Biofísica - IMAGENS DIAGNÓSTICAS

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*Entre raio-x, ultrassom e ressonância magnética, o 
ultrassom é o método mais seguro, porém, suas imagens 
têm a menor nitidez 
*Radioatividade produz radiação (toda radioatividade 
contém radiação, mas nem toda radiação resulta em 
radioatividade) 
→ RADIAÇÃO: o transporte (espalhamento) de 
energia “sem matéria” através do espaço (fótons) 
não tem atividade residual 
FÓTONS: não têm massa, mas levam a força 
eletromagnética 
ex: luz 
→ RADIOATIVIDADE: o espalhamento de 
partículas energéticas subatômicas, através do 
espaço (nucleons) 
pode deixar atividade residual 
NUCLEONS: partículas que constituem o núcleo 
atômico; podem ter uma carga (próton) ou 
podem ser neutros (nêutrons) 
*As intensidades (dosagens) de energia que está 
espalhada através da radiação e da radioatividade 
obedecem a LEI DO INVERSO DO QUADRADO DA 
DISTÂNCIA 
→ a intensidade do feixe de radiação é 
inversamente proporcional ao quadrado da 
distância percorrida por ele (quanto maior for a 
distância entre o feixe e determinado objeto, 
menor será o poder de penetração dos raios-x) 
i = 
1
(𝑑)
2 
→ a melhor proteção contra 
radiação/radioatividade é a distância 
 
 
 
 
 
 
 
Raio-X 
*Uma forma pura de radiação eletromagnética 
*Radiação com energia maior que a da luz visível é 
chamada de IONIZANTE (capaz de criar íons) 
→ alta frequência 
→ pode quebrar ligações químicas, transformando 
compostos (o que pode prejudicar sistemas 
biológicos) 
→ raios-x são um exemplo 
*Radiação com energia menor que a da luz visível é 
chamada de NÃO IONIZANTE 
*A radiação eletromagnética pode ser produzida a partir 
de elétrons, que devem ser acelerados 
→ a aceleração é necessária para produzir uma 
força que seja sentida pelas cargas 
*Como a aceleração dos elétrons é utilizada na produção 
de raios-x 
→ um tubo de vidro evacuado contém um catodo e 
um anodo nos terminais opostos 
→ aplicação de um grande potencial (KV) pode 
produzir um feixe de elétrons que se direciona 
do catodo para o anodo (daí vem a nomenclatura 
de RAIOS CATÓDICOS) 
→ esse movimento dos elétrons é visível a partir de 
uma tela de sulfeto de zinco 
 
 
 
 
 
 
*Imagens de raios-x são chamadas PROJEÇÕES 
*Raios-x permitem a visualização de estruturas internas 
porque átomos e moléculas podem ter elétrons em níveis 
de energia diferentes 
→ elétrons podem saltar ou cair entre os diferentes 
níveis de energia 
(absorvendo fótons) 
Imagens 
Diagnósticas 
i: intensidade do feixe 
d: distância 
 
 
 
→ em materiais transparentes, todos os níveis de 
energia estão ocupados por elétrons, de modo 
que os fótons não são absorvidos, mas sim 
transmitidos 
→ quando os raios-x atingem o corpo humano, os 
ossos conseguem absorver suas energias 
(principalmente porque os ossos são densos e 
têm Ca2+, metal) 
*A partir da aceleração dos elétrons no tubo (válvula), o 
feixe de raios-x sai pela JANELA do tubo para atingir uma 
pessoa e a transmissão é registrada num filme ou numa 
placa que será revelada 
 
 
 
 
 
