Fisica aplicada a biomedicina e imaginologia 03

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FÍSICA APLICADA A BIOMEDICINA E 
IMAGENOLOGIA
Professora: Vanessa Rocha
vanessa.rego@uva.br
Na aula anterior........
• RADIOISÓTOPOS
• APLICAÇÕES DOS ELEMENTOS RADIOATIVOS
• INTERAÇÃO DAS RADIAÇÕES COM A MATÉRIA
• TIPOS DE RADIOATIVIDADE
• EMISSÕES ALFA 
• EMISSÕES BETA
• RAIOS X E GAMA 
• EFEITO FOTOELÉTRICO
• EFEITO COMPTON
• RADIAÇÃO DE FRENAGEM
• RAIOS X CARACTERÍSTICOS
• PROPRIEDADES DOS RX
• LEIS DA RADIOATIVIDADE
• CLASSIFICAÇÃO DA RADIOATIVIDADE
• DECAIMENTO RADIOATIVO
• SEGURANÇA, MONITORAÇÃO E PROTEÇÃO NA EXPOSIÇÃO DA RADIAÇÃO NA MEDICINA
• NOÇÕES BÁSICAS DE BLINDAGEM DAS RADIAÇÕES
• PRINCIPAIS EXAMES COM USO DA RADIAÇÃO NA MEDICINA
História da radiologia
WILHERN CONRAD ROENTGEN
• Graduado em Engenharia 
Mecânica aos 23 anos;
• Especialista em Matemática; 
• No dia 8 de novembro de 1985, 
descobriu os Raios-X;
• Em 1901 ganhou o premio Nobel 
de Física pela sua descoberta.
Roentgen escureceu o ambiente e envolveu o 
tubo num papel preto. Para evitar que a 
luminosidade do tubo fosse vista.
Próximo ao tubo estava uma placa coberta com 
sais de platinoceaneto de bário, uma substância 
muito utilizada pelos cientistas que , quando 
excitada, se tornava fluorescente.
Ele notou a fluorescência no Platinocianeto de 
bário, apesar da distância do tubo e da escuridão 
da sala.
Essa observação foi que o diferenciou dos 
demais cientistas
A primeira radiografia foi realizada em 22 de dezembro de1895, a 
mão esquerda de Anna Bertha esposa de Roentgen
Roentgen
• Recebeu muitas honras de seu governo e de 
outros e as maior homenagem que se prestou 
aplicação de seu nome aos raios.
• Rejeitou Propostas e Privilégios que poderiam 
lhe trazer lucros matérias
• Entregou gratuitamente suas descobertas as 
industrias e a medicina
PRINCÍPIOS DE FORMAÇÃO DA IMAGEM RADIOGRÁFICA
PRINCÍPIOS DE FORMAÇÃO DA IMAGEM 
RADIOGRÁFICA
Baseado nas propriedade da radiação X em impressionar
chapas fotográficas e de penetrar em corpos opacos, tornou-
se possível o emprego da Radiologia.
É preciso entender que, nem todos os raios X que penetram
em um objeto o atravessam; alguns são absorvidos. Os que
atravessam formam a imagem radiográfica.
Os principais componentes envolvidos nos processos de 
formação de imagens médicas são: 
a - o paciente;
b - o equipamento que adquire a imagem;
c - o operador do equipamento;
d - a imagem obtida; 
e - o observador (radiologista)
Equipamento de Rx
Tubo de raios-x
Entre todos os componentes do aparelho de RaioX, esse é o 
que dá nome ao equipamento, já que é o responsável pela 
emissão das ondas.
Este tubo é composto por vários componentes igualmente 
importantes para o funcionamento do aparelho, sendo que 
os mais importantes são o catodo e anodo
Transformador de Alta Tensão
A energia elétrica fornecida tem uma tensão de 110 V ou 220 V e deve 
ser aumentada
A tensão necessária para produzir feixes de Rx é de 25.000 a 120.000 
Volts (25 kV a 120 kV)
O transformador aumenta a voltagem do gerador
Em um transformador de alta voltagem, a voltagem de saída tem a 
polaridade alternada. 
