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Física e Princípios físicos

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Brasília-DF. 
Física Médica
Elaboração
Igor Duarte de Almeida
Produção
Equipe Técnica de Avaliação, Revisão Linguística e Editoração
Sumário
APrESEntAção ................................................................................................................................. 4
orgAnizAção do CAdErno dE EStudoS E PESquiSA .................................................................... 5
introdução.................................................................................................................................... 7
unidAdE i
Física ................................................................................................................................................... 9
CAPítulo 1
Histórico............................................................................................................................... 9
unidAdE ii
bioFísica ............................................................................................................................................ 25
CAPítulo 1
bioFísica básica .................................................................................................................. 25
unidAdE iii
raio-X e tc ........................................................................................................................................ 35
CAPítulo 1
PrincíPios Físicos do raio-X e tcraio-X ........................................................................... 35
unidAdE iV
ressonância magnética ................................................................................................................. 53
CAPítulo 1
PrincíPios Físicos de rm .................................................................................................... 53
rEfErênCiAS .................................................................................................................................. 70
4
Apresentação
Caro aluno
A proposta editorial deste Caderno de Estudos e Pesquisa reúne elementos que se 
entendem necessários para o desenvolvimento do estudo com segurança e qualidade. 
Caracteriza-se pela atualidade, dinâmica e pertinência de seu conteúdo, bem como pela 
interatividade e modernidade de sua estrutura formal, adequadas à metodologia da 
Educação a Distância – EaD.
Pretende-se, com este material, levá-lo à reflexão e à compreensão da pluralidade dos 
conhecimentos a serem oferecidos, possibilitando-lhe ampliar conceitos específicos 
da área e atuar de forma competente e conscienciosa, como convém ao profissional 
que busca a formação continuada para vencer os desafios que a evolução científico-
tecnológica impõe ao mundo contemporâneo.
Elaborou-se a presente publicação com a intenção de torná-la subsídio valioso, de modo 
a facilitar sua caminhada na trajetória a ser percorrida tanto na vida pessoal quanto na 
profissional. Utilize-a como instrumento para seu sucesso na carreira.
Conselho Editorial
5
organização do Caderno
de Estudos e Pesquisa
Para facilitar seu estudo, os conteúdos são organizados em unidades, subdivididas em 
capítulos, de forma didática, objetiva e coerente. Eles serão abordados por meio de textos 
básicos, com questões para refl exão, entre outros recursos editoriais que visam a tornar 
sua leitura mais agradável. Ao fi nal, serão indicadas, também, fontes de consulta, para 
aprofundar os estudos com leituras e pesquisas complementares.
A seguir, uma breve descrição dos ícones utilizados na organização dos Cadernos de 
Estudos e Pesquisa.
Provocação
Textos que buscam instigar o aluno a refletir sobre determinado assunto antes 
mesmo de iniciar sua leitura ou após algum trecho pertinente para o autor 
conteudista.
Para refletir
Questões inseridas no decorrer do estudo a � m de que o aluno faça uma pausa e re� ita 
sobre o conteúdo estudado ou temas que o ajudem em seu raciocínio. É importante 
que ele veri� que seus conhecimentos, suas experiências e seus sentimentos. As 
re� exões são o ponto de partida para a construção de suas conclusões.
Sugestão de estudo complementar
Sugestões de leituras adicionais, � lmes e sites para aprofundamento do estudo, 
discussões em fóruns ou encontros presenciais quando for o caso.
Praticando
Sugestão de atividades, no decorrer das leituras, com o objetivo didático de fortalecer 
o processo de aprendizagem do aluno.
6
Atenção
Chamadas para alertar detalhes/tópicos importantes que contribuam para a 
síntese/conclusão do assunto abordado.
Saiba mais
Informações complementares para elucidar a construção das sínteses/conclusões 
sobre o assunto abordado.
Sintetizando
Trecho que busca resumir informações relevantes do conteúdo, facilitando o 
entendimento pelo aluno sobre trechos mais complexos.
Exercício de � xação
Atividades que buscam reforçar a assimilação e � xação dos períodos que o autor/
conteudista achar mais relevante em relação a aprendizagem de seu módulo (não 
há registro de menção).
Avaliação Final
Questionário com 10 questões objetivas, baseadas nos objetivos do curso, 
que visam veri� car a aprendizagem do curso (há registro de menção). É a única 
atividade do curso que vale nota, ou seja, é a atividade que o aluno fará para saber 
se pode ou não receber a certi� cação.
Para (não) � nalizar
Texto integrador, ao � nal do módulo, que motiva o aluno a continuar a aprendizagem 
ou estimula ponderações complementares sobre o módulo estudado.
7
introdução
A Física Médica é o ramo da Física que compreende a aplicação dos conceitos, leis, 
modelos, agentes e métodos da física para o diagnóstico e tratamento de doenças, 
desempenhando uma importante função na assistência médica, na pesquisa biomédica 
e na otimização da proteção radiológica.
Com as descobertas na área da Física, foi possível elevar a Medicina a um nível 
tecnológico inimaginável com recursos que vão desde a investigação anatomopatológica 
microscópica até a análise de doenças por meio de pesquisa elétrica, como acontece no 
eletrocardiograma, no eletroencefalograma entre outros.
Os conhecimentos físicos de óptica possibilitaram a invenção do microscópio que, por 
sua vez, ajudou os médicos a compreenderem melhor as estruturas biológicas, assim 
como a descobrir, no século XVII, a existência dos microorganismos e assim aprofundar 
os conhecimentos de uma nova ciência, a Citologia.
Os conhecimentos na área da Citologia ocasionou a descoberta de novos dados 
importantes. O cientista e médico italiano Luigi Galvani descobriu que células 
musculares e nervosas podem gerar eletricidade. Essa eletricidade é conhecida hoje 
por potencial de ação. Com base nesses novos e importantes dados, foram feitas as 
interações do corpo humano com a eletricidade, a fim de extrair benefícios a partir de 
seus princípios físicos. Hoje, utiliza-se a eletricidade para diagnósticos, tratamento de 
doenças e até mesmo na área de estética.
Sem dúvida, uma das descobertas mais importantes para a Medicina aconteceu por 
acaso. Foi a descoberta dos Raios-X por Roentgen.
Sua história é bastante conhecida, principalmente pelos profissionais de imagem, mas 
devemos ressaltar o grande salto que a Medicina deu na área de diagnóstico, a partir do 
conhecimento apresentado por Roentgen.
Hoje, a compreensão desses princípios é importantíssima para a criação de uma imagem 
médica, na correta quantidade de radiações para o diagnóstico de determinada doença 
e até mesmo na administração e no manuseio de medicamentos radioativos utilizados 
nos centros de diagnósticos.
Nesse material, abordaremos, de uma maneira simples e objetiva, aspectos importantes 
sobre a Física, de modo que o aluno compreenda o tema discutido.
8
Estudem com determinação e vontade, sabendo que haverá dificuldade, mas sabendotambém que a recompensa do conhecimento adquirido é algo que não se pode pagar. 
Lembrem-se da importante frase do grande físico Albert Einstein:
O único lugar em que o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário.
Bom estudo!
objetivos
 » Fornecer informações sobre os princípios básicos de Física.
 » Compreender os aspectos histológicos da interação das radiações com os 
tecidos biológicos.
 » Conhecer métodos de proteção radiológica.
9
unidAdE ifíSiCA
CAPítulo 1
Histórico
definição
Na área da Física podemos citar como exemplos de interdisciplinaridade a Físico-
Química, a Biofísica, a Física Médica e a Física Computacional. É preciso lembrar que 
esse movimento em direção à interdisciplinaridade não é nada novo. Grandes cientistas 
do passado deram importantes contribuições tanto na área biológica quanto nas 
ciências exatas. Um exemplo é Helmholtz (1821-1894) que desenvolveu o oftalmoscópio 
e aprofundou estudos sobre a audição, podendo ser considerado um dos pioneiros da 
Física Médica.
Como exemplo de áreas de pesquisa em Física Médica podemos citar:
 » Dosimetria das radiações.
 » Planejamento de tratamentos em Radioterapia.
 » Simuladores físicos (ou fantomas).
 » Proteção radiológica.
 » Processamento de imagens médicas.
 » Controle de qualidade de imagens médicas.
 » Medicina Nuclear.
 » Ultrassonografia.
 » Imagens por Ressonância Magnética.
 » Biomagnetismo.
10
unidAdE i │ fíSiCA
Como se verifica, todos os exames e tratamentos médicos mais modernos e sofisticados, 
com alto teor científico e tecnológico agregado, possuem a participação do físico médico 
(BAFFA, PISA [s. d.]).
Princípios básicos
Hoje é consensual que a ideia de átomo surgiu na civilização grega. Demócrito, 
filósofo grego cujas obras demonstram interesse em história, linguística meteorologia, 
astronomia, entre outros assuntos, sugeriu que o universo tem uma constituição 
elementar única que é o átomo. A própria palavra ÁTOMO vem do grego:
A = partícula de negação
Tomo = cortar
Para Demócrito, as vibrações das partículas invisíveis, indivisíveis e impenetráveis 
produzem todas as nossas sensações.
Os conceitos de átomo e molécula, porém, só começaram a ser aceitos no final do século 
XVlll e início do século XlX, em função dos trabalhos de cientistas como o francês Antoine 
Lavoisier (1743-1794), o inglês John Dalton (1766-1844) e o russo Dmitri Mendeleyev 
(1834-1907). Em 1860, porém, a questão ainda era polêmica, como revelam os registros 
do Congresso de Química realizado em Karlsruhe na Alemanha,, provavelmente a 
primeira conferência científica internacional da história (CASTILHO 2003).
