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Física das radiações
Alexandre kuster
Adelson Xavier
A ESTRUTURA DA MATÉRIA E O ÁTOMO
• Todas as coisas existentes na natureza são constituídas de átomos ou suas combinações. Atualmente, sabemos que o átomo é a menor estrutura da matéria que apresenta as propriedades de um elemento químico.
• A estrutura de um átomo é semelhante à do Sistema Solar, consistindo em um núcleo, onde fica concentrada a massa, como o Sol, e em partículas girando em seu redor, denominadas elétrons, equivalentes aos planetas.
• Como o Sistema Solar, o átomo possui grandes espaços vazios, que podem ser atravessados por partículas menores do que ele.
ESTRUTURA DO NÚCLEO
• O núcleo do átomo é formado, basicamente, por partículas de carga positiva, chamadas prótons, e de partículas de mesmo tamanho mas sem carga, denominadas nêutrons.
• O número de prótons (ou número atômico) identifica um elemento químico, comandando seu comportamento em relação aos outros elementos.
• O elemento natural mais simples, o hidrogênio, possui apenas um próton; o mais complexo, o urânio, tem 92 prótons, sendo o elemento químico natural mais pesado.
• O número de prótons no núcleo estabelece o número atômico (Z) do elemento químico, e o número de prótons somado ao número de nêutrons é o número de massa (A). Os elétrons ficam fora do núcleo e têm pequena massa. Para simplificar foi criada, para cada átomo, uma forma de escrita abreviada, explicada a seguir:
Z
AX
N
• X é o símbolo do elemento. • Z é o número de prótons (número atômico). • N é o número de nêutrons. • A é a soma de prótons e nêutrons (número de massa
atômica).
CARACTERÍSTICA DAS PARTÍCULAS
Próton
• Partícula nuclear com carga positiva igual em grandeza à do elétron. Junto com o nêutron, está presente em todos os núcleos atômicos (exceto o do hidrogênio, que não tem nêutron).
• A massa de um próton é de 1,6726 X 10-27kg, ou seja, 1.836 vezes a do elétron.
• O número atômico de um elemento indica o número de prótons (Z) em seu núcleo e determina de que elemento se trata.
Nêutron • Uma das partículas fundamentais que compõe a matéria.
Sua massa é de 1,675 X 10-27 kg, aproximadamente 0,125% maior que a do próton. Não tem carga elétrica. É uma partícula constituinte de todos os núcleos, exceto o do hidrogênio comum.
• Os nêutrons livres, que formam parte de um núcleo, são produzidos em reações nucleares.
• Quando é expulso do núcleo, o nêutron é instável, e se desintegra para dar lugar a um próton, um elétron e um neutrino. O uso de feixes de nêutrons é uma ferramenta importante em campos tão diversos quanto a paleontologia, a arqueologia e a história da arte.
CARACTERÍSTICA DAS PARTÍCULAS
Elétron
• Tipo de partícula elementar que, junto com os prótons e os nêutrons (Tabela 2.1),forma os átomos e as moléculas. Sua partícula de antimatéria correspondente é o pósitron.
CARACTERÍSTICA DAS PARTÍCULAS
Tabela2.1 Massa e carga relativa do próton, do nêutron e do elétron.
Partícula Massa relativa Carga relativa
Próton (p+) 1 +1
Nêutron (n0) 1 0
Elétron (e-) 1/1.840 -1
Arranjo Eletrônico • O número máximo de elétrons, que pode
existir em cada camada (Tabela 3-2), aumenta com a distância entre a camada e o núcleo. Esses números não precisam ser memorizados porque o limite de elétrons por camada pode ser calculado a partir da expressão:
2.n2
Onde: n representa o numero da camada.
Questão: Qual é o número máximo de elétrons que pode existir na camada O?
A camada O é a quinta camada a partir do núcleo, portanto:
n = 5
2.n2 = 2.(5)2
= 2.(25)
= 50 elétrons
Energia de Ligação Eletrônica.