 
→ tubos são feitos de metal, mas ainda têm o 
catodo e o anodo, que aceleram os elétrons 
→ quando os elétrons saem do catodo e batem no 
anodo, são altamente acelerados e produzem os 
raios-x 
se, quando chegarem no anodo, os elétrons 
passarem muito perto do núcleo dos átomos que 
compõem o metal, a influência de cargas 
positivas do anodo podem atrair os elétrons, 
promovendo uma curva em sua trajetória 
(passam a ter aceleração) e produzindo os fótons 
dos raios-x radiação de frenagem 
*Apenas cerca de 1% do total de raios X produzidos por 
o tubo atingir o paciente, o resto é difundida e absorvida 
pela blindagem 
*O técnico de raios-X pode manipular o potencial 
elétrico entre o ânodo e catodo(kV) e a corrente dos 
elétrons (mAs) do tubo, para alterar a produção de raios-
X, o que vai alterar a imagem resultante 
→ normalmente, o potencial elétrico usado para a 
produção de raios-x está entre 30kV a 50kV 
potencial elétrico de 30 kV produz raios “moles” 
potencial elétrico de 150 kV produz raios “duros” 
maior potencial elétrico aumenta a velocidade 
dos elétrons e resulta em fótons de raios-x de 
maior energia 
um ajuste no potencial elétrico resulta em uma 
imagem com maior alcance dinâmico ou com 
mais tons de cinza, que melhoram bastante o 
resultado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 IDEAL É ATINGIR O EQUILÍBRIO 
→ a amperagem controla o número total de fótons 
que atingem o paciente cada segundo; utilizada 
para formar o contraste no fundo da imagem 
maior amperagem aumenta a quantidade de 
elétrons liberados e resulta em maior 
quantidade de fótons de raios-x 
um aumento na amperagem resulta em um 
fundo mais escuro na radiografia 
aumenta os riscos de saúde para o paciente, pois 
mais fótons aumentam a chance de ocorrer mais 
reações ionizantes 
*O ideal é encontrar um alcance máximo em que na 
imagem há partes que fiquem perfeitamente brancas e 
outras que fiquem pretas 
*Para imagens diagnósticas, usa-se a escala 8-bit 
(potencial – uma imagem com 8-bit tem 256 opções de 
cinza) 
 
RESUMO 
*Parâmetros para serem considerados 
• energia dos fótons (kV) 
• fluxo (corrente) dos fótons (mAs) 
• tempo de exposição do paciente 
*Todos os parâmetros devem ser ajustados para produzir 
a MELHOR IMAGEM com o TEMPO MÍNIMO DE 
EXPOSIÇÃO 
 
Aplicações especiais 
*Máquina de tomografia: usa raios-x 
 
 
Fótons estão sendo 
absorvidos, pois não têm 
energia suficiente para passar 
Fótons têm muita energia, 
passam demais e quase não 
são absorvidos 
 
 
→ pode tirar fatias de raios-x, que podem ser 
reconstruídas no computador para dar 
informações tridimensionais 
→ dentro dela, há um tubo de raios-x que gira em 
360° para ‘tirar as fatias” 
→ muito boa para visualização de tumores (são 
tipicamente assimétricos – uma imagem 
unidimensional não seria suficiente para 
dimensioná-lo); para isso, deve-se tomar um 
contraste (composto por metal, que “gera 
contraste” nas projeções dos raios-x) 
exemplos: bário, iodo, gadolínio 
*Flouroscopia: gera raios-x em tempo real 
→ utilizado quando o profissional está fazendo 
alguma manipulação no paciente e precisa 
visualizar a anatomia usando raios-x 
→ técnica é utilizada para realizar angioplastias 
 
Ressonância Magnética 
*Imagens produzidas são muito nítidas 
*Há vários métodos de formação de imagens nessa 
máquina, contudo, as mais comuns são T1 e T2 
→ formação de contraste entre tecido 
principalmente aquoso e tecido principalmente 
gorduroso 
ONDAS ELETROMAGNÉTICAS 
*Para processos de ressonância magnética, usa-se a faixa 
de radiação eletromagnética que fica na faixa de ondas 
de rádio (radiações não ionizantes – seguras) 
*FREQUÊNCIA: número de ciclos completos que a onda 
realiza em um segundo 
→ aumento de frequência = aumento de energia 
*AMPLITUDE: altura da onda 
*A máquina de ressonância magnética é como um grande 
ímã 
→ ímãs têm a característica de apresentar dois 
polos (norte e sul) 
→ terminais semelhantes se repelem, terminais 
opostos se atraem 
TIPOS DE SISTEMAS DE RESSONÂNCIA 
MAGNÉTICA 
*ABERTO 
→ campo magnético é vertical, como um ímã em 
formato de “C” 
*FECHADO 
→ campo magnético é horizontal 
→ sistema mais comum 
 
