Aula 3 - Raios X

Prévia do material em texto

Física das Radiações
22 E 27 DE NOVEMBRO DE 2018
Raios X
Parte I
PROFª. CAROLINA ABREU
Introdução
2
• Todo mundo tem um tubo de raios catódicos em casa, dentro de seu aparelho de televisão,
ou na frente de um monitor de seu micro.
• Quem inventou esse tubo e produziu os primeiros raios catódicos foi o inglês William
Crookes, nos anos 70 do século passado.
• A "ampola de Crookes" é feita de vidro ou quartzo e dentro dela se faz o vácuo. Ela contém
duas placas metálicas ligadas a uma fonte de tensão elétrica. A placa ligada ao polo
negativo é chamada de catodo e a outra, ligada ao polo positivo, é o anodo.
Histórico Os Raios X – Como tudo começou?
Introdução
3
• Quando a tensão entre o catodo e o anodo fica bem elevada surge um feixe luminoso que
sai do catodo e atravessa o tubo. São os "raios catódicos".
• Crookes percebeu que o que passou a chamar de raios catódicos eram emanações que
partiam do eletrodo negativo e se propagava em linha reta, e que o local do tubo onde
esses raios incidiam luminescência.
• Ele também conseguiu defletir os raios, aplicando um campo magnético que o fez
conjeturar se seriam cargas negativas.
Histórico Os Raios X – Como tudo começou?
https://www.youtube.com/watch?v=dpoKLj36G5A
https://www.youtube.com/watch?v=dpoKLj36G5A
Introdução
4
• Philipp Lenard modificou o tubo de Crookes, colocando uma janela de alumínio para ver se
os raios catódicos saíam através dessa janela para o exterior.
• Para verificar isso, colocou um anteparo fluorescente e verificou que até uma distância de 8
cm, ele detectava luminescência devida aos raios catódicos.
Histórico Os Raios X – Como tudo começou?
Introdução
5
• Século XIX: A descoberta dos Raios X ocorreu em 8 de novembro de
1895, pelo físico W. Röentgen (1845-1923).
• Ele percebeu que trabalhando com um tubo de raios catódicos ele
conseguia ver um brilho de uma placa de um material fluorescente.
Histórico Os Raios X – Como tudo começou?
• Este brilho persistiu mesmo quando o físico colocou um livro e
uma folha de alumínio entre o tubo e a placa.
Introdução
6
Histórico Os Raios X – Como tudo começou?
• Em dezembro, Röentgen fez a radiação atravessar por 15
minutos a mão da sua mulher (Anna Bertha), atingindo, do
outro lado, uma chapa fotográfica.
• Após a revelação desta, viam-se nela as sombras dos ossos, na
primeira radiografia da história.
Introdução
7
Histórico Os Raios X – Como tudo começou?
• Em 28 de dezembro de 1895, aproveitando os festejos de natal e
final de ano, Röentgen entrega ao presidente da sociedade de física
médica o artigo, convencendo-o a publicar o noticiário as pressas.
• O primeiro jornal a anunciar a descoberta foi o alemão.
Em 1901, Roentgen ganhou o Prêmio
Nobel de Física por sua descoberta. Ele abriu mão dos 50 mil marcos-ouro
para doar para a universidade de
Würzburgo.
Introdução
8
Histórico Os Raios X – Como tudo começou?
- Reconstrução do 
Laboratório de Röentgen.
- Radiografia tirada por Roentgen
de seu rifle de caça.
Antecipação do uso industrial dos Raios X 
como controle de qualidade de peças. 
Primeiro Exame Médico
(03 de Fevereiro de 1986)
Introdução
9
Histórico Os Raios X – Como tudo começou?
Virou objeto de curiosidade pública Ferramenta para artistas
Introdução
10
Histórico Os Raios X – Como tudo começou?
Virou sensacionalismo e charlatanice
Introdução
11
Histórico Os Raios X – Como tudo começou?
Gerou controvérsia com questões éticas de invasão de privacidade e de
afronta à moral e aos bons costumes
Não havia qualquer percepção 
do perigo da radiação
Introdução
12
Histórico Os Raios X – Como tudo começou?
Não havia qualquer percepção 
do perigo da radiação
Introdução
13
Histórico Os Raios X – Como tudo começou?
Nos dias de Hoje (Aplicações) – Muito Cuidado com a Radiação!!!!
Fundamentos de Radiologia
14
• São invisíveis e atravessam corpos opacos (impressionam filmes fotográficos);
• Não são refratários, nem refletíveis, nem polarizados e nem podem ser focalizados por lentes.
