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<p>EADPLUS</p><p>Física Médica e Instrumentação em Equipamentos Ra-</p><p>diológicos</p><p>Márcia R H Marques</p><p>1. Ressonância Magnética Nuclear</p><p>Ressonância magnética é uma técnica baseada nas propriedades mag-</p><p>néticas do núcleo atômico que, quando submetido a um campo magnético ex-</p><p>terno, pode ser observado pela absorção e emissão de radiação eletromagné-</p><p>tica.</p><p>1.1 NÚCLEO ATÔMICO</p><p>O núcleo atômico é formado por partículas denominadas núcleons (pró-</p><p>tons e nêutrons) e têm sua estabilidade mantida pela chamada interação forte.</p><p>Desse modo, o momento angular intrínseco (spin) ao núcleo dependerá dos</p><p>momentos angulares intrínsecos aos prótons e nêutrons.</p><p>Tanto os prótons como os nêutrons apresentam números quânticos</p><p>semi- inteiros de magnitude 1⁄2, e dependem de sua orientação ao longo de</p><p>uma direção, por exemplo, eixo z.</p><p>A interação entre os núcleons e as propriedades nucleares pode ser ex-</p><p>plicada através do Modelo de Camadas. Esse modelo assume que os núcleons</p><p>possuem uma distribuição análoga a distribuição dos elétrons em camadas ele-</p><p>trônicas. Cada subnível de energia pode conter duas partículas (spin up e spin</p><p>down), e os subníveis apenas estão completos quando se tem números pares</p><p>de nêutrons ou prótons no núcleo (núcleo “par-par”). Por outro lado, quando se</p><p>tem núcleos com um número ímpar de nêutrons e prótons (núcleo “ímpar-ím-</p><p>par”), tem-se subcamadas não completas de ambos os tipos de partículas.</p><p>Nos núcleos par-par, todos os prótons e nêutrons se pareiam de modo</p><p>que os momentos angulares de spin e orbital se cancelam mutuamente. Assim,</p><p>os núcleos par-par possuem momento angular nuclear igual a zero. Os núcleos</p><p>ímpar-ímpar possuem, cada qual, um próton e um nêutron extra, com spins</p><p>semi-inteiros que se acoplam em um momento angular inteiro. Já nos núcleos</p><p>par-ímpar, o spin semi- inteiro de um único núcleon extra é combinado com o</p><p>momento angular inteiro do resto do núcleo para formar um momento angular</p><p>total semi-inteiro.</p><p>São estes núcleos, com spin semi-inteiro, que, de fato, apresentam maior</p><p>relevância para que o fenômeno de ressonância magnética ocorra.</p><p>O foco principal de toda MRI é no núcleo de hidrogênio. Este é de grande</p><p>interesse, pois tem spin nuclear igual a 1⁄2, e núcleos com esse valor de spin</p><p>possuem uma distribuição de carga com simetria esférica. Além disso, o hidro-</p><p>gênio é um átomo bastante abundante em humanos.</p><p>Não mais olhando para um único núcleo de hidrogênio, mas para um sis-</p><p>tema de spins (sistema biológico, por exemplo), temos que para todos os spins</p><p>nucleares 𝐼 = 1⁄2. Nesse caso, na presença de um campo magnético externo,</p><p>ainda haverá dois níveis de energia acessíveis ao sistema. Os núcleos podem</p><p>estar em um nível de menor energia, alinhados paralelamente ao campo, ou em</p><p>um nível de menor energia, alinhados antiparalelamente ao campo externo. No</p><p>entanto, na natureza é comum níveis mais baixos de energia serem ocupados</p><p>preferencialmente.</p><p>1.2 ANALOGIA SEMICLÁSSICA</p><p>Embora o spin seja uma propriedade quântica, ele pode ser associado</p><p>a um modelo semiclássico, já que o fenômeno de RM em si não apresenta</p><p>quantização de maneira explícita. Isso é bastante didático na compreensão de</p><p>como os momentos magnéticos de uma amostra interagem com um campo</p><p>magnético externo.</p><p>Para o caso de um único próton, pode-se descrever o spin do núcleo</p><p>como o movimento de uma esfera carregada que rotaciona ao redor do seu</p><p>próprio eixo e, uma vez que essa esfera possui massa, também possui mo-</p><p>mento angular. Sendo a esfera carregada, cargas em movimento produzem</p><p>correntes elétricas e, portanto, há uma corrente elétrica circular que, por sua</p><p>vez, dá origem a um pequeno campo magnético. Esse pequeno campo mag-</p><p>nético é denominado momento magnético, 𝜇𝑛.</p><p>De acordo com a mecânica clássica, um campo magnético agindo</p><p>sobre uma distribuição de cargas em movimento gera um torque sobre</p><p>essa distribuição. Esse torque tende a alinhar o momento magnético com</p><p>o campo externo.</p><p>1.3 Magnetização</p><p>Define-se uma grandeza macroscópica, denominada magnetização (𝑀),</p><p>que é dada pelo somatório vetorial dos momentos magnéticos (spins) de todos</p><p>os núcleos existentes na amostra, dividido pelo volume da amostra.</p><p>A precessão dos spins ao redor do campo não ocorre com coerência de</p><p>fase, embora com mesma frequência de precessão. Devido a isso, na direção</p><p>perpendicular ao campo externo, a orientação dos spins se encontra distribuída</p><p>de forma randômica, assim como quando eles não se encontravam na pre-</p><p>sença do campo magnético. Nesse caso, seus momentos magnéticos se anu-</p><p>lam e, portanto, não há componente resultante da magnetização perpendicular</p><p>a 𝐵0.