O átomo era representado por uma esferinha tão pequena que não podia ser dividida. 
Daí o termo átomo=indivisível.
Figura 1
Fonte: <www.entendendoquimica.blogspot.com.br>
11
fíSiCA│ unidAdE i
A descoberta do elétron (1897) e a ideia de que o átomo podia ser dividido, a partir 
dos estudos do físico inglês Joseph Thomson (1856-1940), aliadas à observação dos 
fenômenos radioativos, consolidaram os conceitos de átomo e molécula.
Figura 2
Fonte: <www.fisicapaidegua.com>
Hoje se aceita a ideia de que um átomo é dividido em:
 » Núcleo.
 » Eletrosfera.
O núcleo atômico é constituído de prótons e nêutrons.
 » Prótons.
 » Nêutrons.
A eletrosfera é a região onde giram os elétrons.
Figura 3
Fonte: <www.fisicapaidegua.com>
O núcleo do átomo é composto de prótons e nêutrons.
12
UNIDADE I │ FísIcA
Sabe-se que os prótons possuem carga elétrica positiva e os nêutrons possuem carga 
elétrica neutra. Ambos possuem valor de massa 1.
Os elétrons possuem carga negativa e seu valor de massa é quase 2 mil vezes menor que 
a massa dos prótons e nêutrons 1/1840.
Figura 4
Fonte: <www.fisicapaidegua.com>
Estima-se que o núcleo seja dez mil vezes menor que a eletrosfera e mesmo assim 
concentra quase toda a massa do átomo, ou seja, é extremamente denso.
Em contrapartida, a eletrosfera é grande, possui carga negativa e é pouco densa. O 
número de elétrons na eletrosfera é igual ao número de prótons do núcleo.
A figura 4 exemplifica esse fenômeno.
número atômico
O número atômico é o que determina as diferenças entre os tipos de elementos e é 
representado pela letra Z, que corresponde ao número total de prótons do átomo. Isso 
determina o elemento atômico.
Z = Número atômico. 
Átomo de Hidrogênio: 1 próton, 1 elétron
Figura 5
Fonte: <www.fisicapaidegua.com>
13
FÍSICA│ UNIDADE I
Átomo de Carbono: 6 prótons, 6 elétrons
Figura 6
Fonte: <www.fisicapaidegua.com>
Átomo de Oxigênio: 8 prótons, 8 elétrons
Figura 7
Fonte: <www.fisicapaidegua.com>
Massa atômica
Massa é a formação do núcleo de um átomo. É formada por prótons (carga positiva) e 
nêutrons (carga 0 neutra) e representada pela letra A.
O átomo de hidrogênio não possui nêutrons.
Se um átomo de hidrogênio recebe um nêutron passa a se chamar Deutério.
Se um átomo de hidrogênio recebe dois nêutrons passa a se chamar Trítio.
14
UNIDADE I │ FísIcA
Figura 8.
Fonte: <http://www.passo-a-passo.com>
O átomo de carbono possui massa atômica (A) 12. Subtrai-se pelo número atômico que 
também é 6, temos como resultado 6 nêutrons.
Figura 9
Fonte: <www.fisicapaidegua.com>
O átomo de oxigênio possui massa atômica (A) 16. Subtrai-se pelo número atômico que 
também é 8, temos como resultado 8 nêutrons.
Figura 10
Fonte: <www.fisicapaidegua.com>
15
FÍSICA│ UNIDADE I
representação atômica
Para representar um átomo, utilizamos um símbolo. Se tomarmos o átomo de Hidrogênio 
como exemplo, temos a letra H como seu símbolo.
Nessa representação, o número de massa (A) aparece como um expoente e o número 
atômico (Z) apresenta-se como um índice.
Veja o exemplo do Hidrogênio:
Nessa representação, temos o símbolo (H), acima a massa (1) e abaixo o número atômico 
que no Hidrogênio também é (1).
Veja o exemplo do Deutério:
Nessa representação, temos o símbolo (H), acima a massa (1 próton e 1 nêutron) e 
abaixo o número atômico que também é 1.
Veja o exemplo do Deutério:
Veja o exemplo do Urânio:
O Urânio é um elemento de massa atômica 238. Seu número atômico é de 92.
238-92=142 Nêutrons.
isoátomos
São átomos que apresentam em si o mesmo número de nêutrons, massa atômica ou 
número atômico.
16
UNIDADE I │ FísIcA
Esses átomos apresentam alguma semelhança entre si e são classificados em:
 » Isótopos.
 » Isóbaros.
 » Isótonos.
Isótopos são átomos pertencentes ao mesmo elemento químico, ou seja, possuem o 
mesmo número atômico (Z) ou a mesma quantidade de prótons, mas se diferenciam 
pelo número de massa (A).
Assim, entendemos a origem desta palavra que tem origem grega:
 » iso = mesmo.
 » topos = lugar.
Este termo refere-se ao mesmo lugar que ocupam na tabela periódica, por pertencerem 
ao mesmo elemento.
Veja o exemplo:
 Hidrogênio Deutério Trítio
 
A massa dos exemplos acima é diferente, mas o número atômico (1) é igual. São, 
portanto, átomos isótopos.
Veja outro exemplo:
Figura 11
Fonte: <alunosonline.com.br>
17
FÍSICA│ UNIDADE I
Isóbaros são átomos de diferentes números de próton (Z), mas que possuem o mesmo 
número de massa (A). Assim, são átomos de elementos químicos diferentes, mas que 
têm mesma massa, já que um maior número de prótons será compensado por um 
menor número de nêutrons, e assim por diante. Desse modo, terão propriedades físicas 
e químicas diferentes.
Veja:
 Carbono 14 Nitrogênio
 
O carbono 14 possui a mesma massa atômica do nitrogênio.
Isótonos são átomos de diferentes números de prótons e de massa, mas que possuem 
mesmo número de nêutrons, ou seja, são elementos diferentes, com propriedades 
físicas e químicas diferentes.Boro Berílio
Nesse caso, ambos os elementos possuem o mesmo número de elétrons, porém, massa 
e número atômico diferentes.
isótopo radioativo
A radiação é resultado da transformação natural do isótopo de um elemento em um 
isótopo de outro elemento. Estes processos são denominados reações nucleares. Em 
uma reação nuclear, há variação no número atômico de um átomo e, frequentemente, 
variação do número de massa. Muitos isótopos apresentam uma importante 
característica: são capazes de emitir algum tipo de radiação, sendo por isso chamados de 
isótopos radioativos ou radioisótopos. Os átomos dos isótopos radioativos são muitos 
instáveis: seus núcleos liberam radiações alfa, beta ou partículas eletromagnéticas de 
alta energia, convertendo-se em novos elementos (FELTRE 2005).
18
UNIDADE I │ FísIcA
Sabe-se que a massa e o número atômico do átomo de urânio é de:
É sabido que a radioatividade é um fenômeno que ocorre no núcleo do átomo instável.
Esse átomo, libera radiação alfa, radiação beta ou radiação gama.
radiação alfa
Para liberar radiação alfa, o núcleo instável de um determinado átomo libera 2 prótons 
e 2 nêutrons. Se convertendo em outro elemento.
Veja o exemplo com o urânio:
Nesse caso o urânio liberou 2 unidades de prótons e 2 unidades de nêutrons, liberou a 
radiação alfa, como ilustra a figura acima e o elemento urânio foi convertido em tório.
radiação beta
Para liberar a radiação beta, o núcleo instável de uma determinado átomo tem seu 
número atômico aumentado em uma unidade.
As partículas beta são elétrons emitidos pelo núcleo de um átomo instável. Em núcleos 
instáveis betaemissores, um nêutron pode se decompor em um próton, um elétron e 
um antineutrino permanece no núcleo, um elétron (partícula Beta) e um antineutrino 
são emitidos.
Assim, ao emitir uma partícula beta, o núcleo tem a diminuição de um nêutron e o 
aumento de um próton. Desse modo, o número de massa permanece constante.
 Tório Protactínio
19
FÍSICA│ UNIDADE I
As partículas beta são capazes de penetrar cerca de um centímetro nos tecidos 
ocasionando danos à pele, mas não aos órgãos internos, a não ser que sejam ingeridas 
ou aspiradas.
radiação gama
Ao contrário das radiações alfa e beta, que são constituídas por partículas, a radiação 
gama é formada por ondas eletromagnéticas emitidas por núcleos instáveis logo após à 
emissão de uma partícula alfa ou beta.
O Césio-137 ao emitir uma partícula beta, seus núcleos se transformam em Bário-137. 
No entanto, pode acontecer de, mesmo com a emissão, o núcleo resultante não 
eliminar toda a energia de que precisaria para se estabilizar. A emissão de uma onda 
eletromagnética (radiação gama) ajuda um núcleo instável a se estabilizar.
Um núcleo pode emitir radiação alfa e simultaneamente a radiação gama, porém, não 
pode emitir radiação alfa e beta juntas.
É importante dizer que das várias ondas eletromagnéticas (radiação gama, raios-X, 
micro-ondas e luz visível), apenas os raios gama são emitidos pelos núcleos atômicos.
As radiações alfa, beta e gama possuem diferentes poderes de penetração, isto é, 
diferentes capacidades para atravessar os materiais.
