Notas de aulas_Introdução a Física Médica(BC1313)_2012

Universidade Federal do ABC
Notas de aulas
Introdução à Física Médica (BC1313)
Prof. Dr. Nasser A. Daghastanli
Engenharia
ngenharia Biomédica - CECS – UFABC
Última
ltima revisão – Mar/ 2012 (em andamento).
2012
O Efeito Foto Elétrico (EFE)
Introdução à Física Médica
O Efeito Foto Elétrico (EFE)
Heinrich HERTZ descobriu o Efeito FotoElétrico (1887): Quando a luz incide
sobre uma superfície metálica, os elétrons próximos da superfície absorvem a luz e
escapam para o espaço das vizinhanças.
Os elétrons são mantidos numa superfície pela atração das cargas positivas.
Consiste na emissão de elétrons quando a luz incide sobre uma superfície.
Os elétrons absorvem a energia radiante e podem superar a atração das cargas
positivas e são liberados.
A energia mínima para um elétron escapar de uma superfície chama-se
chama função
trabalho (φ).
A Figura 1 mostra um equipamento onde ocorre o EFE: os eletrodos condutores
(anodo e catodo) estão dentro de um tubo no qual existe vácuo. A bateria mantém
uma DDP entree os eletrodos, gerando um campo elétrico (E) entre ambos, do anodo
para o catodo.
O feixe de luz monocromática incide sobre o catodo induz a liberação de
elétrons que é medida pelo galvanômetro (G).
Hallwachs e Lenard estudaram (1886-1900)
(1886
como a fotocorrente
rente (i) variava
com a voltagem, a freqüência (λ)
( e a intensidade da luz incidente.
Figura 1
O elétron foi descoberto em 1897. Deste modo determinou-se
determinou
que eram
fotoelétrons que eram liberados do catodo.
2
O Efeito Foto Elétrico (EFE)
Introdução à Física Médica
Hallwachs e Lenard determinaram que havia um λ mínimo
ínimo para ocorrer a
liberação de elétrons (freqüência
freqüência de corte fc).
Para muitos metais freqüência de corte λ≥ 200 nm (UV), mas para óxidos de
potássio ou césio λ=400 – 700 nm (VIS).
Se λ > fc : elétrons emitidos com bastante energia
Kcin elevada!!
Ao se inverter a DDP, os elétrons caminham contrários ao campo E. Podemos
determinar Kcin invertendo a tensão entre anodo e catodo (VAC) ate’ anular a
fotocorrente: VAC= -V0 (potencial
potencial de corte).
corte
O trabalho do potencial elétrico sobre os elétrons e’ –eV. Os elétrons com
velocidade máxima deixam o catodo com energia cinética e chegam ao anodo com
energia nula. Assim:
Wtot = −eV0 = ∆K = 0 − K max =
1 2
mv max
2
A energia cinética máxima dos elétrons é : eV0 = K max =
1 2
mv max
2
A Figura 2 mostra um gráfico de VAC x Intensidade de iluminação: quando VAC é
suficientemente grande e positivo, as curvas atingem um valor constante, indicando
que TODOS os elétrons são coletados pelo anodo. V0 é a DDP necessária para bloquear
todos os elétrons e fazer I=0.
Figura 3
Figura 2
Se λ= const mas Intensidade aumenta
mais elétrons são emitidos, mas V0 = const.
3
O Efeito Foto Elétrico (EFE)
Se I= const mas λ varia
Introdução à Física Médica
V0 muda ! (Fig. 3)
Os elétrons são emitidos instantaneamente para qualquer luz onde f≥ fc!!
Albert EINSTEIN postulou (1905) que a luz é formada por partículas
partículas de energia
(fótons)) ou quanta. A energia E dos fótons é:
E = hν =
hc
λ
onde h = 6,6260755(40) × 10
−34
Energia de um fóton.
J.s = 4,136 × 10 −15 eV.s : const. Planck
1eV = 1,602 × 10 −19 J
ν=
c
: frequência da onda EM , λ: compr. Onda.;
λ
c=2,99x108 m/s: velocidade da luz no vácuo.
Um fóton (energia E) que atinge uma superfície é ABSORVIDO ou NÃO por um
elétron.
Lembrando: a energia MÍNIMA para um e- ser ejetado é φ (função trabalho).
Assim quando um e- absorve a energia E= hν, ele gasta φ e é ejetado com energia
cinética Kmax.
Einstein aplicou a conservação da energia: K max =
E assim
eV0 = hν − φ (Efeito Foto elétrico)
4
1
mv 2max = hν − φ
2
O efeito Compton
Introdução à Física Médica
O efeito Compton
Quando os (fótons de) RX (de comprimento de onda λ)) colidem com a matéria
uma parte da radiação é espalhada.
espalhada. A. H. COMPTON em 1923 e outros descobriram
que:
a) Uma parte da radiação possui uma freqüência menor (λ´
( > λ)) do que a radiação RX
incidente
b) A diferença λ´ > λ dependia do ângulo de espalhamento φ
O espalhamento Compton não é explicado
pelo EM clássico (a onda EM possui sempre o
mesmo λ), mas ao see considerar que temos uma
colisão de duas partículas o fóton incidente (de
comprimento de onda λ)
e um elétron
(inicialmente em repouso).
O fóton incidente é absorvido, fornecendo
parte de sua energia e seu momento linear para o
elétron, que recua. A parte
arte da energia restante é
espalhada num novo fóton (λ´),
(
de menor
energia.
Usando o principio da conservação da
energia e do momento (p=mv) e na região
relativística :
r
p
O fóton incidente possui momento
(módulo p e energia pc).
O fóton espalhado possui momento
p E (módulo pE e energia pEc).
E = mc 2 .
O elétron (em repouso), possui momento inicial nulo e energia de repouso
PF (módulo PF) e energia final
O momento linear Final do elétron é
(
E 2 = mc 2
) + (P c) .
2
2
F
Princípio da conservação da energia:
(
pc + mc 2 = PF c + E ou pc − PF c + mc 2
Aplicando a conservação do momento:
Assim
PF2 = p 2 + p 2E − 2pp E cos φ
5
)
2
(
= E 2 = mc 2
) + (P c)
2
2
F
(1)
PF + p E = p (ver vetores na Fig.)
(2)
O efeito Compton
Introdução à Física Médica
Substituindo
tituindo (1) em (2), colocando o fator c2 e quando dividimos por pp E ,
temos
mc mc
−
= 1 − cos φ
pE
p
(3)
Lembrando (de Broglie) p =
∆λ = λ E − λ =
Onde
h
(4) e multiplicando tudo por h/mc, teremos
λ
h
(1 − cos φ) (espalhamento Compton).
mc
λE: compr. Onda do fóton espalhado.
λ: comprimento
imento onda do fóton Incidente;
φ:: ângulo de espalhamento do fóton
h: constante
ante de Planck
m: massa do elétron
c: velocidade da luz
Quando os comprimentos de onda dos RX espalhados (λ0) são medidos em função do
ângulo (φ), observa-se
se a existência de dois picos:
picos em λ0 (Figura), e λ´´ os fótons espalhados
(Compton).
figura
O espalhamento pelo átomo inteiro não afeta apreciavelmente a distribuição vista na
massa reduzida!
