Física Aplicada à Radiologia I

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Física Aplicada à Radiologia I 
Da Produção de Raios X à Formação da Imagem 
Equipamento de Raios X 
• A função do equipamento de raios X é prover um 
fluxo controlado e suficientemente intenso de elétrons 
para produzir um feixe de raios X apropriado para 
gerar uma boa imagem. Os três componentes 
principais de um equipamento de raios X são: 
- Tubo de Raios X; 
- Painel de Controle: usado para controlar a tensão 
aplicada ao tubo de raios X, a corrente elétrica 
através desse tubo e o tempo de exposição. 
- Gerador de Alta Tensão: é responsável por 
fornecer a diferença de potencial necessária para a 
aceleração dos elétrons até o alvo. 
Tubo de Raios X 
• Todos os tubos de raios X consistem em um cátodo e 
um ânodo, colocados dentro de uma ampola de vidro 
onde é feito vácuo. 
• A ampola é armazenada dentro de uma calota protetora 
de metal forrada com chumbo, projetada para evitar 
exposição à radiação fora do feixe útil e possíveis 
choques elétricos. 
• A ampola está mergulhada em óleo para dissipar o 
calor gerado. 
 
• Cátodo: é o pólo (ou eletrodo) negativo do Tubo de 
Raios X e divide-se em duas partes: 
- Filamento Catódico: é responsável pela produção 
de elétrons, quando uma corrente atravessa o 
cátodo. Tem forma de espiral e é constituído de 
Tungstênio devido ao seu alto ponto de fusão 
(cerca de 3400°C), ou seja, suporta altas 
temperaturas; 
- Capa Focalizadora ou Copo de Foco ou Cilindro 
de Welmelt): é responsável por manter o feixe de 
elétrons focalizados no alvo, evitando a dispersão 
desse elétrons. A maioria dos aparelhos de 
diagnóstico possui dois filamentos focais: o Foco 
Fino que possui comprimento entre entre 0,3 a 1,0 
mm e produz menor quantidade de Raios X, pois a 
interação dos elétrons ocorre sobre uma menor 
área do alvo e o calor resultante limita a 
capacidade de produção de Raios X e o Foco 
Grosso que possui comprimento entre 2,0 a 2,5 
mm e produz maior quantidade de Raios X devido 
à maior capacidade de aquecimento do alvo. 
• Ânodo: é o pólo (ou eletrodo) positivo do Tubo de 
Raios X e é a área na qual os elétrons emitidos pelo 
cátodo irão interagir para produzir os Raios X. O 
material mais usado no ânodo é Tungstênio em base de 
Cobre por ser adequado na dissipação do calor. 
Existem dois tipos de ânodo: 
- Ânodo Fixo: é encontrado normalmente em tubos 
onde não é utilizada corrente alta, como aparelhos 
de Raios X Odontológicos, unidades portáteis ou 
unidades de mamografia. 
- Ânodo Rotatório ou Giratório: permite uma 
corrente mais alta, pois os elétrons encontram uma 
maior área de impacto e, com isso, o calor 
resultante não fica concentrado apenas em um 
ponto como no ânodo fixo. 
Produção de Raios X 
• A produção de Raios X acontece quando uma corrente 
elétrica passa pelo cátodo, aquecendo o filamento e, 
consequentemente, liberando elétrons pelo processo de 
Emissão Termiônica. Aplicada uma diferença de 
potencial entre o ânodo e o cátodo, os elétrons são 
acelerados na ampola a vácuo em direção ao alvo 
(ânodo) formando um feixe de elétrons. Ao atingir a 
estrutura atômica do material do alvo, os elétrons 
interagem com essa estrutura, perdendo a sua energia 
cinética na forma de calor (99%) e na forma de energia 
eletromagnética (1%), ou seja, na forma de Raios X. 
Como toda essa ampola é blindada, menos uma janela 
específica, o feixe de Raios X pode ser direcionado e 
focado na região anatômica de interesse. 
• Emissão Termiônica: é o processo pelo qual um 
material aquecido libera elétrons. 