• A magnitude (firmeza) do vínculo de um elétron ao núcleo é chamada de energia de Ligação do elétron, designada EВ+.
• Quanto mais perto um elétron está do núcleo, mais firme é essa ligação. Elétrons na camada K têm maiores energias de ligação que os elétrons na camada L, elétrons na camada L são ligados mais fortemente ao núcleo do que os elétrons na camada M, e assim por diante.
• Nem todos os elétrons na camada K de todos os átomos estão vinculados com a mesma energia de ligação.Quanto maior o número total de elétrons em um átomo, mais fortemente cada um é Ligado.
• Exemplo: átomo de tungstênio
Camada K = 69 keV
Camada L = keV
Energia de Ligação Eletrônica.
Um nuclídeo é um átomo com um dado número de nêutrons e prótons.
Um radionuclídeo é simplesmente um nuclídeo instável ou um núcleo que sofre um decaimento radioativo.
Existem vários termos que ajudam a definir as relações entre os diferentes nuclídeos.
O termos
Isótopo é usado para denotar nuclídeos com o mesmo nº de prótons (Z), isto é, o mesmo elemento, porém com nº de nêutrons diferente (N).
Isóbaro indica mesma massa atômica (A), diferente nº de nêutrons (N) e nº atômico diferente (Z).
Isótono tem o mesmo nº de nêutrons (N), mas nº de prótons (Z) e de massa atômica (A) diferentes.
Isômero indica estado de energia diferente em nuclídeos com mesmos A, Z e N.
Há no máximo sete camadas em torno do núcleo nais quais estão os elétrons que orbitam o núcleo. Cada camada pode conter um número limitado de elétrons fixado em 8 elétrons por camada, e na camada K, o número máximo de elétrons é 2.
OS ISÓTOPOS
• O número de nêutrons no núcleo pode ser variável, pois eles não têm carga elétrica. Com isso, um mesmo elemento químico pode ter massas diferentes. Átomos de um mesmo elemento químico com massas diferentes são denominados isótopos.
• O hidrogênio tem 3 isótopos: o hidrogênio, o deutério e o trício (ou trítio).
• O urânio, que possui 92 prótons no núcleo, existe na natureza na forma de 3 isótopos:
U-234, com 142 nêutrons (em quantidade desprezível);
U-235, com 143 nêutrons, usado em reatores PWR, após enriquecido (0,7%);
U-238, com 146 nêutrons no núcleo (99,3%).
RADIOATIVIDADE
• O fenômeno foi denominado radioatividade e os elementos que apresentavam essa propriedade foram chamados de elementos radioativos.
• Comprovou-se que um núcleo muito energético, por ter excesso de partículas ou de carga, tende a estabilizar-se, emitindo algumas partículas.
• O esquecimento de uma rocha de urânio sobre um filme fotográfico virgem levou à descoberta de um fenômeno interessante: o filme foi velado (marcado) por alguma coisa que saía da rocha, na época denominada raios ou radiações. • Outros elementos pesados, com massas próximas à do urânio, como o rádio e o polônio, também tinham a mesma propriedade.
RADIAÇÃO ALFA OU PARTÍCULA ALFA
• Um dos processos de estabilização de um núcleo com excesso de energia é o da emissão de um grupo de partículas positivas, constituídas por dois prótons e dois nêutrons, e da energia a elas associada. São as radiações alfa ou partículas alfa, núcleos de hélio (He), um gás chamado nobre por não reagir quimicamente com os demais elementos.
RADIAÇÃO BETA OU PARTÍCULA BETA
• Outra forma de estabilização, quando existe no núcleo um excesso de nêutrons em relação a prótons, é através da emissão de uma partícula negativa, um elétron, resultante da conversão de um nêutron em um próton. É a partícula beta negativa ou, simplesmente, partícula beta.