6
Fundamentos de Radiologia
Introdução à Física Médica
Produção de Raios X
Os Raios X (RX) foram descobertos em 1895 por Wilhelm Conrad Roentgen (Foto).
Estes raios foram chamados de X, pois não era conhecida natureza este tipo de
radiação, que atravessa madeira, papel, e até o corpo humano. Os RX são produzidos
quando elétrons são acelerados por DDP da ordem de 103 a 106 V e colidem com alvos
metálicos (Fig. 4).
Foto: Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923).
(1845
Prêmio Nobel de Física em 1901,, pela descoberta dos Raios X.
X
CENTRO: 1ª radiografia humana. DIREITA: radiografia atual.
Figura 4
7
Fundamentos de Radiologia
Introdução à Física Médica
Bremsstrahlung Os elétrons são emitidos no catodo (+) e acelerados por uma
DDP sobre o anodo (-), ou alvo.
alvo. Na interação com o alvo, os elétrons são desacelerados
e a energia cinética dos elétrons é transformada em fótons de RX (bremsstrahlung
(bremsstrahlung,
freio de radiação).
Durante a desaceleração dos elétrons, a emissão de RX possui uma frequência
máxima ( ν max ) e um comprimento de onda mínimo ( λ min ):
eVAC = hν max =
hc
λ min
O fóton mais energético é produzido quando toda a energia do elétron
elé
é gasta
para produzir o fóton. A freqüência máxima não depende do alvo.
Alguns elétrons podem transferir sua energia para os átomos do alvo, e se
tornam excitados. Como cada elemento possui níveis energéticos próprios, oo
retornarem ao estado fundamental
fundam
emitem radiação (fótons) característica do
material que os compõem.
Figura 5-
8
Fundamentos de Radiologia
Introdução à Física Médica
Radiação de Freamento (Bremsstrahlung)
(
Essa radiação é produzida quando um elétron passa próximo ao núcleo de um
átomo de tungstênio, sendo atraído pelo núcleo deste e desviado de sua trajetória
original. Com isto, o elétron perde uma parte de sua energia cinética original, emitindo
parte dela como fótons de radiação, de alta e baixa energia e comprimento de onda
diferentes, dependendo do nível de profundidade atingida pelo elétron do metal alvo.
Isto significa dizer que, enquanto penetra no material, cada elétron sofre uma perda
energética que irá gerar radiação (fótons) com energia e comprimento de onda
também menores. Se formos considerar percentualmente a radiação produzida,
veremos que 99 % dela é emitida como calor e somente 1 % possui energia com
características de radiação X.
Existem situações (raras) em que alguns elétrons muito energéticos se chocam
diretamente com os núcleos, convertendo toda a sua energia cinética em um fóton de
alta energia e frequência (a rigor, esta seria uma outra forma de geração de radiação,
onde a energia do fóton gerado é igual à energia do elétron incidente, o que se
configura como um fóton de máxima energia).
Durante o bombardeamento do alvo, todas as
possibilidades em termos de geração de fótons
fóto
acontecem, na medida que temos interações
diferentes entre elétrons incidentes com o material
do alvo, gerando fótons de diferentes energias. A
radiação de freamento, ou Bremsstrahlung, se
caracteriza por ter uma distribuição de energia
relativa bastante ampla aos fótons gerados, como Figura 6 Intensidade dos RX por
mostra a figura 6. Como se pode observar na unidade de comprimento de onda.
Figura,, a maioria dos fótons obtidos possui baixa
energia, sendo que somente uns poucos têm a energia equivalente à diferença de
9
Fundamentos de Radiologia
Introdução à Física Médica
potencial (voltagem) aplicada ao tubo. Esse gráfico mostra que são gerados muitos
fótons de baixa energia, o que pode ser perigoso para o paciente irradiado, pois estes
fótons de baixa energia interagem com os tecidos vivos, sem contribuir para a
formação da imagem radiográfica. O espectro, distribuição
ição das energias dos fótons
gerados por uma radiação de freamento, é mostrado na figura a seguir, onde se pode
observar que a radiação não é monoenergética, mas sim polienergética, pois temos
fótons de diferentes energias, em quantidades diferentes.
Radiação
iação característica
Pelo visto anteriormente, alguns fótons interagem diretamente com os núcleos,
convertendo toda sua energia em radiação, sem modificar o átomo alvo, ou seja, sem
ionizá-lo.
lo. Existem situações, no entanto, em que elétron pode interagir com
c
um átomo
quebrando sua neutralidade (ionizando-o),
(ionizando o), ao retirar dele elétrons pertencentes à sua
camada mais interna (K). Ao retirar o elétron da camada K, começa o processo de
preenchimento dessa lacuna (busca de equilíbrio), por elétrons de camada superiores.
super
Dependendo de camada que vem o elétron que ocupa a lacuna da camada K, teremos
níveis de radiação diferenciados.
Como exemplo, vamos considerar que um elétron da camada L ocupe a lacuna
da camada K, emitindo uma radiação da ordem de 59 keV; se o elétron
elétron ocupante vem
da camada M, a energia gerada é da ordem de 67 keV; se o elétron ocupante vem da
camada N, teremos uma radiação da ordem de 69 keV. Quando se usa como alvo um
material com o tungstênio, o bombardeamento por elétrons de alta energia gera uma
radiação com características específicas (radiação característica), pois esse material
possui um número atômico definido (bastante alto), necessitando um nível alto de
energia para retirar os elétrons de sua camada K. A energia da radiação gerada por um
u
alvo de tungstênio é da ordem de 70 keV. A condição necessária e imprescindível para
que se produza a radiação característica do tungstênio é que os fótons devem ter uma
10
Fundamentos de Radiologia
Introdução à Física Médica
energia máxima superior a 70 keV, já que a energia de ligação da camada K é da ordem
de 70 keV.
Como se da’ o processo de geração da radiação característica do tungstênio?
Exemplo: Quando bombardeamos um alvo de tungstênio com elétrons
submetidos a uma tensão de 100 kV, serão gerados fótons com energia de poucos keV
até 100 keV, mas uma grande
grande parte deles terão energia da ordem de 70 keV,
característica do tungstênio. Cada material emite um nível definido de radiação
característica, dependendo de seu número atômico, como são os casos do tungstênio
(radiologia convencional) e molibidênio (mamografia),
(mamografia), que possuem radiações
características da ordem de 70 keV e 20 keV, respectivamente. Essa figura é o
resultado da superposição da radiação característica do tungstênio com o espectro
contínuo gerado com 100 kVp. Nela se pode observar que, além de
d fótons, com
energia baixas e altas, temos um grande número deles com energias correspondentes
somente ao tungstênio. Quando o alvo bombardeado é de molibidênio, a radiação
característica se situa na faixa de 20 keV.
