IMAGIOLOGIA 4ª Aula

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Radiologia 
Física das Radiações
	Física das Radiações
• Uma corrente eléctrica é o movimento de electrões num condutor, por exemplo um fio
• O fluxo da corrente eléctrica – o número de electrões que passam num ponto num segundo – é medido em amperes
• Depende de dois factores: a pressão, ou voltagem, da corrente (medida em volts), e da resistência do condutor ao fluxo da electricidade (medida em ohms)
• A Lei de Ohm relaciona estes valores V = I x R
Alimentação de Corrente
	O transformador do filamento reduz a voltagem da corrente alterna para cerca de 10 volts, regulado pelo controle de corrente do filamento (selector mA), que ajusta a resistência e assim o fluxo de corrente através do circuito de baixa voltagem, incluindo o filamento.
	
	Isto por sua vez regula a temperatura do filamento e em consequência o número de electrões emitidos 
	
	Alta voltagem é necessária entre o ânodo e o cátodo para gerar raios-x. 
	
	Um auto-transformador converte a voltagem primária da corrente alterna em voltagem secundária, a qual é regulada pelo selector de pico de kilovoltagem (selector kVp)
Alimentação de Corrente
	Este selector escolhe uma voltagem de diferentes níveis do autotransformador e aplica-a através do transformador de alta voltagem, conseguindo elevar a energia dos electrões que passam na ampola até 60 a 100 keV
 
	O tipo de circuito de alimentação de energia, em que uma corrente alterna de alta voltagem é aplicada directamente na ampola de raios-x, limita a produção de raios-x a metade do ciclo da corrente alterna e é chamado de auto-rectificado (ou “half wave rectified”)
Alimentação de Corrente
	Quase todos os aparelhos de raios-x dentários convencionais são auto-rectificados
 
	Uma ampola alimentada por uma fonte de potência auto-rectificada não pode trabalhar por longos períodos de tempo, sob pena de derreter o filamento, ou, eventualmente, danificar o invólucro de vidro
Alimentação de Corrente
	Um temporizador faz parte do circuito de alta voltagem, de modo a controlar a duração da exposição de raios-x, controlando o período de tempo em que a alta voltagem é aplicada à ampola, e em consequência, o tempo durante o qual a corrente flúi na ampola e os raios-x são produzidos
	Antes da alta voltagem ser aplicada, o filamento deve ser aquecido para assegurar uma emissão adequada de electrões
	Para minimizar a fusão do filamento, o circuito do temporizador envia primeiro, durante cerca de meio segundo, corrente através do filamento para o aquecer até à temperatura apropriada
Alimentação de Corrente
• Alguns fabricantes de aparelhos de raios-x dentários substituem a corrente alterna convencional de alta voltagem de 60 ciclos da ampola de raios-x, por uma corrente de alta frequência, com um potencial praticamente constante entre o ânodo e o cátodo
• Para uma determinada voltagem e densidade radiográfica, as imagens resultantes destas máquinas de potencial constante, tem uma maior escala de contraste, com menor dose de irradiação do paciente, quando comparadas com os aparelhos de raios-x convencionais
Especificações da Ampola
	
	Cada aparelho de raios-x tem especificações da ampola que descrevem o tempo de exposição máximo que a ampola pode ser submetida a carga sem risco de danificar o foco por sobre aquecimento
	Estas especificações descrevem, de forma gráfica, os intervalos de
	segurança máximos (segundos) que a ampola pode ser usada numa escala de voltagens (kVp) e valores de corrente do filamento (mA)
	Geralmente, estas especificações não acarretam qualquer restrição no uso da ampola para radiografia intra-oral, no dia a dia. A situação modifica-se quando o aparelho é utilizado em exposições extra-orais
Especificações da Ampola
	O “duty cicle” indica-nos a frequência com que exposições sucessivas podem ser efectuadas
	A acumulação de calor no ânodo é medida em “heat units” (HU), e é
	definida pela seguinte equação: HU = kVp x mA x seg.
	A capacidade de acumulação de calor para ânodos de ampolas de
	diagnóstico em medicina dentária é de aproximadamente 20 kHU
	As características de arrefecimento dos ânodos são descritas pelo número máximo de unidades de calor que pode armazenar sem dano, e da taxa de dissipação de calor, determinada pelas curvas de arrefecimento fornecidas pelo fabricante da ampola
		Resumo
	
	Para produzir raios-x é necessário ter uma fonte de electrões que
	choque contra um alvo com suficiente energia. 
	Este é o processo físico em que a maior parte da energia do electrão se converte em calor e uma pequeníssima quantidade de energia se converte em
	raios X
	O diferente comprimento de onda determina a qualidade ou dureza
	dos raios-x. Quanto menor for o comprimento de onda, fala-se de
	radiação mais dura, que tem maior poder de penetração
Produção de Raios-X
	
