raio-X e tomografia

RAIOS-X
Adriana Fontes – Departamento de Biofísica e Radiobiologia
adri-fontes@uol.com.br
NÍVEIS DE ENERGIA
Pelo modelo de Bohr, só determinadas órbitas são permitidas. Diz então que os raios
dessas órbitas são quantizados (discretos). Cada órbita corresponde a um nível de 
energia e está associada a um número n que é chamado número quântico principal. 
Radiação eletromagnética é emitida ou absorvida quando o elétron faz transição 
entre órbitas (níveis de energia).
Einicial - Efinal = energia da radiação = energia do fóton (hc/λ)
Para o átomo de Hidrogênio: E = (- 13.6 / n2). Ou seja:
Efinal – Einicial = -13.6 { (1/ nf)2 – (1/ni)2 }
emissão
absorção
NÍVEIS DE ENERGIA
O modelo básico do átomo é o mesmo para todos os elementos. Cada átomo possui 
uma série de níveis de energia que podem ser ocupados por seus elétrons. Quando 
um átomo absorve ou emite energia em forma de radiação eletromagnética, o elétron 
muda de um nível para outro.
Como as órbitas e consequentemente os níveis de energia são quantizados (discretos), 
o átomo somente é capaz de absorver ou emitir quantidades discretas de energia.
Einicial - Efinal = energia da radiação = energia do fóton (hc/λ)
RAIOS-X
Os raios-X foram descobertos pelo físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen em 1895. Ele 
chamou a “nova radiação” de Raio-X pois sua natureza era desconhecida. Desde então 
tem sido amplamente utilizado na Medicina, na indústria e em pesquisas científicas. 
Após descobrir o Raio-X, Röntgen radiografou a mão de sua esposa (Anna Bertha
Ludwig). Essa pesquisa rendeu-lhe o Prêmio Nobel em Física em 1901.
O raios-X é radiação eletromagnética que podem ser 
produzidos basicamente de duas maneiras:
1. Quando um elétron incidente colide com o material 
e um elétron do material é removido das camadas 
mais internas (camada K com n=1), um eletrón da 
camada mais externa irá ocupar o seu lugar e raio-X 
será emitido nessa transição (transição entre órbitas). 
A energia desse fóton de raio-X representa 
exatamente a diferença entre os níveis de energia
envolvidos. Como cada elemento possui níveis de 
energia específicos, a energia do raio-X é própria do 
material e por isso é chamada de raio-X característico. 
PRODUÇÃO DE RAIOS-X
núcleo
elétron
elétron
PRODUÇÃO DE RAIOS-X
2. Quando elétrons incidentes se aproximam de 
núcleos atômicos de um material, eles são
desacelerados ou desviados (perdem energia 
cinética) pela interação com o núcleo e emitem 
fótons de raio-X. A radiação gerada desse modo 
é conhecida como radiação de frenamento ou
bremsstrahlung. Os fótons de raio-X podem ter 
qualquer energia, desde valores perto de zero 
até um valor máximo que é determinado pela 
energia dos elétrons incidentes. Assim, dessa 
forma se tem a produção de um espectro 
contínuo de raios-X.
Se um elétron incidente perder toda a sua energia pelo frenamento. Toda sua 
energia irá para o fóton de raio-X. Como a energia é inversamente proporcional ao 
comprimento de onda, esse fóton terá o mínimo do comprimento de onda possível. 
Assim: K = eV = E = hc/λ.
PRODUÇÃO DE RAIOS-X
comprimento de onda (nm)
I
n
t
e
n
s
i
d
a
d
e
característico
bremsstrahlung
Por isso que o gráfico não começa 
no zero. Esse valor não depende do 
material, só depende do elétron 
incidente. Quanto maior é a energia 
perdida pela frenagem, menor é o 
comprimento de onda. Quanto 
menor é a energia perdida, maior é
o comprimento de onda do Raio-X.
SISTEMA DE PRODUÇÃO DE RAIOS-X
Componente básico: Tubo de Raio-X que contém (1) emissor de elétrons (filamento 
de tungstênio aquecido – chamado catodo – é o polo negativo), (2) anodo (de cobre 
- polo positivo) que contém material ou alvo com o qual os elétrons vão colidir 
(também chamado anodo e é geralmente feito de tungstênio ou molibidênio). 