Figura – O espectro de raios X é a superposição de um espectro contínuo e de uma
série de linhas espectrais características do anodo.
anodo
11
Fundamentos de Radiologia
Introdução à Física Médica
Exercícios:
1) (Einstein) Um laser usado para colar retinas descoladas emite luz com λ=652 nm
através de pulsos curtos de 20 ms. A potência média de cada pulso
pulso é igual a 0,600 W.
a) Qual é a energia de cada pulso (em joules)?
b) E em elétron-volts
volts (eV)?
c) Quantos fótons são emitidos em cada pulso?
2) Elétrons são acelerados por uma DDP de 10 KV.
a) Qual o λ min do RX gerado?
b) E a freqüência?
c) Para que ângulo o λ do RX espalhado é 1% menor que o incidente?
3) as funções trabalho para amostras metálicas são dadas: césio: 2,1 eV; cobre: 4,7 eV;
potássio: 2,3 eV; zinco: 4,3: eV. Qual o λ de corte para cada um destes elementos? Quais
destas superfícies não podem emitir foto elétrons quando irradiados com luz visível (400-700
(400
nm)?
4) um fóton de λ== 0,180 nm sofreu espalhamento Compton num ângulo φ=180º
=180º . Qual o λ do
fóton espalhado? Qual é a quantidade de energia fornecida para o elétron?
12
Fundamentos de Radiologia
Introdução à Física Médica
Propriedades dos Raios X
Os RX já vistos:
•
Enegrecem filmes radiográficos.
radiográficos
•
São radiações eletro magnéticas (EM)
(E
ou magnético.
•
•
Propagam-se
se em linha
li
reta e em todas as direções.
No vácuo, propagam-se
propagam com a velocidade da luz (c).
•
Tornam-se
se mais penetrantes (“duros”) após passarem
arem por materiais
absorvedores.
•
•
Produzem radiação secundária
secundária (espalhada) ao atravessar um corpo.
corpo
Os Raios X obedecem
bedecem à lei do inverso do quadrado da distância (1/r2), ou seja,
reduz sua intensidade dessa forma.
forma
Não têm carga, são chamadas de radiação indiretamente ionizante.
ionizante
São diferentes dos raios catódicos
catódicos (que são produzidos quando elétrons passam
através de um gás a baixa pressão).
•
•
não sofrem efeitos de campos Elétrico
E
•
Quanto maior a tensão no tubo (kVp), mais penetrantes, ou seja, atravessam
a
um
corpo tanto melhor, quanto maior for a tensão (voltagem) do tubo (kV).
•
Ao atingirem o alvo, os elétrons (e-) transferem sua energia para ele. Esta
energia se transforma em energia térmica (~ 99%) e em RX (~ 1%).
•
Provocam luminescência em determinados sais metálicos.
metálicos
•
Podem provocar mudanças biológicas, que podem ser benignas ou malignas, ao
interagir com sistemas biológicos.
Bremsstrahlung
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Fundamentos de Radiologia
Introdução à Física Médica
RX característico:
Espectro de RX
a) ejeção de elétrons orbitais
(b) RX característicos
A produção de calor.
Após varias interações (colisões e ionizações) com o alvo, os e- não conseguem mais
ionizar, mas transferem sua energia aos elétrons do alvo, que ficam excitados. Ao retornarem
ao estado fundamental,, emitem radiação infravermelha, na forma de calor (~99 %).
%)
Os equipamentos de Raios X são projetadoss de modo que um grande número de
elétrons sejam produzidos e acelerados para atingirem um anteparo sólido (alvo) com alta
energia cinética. Ao colidirem com o alvo, a energia é convertida em calor e RX (em torno de
1%). Deste modo, os tubos de RX são conversores de energia. O calor é um subproduto
indesejável no processo. Os tubos de raios X devem ser projetados para maximizar a produção
de raios X e dissipar o calor tão rápido quanto possível.
Interação elétron - alvo
A produção de calor aumenta com o aumento da corrente elétrica (I) no tubo. Ao se
duplicar a corrente, se duplica a produção de calor. A intensidade de RX (número de fótons X
gerados) depende da corrente no tubo.
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Fundamentos de Radiologia
Introdução à Física Médica
A energia dos fótons de RX não depende da corrente do tubo, mas somente da tensão
elétrica (kV)
kV) de aceleração dos elétrons. Ou seja, quanto
quanto maior o kVp, maior é a energia do
fóton X gerado.
A eficiência de produção de RX depende do kVp:
•
Para 60 kVp
•
Para 2 MVp (MeV)
~0,5 % da energia cinética é convertida em RX
~ 70 % é transformada em RX
Elementos do tubo de raios X – cátodo e anodo.
O tubo de raios X possui dois elementos principais e que serão a partir de agora objeto
de estudo: catodo e anodo.
O catodo é o eletrodo negativo do tubo. É constituído de duas partes principais: o
filamento e o copo focalizador. A função básica do catodo é emitir elétrons e focalizá-los
focalizá
em
forma de um feixe bem definido apontado para o anodo. Em geral, o catodo consiste
c
de um
pequeno fio em espiral (ou filamento) dentro de uma cavidade (copo de focagem) como
mostrado na figura anterior.
O filamento é normalmente feito de Tungstênio (com
(com pequeno acréscimo de Tório)
“toriado”,, pois esta liga tem alto ponto de fusão e não vaporiza facilmente (a vaporização do
filamento provoca o enegrecimento do interior do tubo e a consequente mudança nas
características elétricas do mesmo). A queima do filamento é, talvez, a mais provável causa da
falha de um tubo.
O tungstênio é o material escolhido para este fim,
fim pois possui número atômico e ponto
de fusão altos e não fundem com o calor (ponto de fusão de 3.380 oC). É importante utilizar
um material com estas características,
caracte
pois grande parte da energia produzida dentro do tubo
de raios-X
X é na forma de calor (~99%).. O alvo de tungstênio no qual os elétrons irão chocar-se
chocar
está em movimento (anodo
anodo giratório em rotação) para que a área que está recebendo o
choque com o feixe de elétrons seja constantemente mudada.
mudada Isto distribui o efeito
ef
do
bombardeio em torno da margem do alvo, possibilitando certo resfriamento. Existem também
anodos fabricados de outros materiais tais como Molibdênio (Z= 42) e Ródio (Z= 44) que são
usados em mamografia.
O tubo de vidro é revestido por chumbo, que por ser um material muito denso, tem
grande absorção dos raios-X,
X, e entre o vidro e o chumbo há uma camada de óleo para resfriáresfriá
lo. No tubo de raios-X
X há uma só abertura não revestida de chumbo e na qual são emitidos os
raios-X
X na forma de um feixe piramidal
piramidal (em forma de cone) que consegue “escapar” do tubo.
Como descrito, os fótons são produzidos em todas as direções, porém só existe um lugar para
que “escapem” do tubo, e essa abertura é utilizada para direcionar o feixe.
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Fundamentos de Radiologia
Introdução à Física Médica
http://www.tecnologiaradiologica.c
http://www.tecnologiaradiologica.com/materia_fisica_rx.htm
O corpo de focagem serve para focalizar os elétrons que saem do catodo e fazer com
que eles colidam no anodo e não em outras partes, similar ao que ocorre nas TV´s de tubo. São
equivalentes a placas de um capacitor.