OBS: UNIDADES DE FORÇA DO CAMPO MAGNÉTICO 
(necessário para a máquina formar imagens) 
• gauss 
• tesla 
1 TESLA = 10.000 GAUSS 
 
POR QUE BÚSSOLAS NÃO APONTAM PARA 
HOSPITAIS? 
as máquinas de RM produzem um campo 
magnético muito mais poderoso que o da Terra, 
mas em apenas em um ponto/local – e esse 
campo eletromagnético cai dramaticamente 
com a distância (obedece à Lei do Inverso do 
Quadrado) 
na Terra, embora o campo magnético seja de 
menor valor, é constante em todos os pontos 
CAMPO MAGNÉTICO 
*Importante não colocar nada composto por metal na 
mesma sala que a máquina 
Física por trás da RM*NMR 
→ N: nuclear - alguns núcleos reagem a estímulo 
do rádio no campo magnético 
→ M: magnético – campo magnético grande e 
necessário 
→ R: ressonância - a frequência de ressonância 
depende do campo magnético e do tipo do 
núcleo 
*NUCLEAR 
→ necessidade de um núcleo atômico – mais usado 
é o hidrogênio 
→ prótons têm muitas características boas: são 
super abundantes no corpo humano, estão 
presentes em moléculas lipídicas (mas agem de 
forma diferente sob influência de ondas de 
rádio) 
→ prótons estão sempre fazendo revoluções e são 
ímãs pequenos (base da interação entre o campo 
 
 
 
magnético produzido pela máquina e os 
prótons) 
→ normalmente, os prótons do corpo humano têm 
um alinhamento aleatório, mas são orientados a 
partir da influência de um ímã grande (o campo 
magnético da máquina de RM) 
alinhamento dos prótons após essa influência 
está vinculado com a sua energia: menos 
energéticos apontam para o norte, mais 
energéticos apontam para o sul 
→ PRECESSÃO: movimento realizado por todo o 
eixo juntamente com o próton 
mesmo quando estão alinhados no campo 
magnético forte, os eixos continuam a fazer esse 
movimento (para entender ressonância, é 
necessário saber a taxa de precessão do próton) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
EQUAÇÃO FUNDAMENTAL 
 
 
ϖ0 é a frequência de Larmor 
γ é a razão giromagnética (diferente para 
núcleos diferentes) 
B0 é o campo magnético externo 
*MAGNÉTICA 
→ quando nos deitamos na maca da máquina, os 
prótons de hidrogênio ficam lineares com o 
campo magnético 
→ MAGNETIZAÇÃO TRANSVERSAL: qualquer 
plano que está perpendicular a Bo (eixo do 
próton “dobra e deita”, ficando perpendicular ao 
campo magnético) acontece quando se utiliza 
radiações eletromagnéticas na faixa do rádio – 
detectável, usado para criar imagens 
depois de certo tempo, o eixo do próton assume 
posição paralela ao campo magnético e seu sinal 
se torna indetectável 
→ MAGNETIZAÇÃO LONGITUDINAL: qualquer 
plano paralelo a B0 (eixo do próton paralelo ao 
campo magnético – não detectável) 
CONTRASTE 
 
 
 
 
 