</p><p>No entanto, na direção paralela ao campo magnético, o resultado é di-</p><p>ferente. Nesse caso, temos uma componente não nula denominada magneti-</p><p>zação inicial (𝑀0) originada a partir do pequeno excesso de núcleos alinhados</p><p>paralelamente a 𝐵0 (estado mais favorável energeticamente). Essa pequena</p><p>diferença é que irá contribuir para o surgimento da magnetização macroscópica</p><p>𝐵0</p><p>𝜇𝑛</p><p>1.4 Pulsos de RF: Excitação dos spins</p><p>Vimos que o fenômeno de RM ocorre quando um sistema composto por</p><p>núcleos que possuem momentos magnéticos não nulos sob a ação de um</p><p>campo magnético externo e estático é irradiado por uma onda eletromagnética</p><p>com frequência igual à frequência de precessão dos spins nucleares (frequên-</p><p>cia de Larmor). Para efeitos de RM, considera-se unicamente o campo magné-</p><p>tico da onda eletromagnética.</p><p>Esse campo adicional é gerado por uma bobina de radiofrequência (RF).</p><p>A aplicação de um pulso de RF faz com que o vetor magnetização tenha uma</p><p>variação angular de ∆𝜃 em relação ao eixo z. O efeito sobre o vetor magnetiza-</p><p>ção é o de afastá-lo, por um dado ângulo de desvio (∆𝜃), do alinhamento com</p><p>o campo estático.</p><p>Um dos pulsos de RF mais utilizados é o que resultará em um ângulo de</p><p>desvio de 90º, transferindo assim todo o vetor magnetização para o plano trans-</p><p>versal. Pulsos de 180º também são bastante utilizados e são chamados de pul-</p><p>sos de inversão. O ângulo ∆𝜃 é o que chamamos de ângulo de flip.</p><p>1.5 TEMPOS DE RELAXAÇÃO: T1 E T2</p><p>O tempo de relaxação longitudinal reflete o tempo que a projeção do vetor</p><p>magnetização paralela ao campo externo principal, 𝑀𝑧, leva para recuperar 63%</p><p>𝐵0</p><p>do seu valor inicial após a aplicação de um pulso de excitação de 90°. Os spins</p><p>tendem a se alinhar ao campo magnético a fim de atingirem uma situação de</p><p>energia mínima. Assim, os prótons liberam pacotes de energia para o reservató-</p><p>rio térmico, possibilitando, assim, a passagem para esse estado de menor ener-</p><p>gia.</p><p>O tempo de relaxação transversal é definido como sendo o tempo no qual</p><p>a componente transversal da magnetização atinge 37% do seu valor inicial. A</p><p>interação, nesse caso, ocorre devido ao fato dos spins estarem sujeitos a um</p><p>campo local, que é a combinação entre o campo magnético externo e o campo</p><p>produzido pelos seus respectivos vizinhos. Tais variações no campo local fazem</p><p>com que diferentes spins precessem com frequências ligeiramente distintas dos</p><p>outros, acarretando em uma defasagem entre os mesmos (perda de coerência</p><p>de fase) e, consequente, diminuição da componente transversal da magnetiza-</p><p>ção, que relaxa com tempo característico T2.</p><p>Mecanismos de relaxaçãoo após a aplicaçãoo de um pulso de 90º.</p><p>Fonte: PANEPUCCI</p><p>2</p><p>1.6 Instrumentação em Ressonância Magnética</p><p>A produção de uma</p><p>imagem por ressonância magnética (RM) exige a realização</p><p>de vários processos, incluindo sua aquisição e formação. Para realizar esses</p><p>processos, são necessários diversos componentes do sistema, como hardware</p><p>e software. Os processos incluem o alinhamento dos núcleos, a excitação por</p><p>radiofrequência (RF), a codificação espacial da imagem. O hardware necessário</p><p>para que os processos possam ser realizados inclui:</p><p>• magneto - para o alinhamento dos núcleos</p><p>• bobinas de radiofrequência - para a excitação</p><p>• gradiente de campo magnético - para a codificação espacial da imagem.</p><p>• sistema computacional - para aquisição da imagem e interface com o operador</p><p>• processador de imagens - para a conversão dos sinais em imagens.</p><p>Os gradientes do campo magnético determinam a localização espacial dos sinais</p><p>de RF. O sinal de RM é alterado para um formato inteligível de um decaimento</p><p>de indução livre (FID) para um espectro por meio da Transformada de Fourier.</p><p>1.6.1 Magneto: eletromagnetos supercondutores</p><p>O magneto alinha os núcleos em estado de baixa energia (em paralelo) e de alta</p><p>energia (anti- paralelo). Quanto mais forte o magneto, mais spins se encontram</p><p>no estado de baixa energia. Quanto mais spins de baixa energia, maior é o ex-</p><p>cesso de spins e mais alto o sinal e, consequentemente, melhor a qualidade da</p><p>imagem. Para manter a homogeneidade magnética, é necessário um sistema de</p><p>shim (homogeneização).</p><p>Muitos eletromagnetos são configurados com o uso de fios na forma de uma</p><p>bobina. O motivo da necessidade de tanta energia é que, para obter um campo</p><p>de alta potência, deve ser aplicada uma corrente alta ao solenoide. Infelizmente,</p><p>condutores como os fios de cobre apresentam grande resistência ao fluxo de</p><p>corrente em decorrência de vibrações na estrutura molecular e de imperfeições</p><p>do metal. Um condutor desse tipo, por conseguinte, seria destruído pelo calor.