A radiação alfa possui massa 4 e número atômico 2. Por isso seu poder de penetração 
é baixo.
A radiação beta possui massa 0 e número atômico -1. Isso torna seu poder de penetração 
razoável.
A radiação gama possui massa 0 e número atômico 0. Por essa razão, seu poder de 
penetração é alto.
20
UNIDADE I │ FísIcA
Figura 12.
Fonte: <if.ufrgs.br>
Assim como os raios-X, os raios gama são extremamente penetrantes, sendo detido 
somente por uma parede de concreto ou metal.
Meia vida
Meia vida é o termo utilizado para referir ao tempo necessário para a atividade de um 
elemento radioativo ser reduzida à metade da atividade inicial.
Vejamos o caso do iodo-131 utilizado em Medicina Nuclear para exames de tireoide e 
que possui uma meia-vida de oito dias.
Isso significa que decorridos 8 dias, a atividade ingerida pelo paciente será reduzida à 
metade. Passados mais 8 dias, cairá à metade desse valor, ou seja ¼ da atividade inicial 
e assim sucessivamente.
Após 80 dias (10 meias-vidas) atingirá um valor cerca de mil vezes menor.
Na natureza existem elementos radioativos que realizam transmutações ou desintegrações 
sucessivas até que o núcleo atinja uma configuração estável. Isso significa que, após um 
decaimento radioativo, o núcleo não possui, ainda, uma organização interna estável e, 
assim, ele executa outra transmutação para melhorá-la. Se não conseguir, prossegue 
até atingir a configuração de equilíbrio.
Em cada decaimento, os núcleos emitem radiações dos tipos alfa, beta e/ou gama como 
vimos anteriormente. Cada um deles é mais organizado que o núcleo anterior. Essas 
sequências de núcleos são denominadas séries radioativas ou famílias radioativas 
naturais.
No estudo da radioatividade, constatou-se que existem apenas três séries ou famílias 
radioativas naturais, conhecidas como Série do Urânio, Série do Actínio e Série do Tório.
21
FÍSICA│ UNIDADE I
A Série do Actínio, na realidade, inicia-se com o Urânio-235 e tem esse nome porque se 
pensava que ela começava pelo Actínio-227. As três séries naturais terminam em isótopos 
estáveis do chumbo, respectivamente, Chumbo-206, Chumbo-207 e Chumbo-208. Os 
principais elementos das séries acima mencionadas são apresentados na figura abaixo.
Figura 13
Fonte: möller [s. d.]
Aplicações dos isótopos radioativos
Dentre as aplicações industriais destacam-se a irradiação de alimentos, a radiografia 
industrial e a radioesterilização (BARBOZA 2009).
22
UNIDADE I │ FísIcA
Alimentos
No Brasil, as primeiras pesquisas utilizando irradiação em alimentos foram feitas 
na década de 1950, pelo Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA), em 
Piracicaba-SP. Os alimentos irradiados foram aprovados pelas autoridades de saúde 
em quarenta países, entre eles o Brasil. Mesmo com a permissão do uso da irradiação 
para conservação de alimentos, os processos se restringiram quase exclusivamente 
às instituições de pesquisas, uma vez que o País contava com um número restrito de 
especialistas (ORNELAS et. al 2006).
A irradiação de alimentos pode ser subdividida em três categorias, classificadas pela 
quantidade de radiação aplicada. Originalmente, em 1964, as subdivisões propostas 
foram:
 » Radurização.
 » Radiciação.
 » Radapertização.
Essa classificação caiu em desuso e encontra-se obsoleta, sendo mais conveniente citar-
se a dose e o objetivo da irradiação. Apesar disso, pelo fato de alguns autores se referirem 
a estes termos, vamos reproduzi-las abaixo, lembrando ao leitor que os limites de dose 
para esta classificação variam de autor para autor, portanto, ela é apenas esquemática 
(COUTO; SANTIAGO 2010).
A radurização é um processo pelo qual o alimento é submetido a doses baixas de 
radiação (<1 kGy). Suas principais aplicações são:
 » inibir brotamentos;
 » retardar o processo de amadurecimento e deterioração em frutas e 
hortaliças;
 » agir contra insetos. 
Figura 14
Fonte: <radiacaosaude.blospot.com>
23
fíSiCA│ unidAdE i
A radiciação é o tratamento do alimento com uma dose média de radiação (1kGy-
10kGy) sufi ciente para que ocorra a redução de micro-organismos presentes na 
superfície ou no interior dos alimentos. Por ocorrer uma redução apenas parcial dos 
desses micro-organismos, os produtos radiciados ainda precisam ser conservados em 
refrigeração (COUTO; SANTIAGO 2010).
A radapertização produz um efeito semelhante ao da esterilização. Consiste na 
aplicação de uma dose mais alta de radiação (10kGy � 45 kGy) que permite a eliminação 
de populações de micro-organismos que promovem estragos nos alimentos. Esse 
processo é utilizado na conservaçãode carnes, dietas e outros produtos. A irradiação 
deve ser feita na embalagem fi nal e o alimento tem de estar pronto para o consumo. 
O alimento, com este tratamento, não tem prazo de validade, mesmo em temperatura 
ambiente, desde que a embalagem seja mantida intacta (COUTO; SANTIAGO 2010).
A ANVISA deixa como opcional a inclusão do símbolo internacional do uso da radiação 
ionizante, radura. Nos EUA o FDA (Food and Drug Administration) tornou compulsório 
o uso da radura, com o texto escrito, nos alimentos irradiados que são comercializados. 
Esta rotulagem é exigida por lei desde 1986 para informar aos consumidores que eles 
estão comprando um alimento que foi processado por irradiação. O aviso é necessário 
porque a radiação não deixa nenhum vestígio aparente indicando que o alimento foi 
processado. O consumidor, em geral, não pode detectar pela aparência, pelo cheiro ou 
pelo toque se um alimento foi irradiado, (COUTO; SANTIAGO 2010).
Figura 15 - radura, símbolo internacional de alimentos tratado por radiação
Fonte: <nslhnmaden.blogspot.com.br>
radioesterilização
No dicionário de língua portuguesa, a palavra esterilizar signifi ca extermínio ou 
supressão de micro-organismos que podem ser encontrados em qualquer objeto ou 
ambiente.
24
unidAdE i │ fíSiCA
A radioesterilização é a esterilização de materiais com o uso de radiação ionizante. É 
utilizada para os mais diversos tipos de produtos, como produtos farmacêuticos (gaze, 
fraldas, cosméticos, seringas e agulhas) e produtos de uso médico, suturas, sondas e 
materiais cirúrgicos em geral (BARBOZA 2009).
A esterilização é a descontaminação por energia ionizante através de raios gama. Esse 
método consiste na exposição dos produtos à ação de ondas eletromagnéticas curtas, 
geradas a partir de fontes de Cobalto 60 em um ambiente especialmente preparado 
para esse procedimento. Como a radiação gama possui alto poder de penetração, os 
organismos podem ser alcançados onde quer que estejam, garantindo assim, total 
eficácia.
Vantagens do método de radioesterilização:
 » processo seguro de esterilização e redução de carga microbiana, pois a 
única variável a ser controlada é o tempo de exposição do produto.
 » livre de resíduos, o tratamento permite que o produto seja utilizado ou 
consumido imediatamente após a aplicação;
 » é economicamente viável para todos os tipos de materiais e não altera a 
temperatura dos itens tratados;
 » possui alto poder de penetração, permitindo o processamento de 
produtos em suas embalagens finais, inclusive de geometria complexa, 
dispensando qualquer tipo de manipulação;
 » é um processo ecológico de esterilização e não possui emissões tóxicas 
nem resíduos, além de não causar impacto na qualidade do ar ou da água;
 » penetra em embalagens e produtos de todos os formatos, inclusive formas 
complexas;
 » compatível com produtos termossensíveis.
25
unidAdE iibiofíSiCA
CAPítulo 1
biofísica básica
íons
Sabe-se que os átomos possuem um núcleo e uma eletrosfera, onde orbitam os elétrons. 
Sabe-se também que o núcleo dos átomos é composto por prótons e nêutrons. O número 
de prótons é o que determina o número atômico e seu valor é equivalente ao número de 
elétrons em sua órbita. Nesse caso, tem-se um átomo eletricamente neutro.
Um átomo eletricamente neutro pode doar ou receber elétrons tornando-se um íon.
Cátions
Se um átomo neutro perder parte de sua carga elétrica negativa (elétron), tem-se um 
desequilíbrio de cargas, onde a positiva prevalece. Nesse caso temos um íon com carga 
positiva que conhecemos por cátion.
Considerando um átomo de Sódio (Na), tem-se 11 prótons em seu núcleo e 11 elétrons. 
Nesse caso um átomo eletricamente neutro.
Figura 16
Fonte: próprio autor
26
unidAdE ii │biofíSiCA
Ao tornar-se estável, o átomo de Sódio (Na) perde elétron da camada externa. Assim 
tem-se 11 prótons no núcleo e 10 elétrons. Nessa configuração, o átomo não está mais 
neutro e sua carga positiva se sobressai, sendo classificado como um íon de carga 
positiva denominado cátion.
O íon Sódio é apresentado sob a fórmula (Na+).
Como há um número menor de elétrons atraídos pelo núcleo, essa atração é mais intensa 
e o íon Sódio (Na+) adquire um raio menor comparando com o átomo Sódio (Na). Veja:
Figura 17
Fonte: próprio autor
Ânions
Se um átomo neutro receber carga elétrica negativa (elétron) tem-se um desequilíbrio 
de cargas, onde o número de prótons é menor que o número de elétrons. Nesse caso 
temos um íon com carga negativa que conhecemos por ânion.