A intensidade de corrente do tubo (I) é controlada pelo grau de aquecimento do
filamento (catodo). Quanto mais aquecido for o filamento, mais elétrons serão emitidos pelo
mesmo (Efeito Termoionico), e maior será a corrente que fluirá entre anodo e catodo. Assim, a
corrente
ente de filamento controla a corrente entre anodo e catodo. A unidade de corrente
geralmente usada em Radiologia é o miliampere (mA).
O anodo é o polo positivo do tubo, serve de suporte para o alvo e atua como elemento
condutor de calor. O anodo deve ser de
de um material (tungstênio) de boa condutividade
térmica, alto ponto de fusão e alto número atômico, de forma a otimizar a relação de perda de
energia dos elétrons por radiação (raios X) e a perda de energia por aquecimento. Existem dois
tipos de anodo: anodo
do fixo e anodo giratório.
Os tubos de anodo fixo são usualmente utilizados em máquinas de baixa corrente, tais
como: raios X dentário, raios X portátil, máquinas de radioterapia, raios X industrial, etc.
Os tubos de anodo giratório são usados em máquinas de alta corrente, normalmente
utilizadas em radiodiagnóstico. Ele permite altas correntes pois a área de impacto dos elétrons
fica aumentada. Como exemplo, tomemos um alvo fixo, cuja área de impacto é de 1mm x 4
mm, isto é, 4 mm2. Se este alvo girar com um raio de giro igual 30mm, a área de impacto seria
aproximadamente: 754mm2; nestas condições, o tubo giratório teria cerca de 200 vezes mais
área do que o tubo fixo.
O anodo e o catodo ficam acondicionados no interior de um invólucro fechado (tubo ou
ampola),
la), que está acondicionado no interior do cabeçote do RX. A ampola é geralmente
constituída de vidro de alta resistência e mantida em vácuo, e tem função de promover
isolamento térmico e elétrico entre anodo e catodo. O cabeçote contém a ampola e demais
acessórios.
cessórios. É revestido de chumbo cuja função é de blindar a radiação de fuga e permitir a
passagem do feixe de radiação apenas pela janela radiotransparente direcionando desta forma
o feixe. O espaço é preenchido com óleo que atua como isolante elétrico e térmico.
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Fundamentos de Radiologia
Introdução à Física Médica
Tubo de RX moderno. Degradação do anodo giratório. Produção de calor num tubo de RX.
A corrente do filamento de tungstênio utilizada no tubo de raios
raios-X é medida em
miliampéres (mA), e a diferença de potencial entre o polo positivo e negativo é dada em
kilovoltagem (geralmente de 35 a 150 kV). As características de kV e mA é que darão o brilho e
o contraste da imagem obtida. A maioria dos aparelhos modernos possui anodo rotatório cuja
velocidade pode atingir até 10.000 r.p.m.
Características do anodo giratório. Em radiodiagnóstico o diâmetro do anodo varia entre 5 e 12
cm com angulações de 70o a 120o. Em radioterapia a angulação oscila entre 26 o e 35 o .
Finalmente, o vácuo no tubo de raios-X
raios X é importante para evitar o choque
choq dos elétrons
com moléculas de gás, o que teria como efeito a desaceleração dos elétrons antes destes
chegarem ao alvo (ânodo de tungstênio).
Fatores que afetam o espectro de RX:
•
Filtração
•
Voltagem no tubo (kVp)
•
Tipo de suprimento de alta voltagem
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Fundamentos de Radiologia
Introdução à Física Médica
(A) Efeito da filtração total no espectro de RX
(B) Variação do kVp no espectro de RX
Formas de onda de entrada e variação da alta voltagem no tubo de RX.
Efeito Anódico (ou Heel)
Uma característica do feixe de radiação X é sua não uniformidade no eixo cátodocátodo änodo
(eixo longitudinal da mesa de R-X).
R X). Esta "deformidade" da intensidade do feixe é conhecida
como Efeito Anódico (ou Heel) e pode provocar diminuição da qualidade da imagem de R-X.
R
18
Fundamentos de Radiologia
Introdução à Física Médica
Descrição do Efeito Anódico (ou Heel).
Heel) Distribuição da radiação sobre a mesa devido ao E.
Anódico.
Efeito anódico
Descreve um fenômeno no qual a intensidade da radiação emitida da extremidade do
catodo do campo de raios X é maior do que aquela na extremidade do anodo. Isso é devido ao
ângulo da face do anodo, de forma que há maior atenuação ou absorção dos raios X na
extremidade do anodo. A diferença na intensidade do feixe de raios X entre catodo e anodo
pode variar de 30% a 50%. Na realização de estudos radiológicos do fêmur, perna, úmero,
coluna lombar e torácica deve-se
deve se levar em conta a influência do efeito anódico na realização
das incidências radiológicas pertinentes a estes estudos.
19
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
Atenuação de RX
Partes principais de uma máquina de raios-X
raios
•
As máquinas de Raios-X
Raios X podem operar a diversas tensões e a diversas correntes
no tubo. De um modo geral, temos as seguintes características:
Diagnóstico: de 40 à 150 KVP e correntes de 25 à 1200 mA.
Terapia: de 60 à 250 KVP e correntes de aproximadamente 8 mA
Raios-X
X dentário: de 50 à 90 KVP e correntes de até 10 mA.
Raios-X
X industrial: de 50 à 300 KVP e correntes de até 10 mA
BANCO
TRANSFORM
ADOR
DE
REDE
RAIOS-X
COMANDO
DE ALTA
TENSÃO
TUBO
•
O ponto focal real é a área na qual os elétrons colidem.
•
O ponto focal efetivo é a área que é “vista” na direção do feixe útil, conforme
mostra a figura. Dependendo do ângulo do alvo, podemos ter grande área de
impacto com pequeno ponto focal efetivo.
ÂNGULO DO ALVO
FEIXE DE ELÉTRONS
TAMANHO REAL DO FOCO
FOCO EFETIVO
20
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
Curvas de Carga - mAs
A Figura mostra curvas típicas de carga de um aparelho de RX para diferentes
tensões (kilovoltagem), para um
800
tubo de RX com especificações de
operar até 150 kV, com retificação
de onda completa. Os eixos X e Y
mostram
escalas
alas
de
dois
parâmetros radiográficos, o tempo
Corrente (mA)
700
150keV
140keV
130keV
120keV
110keV
100 keV
90keV
80keV
70keV
60keV
50keV
40keV
30keV
25keV
600
500
400
300
200
100
e
a
corrente
no
tubo,
-3
10
respectivamente.
superiores
aos
Valores
indicados
-2
10
-1
0
1
10
10
10
Tempo de carga (s)
2
10
nas Curvas de carga para diferentes tensões no tubo de RX.
curvas podem danificar o aparelho.
Transformador
Um transformador tem dois circuitos, basicamente
de duas bobinas (enrolamento de fios) com número de
espiras diferentes. O primeiro é o circuito de entrada, que
recebe energia elétrica e, por isso é chamado de circuito
cir
primário. O segundo, é o circuito de saída, chamado
circuito secundário. A energia é transformada do circuito
primário
o para o secundário por meio de um campo
magnético.