O retificador inverte esta voltagem indesejável, mantendo uma 
voltagem positiva e constante no anodo
Console de Operação
A função desse console é controlar a corrente do tubo de raio-X e a tensão 
do equipamento, além do tempo de exposição à radiação, que pode variar 
de acordo com a necessidade de cada exame.
Basicamente, o console conta com 5 componentes: compensador de linha, 
autotransformador, fonte de corrente, fonte de tensão e temporizador de 
exposição.
Colimador
Tem a função importante de limitar o campo de incidência da 
radiação.
Um obturador de chumbo é usado para restringir o feixe.
Entre os componentes do aparelho de RaioX, esse é o 
responsável por minimizar o campo de alcance do feixe, de 
modo a reduzir a exposição desnecessária através do uso de 
placas de chumbo.
Grade
A grade também é composta de chumbo e fica localizada logo 
depois do paciente.
Ela também pode ser chamada de grade difusora e tem a 
responsabilidade de aumentar o contraste do tecido corporal, 
melhorando a qualidade das imagens.
Também tem a função de conter a radiação que se dispersa do 
corpo, de modo que ela não atinja o ambiente.
Bucky Mural
O Bucky mural é um componente 
que segura o filme de raio-X e 
movimenta a grade durante a 
exposição aos raios. 
Carcaça protetora
A carcaça protetora está localizada no tubo de raio-x.
Ela é composta por aço e tem forro de chumbo para prevenir a 
exposição excessiva à radiação e a ocorrência de choque elétrico 
para os pacientes e também para o técnico.
A carcaça ainda possui uma abertura para emissão dos raios.
As carcaças ainda tem a importante função de reduzir o nível de 
vazamento de 
Produção da RX
É formado por um envoltório de 
vidro que contém, no seu 
interior, ambiente a vácuo e 2 
polos: um negativo, o cátodo, e 
outro positivo, o ânodo.
O cátodo é composto por um 
filamento em geral constituído 
de tungstênio, que, sob efeito de 
corrente elétrica com alta 
amperagem e baixa voltagem, 
torna-se aquecido e libera 
elétrons 
Um circuito de baixa amperagem e 
alta quilovoltagem cria uma 
diferença de potencial (DDP) entre 
o cátodo (negativo) e o ânodo 
(positivo), fazendo com que os 
elétrons migrem em direção ao 
ânodo e, ao colidirem com este, 
transformem sua energia cinética 
em calor (99%) e radiação X (1%).
Uma placa de tungstênio (alvo) 
serve de anteparo aos elétrons no 
ânodo, que é giratório, e está 
aderida a uma barra de cobre. Há 
um sistema de refrigeração no 
ânodo que promove a dissipação do 
calor.
• Durante o bombardeamento de elétrons, o alvo (anodo) de um tubo de 
raios X não deve esquentar muito. 
• Caso isto ocorra, emitirá elétrons do mesmo modo que o filamento e esses 
elétrons seguirão do anodo para o catodo em um ciclo inverso e o 
filamento, que é muito delicado, será destruído pelo bombardeamento de 
elétrons.
• A fim de prevenir tal fato, retificadores de silício devem ser colocados no 
circuito para atuarem como uma chave que bloqueia a corrente de elétrons 
no sentido inverso.
A ampola é envolvida por uma 
blindagem de chumbo, 
deixando uma única abertura, 
a janela, por onde passa o 
feixe de radiação X. 
Um dispositivo de diafragmas 
torna possível reduzir a 
dimensão do feixe ao tamanho 
da região a ser radiografada.
Gerador
A produção de raios X requer muita energia elétrica.
O tipo de energia fornecido pela companhia distribuidora de energia 
elétrica não é adequado para ser utilizado diretamente. 
Um equipamento deve possuir componentes que transformam, controlam 
e que, muitas vezes, acumulam a energia elétrica que será aplicada ao 
tubo. 