Considerando um átomo de Oxigênio (O), tem-se 8 prótons em seu núcleo e 8 elétrons. 
Nesse caso um átomo eletricamente neutro.
Figura 18
Fonte: próprio autor
27
biofíSiCA│ unidAdE ii
Para tornar-se estável, um átomo de oxigênio recebe 2 elétrons em sua camada exterior. 
Assim tem-se 8 prótons no núcleo e 10 elétrons. Nessa configuração, o átomo não está 
mais neutro e sua carga positiva se é inferior, sendo classificado como um íon de carga 
negativa denominado ânion.
O íon oxigênio é apresentado sob a fórmula (O²-).
Como há um número maior de elétrons atraídos pelo núcleo, essa atração é menos 
intensa e o íon oxigênio (O2-) adquire um raio maior comparando com o átomo oxigênio 
(O).
Veja:
Figura 19
Fonte: próprio autor
Molécula
Uma propriedade que os átomos possuem é a capacidade de se combinar com outros 
átomos para produzir substâncias. Assim podemos dizer que dois átomos ligados entre 
si formam uma molécula. As forças de atração que mantêm os átomos combinados são 
chamadas de ligações químicas.
Os seres vivos são constituídos, principalmente, por átomos de Carbono (C), 
Hidrogênio(H), Oxigênio (O) e Nitrogênio (N). Estes átomos, combinados entre si, 
constituem a base das moléculas biológicas.
As moléculas podem ser constituídas por átomos do mesmo elemento ou por átomos de 
elementos diferentes.
28
unidAdE ii │biofíSiCA
Por exemplo:
Dois átomos de hidrogênio podem combinar-se com um átomo de oxigênio para dar 
origem à molécula de água (H²O).
Figura 20.
Fonte: próprio autor
Dessa mesma forma, os átomos se ligam para formar as moléculas que compõem as 
células que por sua vez, formarão os tecidos biológicos.
Membrana celular
A membrana celular é formada por duas camadas lipídicas. Cada lipídio é constituído 
por um grupo fosfato e um álcool (glicerol) compondo a cabeça da molécula de lipídio, 
além das duas cadeias de ácidos graxos compondo a cauda lipídica.
Figura 21.
Fonte: <fisicanet.com.ar>
29
biofíSiCA│ unidAdE ii
O termo lipídio designa alguns tipos de substâncias orgânicas cuja principal característica 
é a insolubilidade em água e a solubilidade em certos solventes orgânicos. A razão da 
insolubilidade em água é que as moléculas desses lipídios são apolares, por isso não 
têm afinidade por moléculas água. 
Figura 22
Fonte: <pt.wickpedia.org>
A membrana plasmática, representada pelo esquema acima, tem permeabilidade 
seletiva, ou seja, permite a passagem de algumas substâncias e impede outras. Os íons, 
por exemplo, não passam pela barreira da membrana.
A atividade elétrica nos tecidos vivos é um fenômeno que se dá em nível celular, sendo 
estritamente dependente da membrana celular. Em praticamente todas as células vivas 
em que isso foi medido, detectou-se alguma diferença de potencial elétrico entre o 
citoplasma e o meio extracelular. Este é o chamado potencial de repouso ou potencial 
de membrana, cujo valor varia em diferentes tipos de células, indo de 5 a 100 mV, quase 
sempre com o interior negativo em relação ao exterior.
Como já dito, as células têm um potencial de repouso negativo em relação ao exterior. 
Isto é especialmente notável nas chamadas células excitáveis, que são os neurônios, osmiócitos e as células endócrinas.
Nessas células, quando ativadas, o potencial sai do repouso elétrico e muda de valor, 
chegando a inverter sua polaridade e, por um breve período (da ordem das dezenas de 
microssegundos), o interior da célula fica positivo, e o exterior, negativo.
Rapidamente, então, a membrana da célula recobra seu potencial de repouso. Este 
processo, com suas fases de despolarização e repolarização, envolve correntes elétricas 
(iônicas) transmembrana com íons fluindo para dentro e para fora em diferentes etapas, 
consome cerca de 1 milissegundo e é chamado de potencial de ação.
30
unidAdE ii │biofíSiCA
Os potenciais de ação propagam-se ao longo da membrana celular indo do ponto de 
origem até o outro extremo, mobilizando rigorosamente todos os recursos (canais e 
bombas) da membrana. Daí, em parte, a expressão tudo-ou-nada que descreve o 
fenômeno.
Figuras 23, 24, 25 e 26.
Fonte: <www.ced.ufsc.br>
31
biofíSiCA│ unidAdE ii
Em repouso, a célula possui cátions K+ no seu interior. Mesmo sendo um íon positivo, 
sua concentração é baixa e isso torna o interior da célula menos positivo em relação ao 
meio externo.
O exterior da célula é mais positivo que o interior devido à maior concentração de cátions 
Na+. O esquema acima ilustra a excitação celular. Nesse caso, canais dependentes de 
ligante recebem um neurotransmissor excitatório como a acetilcolina, permitindo a 
abertura de canais de entrada de Na+ e assim tornando a parte de dentro da célula mais 
positiva em comparação com a parte externa. Por uma fração de segundos, a célula está 
mais positiva que o meio externo. Isso é conhecido por potencial de ação.
Célula
A configuração química apresentada anteriormente refere-se à membrana plasmática. 
Com esse arranjo, é impossível a passagem de íons de dentro pra fora e vice-versa. 
Quando um íon ultrapassa a membrana, com certeza foi por um estímulo que 
desencadeia a abertura de canais para a transferência de íons com carga positiva 
(cátions), principalmente Na+ e K+.
Essa impermeabilidade celular mantém os pequenos órgãos internos (organelas) 
protegidos para desempenharem sua função. Veja algumas organelas:
Figuras 27
Fonte: <1papacaio.com.br>
1. Lisossomo: digestão celular.
2. Retículo endoplasmático: atuam no transporte de substâncias e produção 
de proteínas.
32
unidAdE ii │biofíSiCA
3. Ribossomos: síntese de proteínas.
4. Mitocôndria: produção de energia através da respiração celular.
5. Complexo de Golgi: transporta para fora da célula a proteína produzida 
no retículo endoplasmático.
6. Cito esqueleto: ajudam a manter a forma da célula.
7. Núcleo: armazena o material genético da célula.
8. DNA: possui todas as informações de formação e manutenção dos tecidos 
do corpo humano.
dnA
O DNA é um composto orgânico cujas moléculas contêm as instruções genéticas que 
coordenam o desenvolvimento e funcionamento de todos os seres vivos. O seu principal 
papel é armazenar as informações necessárias para a construção das proteínas.
A estrutura do DNA proposta por Watson e Crick apresenta duas cadeias de fosfato em 
hélice, no exterior, unidas por duas bases aminadas, no centro. As cadeias formam uma 
hélice similar a uma escada de caracol e as bases são os degraus. Estima-se que toda a 
sequência da fita de DNA tenha cerca de 2 metros de comprimento e fica inserida no 
interior do núcleo das células eucariontes.
O DNA é segmentado em trechos conhecidos por genes. Os genes são os responsáveis 
pela produção de proteínas para o crescimento e a manutenção de uma determinada 
parte do corpo.
Vimos que o retículo endoplasmático produz proteínas. Então, quem produz a proteína?
O gene envia as informações necessárias para o retículo endoplasmático produzir as 
proteínas responsáveis pela manutenção de um determinado tecido.
Se uma pessoa tem olhos verdes, significa que existe um gene dentro de seu DNA que 
contém as informações para a correta produção de proteínas para a manutenção da cor 
verde dos olhos. Mas não são os genes quem produzem a proteína da cor verde e sim as 
organelas. Nesse caso, o retículo endoplasmático a produz a proteína de acordo como 
determina o gene.
33
biofíSiCA│ unidAdE ii
gene
São importantes na coordenação e na síntese das enzimas e demais proteínas, 
determinando assim, as características dos indivíduos, como a cor dos olhos, cor da 
pele, estatura, tendências de comportamento, doenças hereditárias etc.
Dessa forma controla o metabolismo, a reprodução e constituem o material genético ou 
hereditário de todos os seres vivos.
Na figura abaixo, temos o primeiro gene ilustrado com a conformação química dos 
pares de bases. Então cada gene é composto por uma sequência de pares de base que se 
combinam entre si para armazenar as características de cada parte do corpo. 
Figuras 28
Fonte: <cynara.com.br>
As bases púricas apresentam-se em cadeia de dois anéis.
São elas:
 » Adenina.
 » Guanina.
34
unidAdE ii │biofíSiCA
As bases pirimídicas apresentam um só anel.
São elas:
 » Citosina.
 » Timina.
A adenina (A) pareia-se com a Timina (T) e a Guanina (G) pareia-se com a Citosina (C).
Os pares de bases AT são mantidos por duas pontes de hidrogênio.
Os pares de bases CG são mantidos por três pontes de hidrogênio.
A compreensão dessas informações é importante em nosso estudo pela interação das 
radiações nessa conformação em nível molecular podendo alterar qualquer átomo 
que compõe as bases que, por sua vez, compõem o gene. Esse gene molecularmente 
modificado poderá induzir a produção de proteínas descaracterizadas por parte das 
organelas e isso pode alterar alguma característica do corpo, configurando anomalia 
anatômica e até mesmo um tumor.
