Física das Radiações raiox funcionamneto

1. Prof. Mário Araújo

2. OS RAIOS X
Em Novembro de 1895, Wilhelm Conrad
Roentgen, 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.

3. Ele tinha uma ampola de Crookes encerrada em uma caixa de
papelão, e alimentada por uma bobina de Rumkhorff. Com o conjunto em
um quarto escuro, êle observou que, quando o tubo funcionava, se
produzia fluorencência num cartão pintado com platino-cianureto de bário.
A fluorescência era observada quer estivesse voltada para o tubo a face do
cartão pintada com platino cianureto de bário, quer a face oposta, e até
com êste cartão afastado a dois metros do tubo.
OS RAIOS X

4. PRODUÇÃO DE RAIOS X
Os raios X são produzidos quando
elétrons em alta velocidade, provenientes do
filamento aquecido, chocam-se com o alvo
(anodo) produzindo radiação. O feixe de raios X
pode ser considerado como um “chuveiro” de
fótons distribuídos de modo aleatório. Os raios X
"nascem" da interação de elétrons altamente
energéticos com a matéria e "morrem" ao
transferir sua energia aos elétrons do alvo.
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%).
Ampola de Crookes

5. Blindagem
Janela
Cúpula – Cabeçote ou Carcaça
O TUBO DE RAIOS X
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.

6. O TUBO DE RAIOS X

7. O TUBO DE RAIOS X

8. Um tubo de raios X é um conversor de energia. Recebe energia
elétrica que converte em raios X e calor. É constituído pelo anodo e pelo
catodo. O catodo, geralmente um filamento de tungstênio, é aquecido
por um circuito apropriado, até atingir alta temperatura produzindo os
elétrons que atingem o alvo (anodo) num ponto bem determinado,
chamado de ponto focal. O tamanho do ponto focal oscila entre 1,3 e 1,5
cm para foco grosso e é menor que 1 cm para foco fino.
O TUBO DE RAIOS X
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.

9. 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).
Os filamentos atingem
temperaturas de mais de 2.000 °C.
Para suportar tais temperaturas, são
feitos de Tungstênio (W), material de
alto ponto de fusão.
FILAMENTO: ao ser aquecido por
corrente elétrica (2 a 5 Ampères),
“cospe” elétrons. Este fenômeno se
chama emissão termiônica. A
ionização nos átomos de tungstênio
ocorre devida ao calor gerado e os
elétrons são emitidos. Dois tamanhos:
fino e grosso.

10. FOCO DUPLO: A maioria dos aparelhos de raios-X diagnóstico,
possui dois filamentos focais, um pequeno e um grande. A escolha de
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, 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, permite maior
carga, mas em compensação, tem uma imagem de menor resolução.
Foco Fino
Menor
(menos elétrons)
Foco Grosso
maior
(mais elétrons)

11. Prof. Rodrigo Penna
CAPA FOCALIZADORA OU COPO DE
FOCO : Observe que os filamentos
(“molinhas”) estão envolvidos por uma
espécie de capa metálica. Ela é
eletrizada negativamente e sua função
é “ajuntar” os elétrons.
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.

12. ANODO: 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.
O material do anodo deve ter algumas
características essenciais :
Alto número atômico (alta eficiência na
produção de raios X)
Baixa taxa de evaporação (para evitar
metalização do vidro da ampola)
Alta resistência física quando aquecido
Alto ponto de fusão
Alta condutividade térmica (dissipação rápida
de calor).

13. 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.

14. 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.
A
B

15. 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).

16. 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.
O alvo converte cerca de 99% da
energia dos elétrons em calor, para
dissipar tamanha quantidade de calor, o
anodo é ligado ou envolvido a uma haste
de cobre e, na máquina, a ampola é
imersa em óleo.

17. ROTOR
O rotor recebe indução magnética e gira o anodo a uma frequência
aproximada de 3400 até 10.000rpm, podendo variar de acordo com a
marca e o modelo.
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.

18. -
RAIOS
X
+

19. 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.

20. +
Lado do anodo
Menor quantidade de fótons
(menor energia penetrante)
Lado do catodo
Maior quantidade de fótons
(mais energia penetrante)
EFEITO ANÓDIO
100% 80%
120%
-

21. EFEITO ANÓDIO NO EXAME
RADIOGRÁFICO
Catodo (-) Anodo(+)
Menor
quantidade de
fótons
Maior
quantidade de
fótons
EXAME DA COLUNA
DORSAL

22. EFEITO ANÓDIO NO EXAME
RADIOGRÁFICO
Região do pescoço
MENOR ESPESSURA
Posicionada no lado
catódico
Região do abdome
MAIOR ESPESSURA
Posicionada do lado
anódico
Região do pescoço
MENOR ESPESSURA
Posicionada no lado
anódico
Região do pescoço
MENOR ESPESSURA
Posicionada no lado
catódico
Exame A Exame B