A parte externa do tubo é feita de pyrex.
Os elétrons emitidos pelo filamento são 
acelerados por uma diferença de 
potencial que existe entre o anodo e o 
catodo e incidem sobre o alvo 
produzindo raios-X (característico ou 
bremsstrahlung).
SISTEMA DE PRODUÇÃO DE RAIOS-X
No catodo também está o focalizador (elétrons se repelem 
e se espalham -> perda e espalhamento do Raio- X). Para 
evitar isso o filamento é envolvido por uma capa
carregada negativamente que mantém os elétrons mais 
unidos e os concentra numa área menor do anodo.
“Princípio da linha de foco” no anodo. Há também dois 
tipos de anodo (fixo e giratório). Efeito anódico.
Os Raios-X produzidos são emitidos em quase todas as direções. Serão utilizados em 
exames apenas aqueles que atravessam uma janela formando o feixe útil.
Ponto focal é a área do alvo de onde os Raio-X são emitidos (“ponto focal” pequeno -> 
melhor a nitidez da imagem.)
anodo
Raio-X
foco
janela
filamento
SISTEMA DE PRODUÇÃO DE RAIOS-X
Num tubo de raios-X a maioria dos elétrons incidentes sobre o alvo perde sua 
energia cinética de modo gradual nas inúmeras colisões convertendo-as em calor. 
Esta é a razão pela qual tanto o catodo como o anodo são feitos de material de alto 
ponto de fusão. A temperatura é tão alta que ainda precisam métodos especiais de
resfriamento. No interior do tubo de os componentes estão a vácuo para aumentar a 
eficiência de produção de Raio-X. Se não houver vácuo, os elétrons, colidirão com 
partículas de gás diminuindo a produção de Raio-X e aumentando muito calor.
INTERAÇÃO DO RAIO-X COM A MATÉRIA
Os raios-X não interagem (são absorvidos) da mesma forma pelos diferentes
materiais (corpo). É por essa razão que se consegue, por exemplo, radiografar 
partes do corpo para diagnóstico.
Elementos pesados (tais como cálcio e bário) são melhores absorvedores de Raio-X 
que elementos leves como hidrogênio, carbono e oxigênio. Portanto, é por isso que 
estruturas como ossos aparecem nitidamente em radiografias.
Enquanto os ossos absorvem os raios-X, o tecido mole os deixa passar. Por isso nas 
radiografias os ossos são brancos e o restante escuro.
Mas, o que significa absorver? O que causa a absorção?
INTERAÇÃO DO RAIO-X COM A MATÉRIA
Quais são os mecanismos pelos quais os Raios-X são espalhados ou absorvidos pela 
matéria?
1. Efeito fotoelétrico – isso que significa absorver o Raio-X ou em outras palavras é a 
causa da absorção. O efeito fotoelétrico só ocorre em materiais de grande número 
atômico (por isso o Raio-X é eficiente para se visualizar ossos que são justamente 
formados de cálcio). O efeito fotoelétrico também é mais eficiente em uma 
determinada faixa de energia do Raio-X.
fóton
núcleo
elétron
INTERAÇÃO DO RAIO-X COM A MATÉRIA
2. Espalhamento Compton – só espalha o Raio-X. Não colabora em nada para a boa 
imagem médica. Só atrapalha. Também é mais eficiente em uma determinada faixa de 
energia do Raio-X.
3. Transmissão – o Raio-X será transmitido pelo tecido mole com baixo número atômico.
fóton
fóton
elétron
INTERAÇÃO DO RAIO-X COM A MATÉRIA
É o equilíbrio entre a absorção causada pelo efeito fotoelétrico e a transmissão que 
proporciona um bom contraste para se obter uma boa imagem médica de Raio-X. Por 
isso é tão importante se trabalhar na faixa certa de KV.
Energia (KeVx103)
fotoelétrico
compton
N
ú
m
e
r
o
 
A
t
ô
m
i
c
o
RADIAÇÃO IONIZANTE
O raio-X é uma radiação ionizante. Radiação ionizante é toda aquela que ioniza o átomo, 
ou seja, que arranca elétrons do átomo (efeito fotoelétrico). Por isso, toda a radiação 
ionizante é prejudicial ao organismo.
Os danos são cumulativos. A taxa de exposição e a área exposta afetam na magnitude 
dos efeitos. Os efeitos são a curto