TECNICAS RADIOLOGICAS E ANATOMIA E FISICA PARA O CURSO TECNICO EM RADIOLOGIA, Slides de Radiologia

Baixe TECNICAS RADIOLOGICAS E ANATOMIA E FISICA PARA O CURSO TECNICO EM RADIOLOGIA e outras Slides em PDF para Radiologia, somente na Docsity! 3 NOVO RUMO FÍSICA EM RADIODIAGNÓSTICO  - 2 - Física Básica 1. REVISÃO DE ALGUNS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE FÍSICA SISTEMAS DE MEDIDAS Múltiplos e Submúltiplos MULTIPLICA POR Símbolo Designação especial DIVIDE POR Símbolo Designação especial Mú ltip los 1000 000 000 1000 000 1000 G M k giga mega kilo Su bm últ ipl os 1000 1000 000 1000 000 000 m µ n mili micro nano Comprimento (m) A unidade de comprimento no sistema internacional (SI) é o metro. As unidades de kilômetro, centímetro, milímetro, micrômetro são os múltiplos e submúltiplos mais comuns. As relações mais conhecidas são as seguintes: 1 km = 1000m 1 m = 100 cm Massa (kg) A massa no SI e medida em kilogramas (kg). O kilograma é um múltiplo da grama. 1 1000kg g= Os submúltiplos mais comuns são miligrama (mg) e micrograma (µg). Tempo (s) No SI, tempo é medido em segundos (s). Os submúltiplos mais comuns são ms, µs. Outras unidades são minuto (min), hora (h), dia (d), ano (a). 1min 60 1 60min 1 24 1 365 s h d h a d = = = = ESTRUTURA ATÔMICA Alguns filósofos da Grécia Antiga já admitiam que toda e qualquer matéria seria formada por minúsculas partículas indivisíveis, que foram denominadas átomos (a palavra átomo, em grego, significa indivisível). Toda a matéria quer seja orgânica ou inorgânica é formada de átomos. O conjunto de átomos do mesmo tipo chama-se elemento e a combinação de átomos iguais ou diferentes formam as moléculas. A união de átomos diferentes em proporções determinadas forma os compostos químicos. No entanto, foi somente em 1803 que o cientista inglês John Dalton, com base em inúmeras experiências, conseguiu provar cientificamente a idéia de átomo. Surgia então a teoria atômica clássica da matéria. Segundo essa teoria, quando olhamos, por exemplo, para um grãozinho de ferro, devemos imaginá-lo como sendo formado por um aglomerado de um número enorme de átomos. - 5 - Física Básica Tensão contínua e tensão alternada Tensão contínua é aquela cuja diferença de potencial entre os pontos não se alterna, mantendo uma única polaridade. Ex: baterias e pilhas elétricas. Tensão alternada é aquela cuja diferença de potencial entre os pontos muda constantemente de valor e de polaridade. Ex. rede elétrica residencial e geradores de corrente elétrica. No caso da rede elétrica, essa voltagem chega a se alternar 60 vezes a cada segundo, isto é, tem uma freqüência de 60 Hz (hertz). 2. CLASSIFICAÇÃO DAS RADIAÇÕES Radiações ionizantes e radiações não-ionizantes São consideradas radiações ionizantes aquelas com energia suficiente para ionizar a matéria, ou seja, arrancar elétrons dos átomos. Como exemplos, podemos citar as radiações alfa (α), beta (β), gama (γ), X e nêutrons. As radiações não-ionizantes correspondem àquelas com menor energia, portanto, incapazes de ionizar átomos, entre as quais podemos citar as ondas eletromagnéticas de luz, rádio (AM ou FM), TV, microondas, etc. As radiações ionizantes podem ser classificadas como corpusculares (alfa, beta e nêutrons) ou eletromagnéticas (raios gama e raios-X). Todas as radiações eletromagnéticas se propagam no vácuo com a velocidade da luz, ou seja, 300.000Km/s. Qual a relação entre luz, raios X, raios gama e as ondas de rádio? Todas são ondas eletromagnéticas, contudo apenas raios-X e raios gama possuem alta energia (alta freqüência) e são capazes de ionizar. Fontes naturais e fontes artificiais As radiações ionizantes podem ainda ser classificadas quanto a sua origem, como artificiais ou naturais. As fontes naturais de radiações são decorrentes de um processo denominado de radioatividade. A radioatividade é observada em alguns elementos químicos que se encontram instáveis na natureza. Para adquirirem estabilidade emitem radiações (alfa, beta ou gama). Na categoria de fontes naturais encontram-se os produtos de decaimento do urânio e do tório, que são o radônio e o torônio. - 6 - Física Básica Outra fonte de origem natural é a radiação cósmica, proveniente do espaço sideral, como resultante de explosões solares e estelares. As fontes artificiais de radiações são provenientes de equipamentos elétricos (tubos de raios-X) ou de equipamentos do tipo irradiadores ou bombas, que possuem, em seu interior, uma fonte natural que foi reativada, como por exemplo, os irradiadores ou bombas de Co-60, usados em radioterapia. 