Gerador
As funções do gerador são: a - aumentar a voltagem da rede elétrica (ou 
produzir alta tensão que é o kV);
b - converter corrente alternada (c.a.) em corrente contínua (c.c.); 
c - armazenar energia elétrica (equipamentos portáteis);
d - controlar a quilovoltagem (kV);
e - controlar a corrente no tubo (mA);e
f - controlar o tempo de exposição.
GERADOR:
Os raios X são criados no interior de um tubo com vácuo através da conversão da 
energia dos elétrons em fótons. 
O poder de penetração e a quantidade de raios X produzidos podem ser controlados 
ajustando-se as grandezas: 
• kilovoltagem (kV) = diferença de potencial (ou “potencial para aumentar a energia 
dos elétrons”). Elétrons com mais energia adquirida por meio de um kV mais alto 
produzem raios X mais penetrantes e mais abundantes. 
• miliamperagem (mA) = quantidade ou número de elétrons que passam do catodo 
para o anodo a cada segundo. 
• tempo de exposição = tempo em que o tubo de raios X permanece energizado
A kilovoltagem (kV) A energia elétrica fornecida pelas distribuidoras de eletricidade 
tem uma tensão de 110 V ou 220 V e deve ser aumentada, em geral, para a faixa de 
25.000 a 120.000 Volts (25 kV a 120 kV) para produzir feixescom a capacidade de 
penetração necessária aos procedimentos em Radiodiagnóstico.
O dispositivo do gerador que aumenta a voltagem é o transformador. Dentre os 
componentes do gerador, o transformador é o de maior tamanho e é conectado ao 
tubo de raios X por uma fiação espessa que suporta altas correntes. 
Em um transformador de alta voltagem, a voltagem de saída tem a polaridade 
alternada. O retificador inverte esta voltagem indesejável, mantendo uma voltagem 
positiva e constante no anodo
Controle do mA
O catodo é aquecido devido à passagem de uma corrente elétrica 
proveniente de uma fonte de tensão de baixa voltagem. A saída desta fonte é 
controlada por um seletor de mA que, ao ser aumentado, faz com que mais 
corrente elétrica passe através do filamento do catodo, gerando mais calor 
por efeito Joule e elevando sua temperatura
Com o aumento da corrente elétrica no filamento do catodo, aumenta-se “a 
chuva” de elétrons que cai a partir do catodo sobre o anodo e, portanto, 
mais raios X são gerados.
50 a 100 mA foco fino
200 a 500 mA foco grosso
Dentre os modelos de equipamentos mais modernos, alguns possuem um 
dispositivo eletrônico que controla o nível de exposição no receptor, 
denominado Dispositivo AEC (Automatic Exposition Control), que tem a 
função de suspender a geração de raios X quando o receptor de imagens 
(conjunto tela-filme) recebe uma quantidade de exposição pré-
determinada considerada ideal
No modo manual, o ajuste do tempo de exposição deve ser feito pelo 
operador antes de iniciar o procedimen to. A seleção adequada dos 
ajustes do tempo de exposição no equipamento é feita através da consulta 
a uma tabela técnica que relaciona o tamanho do paciente, o kVP, e o mA
Tempo de exposição 
Outros equipamentos de formação da imagem
Filme
chassi 
écran
Outros equipamentos de formação da imagem
ECRAN: folha flexível de plástico ou papelão do tamanho correspondente ao tamanho 
do filme usado; ele forra o chassi, ficando em íntimo contato com o filme. É revestido por 
material fluorescente que emite luz quando irradiado. Essa luz sensibiliza o filme, o que 
possibilita menor uso de radiação. A função do écran é diminuir a dose de radiação. 
FILME: placa de poliéster recoberta por emulsão de gelatina e cristais de prata. 