</p><p>Para contornar o problema e possibilitar que a necessária corrente de alta volta-</p><p>gem obtenha um campo magnético de alta potência, as bobinas são fabricadas</p><p>de uma liga de nióbio e titânio. Esse material apresenta uma propriedade conhe-</p><p>cida como supercondutividade quando resfriada abaixo de determinada tempe-</p><p>ratura crítica.</p><p>Um supercondutor apresenta praticamente zero de resistência e continuará a</p><p>conduzir uma poderosa corrente elétrica indefinidamente e sem aquecimento.</p><p>Para manter a supercondutividade, a bobina de fios que transmite a corrente</p><p>deve ser super-resfriada com substâncias conhecidas como criogênios. Entre os</p><p>agentes criogênicos utilizados em RM, estão: o hélio líquido (He) e o nitrogênio</p><p>líquido.</p><p>1.6.2 Bobinas de RF</p><p>A fonte de radiofrequência (RF) interfere ou excita os núcleos. O sistema de RF</p><p>precisa de um transmissor e de um receptor. Para alcançar ressonância, a fre-</p><p>quência do pulso de excitação de RF tem de ser semelhante à frequência de</p><p>precessão (frequência de Larmor) dos spins na fatia. Atualmente, diversos tipos</p><p>de bobina são utilizados em RM, incluindo:</p><p>• bobinas de volume (acomodam um ''volume'' de tecido)</p><p>• bobinas de superfície (geralmente dispostas sobre a superfície)</p><p>As bobinas são conectadas ao sistema por meio de cabos, que devem ser cons-</p><p>tituídos por material condutivo para que a energia de RF possa ser passada à</p><p>bobina e que o sinal possa ser enviado ao processador de imagens. Eles, por-</p><p>tanto, têm a capacidade de transmitir o calor que emana durante uma operação</p><p>regular do equipamento. Entretanto, nessas circunstâncias, esse calor pode cau-</p><p>sar queimaduras no paciente ou comprometer o material de isolamento dos ca-</p><p>bos.</p><p>1.6.3 Bobinas de Gradiente de Campo</p><p>Bobinas de gradiente são empregadas para realizar a codificação espacial e</p><p>para determinadas opções de aquisição de imagens. Nas sequências gradiente-</p><p>eco, são usados também para refasear os spins e produzir ecos de gradiente.</p><p>Ao variar a potência do campo de forma linear com a utilização de um gradiente,</p><p>a frequência precessional e, consequentemente, a fase dos momentos gradien-</p><p>tes também são linearmente alteradas. Esse é o modo como os gradientes são</p><p>empregados para localizar espacialmente o sinal e refasear os spins. Para al-</p><p>cançar as metas de codificação espacial, refocalização e outras "tarefas'' durante</p><p>a aquisição de imagens em um tempo aceitável de exame, os sistemas gradien-</p><p>tes devem ser rápidos e potentes.</p><p>2. Medicina Nuclear</p><p>2.1 Átomo</p><p>Todo corpo material é composto por átomos. Um átomo é também definido</p><p>como a menor unidade de um elemento químico, ainda possuindo as proprieda-</p><p>des e características de dado elemento.</p><p>Os átomos se combinam para formar moléculas, desde moléculas simples</p><p>como o gás oxigênio, até moléculas mais complexas como as proteínas (macro-</p><p>moléculas). Raramente um átomo alcança estabilidade eletrônica sozinho, ne-</p><p>cessitando se combinar com outros para alcançar a quantidade ótima de elé-</p><p>trons.</p><p>2.2 Estrutura Atômica</p><p>Os átomos são compostos por uma estrutura central denominada núcleo</p><p>atômico. Esse núcleo é composto por prótons (Z, também chamado de número</p><p>atômico), com carga positiva e igual a 1,6 x 10-19 C e nêutrons (N), partículas</p><p>eletricamente neutras.</p><p>O número de prótons somado ao número de nêutrons fornece uma quanti-</p><p>dade A chamada de número de massa ou número de núcleons:</p><p>A = N + Z</p><p>Os elétrons, por sua vez, estão localizados na eletrosfera e vinculados ao</p><p>átomo pela força de atração Coulombiana entre a carga negativa do próprio elé-</p><p>tron e a carga positiva do núcleo.</p><p>2.3 Forças Nucleares</p><p>No interior do núcleo atômico os prótons estão muito próximos uns dos ou-</p><p>tros, resultando e uma grande força de repulsão entre esses prótons. A estabili-</p><p>dade nuclear é mantida devido a uma grande força de atração entre os núcleons</p><p>que se sobressai e torna o átomo estável. Os neutrons tem um papel importante</p><p>nessa estabilidade, sem a presença deles os prótons seriam incapazes de per-</p><p>manecer próximos uns aos outros. Como estes não possuem carga, conseguem</p><p>aproximar outros núcleons sem adicionar forças repulsivas e aumenta a distân-</p><p>cia média entre prótons dentro de um mesmo núcleo. No entanto, essa força</p><p>nuclear atua sobre pequenas distâncias.</p><p>2.4 Radioatividade</p><p>A estabilidade nuclear depende de, principalmente, dois fatores:</p><p>1. Repulsão coulumbiana entre dois ou mais prótons</p><p>2. Forças nucleares: forças de atração entre quaisquer dois núcleons.