23. SUMÁRIO DAS APLICAÇÕES DO EFEITO ANÓDICO
INCIDÊNCIA EXTREMIDADE
ANÓDICA
EXTREMIDADE
CATÓDICA
Coluna torácica (AP) Cabeça Pés
Coluna lombar (Lateral) Cabeça Pés
Fêmur (AP e lateral) Pés Cabeça
Úmero (AP e lateral) Úmero (AP e lateral) Ombro
Perna (Tíbia/Fíbula) Calcanhar Joelho
Antebraço (AP e lateral) Punho Cotovelo

24. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
FASES DE PRODUÇÃO DOS RAIOS X

25. ESQUEMA BÁSICO DE FUNCIONAMENTO

26. TIPOS DE RAIOS X
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.
RAIOS X DE FRENAGEM
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.

27. O elétron livre colide com o
átomo de tungstênio, tirando um
elétron de um orbital mais baixo. Um
elétron de um orbital mais alto
preenche a posição vazia, liberando
seu excesso de energia como um
fóton.
O elétron livre é atraído
para o núcleo do átomo de
tungstênio. À medida que o elétron
passa, o núcleo altera seu curso. O
elétron perde energia, que é liberada
como um fóton de raios X.

28. 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 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 ANÓDICO.
PRINCÍPIO DO FOCO LINEAR

30. 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.
ELEMENTOS DE UM CONJUNTO GERADOR DE RAIOS X

31. 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.
ELEMENTOS DE UM CONJUNTO GERADOR DE RAIOS X

32. a) A KILOVOLTAGEM – kV: É a tensão aplicada no tubo. 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.
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).
GRANDEZAS

33. DENSIDADE: Quantidade de matéria por volume (g/cm3). Relação diretamente
proporcional pois maior densidade leva a maior interação da radiação com o
tecido. Em tecidos densos há mais elétrons disponiveis para essa interação.
CONTRASTE DA RADIOGRAFIA: Corresponde às diferenças de densidade
entre as diversas partes da radiografia. Refere-se aos diferentes tons de
preto, branco e cinza visualizados em uma radiografia.
FATORES QUE AFETAM A ABSORÇÃO DE RAIOS X
ESPESSURA : É uma relação intuitivamente óbvia: um pedaço de material
“grosso” absorve mais radiação X do que um pedaço “fino” do mesmo
material.
Numero atomico (Z) do Absorvedor: Quanto maior o Z, maior seu nucleo e
maior a disponibilidade de elétrons na eletrosfera levando a maiores
chances de interações entre o raios-X e a matéria.
Materiais de alto Z: absorvem os raios-X
Materiais de baixo Z: não absorve os raios-x
FILTRAGEM: Filtrar é remover Raios X inúteis, de baixa energia. A filtragem
aumenta a energia média do feixe.

34. EFEITO NA IMAGEM RADIOGRÁFICA COM O
AUMENTO DO kV
Alto KV – pouco contraste – escala de cinza longa; Baixo KV – alto contraste –
escala de cinza curta; Quando a quilovoltagem é alta, a penetração dos fótons de
raios x nos tecidos é maior, o que resulta em uma menor diferença de densidade
nas áreas adjacentes da imagem radiográfica (muitos tons de cinza ou escala de
cinza longa). Por outro lado, quando a quilovoltagem é baixa, o poder de
penetração dos fótons de raios x é pequeno, o que faz com que áreas adjacentes
na radiografia tenham uma grande diferença de densidade (algumas áreas muito
escuras e outras muito claras, com poucos tons de cinza), originando uma escala
de cinza curta.

35. Formação da imagem radiológica
Densidade e contraste na imagem radiológica.
– Densidade óptica (exemplo)

36. Formação da imagem radiológica
Densidade e contraste na imagem radiológica.
– Contraste radiográfico (exemplo)

37. Formação da imagem radiológica
Densidade e contraste na imagem radiológica.
– Contraste radiográfico (exemplo)

38. Fatores que modificam a qualidade e quantidade de
raios-X
CONSTITUIÇÃO DO ALVO: Referente a constituição do anodo. Local onde
ocorre os efeitos de produção de raio X. Determinante para o espectro de
energia do raio X produzido.
ONDA DE VOLTAGEM: Relativo a sistema monofásicos e trifásicos de rede.
Sistemas trifásicos produzem maior n° de fótons com maior intensidade.
TENSÃO ACELERADORA: Determinada pelo KV. Relaciona-se a energia e a
sua intensidade, pois quanto maior a d.d.p, maior quantidade de energia a ser
perdida no trajeto e maior o n° de elétrons será acelerado.