A prata é sensibilizada pela luz ou radiação, tornando-se negra após a revelação
CHASSIS: Estojo metálico no qual é colocado o filme virgem para protegê-lo da luz
Qualidade da imagem 
A qualidade da imagem 
pode ser comprometida 
pela radiação difusa que 
se forma durante a 
atenuação do feixe de Rx
no corpo do paciente 
Essa radiação espalhada 
em todas as direções é 
denominada radiação 
secundária ela suprime o 
contraste gerando perda 
da qualidade da imagem
Para reduzir a radiação secundária são utilizados alguns dispositivos:
Diafragma e colimadores: reduzem o feixe de radiação que sai da 
ampola, limitando-o à área a ser radiografada
Grade antidifusora ou bucky: são dispositivos de lâminas metálicas 
dispostas de maneira a absorver a radiação secundária, permitindo que 
apenas a radiação primária atinja o filme. É colocada antes do filme, na 
mesa ou em suporte próprio na parede 
Filtros: são lâminas de alumínio colocadas entre as lâminas dos 
colimadores com o objetivo de absorver os fótons de baixa energia que 
prejudicariam a qualidade da imagem
A nitidez da imagem depende da imobilidade do corpo, da distância 
do objeto ao filme e do tamanho do foco.
É fundamental que o corpo esteja imóvel ao ser radiografado para 
que a imagem seja nítida.
Relação entre densidade radiológica, absorção no corpo e imagem
PROCESSAMENTO RADIOGRÁFICO 
PROCESSAMENTO RADIOGRÁFICO 
O primeiro estágio da formação da imagem latente é a absorção de fótons de raios 
X pelos íons de brometo de prata. 
Não se consegue distinguir os grãos modificados e os grãos não expostos. 
No entanto, os grãos expostos são muito mais sensíveis à ação do revelador 
químico. 
A distribuição desses grãos invisíveis no filme que foram ativados pela luz é que 
forma a imagem latente.
O segundo estágio é o processamento que abrange a revelação, fixação, lavagem 
e secagem do filme
PROCESSAMENTO RADIOGRÁFICO 
PROCESSAMENTO RADIOGRÁFICO 
Processadora Automática de filmes radiográficos
Etapa de redução: a redução dos grãos de brometo de prata expostos é um 
processo que os converte em prata metálica visível por ação da fenidona e 
hidroquinona.
A fenidona é mais ativa e é responsável pela produção dos tons baixos e 
médios da escala de cinza. A hidroquinona produz os tons escuros ou de 
densidade ótica alta.
Etapa de ativação: a função do ativador, geralmente carbonato de cálcio, é 
amolecer e expandir a emulsão para que o redutor possa alcançar os grãos 
sensibilizados. 
Revelação
Etapa de redução: a redução dos grãos de brometo de prata expostos é um 
processo que os converte em prata metálica visível por ação da fenidona e
Etapa de moderação da velocidade de revelação: em geral, usa-se o brometo 
de potássio que desempenha a função de diminuir a velocidade das reações. 
Etapa de conservação: o sulfeto de sódio ajuda a proteger os agentes 
redutores da oxidação que se dá com o contato com o ar. Também reagem 
com produtos da oxidação para reduzir sua atividade.
Etapa de endurecimento: o glutaraldeído é utilizado para impedir o 
amolecimento excessivo da emulsão. Isto é necessário em processadoras 
automáticas que transportam os filmes através de rolos
Revelação
Após passar pelo revelador, o filme é transportado para um segundo 
tanque que contém a solução fixadora.
O fixador é uma mistura de soluções que têm por funções:
Etapa Neutralização: quando o filme sai do revelador, ele ainda está 
molhado pela solução reveladora. Utiliza-se o ácido acético para 
estancar o processo e evitar revelação excessiva que aumenta o fog no 
filme. 
Fixação
Etapa de Clareamento: a solução fixadora também clareia os grãos de haletos
de prata não revelados. Utiliza-se amônia ou tiosulfato de sódio.
Os grãos não expostos são retirados do filme e dissolvem-se na solução 
fixadora. A prata que se acumula no fixador durante o processo de 
clareamento pode ser recuperada e tem alto grau de pureza.
Etapa de Conservação: o sulfeto de sódio protege o fixador de reações que o 
deterioram
Fixação
Para retirar da emulsão a solução fixadora, o filme recebe um banho de 
água. 
É muito importante que se remova todo o tiosulfato contido no fixador.
Se ficar retido na emulsão, ele pode reagir com o nitrato de prata e com 
o ar para formar o sulfato de prata que dá à radiografia uma coloração 
marrom-amarelada.