</p><p>Logo, a estabilidade de um núcleo está associada com a razão entre o nú-</p><p>mero de prótons pelo numero de neutrons; um numero adequado de neutrons é</p><p>essencial para alcançar a estabilidade.</p><p>Portanto núcleos que sejam deficientes em neutrons ou átomos muito pe-</p><p>sados (excesso de neutrons e prótons) tendem a não ser estáveis. Essa instabi-</p><p>lidade nuclear é transitória, levando a um estado mais estável (melhor razão pró-</p><p>ton/nêutron) através de emissão de partículas alfa, beta e emissão de radiação</p><p>gama.</p><p>2.5 Radiações Nucleares</p><p>Radiação nuclear é o nome dado às partículas ou ondas eletromagnéticas</p><p>emitidas pelo núcleo durante o processo de decaimento (restruturação interna),</p><p>para atingir a estabilidade. Unidades de energia de radiação</p><p>A energia da radiação e das grandezas ligadas ao átomo e ao núcleo é</p><p>geralmente expressa em elétron-volt (eV). A unidade de energia adotada pelo</p><p>Sistema Internacional de Unidades é Joule (J), e a relação entre as duas se dá</p><p>por:</p><p>10</p><p>6</p><p>eV = 1 MeV = 1,6</p><p>.</p><p>10</p><p>-13</p><p>Joule</p><p>1. Emissão Beta Menos</p><p>Nuclídeos com excesso de número de neutrons, adquirem estabilidade</p><p>pela conversão de um neutron em um próton. Durante essa reação nuclear, há</p><p>a emissão de um négatron, antineutrino e energia.</p><p>A única partícula a permanecer no núcleo é o próton (número atômico do</p><p>elemento Y é aumentado de uma unidade). Todos os outros produtos gerados</p><p>na reação de decaimento são ejetados para fora do núcleo atômico.</p><p>2. Emissão Beta Mais (pósitron)</p><p>Nuclídeos com reduzido número de nêutrons adquirem a estabilidade pela</p><p>transformação de um próton em um nêutron, pósitron e neutrino. O nêutron per-</p><p>manece no interior do núcleo para garantir estabilidade e as partículas pósitron</p><p>e neutrino são ejetadas para fora do núcleo atômico.</p><p>Nota-se que o numero atômico de Y foi reduzido de uma unidade.</p><p>O pósitron ejetado pode combinar-se com um elétron existente na eletros-</p><p>fera, dando origem a um fenômeno chamado aniquilação.</p><p>3. Emissão Alfa</p><p>Esse tipo de emissão ocorre em nuclídeos pesados, com excesso de pró-</p><p>tons e nêutrons. Uma partícula alfa, composta por dois prótons e dois neutrons</p><p>é emitida para fora do núcleo, de maneira que o número atômico fica reduzido</p><p>de duas unidades e o número de massa fica reduzido de quatro unidades.</p><p>4. Radiação Gama</p><p>Quando um núcleo decai por emissão de radiação alfa ou beta, geralmente</p><p>o núcleo residual tem seus nucleons fora da configuração de equilíbrio, ou seja,</p><p>estão alocados em estados excitados. O excesso de energia presente no núcleo</p><p>atômico é liberado na forma de um ou mais fótons com energia na faixa das</p><p>ondas gama.</p><p>Esse tipo de decaimento não envolve emissão de partículas, somente ener-</p><p>gia.</p><p>2.6 Interações em processos de decaimento</p><p>2.6.1 Captura Eletrônica</p><p>O decaimento por captura de elétrons (EC) se parece com, e às vezes é</p><p>chamado, "decaimento β-inverso". Um elétron orbital é "capturado" pelo núcleo</p><p>e se combina com um próton para formar um nêutron:</p><p>p+ + e− → n + ν + energia</p><p>Normalmente, o elétron é capturado dos orbitais mais próximas do núcleo,</p><p>ou seja, das camadas K e L.</p><p>O decaimento por captura de elétrons freqüentemente resulta em um nú-</p><p>cleo filho que está em um estado excitado ou metaestável. Assim, raios γ (ou</p><p>elétrons de conversão) também podem ser emitidos.</p><p>2.6.2 Elétrons Auger</p><p>Quando um elétron é removido de uma das camadas internas de um átomo,</p><p>um elétron de uma camada externa imediatamente se move para preencher a</p><p>lacuna e energia é liberada durante o processo.</p><p>No efeito Auger, um elétron de uma camada externa preenche a vaga, mas</p><p>a energia liberada no processo é transferida para outro elétron orbital. Este elé-</p><p>tron então é emitido do átomo em vez da radiação característica. O elétron emi-</p><p>tido é chamado de elétron Auger.</p><p>Existem duas vacâncias orbitais após a ocorrência do efeito Auger. Eles</p><p>são preenchidos por elétrons de outras camadas externas, resultando na emis-</p><p>são de raios X característicos adicionais ou outros elétrons Auger.</p><p>2.6.3 Aniquilação</p><p>Um pósitron é a antipartícula de um elétron comum. Após a ejeção do nú-</p><p>cleo por emissão Beta+, ele tende a perder sua energia cinética em colisões com</p><p>átomos da matéria circundante.</p><p>O pósitron então se combina com o elétron negativo em uma reação de</p><p>aniquilação, na qual suas massas são convertidas em energia. O equivalente de</p><p>energia em massa de cada partícula é 0,511 MeV. Essa energia aparece na</p><p>forma de dois fótons de aniquilação de 0,511 MeV, que deixam o local do evento</p><p>de aniquilação em direções opostas quase exatas (180 graus de diferença an-</p><p>gular).