Princípio de funcionamento da fluoroscopia

PRINCÍPIOS FÍSICOS EM
FLUOROSCOPIA
Fís. Médica Kaine Schuch Peglow

Principais seções desta apresentação:
Introdução
Início
Atualmente
Sistema detector
Intensificador de Imagem
Sistema Digital
Modos de operação
Proteção Radiológica
EPI's e EPC's
VISÃO GERAL

Imagens de raio-x projetadas
Visualização em tempo real
Alta resolução temporal
Baixa resolução espacial
INTRODUÇÃO
Imagem em tempo real
30 FPS
Moviemento contínuo
Gravação Angiografia
Angioplastia (intervencionistas)
Cateterismo

INÍCIO
Equipamento utilizado
na década de 60.
1950
Salas escuras
Penumbra
Fracas cintilações
Tela fluorescente

Fluoroscopia = diversas imagens projetadas através de RX
Exemplo: procedimento de 10 minutos a uma taxa de aquisição de
30 FPS teremos 18.000 imagens
Preocupação com a dose recebida
Utilização de detectores muito sensíveis e de baixo ruído:
Fluoroscopia: 9-17 nGy/imagem
Sistema CR: 5-9 μGy/imagem
SISTEMA DETECTOR

Filtração
Adicional
Cobre
Baixos valores de kV
Baixa dose
Alto contraste
Colimadores
Motorizados
Feixe mude de tamanho
Distância foco-imagem (FID)
FOV - eletronicamente
SISTEMA DETECTOR
Componentes

SISTEMA DETECTOR
Ampola a vácuo
1.
Tela de entrada: conversão de raios X em luz
e liberação de elétrons
2.
Óptico eletrônico: acelere elétrons para tela
de saída
3.
Tela de saída: converte elétrons em luz visível
para formação da imagem
4.

Tela de entrada
RX chocam com o fósforo e são
convertido em luz visível
Espessura
Iodeto de Césio (CsI)
Forma alongada (colunas de cristais)
Canais de luz
Alta resolução
Fotocatodo: fina camada de
antimônio e metais alcalinos
Emitem elétrons ao absorver luz
visível
10-20% eficiência de conversão Cada fóton de raio X de 60 keV irá formar em torno de 3.000
fótons de luz (420nm).
SISTEMA DETECTOR

Intensificador de Imagem - Tela de Entrada
SISTEMA DETECTOR

Ótica Eletrônica
Volume em vácuo
Elétrons acelerados por um campo elétrico entre
anôdo e cátodo (25 a 30 kV)
Aumento de energia de cada elétron: Ganho
eletrônico
Focalização: vários eletrodos, lentes eletrônicas
Tela entrada: curva (efeito pincushion distortion)
Elétrons em movimento se chocam na tela de saída
SISTEMA DETECTOR

Tela de Saída
Sulfureto de zinco-cádmio dopado com prata
(ZnCdS: Ag)
Emissão de espectro de luz verde (≈530 nm)
Ânodo: revestimento fino (0,2 mm) de alumínio
1 elétron = 1.000 fótons de luz a partir do fósforo de
saída
SISTEMA DETECTOR

Tela de Saída
Imagem de saída < imagem de entrada
15-35 cm para 2,5 cm de diâmetro
Manter resolução: grão fino de fósforo na tela de
saída
Ganho por redução (ou demagnificação) :
Ganho por redução = (diâmetro de entrada)²
(diâmetro de saída)²
_________________
Exemplo: Se a entrada tem 9’’ e a saída 1’ de diâmetro, o
ganho por redução será de 81.
SISTEMA DETECTOR

Tela de Saída
Uma fração da luz emitida pelo fósforo de saída é
refletida pelo vidro da janela.
O brilho próximo da janela de saída pode reduzir o
contraste na imagem.
Esse brilho de velamento pode ser diminuído
usando uma janela espessa (14 mm) com laterais
pretas que absorvem a luz refletida.
SISTEMA DETECTOR

Performance
O intensificador de imagem tem como função converter uma imagem de raios X em
uma imagem reduzida de luz
Alguns características descrevem quão bem o II executa esta função, como, por
exemplo:
Fator de
Conversão
Ganho de
Brilho
SISTEMA DETECTOR

