Principios físicos dos raios X AULA

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Princípios Físicos
Dos Raios X
Tópicos Abordados
Estrutura da Matéria e Radiação:
Átomos;
Estrutura atômica;
Modelos atômicos;
Descoberta dos raios X;
Propriedades dos raios X;
Elementos dos tubos de raios X;
Tipos de interação com a matéria.
Cada uma das modalidades será apresentada separadamente para que o conceito de imagem híbrida seja introduzido.
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Estrutura da Matéria
Toda a matéria é composta por átomos. A palavra átomo significa “sem divisão”.
Um átomo é a menor unidade que a matéria pode possuir sem perder suas características químicas;
Os átomos podem combinar-se entre esses mesmos para formarem compostos, moléculas, etc.;
O entendimento de como o sinal dos equipamentos de imagem é coletado depende do conhecimento da estrutura atômica.
Teoria atômica de Dalton:
Matéria constituída de pequenas partículas esféricas maciças e indivisíveis denominadas átomos;
Um conjunto de átomos com mesma massa e tamanho apresenta as mesmas propriedades e constitui um elemento químico
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Estrutura da Matéria
Átomo
Núcleo
Eletrosfera
Prótons
Nêutrons
Elétrons
1,672 x 10-27 kg
1,674 x 10-27 kg
9,109 x 10-31 kg
Carga Positiva
Não Possui Carga
Carga Negativa
Átomo Estável: Número de Prótons é Igual ao de Elétrons e não emite radiação.
Modelo atômico
Modelo probabilístico
Modelo atômico
Modelo de Dalton
Modelo atômico
Modelo de Thomson
Modelo atômico
Modelo de Rutherford
Modelo atômico
Modelo atômico de Bohr.
Descoberta dos raios X
A história da Radiologia começou em 1895 com a descoberta experimental dos raios X pelo físico alemão Wilhelm Conrad Roentgen.
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Descoberta dos raios X
Foi observado que uma tela fluorescente brilhava fracamente enquanto o tubo permanecia ligado.
Este fenômeno acontecia em distâncias de até 2 metros entre o tubo e esta tela fluorescente.
Os experimentos seguintes foram verificar se estas emanações atravessavam materiais e se eram susceptíveis a campo magnéticos.
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Descoberta dos raios X
Então convenceu sua esposa Bertha a colocar a mão dela sob a influência destes raios por cerca de 15 minutos sem se mexer e assim obteve-se a primeira radiografia de extremidade da história. 
Estes raios possuíam alto poder de penetração, atravessando livros, madeiras, placas metálicas, líquidos e outros que Roentgen aplicava, incluindo o corpo humano, o que gerou um reboliço na medicina, pois os médicos poderiam ver o interior do corpo sem abri-lo cirurgicamente.
Aqueles raios eram muito
penetrantes, pois atravessavam livros, madeiras, placas metálicas, líquidos entre
outros que Roentgen, incansavelmente aplicava-se em estudar.
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Descoberta dos raios X
Assim surgiu o radiodiagnóstico abrangendo várias modalidades como:
radiologia convencional, 
Fluoroscopia;
mamografia ;
Tomografia;
entre outras.;
Cada uma delas tem aplicações específicas e equipamentos adequados às anatomias e com princípios de funcionamento
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Propriedades dos raios X
Estes possuem características que os tornam extremamente úteis no diagnóstico por imagem:
Impressionam filmes fotógraficos;
Provoca luminescência em determinados sais metálicos como o platinocianeto de bário;
São radiação eletromagnéticas, portanto não são defletidas por campos elétricos ou magnéticos pois não tem carga;
Atravessam grandes espessuras de matérias;
Atravessam com facilidade as substancias com pequeno peso atômico, carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio.
platinocianeto de bário substancia que interagindo com radiaçao ultravioleta, azul ou violeta emitira uma cor verdeusada por Roentgen na sua descoberta
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Propriedades dos raios X
Propagam se em linha reta e em todas as direções;
No vácuo propagam se com a velocidade da luz;
Ionizam as moléculas dos gases por onde passam, arrancando elétrons dessas moléculas.
Obedecem a lei do inverso do quadrado da distancia (1/r2), ou seja, reduz sua intensidade ao se afastar da fonte emissora de raios X.
Podem provocar mudanças biológicas, benignas ou malignas ao interagir com a matéria.
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Elementos do tubo de raios X
Os tubo de raios X possui dois elementos principais:
Catodo que é o eletrodo negativo do tubo, com dois componentes, o filamento e o copo focalizador.
Anodo é o polo positivo do tubo servindo como suporte do alvo e atua como elemento condutor de calor.