</p><p>2.6.4 Conversão Interna</p><p>Uma alternativa para a emissão de raios γ é a conversão interna. Isso pode</p><p>ocorrer para qualquer estado excitado, mas é especialmente comum para esta-</p><p>dos metaestáveis. Nesse processo, o núcleo decai ao transferir energia para um</p><p>elétron orbital, que é ejetado em vez do raio γ. É como se o raio γ fosse "absor-</p><p>vido internamente" pela colisão com um elétron orbital.</p><p>O elétron ejetado é chamado de elétron de conversão. Esses elétrons ge-</p><p>ralmente se originam de uma das camadas internas (K ou L), desde que a ener-</p><p>gia do raio γ seja suficiente para superar a energia de ligação dessa camada. O</p><p>excesso de energia acima da energia de ligação é transmitido ao elétron de con-</p><p>versão como energia cinética.</p><p>2.7 Interação da Radiação com a Matéria</p><p>Radiação de Freamento</p><p>Para partículas carregadas pesadas e elétrons, é provável que essa partí-</p><p>cula seja simplesmente desviada pelas fortes forças elétricas exercidas sobre</p><p>ela pelo núcleo da matéria. A partícula desacelera rapidamente e perde energia</p><p>na "colisão". A energia aparece como um fóton de radiação eletromagnética,</p><p>chamado bremsstrahlung (alemão para “radiação de frenagem”).</p><p>Interação de radiação eletromagnética com a matéria</p><p>Quando fótons provindos de radiação gama ou raio X interagem com um</p><p>meio material, esse fótons podem ser absorvidos pelo meio, espalhados ou até</p><p>mesmo transmitidos (passam sem sofrer alterações).</p><p>A energia transferida ao meio resulta nos processos de excitação e ioniza-</p><p>ção dos átomos e/ou moléculas existentes, produzindo também energia na forma</p><p>de calor.</p><p>Similarmente às partículas carregadas, as radiações eletromagnéticas po-</p><p>dem ser atenuadas e são influenciadas pelos seguintes parâmetros:</p><p>• Espessura do material absorvedor: quanto maior a espessura, maior a</p><p>atenuação</p><p>• Número atômico do material absorvedor: quanto maior o número atômico,</p><p>maior a atenuação.</p><p>• Energia do fóton: quanto maior a energia do fóton, a atenuação produzida</p><p>por uma dada espessura de material diminui.</p><p>Interações entre fótons e o meio material, dentre os quais estão:</p><p>• Espalhamento Compton: o fóton interage com elétrons de camadas</p><p>mais externas. Parte da energia do fóton é utilizada para ejetar o elétron e parte</p><p>da energia é espalhada em outra direção. O efeito Compton se torna mais pro-</p><p>vável quando a energia da radiação gama incidente aumenta de valor, ou</p><p>quando a energia de ligação do elétron que sofre a incidência possui um valor</p><p>menor.</p><p>• Efeito fotoelétrico: fóton interage com elétrons de camadas mais inter-</p><p>nas da eletrosfera. Como elétrons de camadas mais internas são mais forte-</p><p>mente presos ao átomo, a energia do fóton precisa exceder o valor de energia</p><p>de ligação do elétron para que o efeito fotoelétrico tenha maior probabilidade de</p><p>ocorrer. O efeito fotoelétrico é predominante para baixas energias e para ele-</p><p>mentos químicos de elevado número atômico Z.</p><p>• Produção de pares: fóton interage com o campo elétrico de uma partí-</p><p>cula carregada. Normalmente, a interação é com um núcleo atômico. Na produ-</p><p>ção de pares, o fóton desaparece e sua energia é usada para criar um par pósi-</p><p>tron-elétron. Como o pósitron e o elétron têm uma massa de repouso equivalente</p><p>a 0,511 MeV, uma energia mínima do fóton de 2 × 0,511 MeV = 1,022 MeV deve</p><p>estar disponível para que a produção do par ocorra.</p><p>2.8. Instrumentação em Medicina Nuclear</p><p>2.8.1 Câmara gama</p><p>Conforme indicado, a câmera gama é o equipamento de detecção "in vivo"</p><p>mais amplamente usado na medicina nuclear. Permite a obtenção de imagens</p><p>morfológicas e funcionais a partir da detecção da radiação γ do radiofármaco no</p><p>interior do paciente. Esse dispositivo foi idealizado por Anger em 1957 e é base-</p><p>ado em um detector de cintilação sólida que fornece informações bidimensionais</p><p>da região imageada.</p><p>2.8.2 Componentes de uma câmara gama</p><p>Uma câmara gama é composta por um ou mais detectores montados em</p><p>um suporte e uma estação de trabalho. O suporte permite que a cabeça do de-</p><p>tector seja posicionada em qualquer orientação ao redor do paciente, enquanto</p><p>os dados adquiridos são processados e exibidos na estação de trabalho. Cada</p><p>cabeça do detector consiste em um colimador e um detector.</p><p>2.8.2.1 Colimador</p><p>O colimador é um dispositivo colocado na frente do detector e que permite</p><p>que os fótons que atingem apenas em uma determinada direção cheguem ao</p><p>cristal do detector. O colimador é caracterizado por sua resolução espacial e</p><p>sensibilidade. Existem diferentes tipos de colimadores, aqueles com furos múlti-</p><p>plos e aqueles com uma única abertura ou “orifício”.