A quantidade de tiosulfato retido na emulsão determina o tempo de 
vida útil da radiografia do filme processado.
Lavagem
Consiste na última etapa do processamento.
Após passar por uma câmara por onde circula ar quente, o filme 
está pronto para ser manuseado e avaliado
Secagem 
EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO 
O efeito biológico é uma resposta natural do organismo a um 
agente agressor e esta resposta pode comportar-se de 
diversas formas.
O dano causado pela radiação é cumulativo, ou seja, a lesão 
causada tem seus danos aumentados por doses repetidas de 
radiação. Porém, os riscos diminuem com a redução da 
quantidade de radiação
EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO 
Os efeitos biológicos da radiação são classificados em:
Efeitos estocásticos
Efeitos da exposição pré-natal
Efeitos determinísticos
Efeitos estocásticos: 
São proporcionais à dose de radiação recebida, sem existência de 
um limiar. São cumulativos. 
Provocam modificações nas células, podendo levar ao câncer ou a 
efeitos hereditários. Exemplo: neoplasias e leucemia.
Efeitos da exposição pré-natal:
Os efeitos dependem do período da gestação em que ocorre a 
exposição.
Quando o número de células do embrião é pequeno, a probabilidade 
da ocorrência do efeito é maior.
. 
:
Efeitos determinísticos:
Sãolimiares dependentes. Provocam um número elevado de células 
mortas, causando o colapso do tecido. 
Aparecem, em geral, dias ou semanas após a irradiação do órgão ou 
tecido. 
Exemplo: radiodermite exsudativa, aplasia medular, catarata, 
esterilidade (temporária ou permanente). 
A radiossensibilidade celular é variável; quanto mais jovens as células 
(quando a mitose é mais acelerada) e quanto mais não diferenciadas, mais 
sensíveis à radiação,
Células mais sensíveis: glóbulos brancos (principalmente linfócitos), glóbulos 
vermelhos, óvulos e espermatozoides 
Células de sensibilidade intermediária: células epiteliais e células do cristalino 
Células mais resistentes: células nervosas e musculares; exceção para as 
células do sistema nervoso do embrião
Os efeitos se fazem sentir a curto e longo prazos: 
Efeitos a curto prazo: observados em horas, dias ou semanas, produzidos 
por uma grande quantidade de radiação em grandes áreas corporais, em 
um curto período de tempo. 
São exemplos a síndrome aguda de radiação com náuseas, vômitos, 
infecções, hemorragias, diarreia, desidratação e alopecia 
Os efeitos se fazem sentir a curto e longo prazos: 
Efeitos a longo prazo: causados por grandes exposições em curto espaço 
de tempo ou pequenas quantidades de radiação em um longo período de 
tempo (nesta categoria encontram-se os pacientes que “costumam” ser 
radiografados com frequência). Podem ser divididos em: 
Efeitos genéticos: podem surgir quando os órgãos reprodutores são 
expostos à radiação. O dano não se expressa na pessoa irradiada, e sim 
em gerações futuras, por mutações genéticas nas células reprodutoras 
Efeitos somáticos: observados na pessoa irradiada. Radiodermites, câncer, 
cataratas, leucemia e malformações (exposição no feto) são alguns 
exemplos
Meios de proteção radiológica 
Para evitar os efeitos deletérios da radiação, são tomadas medidas que 
visam proteger o indivíduo, minimizando esses danos tanto para quem lida 
com a radiação, como para os pacientes. São eles: 
• Redução da área radiografada por meio de colimadores, diafragma 
• Redução da exposição (dose de irradiação) 
• Limitação do número de exames, principalmente em crianças 
• Proteção plúmbica para gônadas, tireoide e cristalino 
• Biombos e aventais plúmbicos para o profissional em radiologia 
• Monitor individual de radiação (dosímetro) para os profissionais.
Incidências
As incidências são as posições em que são colocados os pacientes para 
que sejam radiografados. 
Em uma radiografia são observados todos os elementos ultrapassados 
pelo feixe de radiação, projetados em um só plano. 