Performance
Fator de Conversão
Fator de conversão = luz de saída(cd/m²)
taxa de exp. de entrada (mR/s)
________________
Representa uma medida do ganho do intensificador de imagem
Razão entre a luz de saída e a taxa de exposição de entrada
100 a 200 (cd.s)/(mR.m2) para um intensificador de imagem novo
Degrada com o tempo, sendo necessária sua troca
SISTEMA DETECTOR

Performance
Ganho de Brilho
Ganho de Brilho = Brilho de saída do II
Brilho de tela padrão
________________
Resulta de dois processos independentes: ganho por redução e ganho de fluxo (ou ganho eletrônico).
Ganho por redução = diâmetro de entrada²
diâmetro de saída²
________________
O ganho eletrônico é tipicamente igual a 50
O ganho de brilho varia tipicamente de 2500 a 7000
SISTEMA DETECTOR

Acoplamento Ótico
Câmera sensível a luz acoplada na saída do II
Câmara de vídeo ou sistema CCD
Imagem no monitor de vídeo
Colimador entre as lentes: diâmetro de
abertura ajustável
Ajusta a quantidade de luz que passa
Ganho
Taxa de exposição e dose
Ruído
Ganho
Taxa de exposição e dose
Qualidade da imagem
SISTEMA DETECTOR

Câmara de vídeo
A luz incidente na câmera de vídeo irá atingir o
alvo da TV que é um fotocondutor
Um feixe de elétrons faz a varredura do alvo e a
quantidade de corrente que irá passar
depende da intensidade da luz
É dessa forma que o sistema de vídeo converte
uma imagem óptica num sinal eletrônico
SISTEMA DETECTOR

Câmara de vídeo
A resolução desse sistema é dado em termos dos componentes vertical e horizontal.
A resolução vertical V (linhas por imagem) é expressa em termos do número real de linhas
escaneadas (N):
O parâmetro k é conhecido por fator Kell e
é usualmente utilizado o valor 0,7
V = k.N
Portanto, para um campo de visão de 20 cm e um sistema de TV de 625 linhas, o menor
tamanho resolvido verticalmente é:
SISTEMA DETECTOR

Câmara de vídeo
A resolução desse sistema é dado em termos dos componentes vertical e horizontal.
A resolução horizontal H de elementos de resolução horizontal é limitada pela largura de
banda:
H = Largura de banda
(frames/s)*(linhas/frames)
______________
Se pegarmos H e V iguais a 625 (ou seja, 625 linhas) a uma taxa de 25 frames intercalados por
segundo, precisaremos de uma largura de banda de 6,8 MHz.
SISTEMA DETECTOR

Sistema Digital
Flat Panel
Detectores de tela plana
Esses detectores substituem o II
SISTEMA DETECTOR

Sistema Digital
Flat Panel
Cada dexel: TFT, um eletrodo de coleta de carga
e um capacitor de armazenamento
Eletrodo de coleta de carga: captura a carga
produzida pela energia de raios-X
Capacitor de armazenamento
Durante a exposição aos raios-X, o interruptor TFT
é fechado
Carga em cada capacitor de dexel seja
acumulada e armazenada
O TFT é um interruptor eletrônico composto por três conexões: porta, fonte e dreno
SISTEMA DETECTOR
DIRETOS OU INDIRETOS

Sistema Digital
Flat Panel
Conclusão da exposição: a ativação
sequencial da matriz TFT ocorre uma linha
de cada vez
Na fluoroscopia digital, enquanto um
frame está sendo lido, os detectores já
estão armazenando sinal para a próxima
leitura
SISTEMA DETECTOR

Sistema Digital
Flat Panel
Amplificadores de carga
Convertem o sinal em uma tensão
proporcional
Digitalizam o nível de tensão
Valor de escala de cinza para cada
dexel na linha
SISTEMA DETECTOR