21
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
Transformador de Alta Tensão
O transformador de alta tensão é o dispositivo que transforma a baixa tensão
(por exemplo 220 volts) em alta tensão (por exemplo, 100kV), necessária para acelerar
os elétrons no interior do tubo de raios-X.
raios
TENSÃO APLICADA
CORRENTE NO TUBO
Sistemas monofásicos - Retificação de onda completa.
Nestas máquinas a tensão aplicada ao tubo varia desde zero até um valor
máximo. Os raios-X
X assim produzidos têm menor poder de penetração.
Filtração do Feixe de RX
Os fótons com energia abaixo de 20 KeV não interessam ao Radiodiagnóstico,
pois têm capacidade de penetração muito baixa, não contribuem com informações
sobre o paciente e só aumentam a dose do paciente. Por isso há a necessidade de
filtragem desses raios X que não contribuem para a formação da imagem. Abaixo de 20
KeV, somente 45% dos fótons do feixe conseguem atingir a profundidade de 10 mm de
músculo contra apenas insignificantes 0,00063% destes atingem a profundidade de
150 mm. Em contrapartida, 3,5% dos fótons que têm energia de 50kV atingem estes
mesmos 150 mm. Toda máquina de raios X tem uma “filtragem equivalente de
alumínio”, chamado também de filtro inerente.
Penetração dos Fótons e alteração do Espectro do RX.
O próprio corpo atua, então, como um filtro
filtro retirando do feixe os fótons de
baixa energia. Para diminuir a dose do paciente, uma solução óbvia é interpor algum
material entre o feixe de raios X primário e o paciente que sirva de filtro e remova do
22
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
feixe de fótons os de baixa energia. O material
material geralmente utilizado para este
propósito em Radiodiagnóstico é o alumínio.
Diz-se
se equivalente porque outros componentes do equipamento também
filtram parte dos fótons de baixa energia tais como, a janela do tubo de vidro e o
colimador do feixe. A quantidade
quantidade de filtração total é expressa, portanto, em valores de
espessura equivalente de alumínio. A forma do espectro de raios X é
significativamente alterada por alterações na filtragem. Como o filtro absorve
preferencialmente fótons de baixa energia, produz-se,
produz
como consequência,
consequência uma
elevação na energia efetiva de raios X.
Espectro de intensidade (num. Fótons) de um tubo de RX. Espectro típico de RX.
23
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
Intensidade e Camada Semi-Redutora
Semi
(CSR) ou HVL (half-value
value layer)
layer
Temos certa quantidade de radiação emitida para cada feixe de raios X, por
exemplo, e isso é o que denominamos intensidade da radiação. Há uma absorção do
feixe radioativo à medida que este se propaga através de um material, causando certa
redução em sua intensidade (chamada atenuação).
atenuação). Se, por exemplo, colocarmos uma
chapa
de
chumbo
como
meio
absorvedor,
perceberemos que um feixe de intensidade inicial
igual a I0, ao passar pela placa passará a ter uma
intensidade menor.
Se a espessura da placa for tal que reduza a
intensidade do feixe à metade, então dizemos que
esta placa funcionou como uma camada semisemi
redutora. Em outras palavras, camada semi-redutora
semi redutora (CSR) é a espessura de qualquer
material para reduzir a intensidade do feixe à metade. O conceito de camada semisemi
redutora é importante
tante em proteção radiológica.
Aumentando-se
se a filtração, aumenta-se
aumenta se a penetração do feixe de raios X assim
como também a espessura da camada semiredutora necessária para atenuá-la,
atenuá
devido
à remoção dos fótons de baixa energia. Os valores de CSR são usados
usado para avaliar a
adequação dos filtros adicionados.
A Figura acima mostra a diminuição da intensidade do feixe em função da
espessura de chumbo. Observa-se
Observa se que a cada HVL a intensidade é reduzida em 50%. A
atenuação é a redução da intensidade de um feixe de raios X à medida que ele
atravessa a matéria.
A atenuação se deve aos fenômenos de absorção e de
espalhamento dos fótons do feixe incidente.
A equação fundamental da atenuação de um feixe monocromático é:
I = I 0 e −µx
24
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
onde I0 e I e são as intensidades
tensidades incidente e a transmitida, através de uma espessura x
de um material que possui um coeficiente de atenuação µ. O coeficiente µ depende do
tipo de material e da energia do feixe de RX.
A camada semi-redutora
redutora é a espessura X1/2 de um material capaz de reduzir a
metade a intensidade da radiação incidente: I = I0/2. Então podemos escrever:
X1 =
2
ln 2
µ
A tabela fornece o valor da HVL para o tecido humano e para o chumbo.
Tabela 1- da HVL para o tecido humano e para o chumbo
Energia
Camada Semi redutora (X½)
MeV
Tecido Humano (cm)
chumbo (cm)
-4
0.01
0.13
4.5 10
-3
0.05
3.24
8 10
-2
0.1
4.15
1.1 10
-1
0.5
7.23
3.8 10
-1
1
9.91
8.6 10
5
23.1
1.44
As figuras mostram os gráficos para estas grandezas.
25
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
1.6
1.4
HVL (cm)
1.2
Pb
Aluminio
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0.01
0.1
1
Energia (MeV)
10
25
HVL (cm)
20
Human
TecidoHuman
15
10
5
0
0.01
0.1
1
Energia (MeV)
Figura 05 - Camada semi-redutora
redutora (HVL) para o Chumbo (A) e para o tecido humano (B) em função da
energia do feixe de RX. A linha vermelha foi obtida através de um ajuste dos pontos experimentais.
Outra forma de se demonstrar o poder de blindagem dos materiais seria sua
comparação com a espessura relativa do chumbo que possui, em geral, maior poder
de blindagem. A tabela mostra a comparação entre chumbo e outros materiais.
26
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
Tabela 2 - Poder de blindagem de
materiais em relação ao chumbo
Material
Espessura relativa
Chumbo
1
Aço
6
Concreto baritado
10
Vidro plumbífero
25-26
Vidro comum
72
Pedra
76
Concreto
80
Tijolo
92-114
Exercícios
1) Calcule a energia máxima e o comprimento de onda mínimo de RX
produzidos por um tubo de operando entre 20-100
20
kV.
2) Os coeficientes de atenuação linear para RX de certa energia na água e no
cálcio são, 400 m-1 e 1,57x104 m-1. Calcule:
a) A percentagem de
d absorção de RX em 1 mm de água
b) A espessura de cálcio necessária para produzir a mesma redução na
intensidade que a calculada em (a)
3) Um feixe de RX de 50 keV é usado para retirar uma radiografia do pulmão.
Qual a razão entre a intensidade do feixe incidente
incidente na frente do tórax e a emergente
nas costas? Considere a espessura do tórax de 10 cm. Ver veja Tabela 1.
4) O coeficiente de atenuação do tecido humano para fótons de 1 MeV é 7 m-1.
Determine a CSR do tecido?
