Biofísica - Radiação Parte 1

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Radiação
Descoberta dos Raios X e da Radioatividade
-Wilhem Conrad Rontgen (1845-1923) descobriu os raios X e fez primeira radiografia da história.
Ele descobriu de maneira acidental “um novo tipo de raio”, que possibilitava ‘ver’ dentro do corpo humano. Certa noite, ele estava em seu laboratório, onde havia uma ampola ou tubo de Crookes, um tubo de vidro vedado que tinha no seu interior gases em pequena quantidade, a baixas pressões, e, em sua extremidade, havia dois eletrodos, isto é, peças metálicas ligadas a uma fonte elétrica externa que estabelecia uma diferença de potencial, passando corrente elétrica pelos gases dentro do tubo.
 
A ampola de Crookes estava coberta com papel-cartão preto e as luzes estavam apagadas. Então, Röntgen notou que uma tela recoberta de platinocianeto de bário, que estava por acaso no laboratório, começou a brilhar quando ele ligou a ampola. O platinocianeto de bário é uma substância fluorescente, o que significa que ele emite luz visível quando absorve energia de determinada fonte, mas cessa depois que a fonte é desligada. Depois de fazer vários testes, Röntgen chegou à conclusão de que raios vindos da ampola atingiam o platinocianeto de bário.
Ele notou também que eles não sofriam desvio por campo elétrico e o mais impressionante: podiam sensibilizar uma chapa fotográfica, permitindo que ele visse os ossos de suas mãos. Abaixo temos a radiografia da mão da esposa de Röntgen, Anna Bertha Ludwig. Veja que os raios X não atravessaram o ouro da aliança e, por isso, o osso na região da aliança não ficou visível (1ª chapa de raios X: 08/11/1985):
 
Produção dos raios X
O feixe de radiação catódica precisa deslocar elétrons das camadas L e K dos átomos-alvo.
Raios X que são produzidos pelo salto de elétrons de um orbital para o outro são chamados de Raios X Característicos. Quando há um bombardeio do feixe catódico contra o ânodo, alguns elétrons desse feixe são dotados de alta energia cinética e conseguem aproximar-se do núcleo dos átomos e são atraídos por ele, devido a alta velocidade e encurvamento da trajetória, perdendo a parte de sua energia sob a forma de fótons de raio X, esse processo fica chamado de Raios X de frenagem.
Em um tubo de raios catódicos, o cátodo, após ser aquecido pela passagem de corrente elétrica, libera elétrons com alta velocidade. Esses elétrons são fortemente atraídos pelo ânodo, no qual acabam colidindo-se. Quando os elétrons dos átomos pertencentes ao ânodo recebem a energia oriunda dos elétrons em movimento, o resultado é a produção de radiações eletromagnéticas, que são denominadas de raios X.
 