 
• O choque do feixe elétrons com o alvo produz dois 
tipos de raios X: 
- Raio X Característico: Quando um elétron 
incidente ejeta um elétron do átomo do alvo, a 
“vaga” ocupada por esse elétron ejetado deve ser 
ocupado por um elétron de uma camada mais 
externa. Durante a transição de um elétron de uma 
camada externa para uma interna, há a emissão de 
um fóton de Raios X. Esse tipo de radiação é 
chamada de característica, porque é característica 
do elemento que constitui o alvo, ou seja, para 
cada elemento, a energia de ligação dos elétrons é 
diferente e a energia dos raios X característicos 
produzidos em diferentes elementos também é 
diferente. A energia efetiva dos Raios X 
Característicos aumenta com o aumento do número 
atômico do elemento-alvo. Exceto para os raios X 
característicos K todos os raios X característicos 
têm energia muito baixa, pois a energia de ligação 
de um elétron da camada L é muito menor do que a 
de um elétron da camada K e assim por diante. 
- Raio X de Freamento (ou Bremsstrahlung): Raios 
X de Freamento são produzidos quando um elétron 
é projetado no átomo do material que constitui o 
alvo e, por passar próximo ao núcleo desse átomo, 
ele é desacelerado e muda sua trajetória. O elétron 
incidente perde energia que irá reaparecer na forma 
de um fóton de raios X. Quanto mais próximo o 
elétron incidente passar do núcleo do átomo, maior 
a energia do raio X de freamento. A energia do raio 
X de freamento pode ser qualquer valor até a 
quantidade de energia do elétron incidente. Por 
exemplo: Quando um equipamento de raios X é 
operado em 70 kVp, elétrons projetados têm 
energia cinética de até o limite 70 keV. 
• No âmbito de radiodiagnóstico, a maior parte dos raios 
X é de freamento. 
Raios X 
• O Raio X é uma radiação eletromagnética de alta 
energia e pequeno comprimento de onda produzida 
quando elétrons em alta velocidade colidem com um 
alvo metálico. 
• As propriedades fundamentais dos Raios X são: 
- Causam fluorescência em certos sais metálicos; 
- Enegrecem placas fotográficas; 
- Não sofrem desvio em campos elétricos ou 
magnéticos; 
- São diferentes dos raios catódicos (feixe de 
elétrons); 
- Tornam-se “duros” (mais penetrantes) após 
passarem por absorvedores; 
- Produzem radiações secundárias em todos os 
corpos que atravessam; 
- Propagam-se em linha reta (do ponto focal) para 
todas as direções (divergência); 
- Transformam gases em condutores elétricos 
(ionização); 
- Atravessam o corpo tanto melhor quanto maior for 
a energia do feixe de Raios X.s 
• A quantidade de radiação se refere ao número de 
Raios X ou à intensidade do feixe. 
 
• A qualidade de radiação se refere à penetrabilidade do 
feixe de Raios X ou à energia do feixe de Raios X. 
Fatores de Exposição 
• Os fatores de exposição são aqueles que influenciam e 
determinam a qualidade e a quantidade de radiação 
que chega ao paciente. São eles: 
- Tensão de Pico (kVp): é a tensão máxima aplicada 
entre o cátodo e ânodo no Tubo de Raios X, que 
determina a velocidade dos elétrons gerados no 
filamento catódico e, consequentemente, a energia 
dos fótons de Raios X produzidos. Quanto maior 
for o kVp, maior a velocidade dos elétrons na 
ampola, maior é a energia cinética desses elétrons 
e maior a energia dos fótons produzidos. 
- Corrente do Tubo (mA): é a corrente aplicada ao 
cátodo responsável pela liberação de elétrons pelo 
cátodo. 
- Tempo de Exposição (s): corresponde ao tempo em 
que os circuitos estarão ligados e liberando o feixe 
de Raios X. 
- Miliampère-Tempo (mAs): corresponde ao produto 
da corrente aplicada ao Tubo de Raios X e do 
tempo de exposição e determina a quantidade total 
de Raios X produzidos em um determinado tempo. 
- Ondulação de Tensão: a ondulação de tensão está 
relacionada com a quantidade e a qualidade dos 
Raios X; 
- Filtração: é responsável por remover os Raios X 
de baixa energia que pouco contribuem para a 
formação de imagem e apenas contribuem para a 
dose no paciente. Existem dois tipos de filtração: 
• Filtração Inerente: é a filtração que ocorre na 
própria ampola através de seus elementos 
constituintes, como a superfície do vidro e o 
óleo isolante ao redor do tubo. 
• Filtração Adicional: é a filtração que ocorre 
propositalmente, através de folhas de metal 
inseridas no tubo. 
- Número Atômico do Alvo: o número atômico do 
alvo altera proporcionalmente a qualidade e a 
quantidade dos Raios X. 
