FA 1 PROD DE RAIOS X

Prévia do material em texto

RADIOLOGIA- FÍSICA APLICADA 1 
Prof. Sônia Nogueira Kipper
“O importante é não parar de questionar”.
Albert Einstein
PRODUÇÃO DE RAIOS X 
Trabalhamos nas aulas anteriores os principais conceitos da Física dos raios X, que são: Radiação e radioatividade; radiação corpuscular e eletromagnética; fótons; velocidade de uma onda; espectro eletromagnético; sala de raios X e equipamentos.
Vimos também como diferenciamos ondas eletromagnéticas através da relação entre o Comprimento de onda e a frequência demonstrado na figura do espectro eletromagnético (EM) abaixo.
Exemplo: a luz visível tem um comprimento de onda maior que os raios X e consequentemente uma frequência menor.
Concluímos que frequência e comprimento de onda são relações inversamente proporcionais: aumenta uma diminui a outra e vice-versa.
Radiação Ionizante Radiação EM com alta frequência e baixo comprimento de onda Causa danos a moléculas e às células que são os Raios - X, gama e cósmico (estudaremos na Física 2-Proteção radiológica).
Resumo sobre equipamento de Raios X.
A função do equipamento de raios X é prover um fluxo controlado e suficientemente intenso de elétrons para produzir um feixe de raios X apropriado para gerar uma boa imagem.
Os três componentes principais de um equipamento de raios X são:
1) Tubo de Raios X; 2) Painel de Controle: usados para controlar a tensão aplicada ao tubo de raios X, e a corrente elétrica através desse tubo e o tempo de exposição. 3) Gerador de Alta Tensão: é responsável por fornecer a diferença de potencial necessária para a aceleração dos elétrons até o alvo.
Na aula 5 iremos estudar a produção de raios X que ocorre no interior do tubo (ampola) que é um dos três componentes do aparelho de raios X. 
1) Introdução: O QUE SÃO OS RAIOS X?
Os raios X são radiações da mesma natureza da radiação gama (ondas eletromagnéticas), com características semelhantes. Só diferem da radiação gama pela origem, ou seja, os raios X não são emitidos do núcleo do átomo.
Essa radiação é produzida quando ocorre o bombardeamento de um material metálico de alto número atômico (tungstênio), resultando na produção de raios X por Freamento ou por ionização.
1.1) Como e onde são produzidos os raios X?
2) PRODUÇÃO DE RAIOS X
Os raios x podem ser produzidos quando elétrons com certa velocidade (que partem do cátodo) são desacelerados ao chocarem-se com um objeto(ânodo), em que parte de sua energia é perdida em forma de calor e outra parte convertida em raios X, transformando sua energia cinética em energia eletromagnética.
3) Qual é a função básica do aparelho de raios X?
A função básica do aparelho de raios X é gerar um fluxo controlado de elétrons, a fim de produzir uma quantidade(mA) e qualidade(kV) de raios X desejadas em um determinado tempo de exposição(s).
4) Funcionamento do aparelho de raios-X: 
· kV (30-100kVp) aplicada controla a:velocidade e- (↑), o comprimento da onda (↓) e o poder de penetração dos raios (↑). 
· Aquecimento do filamento controla: o número e- ,↑ aquecimento → ↑ número e- = milamperagem (mA)
5) Como são identificados os aparelhos de raios X?
Os aparelhos de raios X são identificados de acordo com sua energia máxima ou com sua função específica. As unidades de radiodiagnóstico geralmente operam numa mesma faixa de voltagem (40 – 150 kVp) e corrente no tubo (25 -1.200 mA).
6) Quais são os componentes que constitui os aparelhos de raios X?
Os aparelhos de raios X são constituídos, basicamente, de três componentes: tubo ou ampola, gerador de alta voltagem e painel de controle (mesa de comando).
7) Cabeçote (carcaça) ou calota 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.
8) TUBO (AMPOLA) DO APARELHO DE RAIOS X? 
O tubo(ampola) é um componente do aparelho de raios X que dificilmente pode ser visto, pois está contido no cabeçote (carcaça) ou calota.
O tubo(ampola) é constituído basicamente de um invólucro de vidro fechado de alta resistência a vácuo contendo dois eletrodos conforme a figura ABAIXO.
8.1) Qual é a função da Ampola? Tem função de promover isolamento térmico e elétrico entre anodo e catodo, ou seja, foi projetada para evitar exposição à radiação fora do feixe útil e possíveis choques elétricos. A ampola está mergulhada em óleo para dissipar o calor gerado.
8.2) Quais são os dois eletrodos que estão acondicionados no interior da ampola?