• No caso de existir excesso de cargas positivas (prótons), é emitida uma partícula beta positiva, chamada pósitron, resultante da conversão de um próton em um nêutron.
• Portanto, a radiação beta é constituída de partículas emitidas por um núcleo, quando da transformação de nêutrons em prótons (partículas beta) ou de prótons em nêutrons (pósitrons).
RADIAÇÃO GAMA
• Geralmente, após a emissão de uma partícula alfa (α) ou beta (β), o núcleo resultante desse processo, ainda com excesso de energia, procura estabilizar-se, emitindo esse excesso em forma de onda eletromagnética, da mesma natureza da luz, denominada radiação gama.
Diferenças entre os tipos de radiação
Radiação Alfa Beta Gama
Poder de lonização. Alto. A partícula alfa captura 2 elétrons do meio se transformando em um átomo de hélio.
Médio. Por possuírem carga elétrica menor, possuem menor poder de ionização.
Pequeno. Não possuem carga.
Danos ao ser humano Pequenos. São detidos pela camada de células mortas da pele, podem no máximo causar queimaduras.
Médio. Podem penetrar até 2 cm e Podem ionizar moléculas gerando radicais livres.
Alto. Pode atravessar completamente o corpo humano, causando danos irreparáveis.como alteração na estrutura do DNA.
Velocidade 5% da velocidade da luz.
95% da velocidade da luz.
Igual à velocidade da luz, 300.000 km/s.
Poder de Penetração Pequeno. Uma folha de papel pode deter.
Médio. É 50 a 100 vezes mais penetrante que a alfa. É detida por uma chapa de chumbo de 2 mm.
Alto. Os raios gama são mais penetrantes que os raios X. São detidos por uma chapa de chumbo de 5 cm.
TIPOS DE RADIAÇÕES
• Até pouco tempo atrás, a radiação natural era considerada como não observável e inalterável, mas agora sabe-se que as doses provenientes dos produtos oriundas do decaimento do radônio nas residências podem ser significativamente altas.
• Para todos os propósitos, no entanto, as outras formas de radiação não foram alteradas e compõem uma radiação de fundo da ordem de um milisievert por ano, em média.
• Os efeitos das radiações ionizantes de maior preocupação são doenças em pessoas expostas e efeitos hereditários em seus descendentes.
• A probabilidade de ocorrência de qualquer efeito causado pela radiação está relacionada com a dose de radiação recebida, não importando se a radiação é de origem natural ou artificial. Nas situações em que um controle possa ser exercido, uma avaliação cuidadosa deve ser feita entre os riscos e os benefícios da atividade que causa a exposição. Por exemplo, seria imprudente reduzir doses em pacientes submetidos a exames radiológicos se isso levasse à perda de informação essencial ao radiologista.
Radiação
Os efeitos das radiações não ionizantes dependem do tipo específico e da intensidade da radiação e incluem danos à pele e aos olhos; para aquelas radiações que penetram tecidos, incluem danos a órgãos internos por aquecimento excessivo. A longo prazo, câncer de pele e cataratas podem resultar de exposição a algumas formas de radiações não ionizantes. Novamente, medidas devem ser tomadas para proteger as pessoas de tais consequências.
Radiação
PARTÍCULAS E ONDAS
Conforme foi descrito, as radiações nucleares podem ser de dois tipos:
a) partículas, possuindo massa, carga elétrica e velocidade, esta dependente do valor de sua energia;
b) ondas eletromagnéticas, que não possuem massa e se propagam com a velocidade de 300.000 km/s, para qualquer valor de sua energia. São da mesma natureza da luz e das ondas de transmissão de rádio e TV
ATIVIDADE DE UMA AMOSTRA
Os núcleos instáveis de uma mesma espécie (mesmo elemento químico) e de massas diferentes, denominados radioisótopos, não realizam todas as mudanças ao mesmo tempo.
As emissões de radiação são feitas de modo imprevisto e não se pode adivinhar o momento em que um determinado núcleo irá emitir radiação.