Veja o que acontece com vegetais expostos à altos níveis de radiação.
Figuras 29.
Fonte:<buzzly.fr>
O terremoto que atingiu o Japão em março de 2011, além de produzir tamanha destruição 
pelas ondas gigantes que devastaram inúmeras cidades costeiras, produziu danos à 
usina nuclear de Fukushima liberando índices alarmantes de radiação no ambiente. 
Embora a cidade esteja inabitada, verifica-se o resultado da interação da radiação com 
a genética vegetal. A imagem acima ilustra bem esse fenômeno que gerou um pepino 
que produz folhas.
A radiação ultravioleta emitida pelo sol interage com os átomos constituintes das 
moléculas de DNA das células do tecido epitelial. Qualquer alteração das cadeias que 
compõem os genes pode gerar câncer de pele.
35
unidAdE iiirAio-X E tC
CAPítulo 1
Princípios físicos do raio-x e tCraio-X
Já é de conhecimento que os raios-X foram descobertos por acaso por Roentgen. A partir 
dessa descoberta iniciaram-se novas pesquisas sobre o estudo de anatomia de modo 
não invasivo. A técnica foi aprimorada e hoje temos exames de raios-X convencional de 
ótima qualidade.
Os raios-X são da mesma família que a radiação gama e isso é facilmente comprovado 
com o estudo do espectro eletromagnético.
Veja:
Figura 30
Fonte: <flexomagazine.blogspot.com.br>
A figura acima mostra que, quanto maior a frequência, menor o comprimento de onda. 
E essa frequência determina a diferença entre as radiações. Repare que uma pequena 
faixa entre o infravermelho e o ultravioleta representa a luz visível.
36
unidAdE iii │rAio-X E tC
Após a faixa de onda correspondente à luz ultravioleta, temos os raios-X.
Raios-X são basicamente o mesmo que os raios de luz visível.
Como ilustra na imagem acima, ambos são formas de ondas de energia eletromagnética 
carregadas por partículas chamadas fótons.
Então a diferença entre raios-X e raios de luz visível é a energia dos fótons 
individualmente. Isto também é chamado de comprimento de onda dos raios.
geração do raio-X
Os raios-X sãogerados artificialmente a partir de uma ampola contendo um catodo e 
um anodo. Vimos nos módulos anteriores, a formação de radiação alfa, beta e gama. 
Todas são geradas no núcleo do átomo.
A partir de agora veremos a formação dos raios-X a partir dos elétrons na órbita do 
átomo de tungstênio.
A ampola de raios-X é constituída de vidro e revestido por metal. Sua função é isolamento 
térmico e elétrico entre catodo e anodo que encontram-se no interior da ampola e são 
essenciais na produção dos raios-X. 
O catodo (1) é o eletrodo negativo do tubo de raios-X. É constituído de um pequeno fio 
espiral semelhante à resistência de uma lâmpada incandescente dentro de um copo de 
focagem. Sua principal função é emitir feixes de elétrons (e) ao encontro de um anodo (2).
Figura 31
Fonte: <hyperphysics.phy-astr.gsu.edu>
O anodo é polo positivo do tubo de raio-X. É constituído de metal tungstênio, cujos 
átomos possuem número atômico de 74 e está representado pela letra W.
Veja a configuração do átomo de Tungstênio:
37
rAio-X E tC│ unidAdE iii
Figura 32
Fonte: próprio autor
O anodo recebe os elétrons em feixes emitidos pelo catodo e o contato entre os elétrons 
e o anodo vai gerar os raios-X.
Figura 33.
Fonte: <hyperphysics.phy-astr.gsu.edu>
A ampola permite a criação de raio-X a partir de dois fenômenos físicos distintos:
 » Bremsstrahlung.
 » Radiação característica.
bremsstrahlung
Nesse caso os raios-X são produzidos quando um elétron passa próximo ao núcleo de 
uma átomo de tungstênio. Esse elétron é atraído pelo núcleo do átomo e desviado de 
sua trajetória original. Com isso, o elétron perde parte de sua energia cinética, emitindo 
parte dela como fótons de radiação X.
38
unidAdE iii │rAio-X E tC
Figura 34.
Fonte: próprio autor
<http://www.youtube.com/watch?v=P0Xi-dJskY8>
radiação característica
A radiação gerada pelo método Bremsstrahlung não tem qualquer interferência no 
átomo de Tungstênio diferente da radiação característica, cuja principal ação é fornecer 
energia sufi ciente para retirar um elétron da órbita mais próxima do núcleo, provocando 
uma instabilidade. Para retornar em sua estabilidade, um elétron da camada acima 
migra para o lugar do elétron retirado. Nessa migração, há a liberação de radiação.
Figura 35
Fonte: próprio autor
<http://www.youtube.com/watch?v=n9FkLBaktEY>
39
rAio-X E tC│ unidAdE iii
Características dos raios-X
Uma imagem de raios-X convencional é basicamente uma sombra do osso projetada no 
filme radiográfico. Como vimos no espectro eletromagnético, os raios-X, assim como os 
raios gama, são luzes invisíveis.
Isso pode ser facilmente comprovado com a simples experiência com a luz:
Projete uma fonte de luz da parede e obstrua a luz com um objeto.
Aproxime o objeto da fonte de luz. Você vai ver que a sombra tende a aumentar de 
tamanho.
Afaste o objeto da fonte de luz e quanto mais longe da fonte de luz menor é a sombra.
Figura 36
Fonte: <saude.hsw.uol.com.br>
A mesma coisa acontece em uma imagem de raios-X convencional.
Parte da luz emitida fica retida no osso. Dessa forma, os raios-X não chegam até o filme 
que não será queimado pela radiação permanecendo com a coloração clara. Onde a luz 
do raio-X atinge o filme, deixa-o escurecido.
40
UNIDADE III │RAIO-X E TC
Figura 37
Fonte: próprio autor
Veja que na radiografia, onde tem coloração clara, pouca radiação passou para queimar 
o filme. Onde a coloração é escura muita radiação passou e queimou o filme deixando 
com essa característica.
Figura 38
Fonte: próprio autor
Na imagem acima, temos o fenômeno da magnificação devido à aproximação do 
homem no equipamento emissor de luz (raios-X). Observe que houve um aumento 
desproporcional das estruturas torácicas.
41
rAio-X E tC│ unidAdE iii
Figura 39
Fonte: <www.urbexforums.com>
<http://www.youtube.com/watch?v=I3s5HFQ2YME>
Contraste em raios-X
Sabe-se que os tecidos moles apresentam baixa densidade e por isso não se aparecem 
ao método de raios-x, porém, para se estudarem determinados órgãos através dessa 
técnica, torna-se imprescindível a utilização de substância hiperdensa no interior desse 
órgão, de modo a ter sua silhueta no exame de raios-X.
O principal meio d e contraste utilizado é o Iodo que é representado pela letra (I).
Veja a confi guração do átomo de Iodo:
42
unidAdE iii │rAio-X E tC
Figura 40
Fonte: próprio autor
A estrutura básica dos meios de contraste iodados é formada por um anel benzênico, ao 
qual foram agregados átomos de Iodo (I) e grupamentos complementares, onde estes 
ácidos influenciam diretamente com a sua toxicidade.
Figura 41
Fonte: próprio autor
Figura 42
Fonte: <radiology.org>
43
rAio-X E tC│ unidAdE iii
Comparação de duas radiografias com a mesma incidência, porém, uma utilizando-se 
do contraste para ureteres e pelve renal e outra sem contraste. Fica claro que os raios-X 
sem contraste é ineficaz no diagnóstico de órgãos ou tecidos moles.
Características do contraste iodado:
 » equilíbrio duas horas após injeção;
 » não é metabolizado;
 » eliminado inalterado na urina por filtração glomerular; 
 » não é reabsorvido nos túbulos; 
 » meia vida 2 horas;
 » 75% eliminado em 4 horas; 
 » 98% eliminado em 24 horas.
Vias de administração
 » Oral: quando o meio de contraste é administrado pela boca.
 » Parenteral: quando o meio de contraste é administrado por vias 
endovenosas.
 » Endocavitário: quando o meio de contraste é ministrado por orifícios 
naturais que se comunicam com o meio externo como uretra e reto.
 » Intracavitário: quando o meio de contraste é ministrado via parede da 
cavidade em questão como em fístula.
tomografia computadorizada
Os princípios físicos da tomografia computadorizada são os mesmos do raio-X 
convencional. Portanto, para a obtenção de imagens em tomografia computadorizada, 
são utilizados os mesmos raios-X, diferindo apenas no tipo de feixe de raio-X empregado.
Na radiografia convencional, o feixe de raio é piramidal e a imagem obtida é uma imagem 
de projeção, na tomografia computadorizada o feixe é emitido por uma pequena fenda 
e tem a forma de leque.
44
unidAdE iii │rAio-X E tC
Na tomografia computadorizada o tubo de raios-X gira 360 graus em torno da região do 
corpo a ser estudada e a imagem obtida é conhecida por tomograma, ou seja, são fatias 
(slices). Em oposição ao feixe de raios-X emitidos, temos um sistema detector de fótons 
que gira sincrônicamente ao tubo de raios-X de modo a captar os fótons resultantes da 
interação com os tecidos como ilustra a imagem a seguir.
Figura 43
Fonte: <radiology.org>
A imagem ilustra os materiais e sua interação com os raios-X.