- Distância Fonte-Receptorde Imagem (DFR): 
quanto maior for a distância entre a Fonte e o 
Receptor de imagem, menor será a intensidade do 
feixe de Raios X. 
Absorção Diferencial 
• A diferença de absorção pelas estruturas anatômicas 
do corpo humano é responsável pela formação da 
imagem radiográfica. 
• Absorção Diferencial depende do número atômico da 
estrutura de interesse e da densidade de massa 
(quantidade de matéria por unidade de volume). 
- Por exemplo: O osso contém elementos de número 
atômico maior do que os de tecido macio e 
também possui uma densidade de massa maior que 
a do tecido mole. Logo, o osso absorve mais raios 
X do que o tecido macio. 
• Absorção Diferencial ocorre devido ao efeito 
Compton, ao efeito fotoelétrico e aos raios X 
transmitidos sem interação através do paciente. 
• Os Raios X que interagem por Efeito Fotoelétrico não 
atingem o receptor de imagem, produzindo áreas 
claras em uma imagem radiográfica, como por 
exemplo os ossos, que representam as estruturas 
anatômicas com características de alto poder de 
absorção de Raios X, ou seja, as estruturas radiopacas. 
• Os Raios X que penetram no corpo e são transmitidos 
para o receptor de imagem, sem qualquer interação, 
produzem as áreas escuras de uma radiografia, 
representando as estruturas radiolucentes. 
• O receptor de imagem capta os Raios X espalhados 
por Efeito Compton da mesma forma que capta os 
raios X que são transmitidos sem interação através do 
paciente, contudo esses Raios X espalhados resultam 
em ruído na imagem, o que causa um borramento 
generalizado, não representado informação de 
diagnóstica. 
Sistema Tela-Filme ou Radiologia Convencional 
• O sistema receptor de imagem utilizado em Radiologia 
Convencional é composto por chassi , tela 
intensificadora e filme radiográfico. 
• Chassi: é responsável por não permitir a entrada de luz 
em seu interior. 
• Tela Intensificadora: é constituída de Fósforo, que por 
possuir alto número atômico consegue absorver o 
Raios X incidente e transformá-los em luz. 
• Filme Radiográfico: é constituído por uma base 
plástica revestida por uma emulsão de Haleto de Prata 
que irá armazenar a quantidade de luz emitida pela tela 
intensificadora na forma de cargas elétricas. A 
estimulação do filme radiográfico forma a imagem 
latente. 
• O processamento do filme radiográfico é um processo 
físico-químico que tem como objetivo tornar visível a 
imagem latente. As etapas do processo: 
- Revelação; 
- Fixação; 
- Lavagem; 
- Secagem. 
Radiologia Digital 
• Existem três formas de se obter a imagem digital: 
- Digitalizadores de filme; 
- CR - Radiografia Computadorizada; 
- DR - Radiografia Digital Direta. 
• Radiografia Computadorizada (CR): 
- A proposta da Radiografia Computadorizada (CR) é 
manter o aparelho radiográfico convencional e trocar 
apenas o sistema receptor de imagem. 
- Esse sistema de radiologia computadorizada utiliza 
um chassi similar ao sistema tela-filme e, dentro dele, 
o detector utilizado é a placa de imagem. 
- Os elétrons que compões a camada de Fósforo da 
placa de imagem armazenam energia diretamente 
proporcional a absorção diferencial pelos tecidos 
expostos aos Raios X. 
- Estas placas de imagem são chamadas de fósforos 
fotoestimuláveis, uma vez que possuem a propriedade 
de emitirem luz ao serem estimulados por fótons de 
luz com comprimentos de onda específicos. 
- Leitura da Placa de Imagem: 
1. Inserir o cassete na leitora de CR; 
2. A leitora abre o chassi e escanea a placa de 
imagem ponto a ponto; 
3. O laser estimula a emissão de energia 
armazenada na placa na forma de luz que é 
coletada por um sistema fotodetector; 
4. A informação obtida é convertida em imagem 
digitalizada, que é armazenado em um sistema 
computacional. 
5. A placa de imagem é exposta a uma luz branca 
de alta intensidade para apagá-la. 
6. A placa de imagem é devolvida ao chassi e está 
pronta para uso. 
• Radiografia Digital Direta (DR) utiliza um 
equipamento de Raios X que possui o sistema de 
detecção de Raios X e formação da imagem já 
acoplados no próprio equipamento, ou seja, a imagem 
é visualizada na hora por um monitor de alta 
resolução.