5) (A) Calcule a porcentagem da intensidade
intensidade transmitida de um feixe de fótons
de RX através de 10,0 cm de tecido humano para as seguintes energias (veja Tabela 1):
27
Atenuação de RX
a) 10 keV b) 30keV
Introdução à Física Médica
c) 80 keV d) 100 keV e) 1 MeV f) 2,2 MeV g) 5,0 MeV
(B) Perceba que a Tabela 1 não fornece o HVL para algumas
algumas energias pedidas
no item anterior. Estime estes valores da HVL através das Figuras 5 e calcule os valores
pedidos em (A).
C) Tente calcular os valores do HVL através de uma interpolação matemática
dos dados da Tab.1 para o tecido humano.
D) Usando
o as energias do item (A), refaça os cálculos pedidos no item (A) para
2,3 mm de Chumbo.
6) A intensidade de um feixe de RX pode ser diminuída usando absorvedores de
um material M. Sejam 10 folhas de absorvedores de igual espessura e mesmo material.
Um feixe de intensidade I0 é atenuado por cada uma destas folhas em 10%.
a) Faça um gráfico com a intensidade do feixe em função do número de folhas usadas.
b) Determine a intensidade final do feixe após passar pelas 10 folhas.
c) Determine o HVL do material M.
7) Partindo da relação da intensidade
I = I 0 e −µx , e usando o conceito de HVL
(X1/2), mostre que podemos escrever também
I = I0 [2− ( x / X1/ 2 ) ] . Use esta relação
para calcular a razão I/I0 de um feixe de 10 keV atravessando x= 0,7 mm de chumbo.
8) Sabendo que µAl = 0,435 cm-1 e µAgua = 0,167 cm-1, calcule a espessura de (a)
água e de (b) alumínio necessário para blindar o equivalente a 1,0 mm de chumbo
(µPb=60,0cm-1)?
9) Sabendo que um feixe colimado de RX possui 1018 fótons /cm2, determine o
numero de fótons que atravessa 1,0 mm de chumbo, água e alumínio. Use os dados do
ex. 8.
10) Suponha que uma fonte puntual de RX emita 1018 fótons/s radialmente.
Calcule a densidade de fótons/cm2.s desta fonte nas seguintes distâncias:
28
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
a)) 10 cm (b) 50 cm (c) 1m (d) 2 m (e) 5 m (f) 10 m
Filtração do Feixe de RX
Os fótons com energia abaixo de 20 KeV não interessam ao Radiodiagnóstico, pois têm
capacidade de penetração muito baixa, não contribuem com informações sobre o paciente e
só aumentam a dose do paciente. Por isso há a necessidade de filtragem desses raios X que
não contribuem para a formação da imagem.
Abaixo de 20 KeV, somente 45% dos fótons do feixe conseguem atingir a profundidade
de 10 mm de músculo contra apenas insignificantes
insignificantes 0,00063% destes atingem a profundidade
de 150 mm. Em contrapartida, 3,5% dos fótons que têm energia de 50kV atingem estes
mesmos 150 mm. O próprio corpo atua, então, como um filtro retirando do feixe os fótons de
baixa energia.
Para diminuir a dose
ose do paciente, uma solução óbvia é interpor algum material entre o
feixe de raios X primário e o paciente que sirva de filtro e remova do feixe de fótons os de
baixa energia. O material geralmente utilizado para este propósito em Radiodiagnóstico é o
alumínio.
mínio. Toda máquina de raios X tem uma “flitragem equivalente de alumínio”. Diz-se
Diz
equivalente porque outros componentes do equipamento também filtram parte dos fótons de
baixa energia tais como, a janela do tubo de vidro e o colimador do feixe. A quantidade
quantid
de
filtração total é expressa, portanto, em valores de espessura equivalente de alumínio.
Inerente (vidro do tubo + óleo refrigerante) + Adicional (colocado propositalmente).
propositalmente)
A Radiação X se propaga se propaga em linha reta, em todas as direções. Existe uma
direção preferencial de acordo com a incidência do elétron no alvo. Uma característica do feixe
de fótons X gerado é a variação de sua intensidade em função da distancia percorrida do ponto
de geração, que obedece a Lei quadrática da distancia segundo a expressão:
29
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
I1d12 = I 2 d 22
Conceitos Fundamentais da Formação da Imagem Radiológica
Luciano Santa Rita Oliveira http://www.tecnologiaradiologica.com/index.html#inicio
Formação da imagem
Na realização de um exame radiológico, a partir da interação dos raios X com a
matéria, a última etapa da cadeia de obtenção de uma imagem radiográfica é o registro da
imagem da anatomia de interesse sobre um elemento sensível a radiação. O elemento sensor,
sensor
que será o filme radiográfico, está posicionado atrás do paciente, dentro de um acessório
chamado chassi, que é colocado em uma gaveta (porta-chassi),
(porta chassi), sob a mesa de exames. Para
alguns tipos de exames, o chassi pode ser posicionado em suportes verticais acoplados ao
Bucky vertical (grade antidifusora) , ou ainda sob pacientes radiografados em leitos.
O filme radiográfico é pouco sensível à radiação X, pois somente 5percent dos fótons
incidentes são absorvidos e contribuem para a formação da imagem, sendo necessário a
utilização de um outro material para detectar e registrar a imagem formada pela radiação ao
atravessar o paciente. Os melhores elementos de interação com a radiação são os fósforos
(convertem ondas eletromagnéticas em luz). Porém os fósforos não
não tem capacidade de
registrar a imagem por um longo período. Um acessório chamado tela intensificadora (écran),
composta de uma lâmina plástica recoberta com fósforo, é colocada na frente do filme para
converter a radiação X em luz. Assim, o filme é construído
construído para ser sensível à luz, e não à
radiação. Por esse motivo, o filme deve ser protegido da luz para que não vele durante o
manuseio, antes ou após o exame radiográfico.
30
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
Contraste virtual
O corpo humano apresenta índices de absorção de radiação bastante diferenciados.
Sabemos, por exemplo, que para que os ossos sejam
penetrados por raios X, estes precisam ser de maior
energia do que para a penetração de tecidos moles.
Após a interação da radiação com as diferentes
estruturas do corpo, emerge destas
dest uma radiação
cuja a distribuição é diferente daquela que penetrou
no corpo, devido ao fato de, no trajeto, haver
transposto
estruturas
de
características
diferenciadas. A essa nova distribuição de energias
que compõem o feixe, dá-se
se o nome de contraste
virtual.
A quantidade de contraste virtual produzida é determinada pelas características do
contraste físico do objeto (número atômico, densidade e espessura) e também pelas
características de penetração (espectro de energia dos fótons) do feixe de raios X. O contraste
e reduzido conforme aumenta a penetração dos raios X através do objeto.
Imagem latente
Quando o feixe de radiação emerge do paciente e interage com os elementos sensíveis
presentes no filme ocorre um fenômeno físico que faz a estrutura física
física dos microcristais de
haletos de prata do filme radiográfico ser modificada, formando o que se conhece como
Imagem Latente. A visualização somente será possível pelo processo de revelação, que fará
com que aqueles microcristais que foram sensibilizados sofram uma redução de maneira a se
transformarem em prata metálica enegrecida. É importante lembrar que a imagem já esta
formada, porém não pode ser visualizada, por isso deve-se
deve se ter cuidado na sua manipulação.