• Propagam-se em linha reta e não sofrem desvios em sua trajetória por ação de campos elétricos
nem magnéticos;
• Perdem energia na proporção direta ao n° atômico (Z) do elemento com o qual interagem;
• Causam fluorescência em certas substâncias químicas;
• Diminuem de intensidade na razão inversa do quadrado da distância por eles percorrida (1/r²);
• Produzem ionização.
Natureza e Propriedades dos Raios X Röetgen descreveu suas propriedades!
Fundamentos de Radiologia
15
Produção de Raios X Como?
- Não há material radioativo em um 
equipamento emissor de raios X (Neste caso).
• A formação dos raios X ocorre quando
elétrons energéticos (com alta velocidade)
chocam-se contra um alvo de metal.
• Uma corrente elétrica de alta voltagem
passa através de um tubo com vácuo.
• Este processo faz com que uma corrente
de elétrons de um elemento metálico
(cátodo), aquecido eletricamente, atinja
um alvo metálico (ânodo), após passar
pelo vácuo, produzindo assim os raios X.
Fundamentos de Radiologia
16
Produção de Raios X
Fundamentos de Radiologia
17
Produção de Raios X Como?
Nível atômico https://www.youtube.com/watch?v=dt0YisESKI4
https://www.youtube.com/watch?v=D_M4BXy_Bzw
https://www.youtube.com/watch?v=2yvsr-UO8FA
https://www.youtube.com/watch?v=dt0YisESKI4
https://www.youtube.com/watch?v=D_M4BXy_Bzw
https://www.youtube.com/watch?v=2yvsr-UO8FA
Fundamentos de Radiologia
18
Produção de Raios X Raio X de Freamento
Nível atômico
O
Fundamentos de Radiologia
19
Produção de Raios X Raio X de Freamento
Fundamentos de Radiologia
20
Produção de Raios X Raio X de Freamento
Fundamentos de Radiologia
21
Produção de Raios X Raio X de Freamento
Fundamentos de Radiologia
22
Produção de Raios X Raio X Característico
Fundamentos de Radiologia
23
Produção de Raios X Raio X Característico
Fundamentos de Radiologia
24
Produção de Raios X Raio X Característico
Absorção diferenciada dos fótons por diferentes partes do corpo
Tecidos, músculos, ossos, contraste
Atenuação: Redução da intensidade do feixe
Fundamentos de Radiologia
Atenuação de Raios X
Fundamentos de Radiologia
Atenuação de Raios X
𝐼 = 𝐼𝑜𝑒
−𝜇𝑥
μ =coeficiente de atenuação linear do meio
μ depende do material e da energia da radiação
N° de fótons
𝐼 = 𝐼𝑜𝑒
−𝜇𝑥
Como determinar a camada semirredutora a partir dessa equação?
𝑋1/2= 0,693/μ
Fundamentos de Radiologia
Atenuação de Raios X
Espessura necessária para reduzir a intensidade a metade
Fundamentos de Radiologia
Atenuação de Raios X
𝐼 = 𝐼𝑜𝑒
−𝜇𝑥
𝑋1/2= 0,693/μ
Fundamentos de Radiologia
Atenuação de Raios X
𝐼 = 𝐼𝑜𝑒
−𝜇𝑥
𝑋1/2= 0,693/μ
𝐼 = 𝐼𝑜𝑒
−𝜇𝑥
Resposta: a) 0,0978% b) 32 vezes
𝑋1/2= 0,693/μ
Fundamentos de Radiologia
Atenuação de Raios X
Dependência de μ com a energia e material
Fundamentos de Radiologia
Atenuação de Raios X
Dependência de μ com a energia e material
Fundamentos de Radiologia
Atenuação de Raios X
Dependência de μ com a densidade do material
Fundamentos de Radiologia
34
Equipamentos Radiológicos Onde se usa os raios X?
• Ao raios X são a base de qualquer sistema de:
• Radiografia • Mamografia • Fluoroscopia • Tomografia Computadorizada
Equipamentos de Raios X
35
• O equipamento emissor de raios X para a área do radiodiagnóstico, utilizado em
exames para obtenção de imagem radiográfica são constituídos por:
✓Painel de Controle;
✓Gerador de alta tensão;
✓ Tubo de Raios X.
Embora não seja usual referir-se aos raios X
em termos de comprimento de onda, na
faixa do Radiodiagnóstico (que se estende
de aproximadamente 20 até 150 kV), os
valores de λ vão de 1 a 0,1 Å
Equipamentos de Raios X
36
• Esquema de um Tubo de Raios X
✓ É um tubo de vidro denominado ampola, no qual se faz vácuo e que contém em seu
interior o cátodo e ânodo.