	Os electrões que se deslocam do cátodo para o ânodo, convertem parte da sua energia cinética em fotões de raios-x, através da produção de “bremhstrahlung” e de radiação característica
“Bremsstrahlung”
• A radiação “bremhstrahlung”, é a fonte primária dos fotões de raios-x com ponto de partida na ampola, é produzida pela súbita paragem ou abrandamento dos electrões de alta velocidade no alvo.
(“bremsstrahlung” significa radiação travada, em alemão)
• Quando os electrões do filamento embatem no alvo de tungsténio, são criados fotões de raios-x se os electrões atingem directamente um núcleo do alvo ou se a sua trajectória os faz passar perto de um núcleo
• Se um electrão de alta velocidade atinge directamente o núcleo de um átomo do alvo, toda a sua energia cinética é transformada num único fotão de raios-x
“Bremsstrahlung”
“Bremsstrahlung”
• A energia do fotão resultante é numéricamente igual á energia do electrão. Esta por sua vez é igual à kilovoltagem aplicada na ampola no momento da sua passagem
• No entanto, a maioria dos electrões de alta velocidade não atinge um núcleo, passando ao lado, perto ou longe, do mesmo
• Neste tipo de interacção, um electrão de alta velocidade, com carga negativa, é atraído para o núcleo, com carga positiva, e perde parte da sua velocidade
“Bremsstrahlung”
• Esta desaceleração faz com que o electrão perca alguma da sua energia cinética, na forma de vários novos fotões
• Quanto mais perto o electrão de alta velocidade se aproximar do núcleo, maior é a atracção electrostática sobre o electrão, o efeito de travagem, e a energia dos fotões “bremsstahlung” resultantes
• As interacções “bremsstahlung” originam fotões de raios-x com um
espectro contínuo de energia
• A energia de um feixe de raios-x pode ser descrita através da “peak
operating voltage” (em kVp)
“Bremsstrahlung”
“Bremsstrahlung”
• Um aparelho de raios-x dentário que trabalhe p.e. com uma voltagem máxima de 70.000 volts (70 kVp), aplica uma voltagem variável de até 70 kVp, através da ampola
• Esta ampola produz então fotões de raios-x com energias variáveis até um máximo de 70.000 volts (70 kVp)
“Bremsstrahlung”
“Bremsstrahlung”
• O espectro contínuo de energia dos fotões deve-se a:
	
	1. Variação contínua da diferença de voltagem entre o filamento e o alvo (“half wave rectification”)
	
	2. Os electrões incidentes passarem a diferentes distâncias dos núcleos, sendo assim deflectidos em diversos graus
	
	3. A maioria dos electrões participar em múltiplas interacções
	“bremsstrahlung” antes de perderem a sua energia cinética
Radiação Característica
• A radiação característica forma-se quando um electrão do filamento
desloca um electrão de um nível de um átomo de tungsténio do alvo,
ionizando o átomo
• Quando isto acontece, um electrão de um nível mais externo do
átomo de tungsténio é rapidamente atraído para o vazio criado no
nível interno deficitário
• É então emitido um fotão com energia equivalente à diferença na
energia de ligação entre os dois níveis orbitais
Radiação Característica
Radiação Característica
• A radiação característica do nível K nos átomos de tungsténio ocorre apenas acima dos 70 kVp, (como discretos incrementos– ver gráfico), quando comparada com a radiação “bremsstrahlung”
• A energia dos fotões característicos é função dos níveis energéticos dos vários níveis dos electrões orbitais e, por conseguinte, característica dos átomos do alvo
• A radiação característica constitui uma pequena parte da radiação emitida por uma ampola de raios-x
Controle do Feixe Raios-X
• O feixe de raios-x emitido por uma ampola pode ser modificado pela variação de determinados parâmetros, a saber:
1. Tempo de exposição (temporizador)
2. Corrente da ampola (mA)
3. Voltagem da ampola (kVp)
4. Filtração
5. Colimação
6. Distância foco - paciente
Tempo de exposição
• Quando se duplica o tempo de exposição, o número de fotões gerados em todas as energias do espectro de emissão de raios-x duplica, embora o intervalo de energia dos fotões permaneça inalterado
	Assim, a alteração do tempo de exposição apenas controla a quantidade de exposição (o número de fotões criados)
Corrente da Ampola
• À medida que se aumenta a miliamperagem (mA), mais energia é
aplicado no filamento, que aquece e liberta mais electrões, os quais ao
colidirem com o alvo produzem radiação
	Assim, a quantidade de radiação produzida pela ampola (i.e. o número de fotões que chega ao paciente e à película) é directamente proporcional à corrente (mA) da ampola e ao tempo que esta trabalha
• A quantidade de radiação produzida é expressa como o produto do
tempo e da corrente da ampola. A quantidade de radiação permanece
constante, independentemente de variações no tempo e na corrente,
enquanto o seu produto permanecer constante
Voltagem da Ampola
	À medida que se aumenta a voltagem (kVp), aumenta a diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo, aumentando assim a energiada cada electrão aquando do embate destes no alvo
 