Apenas quando a prata for enegrecida, suspensa
suspensa na gelatina, a imagem será visível na
radiografia e supõe-se
se que conterá as informações acerca das estruturas irradiadas.
Fatores influentes na imagem
Pode-se
se avaliar a imagem radiográfica a partir de quatro fatores:
A. Densidade
B. Contraste
C. Detalhe
31
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
D. Distorção
Todos estes quatro fatores e a forma como podem ser controlados ou afetados serão
descritos, começando com a densidade.
A. Densidade
Definição: Densidade radiográfica (óptica) pode ser descrita como o grau de
enegrecimento da radiografia
grafia processada. Quanto
maior o grau de enegrecimento, menor a quantidade
de luz que atravessará a radiografia quando colocada
na frente de um negatoscópio ou de um foco de luz.
Fatores de controle: O fator primário de
controle da densidade é o mAs, que controla a
quantidade de raios X emitida pelo tubo de raios X
durante uma exposição. Assim, a duplicação do mAs
duplicará a quantidade de raios X emitida e a densidade.
Regra de mudança da densidade: O ajuste de corrente (mAs) deve ser alterado em no
mínimo
o 30 a 35 (por cento) para que haja uma modificação notável na densidade radiográfica.
Portanto, se uma radiografia for subexposta o suficiente para ser inaceitável, um aumento de
30percent a 35percent produziria uma alteração notável, mas geralmente não seria
s
suficiente
para corrigir a radiografia. Uma boa regra geral sugere que a duplicação geralmente é a
alteração mínima do mAs necessário para corrigir uma radiografia subexposta (uma que seja
muito clara).
B. Contraste
Definição: O contraste radiográfico é definido como a diferença de densidade em áreas
adjacentes de uma radiografia ou outro receptor de
imagem. Também pode ser definido como a variação
na densidade. Quanto maior esta variação, maior o
contraste. Quanto menor esta variação ou menor
me
a
diferença de densidade de áreas adjacentes, menor o
contraste.
O objetivo ou função do contraste é tornar
mais visível os detalhes anatômicos de uma radiografia.
Portanto, o contraste radiográfico ótimo é importante, sendo essencial uma compreensão do
d
contraste na avaliação da qualidade. Um contraste menor significa escala de cinza mais longa,
menor diferença entre densidades adjacentes.
32
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
Fatores de controle: O fator de controle primário para contraste é a alta-tensão
alta
(kV). A
kV controla a energia ou a capacidade de penetração do feixe primário. Quanto maior a kV,
maior a energia e mais uniforme é a penetração do feixe de raios X nas várias densidades de
massa de todos os tecidos. Assim, maior kV produz menor variação na atenuação (absorção
diferencial),, resultando em menor contraste.
A alta-tensão
tensão (kV) também é um fator de controle secundário da densidade. Maior kV,
em raios X de maior energia, e estes chegando ao filme produzem um aumento
correspondente da densidade geral. Uma regra simples e prática afirma
afirma que um aumento de
15 (por cento) na kV produzirá aumento da densidade igual ao produto produzido pela
duplicação do mAs.
Sumário: Deve ser usada a maior kV e o menor mAs que proporcionem informação
diagnóstica suficiente em cada exame radiográfico. Isto
Isto reduzirá a exposição do paciente e, em
geral resultará em radiografias com boas informações diagnósticas (o equipamento deve
permitir).
C. Detalhe
Definição: O detalhe pode ser definido como a nitidez de estruturas na radiografia.
Essa nitidez dos detalhes
alhes da imagem é demonstrada pela clareza de linhas estruturais finas e
pelas bordas de tecidos ou estruturas visíveis na imagem radiográfica. A ausência de detalhes é
conhecida como borramento ou ausência de nitidez.
Fatores de controle: A radiografia ideal
ideal apresentará boa nitidez da imagem. O maior
impedimento para a nitidez da imagem relacionado ao posicionamento é o movimento.
Outros fatores que influenciam no detalhe são tamanho do ponto focal, DFoFi
(Distância foco-filme)
filme) e DOF (Distância objeto-filme).
objeto
e). O uso de menor ponto focal resulta em
menor borramento geométrico, ou seja, em uma imagem mais nítida ou melhores detalhes.
Portanto, o pequeno ponto focal selecionado no painel de controle deve ser usado sempre
que possível.
A perda de detalhes é causada
caus
com maior frequência por movimento, seja voluntário
ou involuntário, basicamente controlado pelo uso de dispositivos de imobilização, controle
respiratório e uso de pequenos tempos de exposição.
O uso do pequeno ponto focal, a menor DOF possível e uma DFoFi maior, também
melhora os detalhes registrados ou a definição na radiografia conforme descrito e ilustrado
adiante.
Sumário para controle de detalhes:
1. Pequeno ponto focal – usar pequeno ponto focal, sempre que possível, para
melhorar os detalhes.
33
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
2. Menor tempo de exposição – usar menor tempo de exposição possível para controle
voluntário e movimento involuntário.
3. Velocidade filme/écran – Usar velocidade filme-écran
écran mais rápida para controlar os
movimentos voluntário e involuntário.
4. DFoFi – usar
sar maior DFoFi para melhorar os detalhes.
5. DOF – usar menor DOF para melhorar os detalhes.
D. Distorção
Definição: O quarto fator de qualidade da imagem é a distorção, que pode ser definida
como a representação errada do tamanho ou do formato do objeto
objeto projetado em meio de
registro radiográfico. A ampliação algumas vezes é relacionada como um fator separado, mas,
como é uma distorção do tamanho, pode ser incluída com a distorção do formato. Portanto, a
distorção, seja de formato ou de tamanho, é uma representação
representação errada do objeto verdadeiro
e, como tal, é indesejável.
Entretanto, nenhuma radiografia é uma imagem exata da parte do corpo que esta
sendo radiografada. Isso é impossível porque há sempre alguma ampliação e/ou distorção
devido á DFoFi e à divergência
rgência do feixe de raios X. Portanto, a distorção deve ser minimizada e
controlada.
Divergência do feixe de raios X
Este é um conceito básico, porém importante, a ser compreendido em um estudo de
posicionamento radiográfico. A divergência do feixe
de raios X ocorre porque os raios X originam-se
originam
de
uma fonte estreita no tubo e divergem ou espalhamespalham
se para cobrir todo o filme ou receptor de imagem.
O tamanho do feixe de raios X é limitado por
colimadores ajustáveis, que absorvem os raios X
periféricos dos lados, controlando, assim, o tamanho
do campo de colimação. Quanto maior o campo de
colimação e menor o DFoFi, maior o ângulo de
divergência nas margens externas. Isso aumenta o
potencial de distorção nestas margens externas.
Sumário: A distorção, que é um erro na representação do tamanho e do formato da
imagem radiográfica, pode ser minimizada por quatro fatores de controle:
34
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
1. DFoFi – Aumento da DFoFi diminui a distorção (também aumenta a definição).
Obs.1: A distância DFoFi padrão é de 102 a
107
7 cm, apesar de haver estudos flexibilizando essa
distância para até 122 cm a fim de reduzir a
exposição do paciente e de melhorar os detalhes por
minimizar a divergência do feixe. Mas em função do
aumento do fator mA (aumento de 50percent na
mudança de 102
2 para 122 cm) a distância padrão
acima permanece.