Entretanto, para a grande quantidade de átomos existente em uma amostra é razoável esperar-se um certo número de emissões ou transformações em cada segundo. Essa taxa de transformações é denominada atividade da amostra.
UNIDADE DE ATIVIDADE • A atividade de uma amostra com átomos
radioativos (ou fonte radioativa) é medida em: Bq (Becquerel) = uma desintegração por segundo
Ci (Curie) = 3,7 x 1010 Bq
Monitor E 520
Unidades de Radioatividade
• São dois os sistemas amplamente utilizados para expressar o decaimento ou a taxa de desintegrações. O sistema mais antigo utilizado é historicamente baseado no Curie.
• Essa unidade tinha como base a taxa de desintegração de um grama de rádio e era definida como 3,7 X 10-10desintegrações por segundo (dps). Uma alternativa ao Curie no Sistema Internacional de unidades (SI) é o bequerel (Bq), que é igual a 1 dps.
Período de Desintegração
• O tempo de meia-vida (T1/2) é o tempo necessário para que o número de átomos de uma amostra decaia exatamente à metade, ou 50%. Matematicamente pode ser calculado por:
• A meia-vida pode ser expressa em segundos, minutos, horas, dias ou anos.
• O tempo de meia-vida independe de pressão, temperatura ou substância da qual o elemento radioativo faça parte. A duração desse tempo" varia de um radioisótopo para outro.
MEIA-VIDA Cada elemento radioativo, seja natural ou obtido
artificialmente, se transmuta (se desintegra ou decai) a uma velocidade que lhe é característica.
Para se acompanhar a duração (ou a vida) de um elemento radioativo foi preciso estabelecer uma forma de comparação.
Por exemplo, quanto tempo leva para um elemento radioativo ter sua atividade reduzida à metade da atividade inicial ? Esse tempo foi denominado meia-vida do elemento.
Meia-vida, portanto, é o tempo necessário para a atividade de um elemento radioativo ser reduzida à
metade da atividade inicial.
Exemplos de alguns radioisótopos e suas meias-vida
Radioisótopo T 1/2
99mTc 6 horas
131I
8 dias
18F 110 minutos
DESINTEGRAÇÃO OU TRAMUTAÇÃO RADIOATIVA
Como foi visto, um núcleo com excesso de energia tende a estabilizar-se, emitindo partículas alfa ou beta. Em cada emissão de uma dessas partículas, há uma variação do número de prótons no núcleo, isto é, o elemento se transforma ou se transmuta em outro, de comportamento químico diferente.
Essa transmutação também é conhecida como desintegração radioativa, designação não muito adequada, porque dá a idéia de desagregação total do átomo e não apenas da perda de sua integridade. Um termo mais apropriado é decaimento radioativo, que sugere a diminuição gradual de massa e atividade.
Observação.
Isso significa que, para cada meia-vida que passa, a atividade vai sendo reduzida à metade da anterior, até atingir um valor insignificante, que não permite mais distinguir suas radiações das do meio ambiente. Dependendo do valor inicial, em muitas fontes radioativas utilizadas em laboratórios de análise e pesquisa, após 10 (dez) meias vidas, atinge-se esse nível. Entretanto, não se pode confiar totalmente nessa receita e sim numa medida com um detector apropriado, pois, nas fontes usadas na indústria e na medicina, mesmo após 10 meias-vidas, a atividade da fonte ainda é geralmente muito alta.
Radiação
Radiação é um fato da vida. Luz e calor do sol são formas naturais de radiação que são essenciais à existência humana. Também há outras formas de radiação que são geradas pelo homem, como, por exemplo, microondas para cozinhar, ondas de rádio para telecomunicações, radar para navegação e raios X para exames médicos.
As emissões de substâncias radioativas são outro exemplo de formas de radiação. Algumas dessas substâncias ocorrem naturalmente na natureza; outras têm de ser produzidas artificialmente.