	Isto resulta num aumento da eficiência da conversão da energia dos electrões em fotões de raios-x, aumentando assim:
o número de fotões criados
 a sua energia média
a sua energia máxima
Voltagem da Ampola
• O aumento do número de fotões produzido por unidade de tempo,
quando se aumenta a kilovoltagem, resulta numa maior eficiência na
produção de fotões “bremsstrahlung”, que ocorre quando maior
quantidade de electrões de alta energia colide com o alvo
• A capacidade de penetrar a matéria dos fotões de raios-x depende da
sua energia. Fotões de raios-x de alta energia têm uma maior
probabilidade de penetrar a matéria, enquanto que fotões de relativa
baixa energia têm maior probabilidade de serem absorvidos
• Assim, quando maior for a kVp e a energia média do feixe de raios-x, maior é a capacidade de penetração do feixe na matéria
Filtração
	
	Embora um feixe de raios-x consista num espectro de fotões de raios-x 	de diferentes energias, apenas os fotões com energia suficiente para penetrar através das estruturas anatómicas e atingir o receptor de imagem (geralmente película) são úteis para o diagnóstico radiológico
	Os fotões de baixa energia (comprimento de onda longo) contribuem para a exposição do paciente (e risco) mas não têm energia suficiente para atingir a película; assim, para reduzirmos a dose no paciente, os fotões menos penetrantes devem ser eliminados
Filtração
Filtração
• 	Este efeito é parcialmente conseguido com a colocação de um filtro de alumínio na trajectória do feixe de raios-x. O alumínio remove, preferencialmente, muitos dos fotões de menor energia
• Ao calcular a quantidade de filtração necessária para um
determinado aparelho de raios-x, deve-se ter em consideração a kVp e a filtração inerente da ampola e seu revestimento
• A filtração inerente é devida aos materiais que os fotões de raios-x encontram no seu trajecto do alvo para o objecto a radiografar – vidro, óleo de isolamento e o material de contenção do óleo
Filtração
• A filtração inerente da maior parte dos aparelhos de raios-x varia entre 0,5 e 2 mm de alumínio
• A filtração total é a soma da filtração inerente com a filtração
externa adicional, fornecida pela colocação de discos de alumínio
entre o diafragma e a janela de vidro da ampola
• A filtração total no trajecto de um feixe de raios-x utilizado
habitualmente em radiologia dentária deve ser igual ao equivalente de 1,5 mm de alumínio até 70 kVp, e 2,5 mm de alumínio para voltagens superiores
Colimação
• Um colimador é uma barreira metálica com uma abertura no meio, usada para reduzir o tamanho do feixe de raios-x, e em consequência o volume de tecido irradiado no paciente
• Os colimadores mais usados em dentistria são redondos ou rectangulares
• O feixe de raios-x dentário é geralmente colimado para um círculo de 7 cm de diâmetro
Colimação
Colimação
• Um colimador redondo é uma placa espessa de material radiopaco (geralmente chumbo) com uma abertura circular por onde passa o feixe de raios-x da ampola
• Os colimadores rectangulares limitam ainda mais o tamanho do feixe, para pouco mais que o tamanho da película
• Alguns tipos de instrumentos de suporte das películas também fornecem colimação rectangular do feixe de raios-x
Colimação
• O uso de colimação também melhora a qualidade da imagem
• Quando um feixe de raios-x é apontado a um paciente, os tecidos absorvem cerca de 90% dos fotões de raios-x, e os restantes 10% passam através do paciente e atingem a película. Muitos dos fotões absorvidos geram radiação dispersa dentro dos tecidos expostos por um processo chamado efeito de Compton.
• Estes fotões dispersos viajam em todas as direcções e alguns atingem a película, degradando a qualidade da imagem
Distância Foco - Paciente
• A intensidade de um feixe de raios-x num dado ponto, depende da distância do aparelho de medida ao alvo
• Para um dado feixe, a intensidade é inversamente proporcional ao quadrado da distância da fonte de radiação
• Este decréscimo de intensidade deve-se ao facto de o feixe de raios-x se alargar, à medida que se afasta do ponto de origem
• Assim, quando se altera a distância entre a ampola e o paciente, tal facto tem um efeito marcado na intensidade do feixe
Distância Foco - Paciente