Filamento-cátodo
*A quantidade de raio X depende do fluxo de e- que colidem com o ânodo.
*Filamento e cátodo são mantidos num mesmo potencial elétrico e funcionam como um dos eletrodos da ampola.
*O fluxo de raios catódicos varia com o aquecimento do filamento-cátodo.
*A temperatura desse eletrodo pode ser controlada variando-se a corrente elétrica que passa pelo filamento (corrente de filamento) > o filamento possui forma espiralada e comprimento variável. As ampolas com 2 filamentos um longo e curto, enriquece a quantidade de raio X produzido.
*Aquecimento do filamento + tempo de exposição do objeto = densidade radiológica da película (grau de escurecimento). Ex: equipamentos de raio X odontológicos. 
Metalização das ampolas
O ânodo quando bombardeado sofre um grande aquecimento. As altas temperaturas que surgem no filamento e no ânodo promovem a vaporização do tungstênio dessas estruturas. Os átomos vaporizados são depositados sobre o vidro da ampola, envolvendo a sua superfície interna, conferindo ao vidro uma cor bronzeada.
Ânodos giratórios
Para evitar a rápida destruição do ânodo, as ampolas modernas possuem ânodos giratórios (acoplados a uma barra de cobre de grande massa).
Isolamento e filtragem nas ampolas de raio X
As ampolas são colocadas em invólucros metálicos onde há óleo mineral (aumenta o isolamento térmico e resfria a ampola).
*Raios X Duros > raios X de menor comprimento de onda e maior facilidade para penetrar corpos.
*Raios X Moles > raios X de maior comprimento de onda e menor facilidade para penetrar corpos.
Características Energéticas dos Raios X
*Os raios X são radiações eletromagnéticas. Essas radiações transportam ENERGIA sob a forma de ONDAS ELETROMAGNÉTICAS. Os raios X podem se comportar como partículas ou ondas que se propagam no vácuo.
*Fótons > As ondas eletromagnéticas podem interagir com a matéria como se fossem partículas. A energia radiante se comporta como se estivesse compactada, formando pacotes (quanta) ou fótons. Eles se propagam com a velocidade da luz e transportam energia em função da sua frequência. 
Fatores que controlam a intensidade e a qualidade dos raios X:
- Diferença de potencial aplicada à ampola
-Aquecimento do filamento
-Material que constitui o ânodo
-Filtros acoplados à ampola
Elementos de um conjunto gerador de Raios X
O tubo de raio X precisa de alimentação elétrica para produzir a nuvem eletrônica em torno do cátodo e para acelerar os raios catódicos, dando-lhes energia suficiente para um bombardeio eficaz no ânodo. Precisa também de: transformador, painel de comando, ampola e mesa para o paciente.
A sala de raio x possui paredes recobertas por uma camada de chumbo e os vidros de observação (também possuem chumbo em sua composição).
O painel de controle de equipamentos possuem chave principal e controle que servem para selecionar: a alta tensão, a corrente de aquecimento do filamento e o tempo de exposição.
Interação dos raios X com a matéria
Ao tentar atravessar a matéria, os raios X interagem com os seus átomos. Mas essa interação depende da ESTRUTURA MOLECULAR e do ESTADO DE AGREGAÇÃO em que se encontra o meio.
Interação da radiação indiretamente ionizante com a matéria
Um átomo é um espaço vazio, quando um fóton passa por ele podem ocorrer ou não interações. Quando o fóton e o átomo interagem, 3 processos podem acontecer:
- Excitação: elétrons são deslocados de seus orbitais de equilíbrio e ao retornarem emitem energia excedente sob forma de luz ou RX característicos.
-Ionização: elétrons são removidos de seus orbitais pelas radiações, resultando em elétrons livres e íons positivos. Como resultado pode haver emissão de luz, RX característicos ou emissão de Auger.
-Ativação nuclear: interação de energia SUPERIOR à energia de ligação das partículas do núcleo, resultando na emissão de uma radiação nuclear.
Na física médica, consideram-se 5 interações dos fótons com a matéria como as mais importantes: 
-Espalhamento coerente
-Fotodesintegração
-Efeito Compton
-Efeito fotoelétrico
-Produção de Pares
Écrans de intensificação 
Conhecidos também como écrans luminescentes, servem para prevenir grandes exposições dos pacientes. É um equipamento que converte o fóton de raios X em fótons visíveis que podem impressionar com muita facilidade a película radiográfica. Para aumentar a sensibilidade e aumentar a qualidade da imagem, os filmes contêm emulsão fotossensível em ambos os lados e são colocados entre 2 écrans de intensificação.
Chapa radiográfica 
As informações contidas nos raios transmitidos tem valor médico e precisa ser decodificada, ou seja, ser transformada numa radiação capaz de ser vista e registrada.
Imagem radiográfica 
Contraste: Exija que possua um BOM contraste.
O contraste bom depende: qualidade dos raios X, natureza do objeto, atenuação do entorno do objeto, fatores geométricos, o filme e seu processamento, espalhamento dos raios X, etc.
Qualidade dos raios X: Depende da corrente de aquecimento de filamento, tensão aplicada à ampola, do tempo de exposição e da distancia entre a ampola e o objeto examinado.
.Raios X de alta frequência (grande poder de penetração) NÃO servem para examinar os músculos e os tecidos mamários. Serve apenas para órgãos intra-abdominais.
Natureza do objeto e atenuação do seu entorno:.Densidade radiológica depende do seu entorno atômico e da sua espessura, pois quanto maiores, MAIOR atenuação do feixe de raio X.
.Efeito fotoelétrico é a principal forma de atenuar os raios X quando eles atravessam o corpo humano.
.Osso atenua muito mais o raio X do que a gordura ou os músculos. O contraste do osso que está envolvido por tecido muscular e gorduroso é grande.
.Meios contrastantes: Mais radiopacos (contraste positivo), menos radiopacos (contraste negativo)
Fatores Geométricos: Quanto mais afastado o filme estiver do objeto, MAIOR será a ampliação da imagem. 
Quanto maior for o afastamento do objeto em relação ao tubo de raios X, MENOR será a ampliação da imagem.
O objeto deve ser posicionado de forma a ficar paralelo ao filme para evitar distorção de imagem.