Pela superposição das diversas estruturas, muitas vezes não há condições 
de localizar ou delimitar com precisão determinadas imagens. 
É fundamental que sejam feitas incidências em posições diferentes, 
determinando planos opostos e/ou complementares. 
O estudo radiológico do tórax, por exemplo, deve constar, no mínimo, de 
2 incidências: uma frontal (PA) e outra em perfil 
Por convenção, a denominação 
da incidência se faz pelo local 
do corpo que está voltado para 
a ampola:
PA = posteroanterior, dorso 
virado para a ampola e ventre 
próximo ao filme.
É possível constatar a posição do paciente em determinado exame 
observando-se a identificação do paciente na película, que fica sempre no 
alto e à direita, quando o paciente está em ortostase, e embaixo, também 
à direita, quando o paciente está em decúbito
Rotina mínima de exames radiológicos 
A rotina mínima que deve ser seguida em exames radiológicos é definida, em cada caso, a seguir: 
 Tórax: posteroanterior (PA) + perfil (P). 
 Abdome: anteroposterior (AP) em ortostática e em decúbito dorsal 
 Rotina de abdome agudo (RAA): tórax PA + 2 incidências do abdome (ortostase e decúbito) 
 Arcos costais: tórax PA + oblíqua 
 Coluna cervical: AP + P + oblíquas
 Coluna torácica: AP + P
 Coluna lombar: AP + P + oblíquas 
 Ombro: AP + rotações interna + externa 
 Braço e antebraço: AP + P
 Cotovelo e punho: AP + P 
 Mãos e pés: AP + P + oblíquas
 Coxas, joelhos, pernas e tornozelos: AP + P
 Clavícula: AP 
 Escápula: AP + tangencial 
 Esterno: P + oblíqua (posição do nadador)
 Calcâneo: P + axial.
Radiografia digital
Radiografia digital 
Mesmos princípios de emissão de raios-X e de sua interação com o 
organismo humano que a convencional.
A principal diferença entre elas está em como os raios que atravessam a 
matéria serão capturados e processados de modo a gerar a imagem.
a convencional, usam-se placas de filme que passam por revelação. 
Já na radiografia digital direta, os raios-X são capturados por uma placa 
de circuitos sensíveis à radiação, que gera uma imagem digital e a envia 
ao computador na forma de sinais elétricos. 
FORMAÇÃO DA IMAGEM A MUDANÇA 
PARA O SISTEMA DIGITAL COMEÇA NO:
CASSETE, NÃO UTILIZAMOS MAIS 
FILMES E ÉCRAN, PLACA FLEXÍVEL DE 
FÓSFORO FOTOESTIMULÁVEL DE 
(CRISTAIS DE BÁRIO CONTENDO ÍONS 
EUROPIUM), 
IP (IMAGE PLATE). AGORA A IMAGEM 
LATENTE FICA ARMAZENADA NO IP E É 
TRANSFERIDA PARA O COMPUTADOR.
Radiografia digital 
O exame é acessado, processado e armazenado pelo PACS 
(Picture Archiving and Comunication System), que pode ser conectado 
diretamente ao Prontuário Eletrônico do Paciente (PEP). 
Na digital indireta, os raios são capturados por uma placa de fósforo que 
precisa ser escaneada a fim de que a imagem seja transmitida ao 
computador.
A partir daí, ela pode ser processada e destinada para os mais diversos 
locais, da mesma forma que a radiografia direta.
Radiografia digital 
A imagem processada via PACS tem mais nitidez, contraste, detalhes e 
diferenciação de densidades que a da radiografia convencional, o que 
otimiza o diagnóstico e acompanhamento das doenças. 
Como é imediatamente gerada no computador, pode ser rapidamente 
encaminhada para o médico radiologista.
Esse profissional logo emite o laudo para um especialista remoto ou 
para o médico responsável pelo paciente, que já pode então diagnosticar 
e iniciar o tratamento adequado, trazendo assim maior agilidade e 
eficiência a todo o processo de cuidado
Picture Archiving and Comunication System PACS