De forma que ele vá otimizar a relacao de perda de energia dos elétrons por radiação e a perda de energia por auecimento.
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Elementos do tubo de raios X
De forma que ele vá otimizar a relacao de perda de energia dos elétrons por radiação e a perda de energia por auecimento.
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Elementos do tubo de raios X
O filamento é normalmente feito de Tungstênio acrescido uma pequena quantidade de Tório.
O corpo de focagem serve para focalizar os elétrons que saem do catodo e fazer com que eles “batam” no anodo e não em outras partes.
 A corrente do tubo é controlada pelo grau de aquecimento do filamento (catodo).
O anodo deve ser de um material como o Tungstênio, de forma a otimizar a relação de perda de energia dos elétrons por radiação (raios X) e a perda de energia por aquecimento. 
Tungstênio (W) Tório (Th) ponto de fusão alto, boa condutividade alto número atômico;
Quanto mais aquecido for o filamento mais elétrons serão emitidos.
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Elementos do tubo de raios X
Existem dois tipos de anodo: anodo fixo e anodo giratório.
Anodo fixo: usado em raio X dentarios, raios X portatil, maquinas de radioterapia, raios X industrial e outros.
Anodo giratório: usados em máquinas de alta corrente, radiodiagnóstico.
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Interações no anodo: raio X característicos
Os elétrons que colidem com o anodo podem ir mais fundo no átomo, interagindo com camadas orbitais mais internas. 
Se a energia transferida é do valor da energia que mantém os elétrons nestas camadas (energia de ligação), este será arrancado da sua camada orbital e esta ficará com um buraco vazio, uma vacância.
Na faixa de energia utilizada em diagnóstico por imagem, a radiação característica prevalente é a gerada pelo preenchimento de vacâncias da camada K
Anodo fixo: usado em raio X dentarios, raios X portatil, maquinas de radioterapia, raios X industrial e outros.
Anodo giratório: usados em máquinas de alta corrente, radiodiagnóstico.
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Interações no anodo: raio X característicos
Anodo fixo: usado em raio X dentarios, raios X portatil, maquinas de radioterapia, raios X industrial e outros.
Anodo giratório: usados em máquinas de alta corrente, radiodiagnóstico.
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Interações no anodo: Raios X de Freamento
Os elétrons podem penetrar ainda mais fundo nos átomos do alvo e interagirem com seus núcleos.
Nesse tipo de interação, a energia cinética do elétron incidente é também convertida em energia eletromagnética, só que na forma de raios X de freamento (ou bremsstrahlung).
A energia emitida por raios X de freamento acontece pois quando o elétron incidente de carga negativa se aproxima do núcleo que contém prótons de carga positiva ocorre uma força de atração entre eles que causa a perda de energia cinética do elétron, desacelerando-o e mudando sua trajetória.
Anodo fixo: usado em raio X dentarios, raios X portatil, maquinas de radioterapia, raios X industrial e outros.
Anodo giratório: usados em máquinas de alta corrente, radiodiagnóstico.
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Interações no anodo: Raios X de Freamento
Anodo fixo: usado em raio X dentarios, raios X portatil, maquinas de radioterapia, raios X industrial e outros.
Anodo giratório: usados em máquinas de alta corrente, radiodiagnóstico.
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Elementos do tubo de raios X
O anodo e o catodo ficam acondicionados no interior de um invólucro fechado (tubo ou ampola), que está acondicionado no interior do cabeçote do RX. 
A ampola é geralmente constituída de vidro de alta resistência e mantida em vácuo, e tem função de promover isolamento térmico e elétrico entre anodo e catodo.
 O cabeçote contém a ampola e demais acessórios. É revestido de chumbo cuja função é de blindar a radiação de fuga e permitira passagem do feixe de radiação apenas pela janela radiotransparente direcionando desta forma o feixe. 
O espaço é preenchido com óleo que atua como isolante elétrico e térmico.
Tipos de interação com a matéria
A interação da radiação com a matéria ocorre de forma probabilística por meio de cinco processos diferentes, sendo que na faixa dos raios X nos interessa principalmente dois deles:
Efeito fotoelétrico;
Espalhamento de Compton;
Espalhamento coerente;
Produção de pares;
Fotodesintegração.
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Tipos de interação com a matéria
Efeito fotoelétrico
É o mais desejado no radiodiagnóstico
Interage melhor com materias duras, diferenciando duro e mole osso, ar.
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Tipos de interação com a matéria
Espalhamento de Compton
Prejudica a qualidade da imagem radiográfica
Por causa da energia defletida em outra direcao 
Imagem borrada
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Radiação Eletromagnética
Espectro de energia das ondas eletromagnéticas
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