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Resumo de Física radiológica

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    1/2012

    FSICA APLICADA A RADIOLOGIA I

    No sei ainda que espcie de raio o X. Mas sei que vai operar milagres

    WILHELM CONRAD RENTGEN

    Prof. Jorge Alan Baloni

  • FSICA APLICADA A RADIOLOGIA I 1/2012

    Prof. Jorge Alan

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    UNIDADE II OS RAIOS X

    Penso 99 vezes e nada descubro.

    Deixo de pensar, mergulho no silncio, a verdade me revelada (Einstein)

    2.1. APRESENTAO

    Em Novembro de 1895, Wilhelm Conrad RoentgenP, fazendo experincias com raios catdicos (feixe de eltrons), notou um brilho em um carto colocado a pouca distncia do tubo. Notou ainda que o brilho persistia mesmo quando a ampola (tubo) era recoberta com papel preto e que a intensidade do brilho aumentava medida que se aproximava o tubo do carto. Este carto possua em sua superfcie uma substncia fosforescente (platino cianeto de brio).

    Roentgen concluiu que o aparecimento do brilho era devido a uma radiao que saia da ampola e que tambm atravessava o papel preto. A esta radiao desconhecida, mas de existncia comprovada, Roentgen deu o nome de raios-X, posteriormente conhecido tambm por raios Roentgen.

    Roentgen constatou tambm que estes estranhos raios podiam atravessar materiais densos, em um desses resultados ele pode visualizar os ossos da mo de sua mulher.

    1 Radiografia

    Laboratrio de Roentger

    2.2. PRODUO DE RAIOS X

    De um modo geral os Raios X so produzidos quando eltrons (partculas elementares de carga negativa) em alta velocidade colidem violentamente contra alvos metlicos.

    Os equipamentos de Raios-X foram planejados de modo que um grande nmero de eltrons sejam produzidos e acelerados para atingirem um anteparo metlico (alvo) com alta energia cintica.

    No tubo de Raios X os eltrons obtm alta velocidade devido a alta tenso aplicada entre o anodo (eletrodo positivo) e o catodo (eletrodo negativo).

    Os eltrons que atingem o alvo (anodo) interagem com sua estrutura atmica, transferindo suas energias cinticas para os tomos da estrutura atmica do alvo.

    Os eltrons interagem com qualquer eltron orbital ou ncleo dos tomos do anodo. As interaes resultam na converso de energia cintica em energia eletromagntica (calor, cerca de 99% e Raios X, cerca de 1%)

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    2.2.1. O TUBO DE RAIOS X montado dentro de uma calota protetora de

    metal forrada com chumbo, projetada para evitar exposio radiao fora do feixe til e possveis choques eltricos.

    Os raios-X produzidos dentro do tubo, so emitidos em todas as direes (feixe divergente).

    Os raios-X utilizados em exames so emitidos atravs de uma janela (feixe til ou primrio).

    Os raios-X que passam pela capa de proteo so chamados radiao de vazamento ou de fuga e podem causar exposio desnecessria tanto do paciente quanto do operador.

    2.2.1.1. CATODO

    o plo (ou eletrodo) negativo do tubo de raios-X. Dividindo-se em duas partes: Filamento catdico e capa focalizadora ou copo de foco (cilindro de Welmelt).

    a) Filamento Catdico Tem forma de espiral, construdo em

    tungstnio e medindo cerca de 2mm de dimetro, e 1 ou 2 cm de comprimento. Atravs dele so produzidos os eltrons, quando uma corrente atravessa o filamento. Este fenmeno se chama emisso terminica. A ionizao nos tomos de tungstnio ocorre devida ao calor gerado e os eltrons so emitidos.

    O tungstnio utilizado porque possui um alto ponto de fuso, suportando altas temperaturas (cerca de 3.400 C). Normalmente os filamentos de tungstnio so acrescidos de 1 a 2% de trio, que aumenta eficientemente a emisso terminica e prolonga a vida til do tubo.

    b) Capa Focalizadora ou Copo de Foco Sabe-se que os eltrons so carregados negativamente

    havendo uma repulso entre eles. Ao serem acelerados na direo do anodo, ocorre uma perda, devido disperso dos mesmos. Para evitar esse efeito, o filamento do catodo envolvido por uma capa carregada negativamente, mantendo os eltrons unidos em volta do filamento e concentrando os eltrons emitidos em uma rea menor do anodo.

    c) Foco Duplo A maioria dos aparelhos de raios-X diagnstico possui dois filamentos focais, um pequeno e um grande. A escolha de

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    um ou outro feita no seletor de mA, no painel de controle. O foco menor abrange uma faixa de 0,3 a 1,0 mm e o foco maior, de 2,0 a 2,5 mm. Ambos os filamentos esto inseridos no copo de foco.

    O foco menor e associado ao menor filamento e o maior, ao outro. O foco menor ou foco fino (2), permite maior resoluo da imagem, mas tambm, tem limitado a sua capacidade de carga ficando limitado as menores cargas . O foco maior ou foco grosso (1), permite maior carga, mas em compensao, tem uma imagem de menor resoluo.