• Do ponto de vista dos efeitos que as radiações produzem na matéria, há duas classes de radiações:
Radiações ionizantes
Radiações não ionizantes.
• Radiações ionizantes: incluem raios cósmicos, raios X e radiações emitidas pelo decaimento de substâncias radioativas.
• Radiações não ionizantes:incluem luz, calor, radar, ondas de rádio e microondas.
• Do ponto de vista da origem da radiação, ainda poderíamos classificar as radiações em:
Radiação natural.
Radiação artificial.
Radiação
Os benefícios das radiações não ionizantes naturais são enormes, mas, em geral, é difícil identificar inequivocamente benefícios advindos das radiações ionizantes naturais.
Contudo, o homem tem feito considerável uso de ambas as radiações ionizantes e não ionizantes.
As radiações artificiais têm permitido avanços fantásticos em tratamentos e diagnósticos médicos e são empregadas num largo espectro de técnicas na indústria, na agricultura e na pesquisa. Contudo, podem ser prejudiciais ao ser humano e as pessoas devem se proteger de exposições desnecessárias ou excessivas.
Em países desenvolvidos, as fontes de radiação ionizante que mais contribuem para a exposição humana são de origem natural e, dentre as de origem artificial, são aquelas utilizadas em radiodiagnóstico.
Radiação
Resumo da relação das unidades Unidade convencional 1 curie (Ci) = 3,7 x 1010dps
Unidade no SI 1 bequerel = 1 dps
Curies → Bequerels 1 Ci = 3,7 x 1010dps = 37 GBq 1 mCi = 3,7 x 107dps = 37 MBq 11 mCi = 3,7 x 104dps = 37 KBq
Bequerels → Curies 1 Bq = 1 dps = 2,7 X 10-11Ci = 27 pCi 1 MBq = 106 dps = 2,7 X 10-5 Ci = 0,027 mCi 1 GBq = 109 dps = 27 mCi
PROPRIEDADES DOS RAIOS X
O QUE SÃO OS RAIOS X
• Os raios X são uma forma de energia eletromagnética (ondas eletromagnéticas transversais), de comprimento de onda muito curto, menor que 1 Å: 1 Å (angstrom) = 10 -10 m
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Propriedades dos raios X
• Atravessar objetos: Atravessam objetos tanto melhor quanto menor for o comprimento de onda;
• Ser absorvido pelo objeto que atravessa: Corresponde a uma deposição local de energia no objeto irradiado. Essa absorção é tanto maior quanto mais espesso ou denso for o objeto, e também quanto mais elevado for o número atômico que o compõe.
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• Produzir radiações secundárias em todos os corpos que atravessam.
• Fazer fluorescer certos sais metálicos: Os raios X fazem fluorescer alguns sais metálicos, como o sulfato de zinco-cádmio, o tungstato de cálcio e os sais luminescentes de terras raras. Essa propriedade é usada nos écrans intensificadores.
Propriedades dos raios X
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• Enegrecer emulsões fotográficas: (emulsões de bromo e prata) Os raios X provocam, de forma latente, uma modificação dos grãos de bromo e prata, perceptível ao olho humano somente após um processo químico de revelação da emulsão fotográfica).
• Propagar-se em linha reta: Propagam-se em linha reta do ponto focal para todas as direções.
• Ionização;Transformam gases em condutores elétricos. • Exercer efeito biológico: Esse efeito possui uma
aplicação prática, que é a radioterapia, e também determina a necessidade de adoção de medidas de proteção radiológica para operadores e pacientes.
Propriedades dos raios X
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RADIAÇÃO DE FRENAMENTO (BREMSSTRAHLUNG OU BREAKING RADIATION)
• Esse tipo de radiação ocorre com muita freqüência na formação do feixe de raios X e é originada na passagem de um elétron bem próximo ao núcleo de um átomo do material do alvo (anódio). A atração entre o elétron carregado negativamente e o núcleo carregado positivamente faz com que o elétron se deflita da sua trajetória original, perdendo parte da sua energia cinética ou toda ela, que é emitida na forma de raios X. Esse processo pode gerar raios X com energias diferentes, indo de valores baixos até à energia máxima, que é igual à energia total do elétron incidente.