O cátodo [filamento (-)] e o ânodo [alvo (+)] ficam acondicionados no interior do tubo ou ampola, e este fica acondicionado no interior do cabeçote do RX.
9) A produção de radiação X ocorre no interior da ampola. Em qual dos polos se origina?
Se origina no polo positivo, onde encontra-se a área focal (alvo do ânodo).
 9.1) O que é o ANODO?
O ânodo é o terminal ou eletrodo positivo (+) do Tubo de Raios X e é a área na qual os elétrons emitidos pelo cátodo irão interagir para produzir os Raios X.
9.2) O ALVO
É uma área do ânodo onde ocorre o impacto direto dos elétrons. No ânodo fixo, o alvo é uma pequena parte confeccionada com liga de tungstênio e metais pesados; no ânodo giratório, o alvo é todo o disco giratório, feito também de liga de tungstênio e metais pesados, o que confere alta resistência aos impactos dos movimentos rotatórios.
9.3) Como ocorre a produção de RX?
O ânodo recebe os elétrons emitidos pelo cátodo e estes, ao se chocarem com o ânodo, transformam 99% de sua energia cinética em calor (exercendo a função de condutor térmico, o qual deve ser conduzido rapidamente para fora, a fim de que não haja risco de o ânodo derreter.
Durante os choques há uma elevação da temperatura do ânodo e em torno de 99% da energia dos elétrons são desperdiçadas em energia térmica, apenas 1% é transformado em raios x.
9.4) Por que o tungstênio é utilizado?
 O tungstênio é utilizado por conta de seu alto ponto de fusão (3.370°C) e de seu alto número atômico (74) e da condutividade térmica que é igual à do cobre. 
9.5) Quais são os dois tipos de anodo? 
Existem dois tipos de anodo: anodo 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. 
10) Para produzir RX necessita-se de uma fonte geradora de elétrons, a aceleração desses elétrons e um alvo ou um anteparo (para o choque dos elétrons).
Escreva qual é a fonte geradora de elétrons, qual é o alvo e como ocorre a aceleração destes elétrons.
A fonte geradora de elétrons é o filamento de tungstênio aquecido no polo negativo (cátodo) que libera elétrons em alta velocidade que se choca em uma área focal ou anteparo (alvo) localizada no polo positivo (ânodo). A aceleração dos elétrons ocorre devido a diferença de potencial entre polos positivos e negativos (transformador de alta tensão) acelera os elétrons em direção ao polo positivo.
Qual a função do transformador de baixa tensão para a produção de RX?
11) O QUE É O CÁTODO?
O Cátodo é o terminal negativo (-) do tubo e divide-se em duas partes essenciais: O filamento e o copo focalizador.
12) Qual é a função do Cátodo?
A função básica do catodo é emitir elétrons através do aquecimento do filamento de tungstênio por uma corrente elétrica, facilitando a emissão de elétrons (emissão termiônica) e focalizá-los em forma de um feixe bem definido apontado para o anodo. 
13) Filamento: é a fonte de elétrons, com formato espirale fabricado com tungstênio (com pequeno acrécimo de Tório) Toriado, pois esta liga tem alto ponto de fusão, medindo cerca de 2 cm de diâmetro e 1,5 cm de comprimento, podendo ser único ou duplo (foco fino ou grosso).
É através dele que são transmitidos os elétrons. Isso acontece quando uma pequena corrente (cerca de 6 A) atravessa o filamento, aquecendo-o e gerando o processo de emissão termiônica. A corrente do tudo que é medida em miliamperes (1 mA= 0,001 A), refere-se ao número de elétrons que fluem do filamento ao alvo.
14) Como ocorre a ionização nos átomos de Tungstênio?
 Uma ionização ocorre nos átomos de tungstênio devido ao calor gerado, emitindo assim, os elétrons das camadas externas daqueles.
Os elétrons emitidos são produto do efeito termiônico que se obtém com o aquecimento de um FILAMENTO. Com o calor gerado no filamento, os elétrons dos seus átomos têm energia suficiente para escaparem da eletrosfera e viajarem em direção ao ânodo. Como o átomo perde um elétron e se transforma em íon, o efeito recebe o nome de emissão termiônica (termo = calor e iônico = íon).
Esse filamento está envolvido por uma capa carregada negativamente (capa focalizadora) para não haver dispersão dos elétrons.
15) FOCALIZADOR corpo de focagem serve para focalizar os elétrons que saem do catodo e fazer com que eles “batam” no anodo e não em outras partes. A corrente do tubo é controlada pelo grau de aquecimento do filamento (catodo). Quanto mais aquecido for o filamento, mais elétrons serão emitidos pelo mesmo, e maior será a corrente que fluirá entre anodo e catodo. Assim, a corrente de filamento controla a corrente entre anodo e catodo).