 
*Provém da diferença entre gordura e água (embora 
ambos tenham prótons, reagem de maneira diferente aos 
impulsos de rádio) 
→ prótons não conseguem retornar ao seu 
alinhamento com a mesma velocidade 
→ em geral, os prótons associados à água têm 
muito mais liberdade de movimento 
→ prótons associados com gordura são mais 
restritos 
*Sob um mesmo impulso de rádio, os prótons de água 
demoram mais tempo para apresentar alinhamento 
paralelo ao campo magnético 
*Na configuração T2, ÁGUA é BRANCO/GORDURA é 
PRETO 
*Na configuração T1, ÁGUA é PRETO (cinza) 
/GORDURA é BRANCO 
esses pixels produzem imagens 
BOBINAS 
*BOBINA DE VOLUME 
→ transceptoras: transmitem e recebem pulsos de 
radiofrequência 
→ fica integrada com o ímã 
*BOBINA DE SUPERFÍCIE 
→ apenas recebem o sinal dos tecidos 
→ utilizadas nas superfícies cutâneas 
→ imagens adquiridas com bobinas de superfície 
têm ótima relação/ruído, possibilitando adquirir 
imagens com maiores detalhes anatômicos 
*BOBINA DE ARRANJO DE FASE 
→ constituídas por bobinas e receptores múltiplos 
*Como usar o sinal para construir uma imagem? 
→ a máquina é um grande ímã, mas não é apenas 
um ímã 
 
 
MÁQUINAS DE T1 E T2 
DIFEREM NA FREQUÊNCIA 
DE PRECISÃO DOS PRÓTONS 
 
 
→ cada parte do tubo da máquina tem um campo 
magnético distinto; somente os prótons da parte 
do corpo posicionada no campo de 1T vão reagir 
com a frequência de rádio, gerando sinal a ser 
usado para criar uma imagem 
→ as imagens são formadas na área do “Espaço K”, 
o qual armazena os dados relativos às linhas e 
colunas que formarão a imagem da RM; os dados 
são convertidos em uma escala de cinza 
 
 
Instrumentação Física e Ultrassom 
*Uso de ondas mecânicas 
SEQUÊNCIA DE EVENTOS 
*A máquina de ultrassom transmite pulsos sonoros de 
alta frequência (1 – 12 megahertz) no corpo através de 
uma sonda (transdutor) 
*As ondas sonoras se propagam para dentro do corpo e 
atingem um limite entre os tecidos 
*Algumas das ondas sonoras refletem de volta para a 
sonda, enquanto algumas viajam mais, até que atinjam 
outro limite, para, em se seguida, refletirem de volta para 
a sonda 
*As ondas refletidas são detectadas pela sonda e 
retransmitidas para a máquina 
*O aparelho calcula a distância a partir da sonda para os 
tecidos ou órgãos (limites), utilizando a velocidade do 
som no tecido (1540m/s) e o tempo de retorno de cada 
eco (geralmente, da ordem de milissegundos) 
*O aparelho apresenta as distâncias e as intensidades dos 
ecos na tela, formando uma imagem bidimensional 
OBS: FREQUÊNCIAS 
• frequências mais altas = imagem mais nítida, 
porém, não têm alcance profundo (investigação 
de estruturas próximas da superfície do corpo) 
• frequências mais baixas = imagem menos nítida, 
porém, têm alcance profundo (investigação de 
estruturas profundas) 
CONCEITO 
*Pressão sonora cíclica com uma frequência maior do 
que o limite superior da audição humana 
→ o ouvido humano só pode responder à faixa de 
frequência entre 20Hz e 20.000Hz 
Aplicações 
SONOGRAFIA MÉDICA 
*Técnica baseada em diagnóstico por imagem de 
ultrassom usado para visualizar músculos e órgãos 
internos, seu tamanho, estrutura e possíveis patologias 
ou lesões 
*Forma mais segura de se obter imagens diagnósticas 
APLICAÇÕES DIAGNÓSTICAS 
*Cardiologia 
*Ginecologia e Obstetrícia 
*Oftalmologia 
*Urologia (ex: determinar a quantidade de fluido retido 
na bexiga de um paciente) 
*Osteomusculares - tendões, músculos e nervos 
*Vasculares - artérias e veias 
*Biópsia intervencionistas - esvaziar os fluidos, 
transfusão intra-uterina 
APLICAÇÕES TERAPÊUTICAS 
*Aplicações terapêuticas usam ultrassom para trazer 
calor ou agitação no corpo (uso de energia muito maior 
do que a utilizada em ultrassom diagnóstico) 
Física do ultrassom 
SOM 
*Uma onda mecânica, longitudinal, que viaja em linha 
reta 
*Requer um meio através do qual possa viajar 
(diferentemente dos fótons, que podem viajar no vácuo) 
VARIÁVEIS ACÚSTICAS 
*COMPRIMENTO DE ONDA: distância a partir de um 
pico para o próximo, ou de um vale para o próximo 
(inversamente proporcional à frequência) 
*AMPLITUDE: deslocamento máximo do pico de onda; 
este parâmetro é diretamente proporcional à energia do 
som “força do som” 
*FREQUÊNCIA: ciclos por segundo 
*PERÍODO: tempo necessário para completar um ciclo 
de onda 
PRODUÇÃO DE ULTRASSOM 
 