Na esquerda da figura tem o chumbo, que é um metal radiopaco, ou seja atenua 
completamente o raio-X de modo que não ultrapassa nenum fóton para estimular o 
sensor. Nesse caso temos baixa tensão gerada pelo sensor e o computador lê imagem 
branca.
O fígado apresenta média opacidade e o resultado após sua interação com os raios-X é 
a atenuação de boa parte da radiação de modo que o sensor capta os fótons resultantes 
dessa interação e produz uma média tensão que será lida como uma imagem cinza.
Na outra extremidade da figura, temos o ar. Esse não absorve raios-X e o resultado é 
a captação da radiação em sua totalidade. Nesse caso, os sensores geram uma grande 
tensão que será lida como cor escura.
45
rAio-X E tC│ unidAdE iii
Figura 44
Fonte: <radiology.org>
Dessa forma, a quantidade de fótons recebidos pelos detectores depende da espessura 
do objeto ou tipo de tecido e da capacidade deste de absorver os raios-X. Os detectores 
de fótons da tomografia computadorizada transformam os fótons emitidos em sinal 
analógico(corrente elétrica). Quanto mais fótons de raios-X atingem os detectores, 
maior é a diferença de potencial ou voltagem que cada detector fornece ao computador. 
A figura acima ilustra essa diferença de tensão captada a partir do resultado final da 
interação dos raios-X com os tipos de tecido.
O sinal analógico vai ser convertido em sinal digital através do sistema de computação 
e será processado para formar a imagem final.
Figura 45
adaptada de: <acbo.org.br>
46
unidAdE iii │rAio-X E tC
Representação dos detectores de raios-X dos tomógrafos.
Da direita para a esquerda temos:
 » Detector de tomógrafo de quinta geração (helicoidal).
 » Detector de tomógrafo multislice com um conjunto de 4 canais.
 » Detector de tomógrafo multislice com um conjunto de 8 canais.
 » Detector de tomógrafo multislice com um conjunto de 16 canais.
Sensores ou detectores
Nos equipamentos de tomografia computadorizada, os detectores transformam 
as informações do perfil de atenuação do paciente em sinais elétricos. Estes sinais 
analógicos são então convertidos para digitais através de um conversor analógico digital 
e sofrem um processo matemático para a formação da imagem.
A carga em tubo de raios-X pode ser reduzida a um nível de ruído constante se a 
eficiência dos detectores for aumentada. Nos equipamentos de tomografia são utilizados 
detectores de estado sólido ou câmaras de ionização contendo gás xenônio (BECK 1996).
detectores xenônio
São os dispositivos responsáveis pela interação com os fótons de raios-X transformando 
em eletricidade para enviá-las à central de processamento de dados do computador.
Os detectores com gás xenônio pressurizado possuem uma eficiência que pode variar 
de 40 a 65%. É um número baixo comparado ao outro método, mas os detectores de 
xenônio são mais estáveis a variações de temperatura e apresentam menor curva de 
histerese. 
Para períodos de rotação do tubo em torno do paciente e tempos de exposição mais 
curtos, os detectores a gás apresentam uma certa vantagem relacionada ao tempo de 
resposta do mesmo (BECK 1996).
detectores sólido
São os sensores do tipo CCD (Charged Coupled Device) ou Dispositivo de Carga 
Acoplado.
47
rAio-X E tC│ unidAdE iii
São detectores de luz similares aos das máquinas fotográficas digitais.
Os detectores de estado sólido são construídos com tungstato de cádmio (CdWO4) 
ou com um cintilador cerâmico acoplado a um fotodiodo e sua eficiência de detecção 
varia de 65 a 85%. Nesse caso, o sensor CCD é mais eficiente no que diz respeito à 
sensibilidade aos raios-X em comparação com o gás xenônio (BECK 1996).
diodo
Diodo é um dispositivo eletrônico considerado como um semicondutor. É um 
componente que pode comportar-se como condutor ou isolante elétrico, dependendo 
da forma como a tensão é aplicada aos seus terminais.
A imagem a seguir ilustra o símbolo do diodo apresentado em esquemas de dispositivos 
eletrônicos.
O diodo é amplamente utilizado em dispositivos eletrônicos. Trata-se de uma junção 
Positivo/Negativo que, quando polarizado diretamente, conduz corrente elétrica e 
quando polarizado inversamente, funciona como uma chave aberta e não conduz 
corrente elétrica.
Diodos são usados, principalmente, em circuitos retificadores, ou seja, tem-se uma 
fonte de corrente AC (corrente alternada) com diodos consegue-se transformar esse 
corrente em CC (corrente contínua). Veja:
Figura 46
Fonte: próprio autor
48
unidAdE iii │rAio-X E tC
Figura 47.
Fonte: próprio autor
O sensor CCD é constituído por diodos ativados por luz.
Veja seu símbolo do Fotodiodo:
Esse diodo é o oposto do LED (diodo emissor de luz).
Veja o símbolo do led:
Essa imagem ilustra o sensor CCD de câmera digital.
Figura 48
Fonte: <imagesurvey.com.br>
49
rAio-X E tC│ unidAdE iii
<http://www.youtube.com/watch?v=U6Wvmrc3akc>
A seguir uma ilustração de sua posição e funcionamento em conjunto.
Figura 49
Fonte: <youtube.com/watch?v=JrWfk6ih_ni>
Note a sequência de sensores CCD com o símbolo do diodo em sua ilustração.
Figura 50
Fonte: <youtube.com/watch?v=ie6Pnga8aiY>
Os sinais elétricos produzidos com a interação dos raios-X e os tecidos do corpo 
passam por uma resistência (após o diodo) e seguem para o computador para formar a 
imagem em corte. Os sinais dos detectores codifi cados que alimentam os programas de 
reconstrução da imagem são denominados dados brutos.
50
UNIDADE III │RAIO-X E TC
A reconstrução de imagem de tomografia é um processo realizado por computador, em 
que algoritmos matemáticos transformam os dados brutos em imagem numérica ou 
digital. A imagem digital é uma matriz bidimensional, em que cada elemento de matriz, 
denominado pixel, recebe um valor numérico denominado de número de tomografia 
computadorizada.
O número de tomografia computadorizada está relacionado ao coeficiente linear médio 
de atenuação do elemento do objeto, o voxel, que ele representa.
Janela
O olho humano não pode distinguir os 4.000 valores da escala de cinza. Uma única foto 
não é capaz de fornecer todas as informações necessárias. O computador disponibiliza o 
recurso de Janela e Centro que são variações do nível de brilho e contraste possibilitando 
a visualização otimizada para cada tecido do corpo.
Valores de atenuação acima do limite superior da janela aparecem com tom branco e 
aqueles abaixo do limite inferior são apresentados em tom preto.
Figura 51
Fonte: próprio autor
Esse recurso define a extensão de níveis de cinza que me interessa para ver uma 
determinada parte do corpo. A largura de janela define os limites superior e inferior da 
Escala de Hounsfield que realmente interessam.
51
RAIO-X E TC│ UNIDADE III
Figura 52
Fonte: próprio autor
O nível ou centro da janela determina o centro da escala de densidades, ou seja, quais 
estruturas e órgãos são representados com os níveis intermediários de cinza.
Os ajustes da janela devem ser realizados de acordo com as estruturas a serem 
diagnosticadas.
Veja na imagem acimas que a mesma imagem com contraste diferente nos dá uma 
visão diferente dos tipos de tecidos. Nisso constitui a importante função centro janela.
Proteção radiológica
Na tomografia computadorizada são utilizados os mesmos parâmetros de segurança dos 
exames radiografia convencional, onde a permissão de acompanhante na sala de exame 
é proibido, com exceção de alguns casos, casos esses o acompanhante que permanecer 
na sala de exame de tomografia terá que utilizar os equipamentos de proteção, tais 
como:
 » óculos plumblífero.
 » avental de chumbo.
 » protetor de tireoide.
 » luvas de chumbo.
52
UNIDADE III │RAIO-X E TC
Figura 53
Fonte: <trabalhodefisicahell.blogspot.com.br>
53
unidAdE iVrESSonÂnCiA 
MAgnétiCA
CAPítulo 1
Princípios físicos de rM
definição
A ressonância magnética é um fenômeno físico que permite obter informação estrutural 
e dinâmica sobre a matéria, baseando-se na detecção das propriedades magnéticas dos 
núcleos. Essa técnica espectroscópica utilizada por cientistas para obter informações físicas 
e químicas de moléculas, teve um enorme avanço quando aplicada para fins médicos.
Na Medicina, a ressonância magnética é utilizada nos equipamentos que produzem 
imagens do interior do corpo humano em pleno funcionamento de forma não invasiva. 
Tais imagens auxiliam na identificação de tumores ou variações de forma no organismo. 
Sendo assim, a ressonância magnética na medicina tornou-se um dos métodos mais 
utilizados e um dos mais significativos avanços para a Medicina no que se diz respeito 
à imagem (OLIVEIRA; BORDUQUI 2014).
Para a compreensão dessa técnica precisamos compreender dois princípios:
 » magnetismo.
 » rádio frequência.
Figura 54
Fonte: Hart JÚnior(2014)
54
unidAdE iV │ rESSonÂnCiA MAgnétiCA
Magnetismo
A história do magnetismo começou com um mineral chamado Magnetita (Fe3O4). 
O mineral recebeu esse nome por ter sido encontrado na cidade de Magnésia, hoje 
conhecida por Manisa, Turquia. Essa foi a primeira substância com propriedades 
magnéticas conhecida pelo homem e seu poder de atrair ferro já era conhecido séculos 
antes de Cristo.