    Copo de Foco

    Filamento Catdico

    Foco grosso

    Foco fino

    Catodo

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    2.2.1.2. ANODO o eletrodo ou plo positivo do tubo de raios-X. Existem dois tipos de anodo: anodo fixo e anodo rotatrio (ou giratrio). O anodo recebe os eltrons emitidos pelo catodo. Alm de ser um bom condutor eltrico, o anodo

    tambm um bom condutor trmico. Quando os eltrons se chocam contra o anodo, grande parte de suas energias cinticas so transformadas em calor. Este calor deve ser conduzido para fora rapidamente, para no derreter o anodo. O material mais usado no anodo tungstnio em base de cobre por ser adequado na dissipao do calor.

    a) Anodo fixo encontrado normalmente em tubos onde no utilizada corrente alta, como aparelhos

    de raios- X dentrios, unidades portteis ou unidades de mamografia.

    Esquema de uma ampola com anodo fixo

    Exemplo de uma ampola com anodo fixo

    Detalhe do anodo fixo

    Detalhe do Catodo, com seu copo de foco

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    b) Anodo giratrio ou rotatrio A maioria dos tubos de raios-X utiliza este, devido a sua capacidade de resistir a uma maior

    intensidade de corrente em tempo mais curto, e com isso, produzir feixes mais intensos.

    Esquema de uma ampola com anodo giratrio

    Exemplo de uma ampola com anodo giratrio

    Detalhe do Catodo, com seu copo de foco

    Detalhe do anodo giratrio

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    c) Alvo, Fonte , ponto de Foco ou pista focal a rea do anodo que recebe o impacto dos eltrons. No anodo fixo, o alvo feito de uma liga de

    tungstnio includa em um anodo de cobre. No anodo giratrio, o alvo um disco. Este disco tem uma resistncia grande alta temperatura.

    A escolha do tungstnio deve-se : 1. Alto nmero atmico, acarretando grande eficincia na produo de raios-X. 2. Condutividade trmica quase igual a do cobre, resultando em uma rpida dissipao do

    calor produzido. 3. Ponto de fuso (3.400 C), superior temperatura de bombardeamento de eltrons

    (2.000 C).

    d) Aquecimento do anodo O anodo giratrio permite uma corrente mais alta

    pois os eltrons encontram uma maior rea de impacto. Com isso o calor resultante no fica concentrado apenas em um ponto como no anodo fixo. Fazendo a comparao de ambos, num tubo com foco de 1mm, temos: no anodo fixo a rea de impacto (alvo) de aproximadamente 1mm x 4mm = 4mm.

    No anodo rotatrio de dimetro de 7 cm, o raio de impacto de aproximadamente 3 cm (30 mm). Sua rea alvo total aproximadamente 2 x x 30mm x 4mm = 754mm. Portanto, o anodo rotatrio permite o uso de rea uma centena de vezes maior que um anodo fixo, com mesmo tamanho de foco.

    A capacidade de carga aumentada com o nmero de rotaes do anodo. Normalmente a capacidade de rotao de 3.400 rotaes por minuto. Existe anodo de tubos de maior capacidade que giram a 10.000 rpm.

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    2.2.1.3. AMPOLA DE ENCAPSULAMENTO um recipiente hermeticamente fechado que serve de blindagem, isolante eltrico e de suporte

    estrutural para o anodo e catodo. Ajuda na refrigerao da ampola. O sistema de encapsulamento serve para manter o vcuo no interior do tubo. A presena de ar dentro do tubo indesejvel, pois, alm de interferir na produo de raios X,

    permitiria que eletricidade percorresse o tubo, na forma de pequenos raios e centelhas, danificando o sistema.

    2.2.1.4. CUIDADOS COM O TUBO O mecanismo do rotor de um tubo rotatrio pode falhar ocasionalmente. Quando isso acontece, h

    um superaquecimento criando depresses no anodo (danos srios) ou rachaduras causando danos irreversveis ao tubo.

    Ao acionar o disparador de exposies de uma unidade radiogrfica, deve-se esperar 1 a 2 segundos, antes da exposio, para que o rotor acelere e desenvolva o nmero de rotaes por minuto desejadas. Quando a exposio completada pode-se ouvir o rotor diminuir a rotao e parar em mais ou menos 1 minuto. O rotor e precisamente balanceado, existindo uma pequena frico sem a qual o rotor levaria 10 a 20 minutos para parar, aps o uso.

    2.2.1.5. VALORES MXIMOS DE OPERAO O operador do aparelho de raios-X deve estar atento capacidade mxima de operao do tubo

    para no danific-lo. Existem vrios tipos de tabelas que podem ser usadas para estabelecer os valores mximos de operao do tubo de raios-X, mas apenas trs so mais discutidas:

    1. Curvas de rendimento mximo; 2. Resfriamento do anodo; 3. Resfriamento da calota do tubo. Sendo que estas trs variveis, so normalmente calculadas pelos fab