</p><p>Colimadores de múltiplos furos:</p><p>• Colimadores de orifícios paralelos possuem orifícios perpendiculares à</p><p>superfície de vidro do detector e são os mais comumente usados. O tamanho da</p><p>imagem obtida com eles independe da distância entre o objeto e o detector.</p><p>• Colimadores de orifícios convergentes têm orifícios inclinados focados em</p><p>um ponto (“feixe de cone”). Esses colimadores fornecem uma imagem ampliada</p><p>do objeto e costumam ser usados para criar imagens de objetos menores que o</p><p>detector.</p><p>• Os colimadores de orifícios divergentes têm os orifícios inclinados focados</p><p>em um ponto posterior ao plano da imagem. Esses colimadores podem gerar</p><p>imagens de objetos maiores do que o cristal do detector.</p><p>Colimadores de abertura única:</p><p>É um colimador com um pequeno orifício que funciona como o diafragma.</p><p>A base do cone é presa à cabeça do detector e a parte do orifício é posicionada</p><p>no ápice do cone. Esses colimadores são fornecidos com várias peças intercam-</p><p>biáveis com diferentes tamanhos de abertura.</p><p>2.8.2.2 Detector</p><p>O detector está localizado dentro da cabeça e adjacente ao colimador. Sua</p><p>função é detectar os fótons gama que passam pelo colimador, determinar a po-</p><p>sição de interação e a energia transferida na interação. Consiste em um cristal</p><p>de cintilação em forma de folha, um guia de luz e um conjunto de tubos fotomul-</p><p>tiplicadores.</p><p>O cristal de Iodeto de Sódio (NaI) é acoplado, por meio de um guia de luz,</p><p>a um conjunto de fotomultiplicadores acoplados que cobrem toda a superfície do</p><p>cristal.</p><p>Cada fotomultiplicador é fornecido com um circuito pré-amplificador que</p><p>amplifica os sinais gerados após a interação de um fóton. As saídas dos TFMs</p><p>são enviadas simultaneamente para um circuito de posicionamento e um circuito</p><p>de soma, cuja saída é então encaminhada para um analisador de largura de</p><p>pulso. O sinal de saída desses circuitos é digitalizado e reconstruído por um</p><p>computador.</p><p>2.8.3 Curiômetro</p><p>São equipamentos utilizados para medir a atividade de uma amostra geral-</p><p>mente contida em um frasco na fase de preparo da dose do radiofármaco que</p><p>deve ser administrada para a realização de qualquer exame em MN.</p><p>Em geral, são câmaras de ionização nas quais o gás é pressurizado para</p><p>aumentar sua eficiência. Esses sistemas são calibrados para os diferentes radi-</p><p>onuclídeos usados. Ao colocar uma fonte, e uma vez que o radionuclídeo é se-</p><p>lecionado, o curiômetro fornece a leitura diretamente em unidades de atividade,</p><p>seja Bequerel ou Curie.</p><p>2.8.4 Áreas funcionais e dependências</p><p>Unidade de Radiofarmácia</p><p>Atualmente, a obtenção de radiofármacos pode ser feita de duas maneiras.</p><p>Uma, que pode ser considerada a forma tradicional, consiste na obtenção dos</p><p>radiofármacos em uma unidade de radiofarmácia do próprio estabelecimento.</p><p>A alternativa a esse procedimento consiste na obtenção dos radiofármacos</p><p>já preparados, geralmente em dose única, mediante agendamento de serviço de</p><p>radiofarmácia externa. No entanto, uma vez que, neste caso, as doses individu-</p><p>ais devem ser solicitadas com algum tempo de antecedência, um gerador de</p><p>99mTc geralmente também está sempre disponível para possíveis exames ur-</p><p>gentes imprevistos.</p><p>Nas unidades PET que não possuem laboratório de produção próprio (ci-</p><p>clotron, células de marcação, etc.) o radiotraçador (18F-FDG) é recebido em re-</p><p>cipientes com chumbo adaptados para transporte.</p><p>Unidades associadas</p><p>Câmara quente: unidade na qual os radiofármacos são armazenados e pre-</p><p>parados. Estes são tratados atrás de protetores de chumbo para evitar a radia-</p><p>ção para o operador tanto quanto possível. Requer que haja um curiometro no</p><p>local.</p><p>Sala de marcação de células: unidade na qual a marcação de células é</p><p>realizada. As condições de esterilidade ambiental impostas pelo manuseio das</p><p>células que serão reinjetadas, requerem o trabalho com câmaras de fluxo lami-</p><p>nar que garantam a ausência de elementos patogênicos.</p><p>Geradores</p><p>Um gerador é um dispositivo que nos permite obter radionuclídeos com</p><p>meia-vida curta, que são o produto da decadência de outros com um período</p><p>mais longo. O elemento filho é produzido continuamente, dentro do gerador, pela</p><p>desintegração de outro elemento denominado pai. O gerador facilita a separação</p><p>físico-química do elemento filho, que é aquele que você deseja usar, do ele-</p><p>mento pai que permanece dentro.