2. DOF – Diminuição da DOF diminui a
distorção (combinada a um pequeno ponto focal, a
diminuição da DOF também aumenta a definição).
3. Alinhamento do objeto – A distorção é diminuída com o alinhamento
alinhamen correto do
objeto filme (o plano do objeto está paralelo ao plano
do filme).
4. RC – O posicionamento correto do RC
reduz a distorção porque a porção mais central do
feixe de raios X com a menor divergência é mais bem
utilizada.
35
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
ATRIBUIÇÕES DO ESPECIALISTA
ESPEC
EM RADIODIAGNÓSTICO
Site: http://www.abfm.org.br/exame_radiodiagnostico.asp (acesso em Jun/2008)
A Radiologia Diagnóstica (ou radiodiagnóstico) é a área da física médica relacionada ao uso da
radiação-X
X para a obtenção de informações anatômicas e/ou funcionais do corpo humano. As
técnicas associadas à esta área utilizam tubos de raios-X
raios como fontes de radiação e, em sua
grande maioria, filmes para o registro das informações. Além dos filmes radiológicos são
também utilizados sistemas de televisão e, em equipamentos mais modernos, sistemas de
digitalização utilizando computadores. Os físicos especialistas
especialistas nesta área deverão possuir
também conhecimentos sobre a Física Médica básica, bem como sobre técnicas associadas
como a ressonância magnética nuclear e ultra-sonografia,
ultra sonografia, além de radioproteção.
As atividades de competência em Radiodiagnóstico incluem:
a) Especificar e operar equipamentos como: sistemas radiológicos convencionais de uso
médico e odontológico, equipamentos de fluoroscopia, mamografia, angiografia,
cinefluorocoronareografia, radiografia odontológica periapical e panorâmica, tomografia
convencional,
encional, tomografia computadorizada, processadoras manuais e automáticas de filmes
radiográficos, câmaras multiformato e outros tipos de impressoras.
b) Desenvolver e implementar programas para análise de aceitação, controle e garantia de
qualidade nos equipamentos
uipamentos citados no item a).
c) Administrar análises de rejeição de radiografias em departamentos de radiodiagnóstico,
incluindo avaliação e otimização de custos.
d) Operar câmaras de ionização e outros instrumentos que permitam avaliar condições de
calibração
bração de equipamentos de raios-X
raios X ou processadoras de filmes como medidores não
invasivos de kVp e tempo de exposição, sensitômetros, densitômetros, termômetros de
imersão, e outros.
e) Conhecer aplicações clínicas básicas utilizadas em radiodiagnóstico convencional,
convencional, e em
técnicas especializadas como tomografia convencional e computadorizada, mamografia, e
outras.
f) Organizar programas de treinamento e formação de recursos humanos na área da radiologia
diagnóstica, bem como apoiar o planejamento e participar
participar em programas de residência
médica, especialização e formação de técnicos especializados.
g) Realizar levantamentos radiométricos em salas onde estão instalados equipamentos
radiológicos e propor métodos de otimização da proteção.
h) Conhecer as normas nacionais
acionais e internacionais desta área, bem como participar de
atividades para o desenvolvimento de textos normativos para radiodiagnóstico.
36
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
PROGRAMA PARA RADIODIAGNÓSTICO
PESOS
Radiologia básica: 30%
Técnicas especiais: 25%
Proteção radiológica: 20%
Controle de qualidade: 15%
Processamento de imagens: 10%
I. FUNDAMENTOS DE RADIOLOGIA CONVENCIONAL
a) Equipamentos radiológicos convencionais.
b) Produção de raios-X.
c) Formação de imagens e contraste.
d) Controle da radiação espalhada.
e) Características e processamento de filmes radiológicos.
f) Qualidade das imagens.
II. EQUIPAMENTOS BÁSICOS
a) Tubos de raios-X,
X, transformadores de alta-tensão,
alta tensão, sistemas de retificação, grades antianti
espalhamento, intensificadores de imagem, câmeras de vídeo, sistemas de televisão.
tele
b) filmes radiográficos, écrans, processadoras de filmes.
c) Sensitômetros, densitômetros, medidores de kVp e tempo de exposição, etc.
III. FLUOROSCOPIA E TÉCNICAS ASSOCIADAS
a) Intensificadores de imagens.
b) Sistemas de vídeo.
c) Sistemas ópticos e câmeras.
37
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
d) Técnicas de subtração.
e) Contrastes.
IV. OUTROS SISTEMAS DE FORMAÇÃO DE IMAGENS RADIOLÓGICAS
a) Mamografia.
b) Angiografia.
c) Radiologia digital.
V. CARACTERÍSTICAS E QUALIDADE DA IMAGEM RADIOLÓGICA
a) Parâmetros característicos: contraste,
contraste, resolução espacial, ruído, distorções e artefatos.
b) Métodos de avaliação e quantificação das características de desempenho.
c) Fatores que afetam a qualidade e suas possíveis correções.
VI. TOMOGRAFIA CONVENCIONAL E COMPUTADORIZADA
a) Histórico.
b) Princípios de imagens tomográficas.
c) Algoritmos de reconstrução.
d) Geometrias (gerações de tomógrafos).
e) Sistemas de visualização.
f) Dosimetria e controle de qualidade em CT.
VII. PROTEÇÃO RADIOLÓGICA E DOSIMETRIA
a) Conceitos básicos de proteção radiológica, grandezas e unidades.
b) Dosimetria externa e medidas de dose, monitorações pessoal e ambiental, cálculo de
barreiras.
c) Segurança radiológica: sinalizações e controle de áreas, dispositivos e vestimentas de
proteção.
d) Normas e regulamentos:: locais, nacionais e internacionais.
38
Atenuação de RX
Introdução à Física Médica
e) A filosofia ALARA, planejamento de programa ALARA.
f) Proteção radiológica nas exposições médicas.
VIII. CONTROLE DE QUALIDADE EM RADIODIAGNÓSTICO
a) Controle de qualidade em radiologia diagnóstica, protocolos para análise de parâmetros
radiológicos: kVp, filtração, rendimento, linearidade, coincidência de campos, contato telatela
filme, etc.
b) Levantamento radiométrico, medição de radiação de vazamento.
c) Procedimentos de inspeção em radiologia odontológica.
d) Controle
ole de qualidade em mamografia.
e) Controle de qualidade em fluoroscopia.
f) Controle de qualidade em tomografia convencional e computadorizada.
IX. PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS
a) Fundamentos da imagem digital.
b) Representações e transformadas de imagens.
im
c) Métodos básicos de processamento: redução de ruídos, realces, restauração de regiões,
reconhecimento de padrões, análise de movimentos, visualização 3D.
d) Aplicações clínicas.
e) Sistemas de arquivamento, comunicação e gerenciamento de imagens (PACS
(PACS e IMACS).
SUGESTÃO DE REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS PARA RADIODIAGNÓSTICO
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