 
*O ultrassom é produzido pela passagem de uma 
corrente elétrica através de PIEZOELÉTRICOS (material 
que, se expande e contrai com corrente) cristais 
→ análogo ao transdutor da ressonância magnética 
→ material que, se deformado mecanicamente, 
produz um potencial elétrico entre os dois 
terminais 
→ caso haja uma aplicação de diferença de 
potencial entre os dois terminais, o material se 
dobra 
*Tipos de transdutores 
→ tamanho, desenho e frequência dependem do 
tipo de exame 
→ a espessura das lâminas de piezoelétricos 
controlam a frequência que elas irão produzir 
lâminas mais grossas = frequências mais baixas 
lâminas mais finas = frequências mais altas 
 
 
 
 
 
*Transdutor de ultrassom produz pulsos 
*Estes elementos converter energia elétrica em uma 
onda de ultrassom mecânico 
*Ecos refletidos voltar para a cabeça da sonda, que 
convertem a onda de ultrassom em um sinal elétrico 
FREQUÊNCIA E RESOLUÇÃO DE IMAGEM 
*A frequência também afeta a qualidade da imagem de 
ultrassom 
→ quanto maior a frequência, melhor a resolução 
→ quanto menor a frequência, menor a resolução 
*Um transdutor de 12 MHz tem resolução muito boa, 
mas não pode penetrar muito profundamente no corpo 
*Um transdutor de 3 MHz podem penetrar 
profundamente no corpo, mas a solução não é tão boa 
como a 12 MHz 
*Uso de frequências mais baixas em tecidos mais 
profundos 
→ ATENUAÇÃO:o poder do som cai com a 
distância; frequências altas caem mais rápido 
que frequências baixas 
→ tecido pode absorver a energia sonora para 
produzir calor, por exemplo 
*A velocidade do som varia conforme o tecido – a 
qualidade da imagem final sofre com as mudanças na 
velocidade do som 
→ a velocidade depende da frequência, então as 
frequências podem ser ajustadas para corrigir 
mudanças na escala da imagem final 
→ a ideia é deixar a velocidade o mais constante 
possível para produzir uma imagem mais fiel 
FORMAÇÃO DE IMAGEM 
*A máquina contabiliza os “ecos” entre uma reflexão e 
outra para posicionar os pixels na imagem (produzidos a 
partir de sinal elétrico) 
→ brilho do pixel é proporcional à força de reflexão 
dos ecos 
*Localização do pixel é determinado pelo tempo de 
viagem 
→ a velocidade no tecido é assumida constante em 
1540m/s 
INTERAÇÕES DO ULTRASSOM COM O TECIDO 
*REFLEXÃO: o ultrassom reflete no tecido e retorna para 
o transdutor 
→ a quantidade de reflexão depende diferenças na 
IMPEDÂNCIA ACÚSTICA (propagação de som 
de um meio, com determinadas características 
específicas, para outro meio com características 
diferentes) 
→ quanto maior a impedância acústica, mais denso 
é o tecido e mais branco ele aparece na imagem 
*REFRAÇÃO: ocorre quando o transdutor e o tecido não 
estão perpendiculares (o sinal é perdido) 
*TRANSMISSÃO: algumas das ondas de ultrassom 
continuam mais profundamente no corpo