15) GERADOR
O Gerador de alta voltagem é o responsável pela conversão de baixa tensão em alta, sem que haja modificação da forma da onda. O gerador normalmente fica situado em um dos cantos da sala de exames e é constituído de três partes principais: transformador de alta voltagem, transformador do filamento e retificadores, todos imersos em óleo para isolamento elétrico.
A capacidade do gerador é dada em taxa de potência e expressa em quilovolts (kV).
Painel de controle (Mesa de Comando)
O painel de controle permite ao operador selecionar a tensão (kV) e a corrente (mA) no tubo e o tempo de exposição (s) necessários para a obtenção de uma radiografia de boa qualidade.
 Tensão (kV)
A tensão (medida em quilovolts – kV) expressa a qualidade dos raios X utilizados em um determinado exame radiológico. Quanto maior a tensão utilizada, mais penetrantes serão os raios X, ou seja, maior será a sua capacidade de atravessar materiais mais espessos e mais densos.
Os elétrons saem do cátodo em direção ao ânodo com velocidade de impacto definida pelo campo elétrico (kV) aplicado (penetração dos raios X)
Pode-se determinar a tensão de uma parte do corpo a ser radiografada co auxílio de um acessório chamado espessômetro e da aplicação da seguinte fórmula: kV= E x 2 + C, em que E representa a espessura da parte a ser radiografada e C, a constante do aparelho.
Corrente (mA)
 A corrente (medida em miliampere – mA) expressa a quantidade de raios X utilizados em um determinado exame, conforme o aquecimento fornecido ao cátodo. A corrente está sempre intimamente ligada ao tempo de exposição.
A miliamperagem (mA) aplicada, definirá a quantidade de elétrons que colidirão no ânodo (dose).
Tempo de exposição (s)
Expressa a duração da emissão dos raios X. Pode-se determinar a corrente por segundo (medida em miliampere por segundo – mAs) da área a ser radiografada com o uso da seguinte fórmula: mA= kV x CM, em que CM representa o coeficiente miliamperimétrico.
Quanto maior o mAs, maior a quantidade de elétrons que atingirão o ânodo, gerando maior radiação e definindo a densidade ótica do filme. 
Para calcular o CM é preciso saber que os tecidos do corpo humano estão distribuídos em diversas densidades e, por isso, foram divididos em três grupos.
O primeiro deles é o grupo dos ossos, que apresenta CM= 1,5;
O segundo é o grupo dos músculos e vísceras, que apresenta CM= 1,0;
O terceiro é o grupo dos pulmões, com CM= 0,1;
Exemplo:
Encontrar a tensão e a corrente por segundo em um exame de coluna lombar em que a área abdominal foi medida em 22 cm, sabendo-se que a constante do aparelho de raios X é 30.
Resolução:
kV= 22cm x 2 + 30 = 74, a partir desse resultado pode-se calcular a corrente por segundo:
mAs= 74 x 1,5 que resultará em, mAs=111
É possível, ainda, lançar mão de uma regra de compensação: no exemplo acima, utilizar-se-ia 74kV e 111mAs. Como é sempre bom usar a corrente por segundo o quanto mais baixa possível, deve-se fazer o seguinte:
Aumentar em 10kV (84 KV) e reduzir a corrente por segundo pela metade (55,5mAs).
Conclusão: aumentando-se a tensão em 10 kV em um determinado exame, deve-se diminuir a corrente por segundo pela metade; se a tensão for diminuída em 10 kV, deve-se dobrar a corrente por segundo.
REFERÊNCIAS:
1) Moraes, Anderson Fernandes. Vladimir Jardim. Manual de Física Radiológicas, Yendis Editora,2010.
2) Okuno, Emico, Elisabeth Mateus Yoshimura. São Paulo: oficina de textos,2010.
Sites consultados:
*https://pt.slideshare.net/lucasalmeidaodonto/apostila-de-radiologia-odontolgica
*http://www.unicless.com.br/resources/11%20Radiologia%20-%20Material%20livre%20Internet%20Equipamentos.pdf
http://bia.ifpi.edu.br:8080/jspui/bitstream/prefix/202/1/A%20utiliza%C3%A7%C3%A3o%20de%20raios%20X%20diagn%C3%B3stico%20por%20imagens.pdf
 http://www.tecnologiaradiologica.com/materia_fisica_rx.htm
https://if.ufmt.br/eenci/artigos/Artigo_ID349/v12_n2_a2017.pdf
OBRIGADA!