</p><p>O gerador mais usado é o 99Mo-99mTc. Consiste em uma coluna de vidro</p><p>ou plástico preenchida com um material (resinas de troca iônica, alumina ou</p><p>óxido de zircônio) no qual o molibdênio é adsorvido. No processo de separação,</p><p>denominado eluição, uma solução salina fisiológica é passada pela coluna que</p><p>libera o 99mTc. A coluna é conectada ao local onde os frascos de solução salina</p><p>e de eluição são colocados e é cercada por um escudo de chumbo para minimi-</p><p>zar a radiação para o exterior.</p><p>3. Tomografia Computadorizada</p><p>A tomografia trabalha com tubos de raios-X de alta potência. O tubo dis-</p><p>posto no interior do aparelho apresenta um movimento de rotação de forma justa</p><p>posta a um conjunto de detectores. Os detectores são os elementos responsá-</p><p>veis pela coleta do residual de radiação de um feixe estreito.</p><p>Os raios X são radiações da mesma natureza da radiação gama, ou seja,</p><p>ondas eletromagnéticas de alta frequência que se propagam no ar ou vácuo.</p><p>Essa radiação é produzida quando ocorre o bombardeamento de um material</p><p>metálico de elevado número de prótons (ex. Tungstênio), resultando na produ-</p><p>ção de raios X por freamento ou ionização.</p><p>Os raios X são produzidos quando elétrons de alta velocidade, provenientes</p><p>de um filamento aquecido (emissão termiônica), chocam-se com o alvo (ânodo).</p><p>Podemos considerar o feixe de raios X como um “chuveiro de fótons”, e estes</p><p>possuem propriedades extremamente uteis na medicina diagnóstica.</p><p>Os tubos de raio X possuem dois componentes principais: cátodo e ânodo.</p><p>O cátodo é o polo negativo e consiste de um pequeno fio em espiral, normal-</p><p>mente feito de tungstênio tornado, conferindo-lhe um alto ponto de fusão e não</p><p>vaporiza. A corrente do tubo é controlada pelo grau de aquecimento do filamento,</p><p>e, quanto maior a temperatura do filamento, mais elétrons serão emitidos e maior</p><p>a corrente fluindo no circuito.</p><p>O ânodo é o polo positivo do tubo e deve ser construído a partir de um</p><p>material com boa condutibilidade térmica, alto ponto de fusão e alto número de</p><p>prótons, de modo a otimizar a perda de energia por radiação ou por aquecimento.</p><p>Os ânodos podem ser de dois tipos:</p><p>• Fixo: geralmente utilizados em sistemas de baixa corrente elétrica (raio X</p><p>dentário)</p><p>• Giratório: utilizados em equipamentos de alta corrente (radiodiagnóstico).</p><p>O cátodo e o ânodo ficam acondicionados no interior de uma ampola, ge-</p><p>ralmente construída</p><p>de vidro de alta resistência e mantida a vácuo, a fim de ga-</p><p>rantir um isolamento térmico e elétrico.</p><p>Durante a aquisição de um corte tomográfico, enquanto o tubo gira ao redor</p><p>do paciente, um feixe de radiação é emitido, incidem nos detectores que coletam</p><p>as informações obtidas a partir de múltiplas projeções. As informações são então</p><p>enviadas ao computador responsável pelo processamento das imagens.</p><p>3.1 Gerações de TC</p><p>1ª Geração.</p><p>O tomógrafo de primeira geração, como o primeiro apresentado à socie-</p><p>dade científica nos anos de 1972 por Godfrey N. Hounsfield, apresentava as se-</p><p>guintes características: feixe de radiação muito estreito, medindo aproximada-</p><p>mente 3 X 13 mm, que fazia uma varredura linear sobre o objeto. Feita a primeira</p><p>varredura o tubo sofria uma rotação de 1 grau para iniciar nova varredura. Esse</p><p>processo se repetia por 180 vezes e, assim, obtinha-se informações do objeto</p><p>em 180 projeções diferentes , com variações de 1 grau em cada projeção. O</p><p>tempo de aquisição de um corte tomográfico era de aproximadamente 5 minutos</p><p>e um estudo completo durava muitas vezes mais de uma hora.</p><p>2ª Geração.</p><p>O equipamento de 2ª geração trouxe como inovação a aquisição de dados</p><p>a partir de um conjunto de detectores, reduzindo drasticamente, o tempo de aqui-</p><p>sição das imagens. Nestes equipamentos o feixe passou a ser laminar e, em</p><p>forma de leque, de forma a cobrir o conjunto de detectores variáveis entre 20 e</p><p>40 dependendo do fabricante.</p><p>O princípio de aquisição das imagens era semelhante aos equipamentos</p><p>de primeira geração, com múltiplas projeções defasadas de movimento de rota-</p><p>ção da ordem de 1 grau até perfazer um total de 180 projeções.</p><p>Nos equipamentos de 2ª geração os tempos de aquisição dos cortes fica-</p><p>ram reduzidos a menos de 1 minuto, com um substancial ganho em relação aos</p><p>equipamentos de 1ª geração. Hoje, estes equipamentos, estão proibidos de ope-</p><p>rarem no mercado por apresentarem taxas de doses não compatíveis com os</p><p>níveis admissíveis.</p><p>3ª Geração</p><p>Os equipamentos de terceira geração apresentaram uma evolução signifi-</p><p>cativa. Nestes equipamentos, eliminou-se o que conhecemos por varredura li-</p><p>near. A partir de então, os tubos passaram a fazer movimentos de rotação con-</p><p>tínuos ao mesmo tempo em que se fazia a coleta dos dados.