✓ Sua função também é de promover isolamento térmico e elétrico entre as partes.
✓Possui uma janela com espessura menor do que oresto da ampola e pela qual passa o
feixe útil com o mínimo de absorção possível.
✓ O tubo é colocado dentro de uma calota protetora revestida de chumbo, chamada de
cabeçote a fim de reduzir a radiação espalhada.
Equipamentos de Raios X
37
• Esquema de um Tubo de Raios X
✓O cabeçote (também chamado de cúpula) contém a ampola e demais acessórios.
✓Cabeçote é geralmente de alumínio ou cobre e tem função de blindar a radiação de fuga
e proteger a ampola.
✓Possui uma janela radiotransparente por onde passa o feixe.
✓ Comporta o óleo que atua como isolante elétrico e térmico (resfriamento).
Equipamentos de Raios X
38
• Cabeçote do Tubo de Raios X
✓Cátodo (lado negativo do tubo de raios X) divide-se em:
o Filamento: geralmente é um fio de tungstênio (Z = 74) com a forma de espiral, que emite
elétrons devido ao seu aquecimento (Pode ter 1 a 2% de Tório).
Muitos tubos de raios X possuem dois focos, um pequeno chamado de
foco fino (comprimento entre 0,3 e 1,0 mm) e um grande chamado de
foco grosso (comprimento entre 1,3 e 1,5 mm).
Equipamentos de Raios X
39
• Cabeçote do Tubo de Raios X
✓Cátodo (lado negativo do tubo de raios X) divide-se em:
o Focalizador: usado para evitar a dispersão dos elétrons produzidos no filamento.
Equipamentos de Raios X
40
• Cabeçote do Tubo de Raios X
✓Ânodo (lado positivo do tubo de raios X) pode ser de dois tipos:
o Fixo: utilizado em tubos de baixas correntes (equipamentos odontológicos e
equipamentos transportáveis ou móveis).
o Rotatório: usado em tubos de raios X de alta intensidade.
Para o alvo de Tungstênio- Em radiodiagnóstico o diâmetro do ânodo varia entre 5
e 12 cm com angulações de 70 a 120.
- Em radioterapia a angulação oscila entre 26 e 350.
- A maioria dos aparelhos modernos possui ânodo
rotatório cuja velocidade pode atingir até 10.000 r. p. m.
Equipamentos de Raios X
41
• Tipos de Alvo em um Tubo de Raios X (localizado no ânodo)
✓ Tungstênio - Características:
o Alto número atômico, o que implica em grande eficiência de produção de raios X e maior
energia.
o Condutividade térmica quase igual a do cobre, o que resulta em rápida dissipação do
calor produzido.
o Alto ponto de fusão (3370 ºC) → Ao atingir o alvo a temperatura dos elétrons é de 2000 ºC.
o Baixa taxa de evaporação (para evitar a metalização do vidro da ampola).
o Alta resistência física quando aquecido.
Equipamentos de Raios X
42
• Tipos de Alvo em um Tubo de Raios X
✓Outros tipos:
o Molibdênio (Z = 42) e Ródio (Z = 44) que são usados em mamografia.
Equipamentos de Raios X
43
• Ponto Focal (PF)
✓Não é toda a área do ânodo que está envolvida na produção de raios X, mas sim uma
pequena região denominada ponto focal.
✓ É uma área geralmente retangular e pode ser vista nas figuras abaixo:
o O tamanho do PF está relacionado com a
resolução e com a dissipação de calor.
Quanto menor o PF, melhor será a resolução.
Quanto maior for a área do PF, mais facilmente 
dissipará o calor. 
Equipamentos de Raios X
44
• Efeito Anódico
✓ Devido a inclinação da superfície do alvo,
os elétrons que o atingem terão que
atravessar diferentes espessuras do alvo.
✓ Os raios X são produzidos em várias
profundidades no alvo e
consequentemente sofrem atenuações
diferentes.
✓ Quanto mais espesso, mais absorção.
✓ Isto resulta numa intensidade que é
maior no lado do cátodo que do ânodo.
Equipamentos de Raios X
45
• Efeito Anódico
✓ No entanto esta aparente desvantagem
poderá ser utilizada como um benefício,
por exemplo, numa radiografia de tórax,
posicionando-se o paciente com a parte
mais espessa do lado do cátodo.
✓ Deste modo será compensada a
diferença de espessura do paciente pela
maior intensidade do feixe.