A força magnética que age em condutores percorridos por corrente, em um campo 
magnético, é muito importante e através de seu conhecimento podem-se explicar 
os fenômenos magnéticos. Estando a carga elétrica em movimento em um campo 
magnético, há uma interação entre esse campo e o campo originado pela carga. Esta 
interação manifesta-se por forças que agem na carga elétrica, denominadas forças 
magnéticas.
Um campo magnético não atua sobre cargas elétricas em repouso, mas se pegarmos 
esta carga e lançarmos com uma velocidade V em direção a uma área onde há um 
campo magnético B, pode aparecer uma força magnética F atuando sobre esta carga. As 
características desta força magnética foram determinadas pelo físico Hendrick Antoon 
Lorentz (1853-1920) e são representadas pela regra da mão esquerda.
Figura 55
Fonte: <osfundamentosdafisica.blogspot.com.br>
Mais ou menos em 1050 dC, marinheiros passaram a utilizar magnetitas presas em 
madeira flutuando na água no interior de um recipiente para se orientarem na direção 
correta. A magnetita girava gradualmente até apontar na direção norte e sul. Nascia 
então a bússola.
Essa ferramenta possibilitou expressivos avanços na embarcação.
55
rESSonÂnCiA MAgnétiCA │ unidAdE iV
<http://www.youtube.com/watch?v=fyGxqyddKUY&list=PLkndHttWYNfEtu1Fy
JhTtmr1T6SlvMDA0>
O magnetismo é uma propriedade cuja natureza é de origem elétrica e está relacionada 
com uma carga em movimento. As propriedades magnéticas dos materiais têm sua 
origem na estrutura eletrônica dos átomos.
Do ponto de vista clássico, são de dois tipos os movimentos associados ao elétron que 
podem explicar a origem dos momentos magnéticos:
 » o momento angular orbital do elétron;
 » o momento angular do spin do elétron.
As propriedades magnéticas dos materiais têm sua origem nos átomos, pois quase 
todos os átomos são dipolos magnéticos naturais e podem ser considerados como 
pequenos ímãs, com polos norte e sul. Isto é algo que decorre de um somatório de 
dipolos magnéticos intrínsecos devidos ao spin do elétron, pois este movimento cria 
um dipolo magnético próprio. Sabe-se que dois dipolos próximos e de igual intensidade 
anulam seus efeitos se estiverem alinhados antiparalelamente e somam seus efeitos 
se estiverem alinhados paralelamente, portanto apenas os elétrons desemparelhados é 
que contribuem para o magnetismo.
domínios
Quando Ampère descobriu que os efeitos magnéticos também poderiam ser produzidos 
por correntes, ele propôs a teoria de que as propriedades magnéticas de um corpo são 
originadas por um grande número de minúsculas correntes circulares dentro desse 
corpo.
O campo magnético total no material seria então a soma do campo gerado pela 
corrente externa com o campo gerado por estas correntes microscópicas. Mais tarde, 
foi desenvolvida a teoria dos domínios. Os elétrons apresentam uma propriedade 
chamada spin que faz com que eles se comportem como pequenos imãs. Nos materiais 
magnéticos, o campo magnético total devido aos spins dos elétrons é zero, seja porque 
eles se anulam naturalmente, seja porque estão orientados de forma aleatória. Isto 
acontece por conta do princípio de minimização da energia. 
Em materiais magnéticos como o ferro e o aço, os campos magnéticos dos elétrons se 
alinham formando regiões que apresentam magnetismo espontâneo.
56
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Essas regiões são chamadas de domínios.
Veja o exemplo:
O campo magnético de um átomo de ferro é tão forte que as interações entre átomos 
vizinhos podem dar origem a grandes aglomerados de átomos alinhados uns com os 
outros.
Esses aglomerados são chamados por domínio magnético.
Na imagem a seguir vemos um domínio magnético isolado ao lado de um pedaço de 
ferro.
Figura 56
Fonte: <fisicaatual.com.br>
Veja na fi gura acima que o pedaço de ferro é formado por compartimentos com 
orientações diferentes. Esses compartimentos são os domínios magnéticos que não 
estão a linhados entre si.
Por isso, nem todo ferro é um ímã.
Se todos os domínios se alinharem, temos um pedaço de ferro com propriedades de 
ímã.
Para o fe rro apresentar propriedades de ímã, precisa ter o alinhamento de seus átomos 
em uma direção. Isso é possível se colocar uma barra de ferro no interior de uma 
bobina magnética como acon tece com os dispositi vos solenoides utilizados em válvulas 
elétricas.
Solenoide
<http://www.youtube.com/watch?v=SwqM8zpmAD8>
57
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Figura 57
Fonte: próprio autor
Nesse caso, tem-se o alinhamento dos domínios magnéticos e o ferro passa a ter 
características de ímã.
Se a bobina estiver sem energia, os domínios magnéticos retornam à sua posição original 
e o ferro perde essa propriedade, pois seus domínios retornam à sua posição original, 
ou seja, posição aleatória.
Figura 58
Fonte: próprio autor
bobina magnética
A figura anterior evidencia a atividade magnética produzida por uma bobina de metal 
energizada. Para se ter esse conhecimento foi necessário provar que o magnetismo e a 
eletricidade eram coisas distintas.
58
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Para fazer tal façanha, o físico Hans Christian Orsted, em 1820, fez seu experimento 
utilizando um fio condutor e uma bússola. Nesse experimento, ele colocou a bussola 
perpendicular ao fio condutor e ligou a chave para fluírem os elétrons. A bússola 
permaneceu parada e isso reforçou a teoria de que magnetismo e eletricidade não 
tinham nada em comum.
Figura 59
Fonte: próprio autor
Ao colocar a bússola paralela ao mesmo fio condutor, ele obteve outra ação quando 
ligou a chave. Nesse caso a agulha se fixou apontando para o oeste.
Isso ficou claro que a eletricidade e o magnetismo eram sinônimos.
Figura 60
Fonte: próprio autor
A partir desse experimento, sabemos que, quando uma corrente elétrica atravessa um 
fio condutor, é criado em torno dele um campo magnético.
Veja:
59
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Figura 61
Fonte: <brasilescola.com>
Se enrolar esse mesmo fio em espiral (bobina), temos uma grande concentração de 
campo magnético. O magnetismo de cada espiral da bobina interage com o campo da 
espiral vizinha e o resultado é um campo magnético combinado.
Veja:
Figura 61
Fonte: <endesaeduca.com>
O resultado final de uma bobina energizada é o mesmo de um ímã.
Figura 62
adaptado de: <endesaeduca.com>
60
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Vídeo experimento de magnetismo
<http://www.youtube.com/watch?v=tXLHQ8K1oO0>
Magneto
O magneto corresponde a maior parte do equipamento de ressonância magnética. 
Existem dois tipos de magnetos:
 » Permanente.
 » Eletromagneto.
O magneto permanente possui poder magnético próprio e não pode ser desligado.
O eletromagneto produz um campo magnético criado passando-se uma corrente elétrica 
através da bobina interna. Nesse caso, precisa de grande quantidade de energia para 
produzir grande campo magnético. Por isso, deve ser refrigerado por gás hélio, pois o 
calor produzido é muito grande.
O campo magnético é calculado em tesla e representado pela letra T. Quanto maior o 
magnetismo sua mensuração em tesla. 
Teste de magnetismo
<http://www.youtube.com/watch?v=eCBT10bJH4k>
Tesla é a unidade de medida para campos magnéticos. O termo tesla (T) é uma 
homenagem ao físico Nikola Tesla. Só pra se ter ideia, um tesla é vinte milvezes o valor 
do campo magnético da terra.
Os equipamentos de ressonância magnética possuem entre 1 a 3 T.
61
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Figura 63
Fonte: <g1.com>
A imagem acima ilustra um acidente que ocorreu no Hospital de Base de Brasília. Um 
profissional da limpeza entrou na sala para iniciar o trabalho quando a enceradeira foi 
atraída pelo forte campo do magneto de ressonância magnética.
rádio frequência
Se verificar na figura 30 (espectro eletromagnético) verá que as ondas de rádio são 
radiações eletromagnéticas com comprimento de onda maior e frequência menor do 
que a radiação infravermelha. São usadas para a comunicação em rádios amadores, 
radiodifusão (rádio e televisão) e telefonia móvel.
São geradas normalmente a partir de um cristal de quartzo excitado por uma corrente 
elétrica que produz vibrações na frequência desejada. Essa frequência pode variar de 
3 KHZ a 500 MHZ. O sinal de rádio produzido pode ser transmitido por bobinas ou 
antenas.
Os fornos de micro-ondas produzem radiofrequência utilizando-se de uma ampola 
denominada magnetron (é diferente de magneto). O magnetron transforma corrente 
elétrica em ondas de rádio por um mecanismo similar à produção de raios-X. Uma 
antena é apontada para o prato onde está o alimento e a radiofrequência provoca o 
aquecimento do alimento pela interação com suas moléculas.
A radiofrequência está sendo utilizada abundantemente na medicina para fins de 
tratamento, mas também é empregada no exame de ressonância magnética.
62
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A radiofrequência é gerada a partir das bobinas de emissão e recepção. Estas bobinas 
atuam como antenas para produzir e detectar as ondas de rádio que são denominadas de 
“sinal de ressonância magnética”. Uma bobina de radiofrequência típica está encerrada 
no portal do magneto e, assim, não é especificamente visível.