3. ESTUDO DOS RAIOS-X Introdução O uso dos raios x possibilitou um grande impulso nas técnicas de diagnóstico, devido a uma de suas características: a de poder penetrar nos materiais. Na biologia e medicina, permite observar os órgãos internos sem que se tenha que abrir (fazer uma cirurgia) o paciente. Na indústria podemos citar a irradiação de alimentos por raios x para prolongar o período de conservação, e a análise de estruturas de engenharia, como determinar trincas internas ao concreto, entre outras. Nas ciências, entre outras coisas, auxilia a entender como os átomos e moléculas estão ligados, o que tem ajudado muito o desenvolvimento dos dispositivos eletrônicos, aplicados amplamente em computadores e nos mais variados aparelhos eletrônicos. Ainda há outras aplicações (máquinas de raios x em aeroportos, monitoração ambiental, terapias, etc.) que não cabem ser descritas aqui. Histórico dos Raios-X No fim da tarde de 8 de novembro de 1895, o físico alemão Wilhelm Conrad Roentgen observou pela primeira vez a existência dos raios-X, e em apenas 30 dias ele conseguiu entender como esses raios eram produzidos e quais as suas principais propriedades. Publicando no final de 1895 a primeira descrição dos raios-X, na qual apresentou uma caracterização experimental qualitativa da nova radiação. A descoberta dos raios-X, causou grande impacto não somente nos meios científicos, mas também entre os leigos. Sabia-se que algo de extraordinário fora descoberto e previa-se uma nova era para a medicina. O que mais impressionava as pessoas era o poder de penetração dos raios-X e a possibilidade de visualizar o interior do corpo humano através das roupas e da pele. A imagem obtida com os raios de Roentgen (assim eram chamados os raios-X) foi de início. considerada como um tipo especial de fotografia. A imprensa de vários países noticiou a descoberta com grande destaque e houve diversas manifestações, provenientes dos mais diferentes setores da sociedade. A radiografia foi inaugurada praticamente junto com o descobrimento dos raios X, realizado por Wilhelm Conrad Röntgen (ou Roentgen) em novembro de 1895, o que lhe conferiu o 1º prêmio Nobel de 1901 de Física. A primeira radiografia foi feita ainda em seu laboratório, onde permaneceu sozinho por semanas obcecado por experimentos secretos, quando expôs aos raios X a mão de sua mulher, apoiada sobre uma chapa fotográfica, por 15 minutos. Röntgen Radiografia da mão de Anna Röntgen (primeira obtida por Röntgen, em 1895 4. O EQUIPAMENTO GERADOR DOS RAIOS-X - 7 - Física Básica Para a obtenção da imagem radiográfica, os raios-X atravessam o corpo do paciente e sofrem diferentes atenuações produzindo diferentes tons de cinza no filme radiográfico que se encontra dentro do chassi. Todo equipamento para a produção de raios-X é constituído basicamente de: a) Ampola ou tubo de raios-X - que se encontra dentro do cabeçote e onde são produzidos os raios-X. A ampola é envolvida em ferro e alumínio e em uma carcaça de chumbo de 3 a 4mm de espessura, para evitar a fuga da radiação, conforme ilustra a figura abaixo. Ampola de raios-X A geração de raios-X dentro da ampola ocorre da seguinte forma: Primeiro, o filamento sofre um aquecimento, o qual permitirá a liberação de elétrons. Ao aplicar uma diferença de potencial entre o ânodo e o cátodo da ampola, os elétrons do filamento são acelerados em direção ao alvo. Os raios X são produzidos quando os elétrons se chocam com o alvo, conforme mostrado na figura abaixo. - 10 - Física Básica “Dependendo do ângulo do alvo, podemos ter grande área de impacto com pequeno ponto focal efetivo. O ângulo do alvo de equipamentos de diagnóstico varia entre 5 e 15 graus.” Em relação ao tamanho, o ponto focal pode ser classificado como: a) Foco pequeno ou fino: de 0,3 a 1 mm. O filamento de menor dimensão faz com que os elétrons colidam apenas em uma pequena região do anodo; com isso diz-se que os fótons de raios-X emergem de um ponto focal pequeno ou “fino”. O foco fino permite boa qualidade de imagem (ver detalhes), mas há baixa geração de raios-X; b) Foco grande ou grosso: de 1 a 2,5 mm. Quando se usa o filamento maior, o ponto focal é grande ou grosso. A qualidade de imagem é pior, mas permite alta geração de raios-X e, portanto, curto tempo de exame. O filamento “grosso” é empregado para visualizar grandes estruturas, como o abdome, ou quando é importante exposições com o menor tempo possível, como em pediatria ou com estruturas que não sejam totalmente imóveis, coração, por exemplo. PRODUÇÃO DE RAIOS-X Quando o elétron emitido do filamento se choca com o alvo, a produção de raios-X acontece quando ocorrem dois tipos de fenômenos: a) Frenagem dos elétrons no núcleo dos átomos do alvo (raios-X de frenagem); b) Deslocamento de elétrons de camadas internas dos átomos do alvo (Raios-X característicos) a) Raios-X de frenagem, freamento ou Bremsstrahlung Quando um elétron, vindo do filamento, passa nas proximidades do núcleo, a carga positiva deste age sobre a carga negativa do elétron. Então, o elétron é