Equipamentos de Raios X
46
• Parâmetros de Controle
✓ Tensão do tubo (kV).
✓ Corrente do tubo (mAs).
✓ Tempo de exposição.
✓ Filtro (Tipo/Espessura).
✓ Tipo de Ânodo.
Cálculo do kV
mAs → intensidade do feixe
kV → energia do feixe
Equipamentos de Raios X
47
• Parâmetros de Controle
✓ Tensão do tubo (kV).
✓ Corrente do tubo (mAs).
✓ Tempo de exposição.
✓ Filtro (Tipo/Espessura).
✓ Tipo de Ânodo.
Cálculo do mAs
Equipamentos de Raios X
48
• Parâmetros de Controle
✓ Tensão do tubo (kV).
✓ Corrente do tubo (mAs).
✓ Tempo de exposição.
✓ Filtro (Tipo/Espessura).
✓ Tipo de Ânodo.
✓ 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
ao paciente.
Filtros
o Filtração inerente: ocorre na janela de vidro, no óleo ou no colimador.
o Filtros adicionais: Al, Mo ou Rh
Para filtrar o restante dos fótons de baixa energia, os
aparelhos utilizados em radiodiagnóstico geralmente
utilizam placas de alumínio.Filtros Compensadores
Equipamentos de Raios X
49
• Demais Acessórios
✓ Dispositivos que altera a tensão de uma corrente
alternada, aumentando-a ou diminuindo-a.
✓ O transformador eleva a tensão quando o número de
espiras é maior na secundária que na primária, e a
diminui em caso contrário.
Transformador 
✓ Transformador.
✓ Retificador.
✓ Cabos de Conexão Tensão.
✓ Colimador.
✓ Mesa de comando ou
painel de controle.
Equipamentos de Raios X
50
• Demais Acessórios
✓ Tem a função de transformar a corrente alternada em
corrente contínua.
Retificador
Autorretificador
✓ Tubos que funcionam com a corrente alternada (muito
mais simples, compacto e leve).
Uso em raios X portáteis e odontológicos. 
✓ Transformador.
✓ Retificador.
✓ Cabos de Conexão Tensão.
✓ Colimador.
✓ Mesa de comando ou
painel de controle.
Equipamentos de Raios X
51
• Demais Acessórios
✓ Fazem a ligação transformador com a ampola de raios
X, para que seja estabelecida a diferença de potencial
(ddp) entre cátodo e ânodo.
Cabos de Conexão Tensão 
✓ Transformador.
✓ Retificador.
✓ Cabos de Conexão Tensão.
✓ Colimador.
✓ Mesa de comando ou
painel de controle.
Equipamentos de Raios X
52
• Demais Acessórios
✓ Dispositivos junto ao cabeçote que tem a finalidade de
colimar o feixe primário de raio X, ou seja, fazer com
que o feixe de raio X incida somente na área de
interesse.
Colimador
✓ Transformador.
✓ Retificador.
✓ Cabos de Conexão Tensão.
✓ Colimador.
✓ Mesa de comando ou
painel de controle.
Equipamentos de Raios X
53
• Demais Acessórios
✓ É onde encontramos os seletores para:
Painel de Controle
✓ Transformador.
✓ Retificador.
✓ Cabos de Conexão Tensão.
✓ Colimador.
✓ Mesa de comando ou
painel de controle.
o Ajustes de kV.
o Timer ou cronômetro.
o mA.
o mAs (em alguns).
o Botão liga desliga.
o Botão de preparo e de 
disparo dos raios X. 
Equipamentos de Raios X
54
✓Cabeçote: Tubo de Raios X 
(+ blindagem).
✓Colimador.
✓Mesa 
(Posicionamento).
✓ Estativa(Posicionamento).
✓Detectores:
Bucky + filme ou IP
CCD, DRd ou DRi
✓ Transformadores/retificadores
Equipamentos de Raios X
55
Equipamentos de Raios X
56
✓Como e quem opera?
Então qual a diferença 
entre técnico, tecnólogo, 
físico médico e médico 
radiologista?
Panorama da formação de imagens
57
Panorama da formação de imagens
58
Processamento de Imagens
Imagens médicas Importante ferramenta 
no diagnóstico
Cada técnica de aquisição de 
imagens
Propriedade física e/ou 
fisiológica do corpo
depende
Formação da imagem radiográfica
o A IMAGEM É FORMADA através 
dos raios X que saem do paciente 
e expõe a tela intensificadora 
colocada dentro do chassi.
o A tela intensificadora emite luz, 
que expõe o filme radiográfico 
colocado entre duas telas 
intensificadoras.