. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo 4.4.3.1. ÍNDICE DE GRADE 4.4.3.2. ENFOQUE E DESENFOQUE DA GRADE É a relação entre a espessura das tiras de chumbo a e espessura dos espaçadores. Por exemplo, se a espessura da tira de chumbo é 8 vezes maior do que a largura dos espaçadores, o índice de grade é 8:1. Mantendo todos os fatores constantes, quanto maior for o índice de grade, mais radiação dispersa esta absorverá. O ponto focal do tubo deve coincidir com o foco radial e o RC do feixe deve atravessar o centro da grade de maneira perpendicular. Quando isso não acontece ocorre o desenfoque. O desenfoque é a diminuição progressiva da intensidade dos raios X transmitidos devido ao aumento do desalinhamento do feixe primário em relação às tiras laterais. O desenfoque pode também ocorrer se o tubo estiver inclinado lateralmente com relação à grade. 4.4.3.3. EFEITO NA EXPOSIÇÃO Ao introduzir uma grade devemos aumentar a exposição para compensar a perda de intensidade e este aumento vai depender de seu índice e da parte do corpo radiografado. Quanto maior for o índice de grade maior será a exposição, mantendo-se todos os fatores constantes. 4.4.4. ESPAÇO DE AR Quando o paciente está perto do receptor de imagem, muita radiação dispersa será transmitida ao receptor. Quando o paciente se afasta do receptor, a quantidade de radiação dispersa que o atinge é reduzida. Lembremos que o uso de espaços de ar implica na ampliação da imagem daí a necessidade de se usar um filme maior. A borrosidade geométrica produzida por uma maior distância entre o objeto e o chassi pelo espaço de ar, pode ser compensada pela melhora do contraste do sujeito devido uma menor dispersão. 48 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  49. 49. 4.4.5. COMPRESSÃO FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo Comprimir o objeto durante o exame pode oferecer algumas vantagens: a) Aumenta o Contraste do sujeito devido a redução do volume irradiado; b) Reduz a borrosidade causada pelo movimento; c) Reduz a borrosidade geométrica, pois reduz a distância entre o objeto e o chassis 4.4.6. DISPERSÃO INVERTIDA Outros elementos que estão na direção do feixe também contribuem para a dispersão de Raios X, como por exemplo: a mesa, o compartimento de filme, etc. A radiação que emerge por detrás do plano de imagem pode dispersar e voltar à imagem. Chamamos a isto como dispersão invertida. Para reduzir esta dispersão limitamos o campo de atuação do feixe somente a área do chassi e de interesse diagnóstico. 4.5. RADIAÇÃO EXTRA FOCAL A radiação extra focal é a radiação emitida de qualquer parte do tubo de raios X que não seja do ponto focal. Elétrons dispersos e não focados no ponto de foco são responsáveis pela radiação extra focal. Esta radiação também causa borramentos, pois não contribuem com informação e apenas juntam-se ao feixe primário reduzindo o contraste do sujeito. Podemos reduzir esta radiação de duas maneiras: a) Inserindo um diafragma de abertura o mais próximo possível do ponto de foco; b) O uso de um tubo com um alvo circular alojado em um anodo de grafite, a grande maioria da radiação extra focal produzida na grafite é de baixa energia e é facilmente absorvida pela filtragem inerente. 49 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  50. 50. 4.6. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo ECRANS INTENSIFICADORES FLUORESCENTES Os Raios X causam fluorescência em certas substâncias (fósforos), fenômeno este responsável por sua descoberta. Os écrans são transformadores de energia porque permitem a conversão de fótons de Raios X em fótons de luz azul ou verde e também podem multiplicar a quantidade de fótons recebidos (intensificadores) deste modo reforçam a impressão sobre o filme radiográfico. Para aumentar a sensibilidade e melhorar a qualidade da imagem, os filmes contêm emulsão fotossensível em ambos os lados e são expostos colocados entre dois écrans de intensificação 4.6.1. CARACTERÍSTICAS DO FÓSFORO Para que um fósforo seja usado em écrans intensificadores, ele deve:  Alta absorção de raios X;  Alto rendimento de conversão;  Ter um espectro de emissão de luz adequado;  Adaptabilidade aos processos de fabricação;  Capacidade de resistir variadas condições ambientais como por exemplo o calor e a umidade;  Não deve apresentar luminescência residual (fosforescência) ou demora de atividade. 4.6.2. INTENSIFICAÇÃO Como o próprio nome já diz, écrans intensificadores intensificam o efeito fotográfico dos raios X. Por serem mais espessos e mais absorventes, eles extraem mais fótons de raios X do feixe multiplicando um quantum em centenas de fótons de luz que são mais facilmente absorvidos pelo filme. A combinação de fatores permite que a exposição seja reduzida. As vantagens de se reduzir a exposição são:  Diminuição da borrosidade devido ao movimento do paciente;  Redução da dose absorvida em pacientes e profissionais (por radiação dispersa);  Maio tempo de vida útil para o tubo de Raios X;  Maior flexibilidade na seleção de quilovoltagem o que permite um melhor ajuste do contraste do sujeito;  Diminuição da borrosidade geométrica. Chassi 13x18cm e 18x24cm Chassi 24x30 e 35x35cm Chassi 30x40cm Chassi 35x43cm 50 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  51. 51. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo ANEXOS TÉCNICAS RADIOLÓGICAS KV e mAS SÉRIE RADIOLOGIA E SABER 1 POR: PROF. RONALDO J. CALIL O kV determina o contraste. O contraste é responsável pela imagem preta e branca na radiografia, muito contraste significa uma imagem preta, chamada popularmente de “queimada”, e pouco contraste significa uma imagem branca; o mAs é responsável pela densidade. Densidade é aquela imagem referente ao contorno da estrutura do osso, ou seja, numa imagem de um RX de uma perna, o contorno que aparece como sendo dos músculos e tudo o que não for osso, significa que houve pouca densidade. A densidade é responsável pela eliminação de partes moles, portanto, se o técnico quiser produzir uma imagem óssea com bastante detalhe e qualidade, deve colocar mais mAs e menos kV. O mAs é resultado da multiplicação do valor colocado no comando (a mA), pelo valor colocado no comando do S (tempo). Se o botão do mA estiver no 200 e o botão do S no 0,25 segundos, o mAs será igual a 50, se colocar o mA no 500 e o tempo no 0,10, também terei 50 mAs. Esse método é usado para diminuir o borramento da imagem, ou seja, a imagem não sai tremida. O principio dessa técnica é diminuir o tempo sem alterar o valor do mAs, pois quando maior o tempo mais chance o paciente tem para se mexer durante a produção da imagem. Quando o exame é designado para partes moles – tudo o que não for osso – usa-se pouco mAs e muito kV, e quando a imagem ideal é a do osso, usa-se pouco kV e muito mAs. Alguns físicos defendem que o muito uso do mAs, gera uma forte radiação ao paciente. É verdade que a quantidade aumenta, mAs nada de tão exagerado a ponto de prejudicar a saúde do paciente, e a qualidade de imagem é compensadora. Ao contrário do que alguns afirmam, a maneira de descobrir a quantidade de kV a ser colocada, é descoberta por uma ciência, a matemática. Para o cálculo do kV é usada a fórmula: kV 2e K Onde, e = espessura e K = constante. A espessura é medida através do espessômetro, que deve ser posicionado no ponto onde entra o RC. O K significa a constante, que é determinada por um conjunto de equipamento e acessórios de uma sala de RX, que compreende a capacidade da ampola, a velocidade do écran, a DFoFi , o tipo da grade, a variação da voltagem do aparelho, a temperatura e o tempo da processadora e a marca do filme. A constante é extraída através da fórmula: K KV 2e Essa fórmula será mais discutida a frente. Então teremos para RX de tornozelo com espessura = 9 cm. e K = 25, o exemplo: kV 2e K kV 9 2 25 kV 18 25 kV 43 O mAs é calculado através de outras fórmulas, cada uma a ser empregada de acordo com a região. Para descobrir o mAs de exames ortopédicos referentes a extremidades – regiões situadas nas pontas dos membros. A saber: MMSS: Falanges, mão, punho, antebraço e cotovelo. MMII: Ante-pé, pé, tornozelo e perna, feitos sem bucky. Deve-se usar o valor do KV dividindo por três, exemplo.: mAs kV 3 Para descobrir o valor do mAs para essas extremidades, incluindo o joelho, o crânio, o Hemi tórax, o ombro, o úmero, a clavícula, esterno e fêmur, usa-se o valor do KV dividindo-o por dois, então temos: 51 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br
  52. 52. FÍSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 2/2009 Prof. Leoberto Lopes Brabo kV 2 mAs No exemplo acima teremos: kV 3 43 mAs 3 mAs 14,3 mAs Para descobrir o mAs de exames de regiões mais específicas como o tórax, as colunas e o abdome, usa-se outra fórmula: mAs kV CM O CM (Coeficiente Miliamperimétrico) é um valor pré determinado usado para determinar o mAs. Os seus valores são: Abdome = 0,70; Colunas = 0,80; Tórax = 0,015. Então em um exame de coluna lombar, com um paciente com espessura de 25 cm. e uma constante igual a 30 o cálculo total fica: kV 2e K kV 25 2 30 kV 50 30 kV 80 mAs kV CM mAs 80 0,8 mAs 64 Essa fórmula foi elaborada para distância igual a 1 metro, mAs no exame de tórax, usamos a distância igual a 1,80m. Quando afastamos a ampola, perdemos potência no aparelho. Esse fenômeno pode ser explicado se comparado a um carro encostado na parede com o farol ligado, quando ele começa a dar ré, a luz vai enfraquecendo, e a forma de manter a mesma intensidade de luz é aumentando a sua potência. O mesmo acontece com o KV. A cada 10 cm. que a ampola é afastada, deve-se aumentar 4 KV, então para o tórax aumenta-se 32 KV. Quando se abaixa a ampola, o efeito é ao contrário, fazendo com que o KV seja diminuído, na mesma proporção, a cada 10 cm. deve-se abaixar 4KV. Então para o RX de tórax de um paciente com 20 cm. de espessura e com uma constante de sala igual a 25, devo fazer o seguinte cálculo: kV 2e K kV 50 25 kV 75 DFoFi kV kV 75 8 4 75 32 80 cm kV 107 mAs kV CM mAs 107 0,015 mAs 1,6 Todo o tórax deve ser feito no mínimo usando a mA 300. 52 Atribuição / Uso não-comercial / Não a obras derivadas leobrabo@gmail.com - http://www.centrocapnext.com.br

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