atraído em direção ao núcleo e com isso é desviado. Como conseqüência, parte (ou toda, no caso de colisão frontal) da energia cinética do elétron é convertida em um fóton de raios-X. Desta forma, são produzidos raios-X em uma larga faixa de energia, desde energias baixas até fótons de alta energia - 11 - Física Básica b) Raios-X característicos do material do alvo Surgem quando o elétron, vindo do filamento, ao interagir com o átomo do alvo “arranca” um de seus elétrons das camadas mais internas (camada K ou L). Todavia, não pode haver um espaço vazio nas camadas mais internas, assim os elétrons das camadas externas “pulam” para a camada vazia. Ao pular de um nível de maior energia para outro de menor energia, os elétrons perdem energia provocando a emissão de raios-X. Como a energia dos fótons característicos corresponde à diferença entre níveis energéticos do átomo do alvo, esta energia possui valores determinados e varia de acordo com o tipo de material utilizado no alvo. “Ambos os processos de geração de raios-X ocorrem simultaneamente e o total de raios-X produzidos no interior das ampolas corresponde apenas a 1% da energia cinética dos elétrons, uma vez que a maior parte (99%) da energia é perdida sob a forma de calor.” 5. FATORES DO EQUIPAMENTO DE RAIOS-X QUE AFETAM A PRODUÇÃO DOS RAIOS-X a) Influência do tipo de material do alvo - Se mudar o material do alvo, a energia dos fótons de raios-X característicos muda. - A quantidade de fótons produzidos devido à frenagem dos elétrons é proporcional ao Z do material do alvo. b) Corrente do tubo (mA) - A corrente do filamento corresponde aos elétrons que circulam por ele. Caso essa corrente aumente, haverá um aumento também da corrente do tubo, a qual é formada pelos elétrons que são acelerados em direção ao alvo. - O aumento da corrente do filamento acarretará no aumento da corrente do tubo e, conseqüentemente, no aumento da quantidade de fótons de raios-X produzidos. c) Tempo de exposição ou tempo de duração do exame: - Quanto maior o tempo de exposição, maior será a quantidade de fótons gerados durante aquele tempo. d) Mili-Ampér-Segundo ou mAs - Alguns equipamentos de raios-X possuem um botão no painel de controle chamado de mAs. Este controle indica o produto da tensão pela corrente do tubo, ou seja, mAs = corrente x tempo. Exemplo: caso seja utilizado um mA de 60 e um tempo de 0,5s, o mAs será de 60 x 0,5 = 30. O aumento do mAs aumenta, logicamente, a quantidade de fótons gerados, aumentando o grau de escurecimento do filme, conforme apresentado na figura abaixo: - 12 - Física Básica e) O potencial aplicado ao tubo (kV) - Neste caso, o aumento do potencial aplicado ao tubo contribui para dois fatores: • O aumento da energia de cada fóton produzido por frenagem (motivo: os elétrons são arrastados com maior força em direção ao alvo e, portanto, com maior energia);e • O aumento da quantidade de fótons (motivo: como o potencial é maior, então mais elétrons serão arrastados, aumentado a corrente no tubo e produzindo o mesmo efeito produzido devido ao aumento da corrente de filamento). Contudo, considera-se que o efeito principal da mudança de kVp é alterar o contraste da imagem, ou seja, a diferença de graus de escurecimento da imagem.. “Portanto, Quanto maior a tensão selecionada pelo técnico, maior será a penetração do feixe de raios-X que atravessa o paciente, alterando o contraste da imagem.” Na figura abaixo, note que, quando é utilizado um kVp menor, a diferença entre os tons claros e escuros da imagem é maior, ou seja, o contraste é maior. f) O potencial aplicado ao tubo – Forma da tensão - Nos tubos de raios-X que são alimentados pelo sistema monofásico, a quantidade dos raios-X produzidos sofre grande oscilação durante o acionamento da máquina, enquanto nos tubos alimentados pelo sistema trifásico, a oscilação na produção dos raios-X é muito pequena. g) Filtração - Os fótons gerados com energia abaixa não interessam ao radiodiagnóstico, pois têm capacidade de penetração muito baixa, não contribuem com informações sobre o paciente e só aumentam a dose na pele do paciente. Por isso, há a necessidade de filtragem desses raios-X que não contribuem para a formação da imagem. - Boa parte dos fótons de baixa energia sofre uma filtração logo que são produzidos. Essa filtração é chamada filtração inerente e ocorre na janela de vidro, no óleo ou no colimador. Para filtrar o restante dos fótons de baixa energia, os aparelhos utilizados em radiodiagnóstico geralmente utilizam placas de alumínio, as quais são chamadas de filtros adicionais. Resumo Maior Z do alvo Maior quantidade de fótons Maior corrente do tubo ou mAs Maior quantidade de fótons Maior potencial do tubo Fótons com energia mais alta e maior quantidade de fótons Uso de filtro Diminui fótons de mais baixa energia