</p><p>4ª Geração</p><p>Uma quarta geração de equipamentos de TC surgiu com um conjunto de</p><p>detectores distribuídos pelos 360 graus da abertura do gantry, ocupando assim,</p><p>todo o anel. A principal inovação observada a partir desses equipamentos foi a</p><p>introdução da tecnologia Slip-ring. O slip-ring constitui-se de um anel de ligas</p><p>especiais, que fornece a tensão primária ao ânodo e ao cátodo do tubo de raios-</p><p>x, sem a conexão de cabos.</p><p>Tomógrafos Helicoidais</p><p>Tomógrafo helicoidal sucedeu o equipamento de 4ª geração, tendo associ-</p><p>ado a tecnologia slip-ring, que permitiu a rotação contínua do tubo, ao desloca-</p><p>mento simultâneo da mesa. Os cortes são obtidos com a mesa em movimento,</p><p>de forma que, as “fatias“ não são necessariamente planas mas, na forma de</p><p>hélices, enquanto que, o método de aquisição, se assemelha a um modelo espi-</p><p>ral.</p><p>Tomografia Helicoidal Multi-Slice</p><p>Os equipamentos helicoidais evoluíram principalmente em função da tec-</p><p>nologia slip-ring , tubos de raios-X mais potentes e, em função de ultra modernos</p><p>sistemas computacionais. Na expectativa de aumentar ainda mais a capacidade</p><p>de obtenção de cortes por unidade de tempo, surgiram os equipamentos helicoi-</p><p>dais de tecnologia multi-slice. Esses equipamentos apresentam conjuntos de de-</p><p>tectores pareados de forma a tornar possível a aquisição simultânea de vários</p><p>cortes.</p><p>O TUBO de RAIOS-X da TC</p><p>Os tubos empregados em TC são bastante similares aos utilizados nos</p><p>equipamentos radiológicos convencionais. Na constituição desses tubos, uma</p><p>ênfase especial é dada a forma de dissipação do calor, uma vez que, esses tu-</p><p>bos ficam sujeitos a uma maior frequência de exposição, exposições mais longas</p><p>e, altas doses de exposição. A sua disposição no interior do gantry, particular-</p><p>mente no que se refere ao eixo catodo-anodo, ocorre de forma perpendicular ao</p><p>seu movimento de rotação.</p><p>DETECTORES</p><p>Os detectores nos equipamentos de tomografia são tão importantes quanto</p><p>o tubo de raios-X. Distinguem-se basicamente dois tipos de detectores: os de</p><p>cristais luminescentes e, os de câmara de ionização:</p><p>• Detectores de Cristais Luminescentes:</p><p>Esses detectores são formados a partir de cristais de Iodeto de Sódio aco-</p><p>plados à pequenas câmaras fotomultiplicadoras. Quando o feixe interage com</p><p>esses cristais, uma pequena quantidade de luz é emitida na razão diretamente</p><p>proporcional a intensidade da radiação incidente. Um tubo fotomultiplicador aco-</p><p>plado à estes cristais se encarrega de amplificar o sinal recebido transformando-</p><p>o numa corrente elétrica de pequena intensidade. O resultado final é armaze-</p><p>nado na memória do computador.</p><p>• Detectores de Câmara de Ionização.</p><p>Os detectores que usam câmara de ionização, são constituídos por peque-</p><p>nos tubos que possuem gás nobre em seu interior, frequentemente o xenônio, e</p><p>que, em presença de radiação, sofrem uma ionização temporária, suficiente para</p><p>fazer surgir uma pequena corrente elétrica que levará a informação ao computa-</p><p>dor.</p><p>3.2 COMPONENTES DO EQUIPAMENTO DE TOMOGRAFIA</p><p>A arquitetura dos tomógrafos, em regra geral, é bem parecida, exceto quanto</p><p>ao número de detectores e aos computadores dos tomógrafos atuais que estão</p><p>mais sofisticados, com processadores potentes e de alta capacidade de arma-</p><p>zenamento de dados.</p><p>Um sistema de tomografia é constituído por um Gantry e uma mesa de exames.</p><p>Estes dois componentes correspondem ao sistema de varredura.</p><p>O gantry é a estrutura de suporte que envolve o paciente dentro de uma aber-</p><p>tura central chamada de abertura do gantry. O gantry possui o sistema rotacio-</p><p>nal onde abriga o tubo de raios X e o conjunto de detectores de radiação, tam-</p><p>bém abriga o radiador que é responsável pelo resfriamento do tubo de raios-X,</p><p>além de outros componentes que estão fixados no interior do anel deslizante</p><p>(sliping ring).</p><p>A mesa de exames é o local onde o paciente fica posicionado. Ela é composta</p><p>de material radiotransparente e de alta resistência. A mesa possui um sistema</p><p>de elevação do tampo e movimento deslizante, possibilitando o posicionamento</p><p>do paciente no interior da abertura do gantry.</p><p>A sala de comando é o local onde o tecnólogo ou técnico de radiologia atua.</p><p>Os tomógrafos modernos geralmente estão compostos de dois monitores,</p><p>sendo:</p><p>• Console de aquisição, está designado para a realização do exame, é nele que</p><p>é realizada a identificação do paciente e é o que possui o botão Start, respon-</p><p>sável pela emissão de radiação.</p><p>• Console de visualização, está destinado basicamente à visualização dos estu-</p><p>dos e ao pós-processamento das imagens.</p>