Sistema Digital
Flat Panel
Elementos detectores de uma tela de fluoroscopia > radiografia convencional
Agrupar detectores para atuar nos dois modos (alta resolução para radiografia
e baixa resolução para fluoroscopia)
Detectores pequenos (alta resolução): a largura de banda aumentaria
consideravelmente, inviabilizando a taxa de leitura de 30 frames/s
SISTEMA DETECTOR

Sistema Digital
Flat Panel
Muito menores que os II
Melhor eficiência de detecção
Mais caros na aquisição e
manutenção
SISTEMA DETECTOR

Sistema Digital
Flat Panel
SISTEMA DETECTOR

Controle Automático de Exposição
Taxas de exposição: automaticamente
Manter SNR constante
Regula taxa de exposição de RX incidente
na II ou FPD
Sensor AERC
Sinal para o gerador
+ ou - RX
Manter a fluência de fótons para cada
frame constante
Alteração de kV e mA
SISTEMA DETECTOR

Controle Automático de Exposição
Dispara automaticamente ao mudar as
dimensões do paciente e/ou os modos
de operação
Limite alcançado: aumento no ganho
da imagem (modular abertura das
lentes)
SISTEMA DETECTOR

MODOS DE OPERAÇÃO
Fluoroscopia Contínua (Modo Cine)
Feixe contínuo de raios X, 0,5-6 mA
Visualiza 30 frames/s, tempo de aquisição 33 ms/frames
Borrosidade presente devido ao movimento do paciente
Exposição máxima (EU) 10 R/min
Era a modo padrão para os equipamentos com II até os anos de 1980

MODOS DE OPERAÇÃO
Fluoroscopia Pulsada (Modo Fluoro)
Pulsos curtos: 30 pulsos/s,
Tempo de exposição: 3 a 10 ms por pulso
Borrosidade diminuída
Pode ser usado no caso de objetos com movimento considerável
Ex. Posicionamento de cateteres em vasos muito pulsáveis
15, 7,5 e 3,75 pulsos/s
A variação de velocidade dos frames é usada para reduzir a dose
Exemplo: No cateterismo, no percurso da femoral à aorta, não é necessária
alta resolução temporal, usa-se 7,5 em vez de 30 pulsos/s.
7,5 FPS no lugar de 30 FPS, reduz a 25% a dose de entrada (7,5/30)

MODOS DE OPERAÇÃO
Modo de Magnificação e FOV
Modifica-se o campo de visão colimando as tensões aplicadas nos
eletrodos do II
O feixe de radiação também é colimado para diminuir a dose de radiação
do paciente
Considerando um II de 30 cm de campo de visão operando no modo de
23 cm, a taxa de exposição do raio X vai aumentar (30/23)2 = 1,7

MODOS DE OPERAÇÃO
Congelamento da última imagem (Last-Frame Hold)
O sistema armazena a última imagem que é congelada na tela para
avaliação.
Road Mapping
Variante melhorada por software do congelamento da imagem
Usada para mostrar duas imagens ao mesmo tempo, em monitores
separados ou sobrepostas (angiografia)
Útil em cateterismo em vasos tortuosos

PROTEÇÃO RADIOLÓGICA
Taxas máximas de exposição permitidas
nos EU (CFR):
10 R/min - fluoroscopia normal
20 R/min - fluoroscopia especial
Taxas de exposição comum em imagens:
1 e 2 R/min para regiões delgadas (10
cm)
3 a 5 R/min para pacientes médios
8 a 10 R/min para pacientes pesados
A máxima dose reportada pelos fabricantes
é estimada, geralmente, em 120 kVp

PROTEÇÃO RADIOLÓGICA
Ficando a 1 m do paciente o
fluoroscopista recebe de radiação
espalhada aproximadamente 1/1000 da
radiação incidente no paciente
Movimentação para trás do campo de
radiação ajuda a reduzir a dose recebida
pelo radiologista

6. REFERÊNCIAS
BUSHBERG, J. et al. The essential physics of medical imaging. 3rd ed. – 2012.
BUSHONG, S. C. Ciência Radiológica para tecnólogos: física, biologia e proteção. [tradução Sandro Martins Dolghi… et
al.]. – Rio de Janeiro: Elsevier, 2010. Tradução de: Radiologic science for technologist : physics, biology, and
protection, 9th ed.

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