Estas bobinas, algumas vezes denominadas de bobinas corporais, circundam 
completamente o paciente, incluindo a mesa sobre a qual ele está deitado. Essas bobinas 
apresentam-se independente do magneto quando o exame refere-se aos membros, 
cabeça etc. 
Figura 64
Fonte: <rle.dainf.ct.utfpr.edu.br>
Princípio da criação da imagem de ressonância 
magnética
À primeira vista, o aparelho de ressonância magnética é muito semelhante a um aparelho 
de tomografia computadorizada. A sala, os vários monitores, a mesa motorizada e o 
portal também são semelhantes, porém, as semelhanças não passam do aspecto visual.
O interior do equipamento de ressonância magnética, não possui qualquer tipo de 
partes móveis, diferentemente do equipamento de tomografia que necessita girar em 
torno da parte a ser estudada.
Outra importante diferença entre os dois métodos é que, na tomografia computadorizada, 
o paciente está completamente passivo enquanto, na ressonância magnética, a formação 
da imagem se dá pela liberação de sinais da região onde se quer estudar. O equipamento 
aplica o campo magnético, dá o estímulo e o organismo responde liberando sinais. Esses 
sinais vão formar a imagem.
63
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No interior do equipamento de ressonância magnética, encontram-se as bobinas 
magnéticas (MAGNETO) responsáveis pelo grande campo magnético necessário para 
a realização do exame.
Figura 65
Fonte: <usa.healthcare.siemens.com>
Magnetismo e átomo
O átomo de hidrogênio é o mais simples de todos com apenas um próton em seu núcleo 
e um elétron na sua órbita. O próton de hidrogênio pode ser visto como uma pequena 
esfera que possui um movimento de giro, ou spin, em torno do seu próprio eixo. Por ser 
uma partícula carregada positivamente, irá gerar um campo magnético próprio ao seu 
redor comportando-se como um pequeno dipolo magnético ou como um imã com um 
momento magnético associado.
Esse átomo será o alvo do método de ressonância magnética.
Figura 66
Fonte: mazzola (2009)
64
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Os principais átomos que compõem o tecido humano são:
 » Hidrogênio.
 » Oxigênio.
 » Carbono.
 » Fósforo.
 » Cálcio.
 » Flúor.
 » Sódio.
 » Potássio.
 » Nitrogênio.
Estes átomos, exceto o Hidrogênio, possuem no núcleo atômico prótons e nêutrons.
Apesar de outros núcleos possuírem propriedades que permitam a utilização da 
ressonância magnética, o Hidrogênio é o átomo escolhido por três motivos básicos:
1. é o mais abundante no corpo humano: cerca de 10% do peso corporal se 
deve ao hidrogênio;
2. as características de ressonância magnética se diferem bastante entre o 
hidrogênio presente no tecido normal e no tecido patológico;
3. o próton do hidrogênio possui o maior momento magnético e, portanto, 
a maior sensibilidade à ressonância magnética.
Os prótons se distribuem em dois níveis de energia, sendo que um pequeno número 
maior de prótons se alinha paralelamente.
Figura 67
Fonte: mazzola (2009)
65
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Sem o campo magnético, os átomos de hidrogênio se dispõem assim:
Figura 68
Fonte: Hart JÚnior (2014)
Após a aplicação do campo magnético, os átomos de hidrogênio se dispõem assim:
Figura 69
Fonte: Hart Jr (2014)
Movimento de precessão
Na tentativa de alinhamento com o campo, e por possuir o spin, surge um segundo 
movimento chamado de precessão. A analogia com um pião sob a ação do campo 
gravitacional é válida para entendermos este movimento.
Sob ação de um campo magnético de 1 T, os átomos de Hidrogênio irão precessar a uma 
frequência de 42,57 MHZ.
Portanto, se considerarmos uma campo de 1,5 T, a frequência de precessão do átomo de 
Hidrogênio será de 63,87 MHz. 
66
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Uma regra importante a ser sempre lembrada é que qualquer alteração no valor do 
campo magnético irá alterar a frequência de precessão.
Com os átomos de Hidrogênio alinhados paralelamente os antiparalelamente em um 
campo magnético de 1T, a frequência orbital do átomo de Hidrogênio é de 42,57 MHZ. 
Em um campo magnético de 1,5 T, temos 63,85 T.
ressonância
A ressonância é um fenômeno que ocorre quando um objeto é exposto a uma perturbação 
oscilatória que tem uma frequência próxima de sua própria frequência natural de 
oscilação. Um núcleo exposto a uma perturbação externa com oscilação semelhante a 
sua própria fre quência natural ganha energia da força externa.
A energia da frequência de precessão do Hidrogênio a todas as potências de campo, 
na ressonância magnética clínica, corresponde à faixa de rádio frequência do espectro 
eletromagnético. Para que ocorra ressonância do Hidrogênio é necessário aplicar-se 
um pulso de radiofrequência exatamente na frequência do Hidrogênio.
Outros núcleos ati vos não entram em ressonância porque sua frequência de preces são 
é diferente do hidrogênio e a aplicação de um pulso rádio frequência que faz com que 
ocorra a ressonância que é denominada excitação.
Veja a sequência:
Figura 70
Fonte: nibib gov (2014)
Ao entrar em contato com o forte campo magnético, o átomo de hidrogênio passa a 
girar (precessar) numa frequência que varia de acordo com a intensidade do campo 
magnético e se posiciona paralelo ou antiparalelo com os demais átomos de hidrogênio.
67
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Figura 71
Fonte: nibib gov (2014)
A receberem o sinal de rádio com a mesma frequência vindo da bobina externa, o átomo 
tem sua energia anulada se posiciona inversamente àquela sob o campo magnético. A 
retirar o pulso de rádio, o átomo tende a voltar à posição emitindo sinal de rádio num 
fenômeno conhecido por relaxamento.
Se o átomo de Hidrogênio estava posicionado paralelamente aos demais, ao receber o 
sinal de rádio, este posiciona-se antiparalelamente e vice-versa.
Esse sinal gerado pelo corpo é captado pela bobina eenviado para os computadores. Os 
computadores irão criar a imagem a partir desses sinais.
recuperação t1
A recuperação T1 é causada pelos núcleos liberando sua energia no ambiente ou retículo 
circundante e é frequentemente designada como relaxamento do retículo de spin. 
A ener gia liberada no retículo circundante faz com que os núcleos recuperem sua 
magnetização longitudinal (magnetização no plano longitudinal). A razão de recuperação 
é um processo exponencial, com tempo de recuperação constante denominado T1. Este 
é o tempo neces sário para a recuperação de 63% da magnetização longitudinal no 
tecido.
declínio t2
O declínio T2 é causado pela troca de energia entre núcleos vizinhos. A troca de energia 
é causada pela interação dos campos magnéticos de cada núcleo com seu vizinho. É 
frequentemente denominada relaxamento spin spin e acarreta o declínio ou perda da 
magnetização transversa (magnetização no plano transverso). Este é o tempo necessário 
para a perda de 37% da magnetização transversa.
68
unidAdE iV │ rESSonÂnCiA MAgnétiCA
Figura 72
Fonte: <biomedcentral.com>
A - Corte transversal de encéfalo com ponderação T1
B - Corte transversal de encéfalo com ponderação T2
Contraste na imagem
Após a excitação do sistema de spins nucleares, a amplitude do sinal é proporcional 
à magnetização transversal, que decai devido à interação spin spin, com um tempo 
característico igual a T2. A taxa de retorno da magnetização longitudinal para o 
equilíbrio, devido à relaxação spin rede, tem um tempo característico de T1.
Enquanto a densidade de prótons exerce sobre o contraste uma influência direta, os 
tempos de relaxação, T1 e T2, tem um comportamento mais complexo, fornecendo uma 
fonte mais poderosa para diferenciação de tecidos em imagens de RM. Estes tempos de 
relaxação são os responsáveis pela quantidade superior do contraste entre os tecidos 
moles obtidos pela RM em relação a TC.
O contraste nas imagens se baseia na diferença de intensidade do sinal em áreas de 
estrutura ou composição diferentes.
Uma imagem tem contraste quando apresenta áreas de sinal intenso (hipersinal), áreas 
de sinal intermediário e áreas de sinal fraco (hipossinal)
Tecidos com maior quantidade de hidrogênio, produz sinal mais forte (hipersinal). Isso 
se reflete na formação da imagem.
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As ponderações T1 e T2 são sequências de contraste que medem as diferenças dos 
parâmetros T1 e T2 de cada tecido (que são intrínsecos ao tecido em estudo). O T1 
representa as trocas de energia do núcleo de H com o seu meio ambiente e o T2 
representa as trocas de energia entre núcleos adjacentes.
Figura 73
Fonte: <biomedcentral.com>
Corte transversal de encéfalo com ponderação T1
Na água, as moléculas apresentam grande mobilidade e a interação entre os campos 
magnéticos geram um T2 longo. Os tecidos patológicos costumam apresentar elevado 
conteúdo em água livre como edema, inflamação, necrose, cistos, hemorragia e tumores, 
apresentando uma frequência natural maior que a frequência de precessão, pelo que o 
intercâmbio energético é mais ineficaz. Assim, nos tecidos ricos em água, o T1 é longo e 
o sinal é baixo. O T2 também é longo, mas com sinal aumentado (hipersinal).
Figura 74
Fonte: <biomedcentral.com>
Corte transversal de encéfalo com ponderação T2.
70
referências
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