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RADIAÇÃO CARACTERÍSTICA • Esse tipo de radiação é menos freqüente na formação do feixe
de raios X.
• Resulta de uma colisão entre o elétron incidente e um elétron orbital do átomo do material do alvo (anódio). O elétron incidente transfere energia suficiente ao elétron orbital do átomo do material do alvo, de maneira que esse último é ejetado de sua órbita, deixando um "buraco" em seu lugar. Isso gera uma condição instável no átomo do material do alvo, que é imediatamente corrigida com a passagem de um elétron de uma órbita mais externa para este "vazio", resultando em uma redução da energia potencial do elétron, sendo o excedente (de energia) emitido na forma de raios X.
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Assim, não é o elétron incidente que é convertido em fóton (raio X), mas sim sua energia cinética que é transformada em fóton (raio X) e calor.
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FEIXE DE RADIAÇÃO
• O rendimento na geração de raios X é muito pequeno, pois aproximadamente 99% da energia de frenagem dos elétrons é convertida em calor e apenas cerca de 1% é convertida em raios X. Do volume de raios X produzidos (1% da energia de frenagem dos elétrons), apenas aproximadamente 10% pode ser aproveitado para a realização do exame radiográfico (radiação útil).
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• Na realidade, os raios X são produzidos em toda a área de impacto dos elétrons no anódio (ponto ou pista focal), dispersando-se a partir daí em linha reta para todas as direções de uma meia esfera.
• Apesar do direcionamento dos elétrons para o anódio, pode ocorrer o choque de alguns elétrons com outras estruturas do tubo de raios X (até na parede do tubo), produzindo uma radiação de baixa energia denominada radiação extra focal, que é absorvida no próprio tubo e na cúpula (carcaça).
FEIXE DE RADIAÇÃO
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• A intensidade do feixe de radiação é diretamente proporcional ao fluxo eletrônico. Quanto maior a intensidade da corrente (maior mA), maior será o número de elétrons disponíveis e, por conseguinte, maior será a quantidade de raios X.
FEIXE DE RADIAÇÃO
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• A qualidade do feixe de radiação é diretamente proporcional à tensão (kV) aplicada ao tubo. Quanto maior a tensão (kV) aplicada ao tubo, menor será o comprimento de onda dos raios X e maior serão a energia de aceleração dos elétrons, o poder de penetração do feixe de radiação e, conseqüentemente, a qualidade desse feixe.
FEIXE DE RADIAÇÃO
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• Para a produção dos raios X é necessário o aquecimento prévio do filamento do catódio até a temperatura de emissão de elétrons. Em tubo com anódio giratório, a produção dos raios X (disparo) ocorre em dois estágios:
• O primeiro corresponde à preparação, ou seja, à liberação dos elétrons e à rotação do anódio, até a sua estabilização em determinado número de rotações por minuto (rpm);
• O segundo corresponde ao deslocamento dos elétrons em direção ao anódio, com a conseqüente produção dos raios X e calor.
FEIXE DE RADIAÇÃO
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O FEIXE ÚTIL DE RADIAÇÃO • Os raios X que saem pela janela da cúpula (carcaça) são
denominados feixe útil de radiação e correspondem a apenas cerca de 10% de toda a radiação gerada no tubo de raios X. Como apenas o feixe útil de radiação possui importância na formação da imagem radiográfica, toda referência aos raios X ou feixe de radiação corresponderá ao feixe útil de radiação.
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Estimativa de Cálculo para o kVp FÓRMULA EMPÍRICA:
kVp = 2 x E + Kequip.
Onde:
E = Espessura do paciente no local da radiografia, medida com um aparelho chamado espessômetro.
Kequip.= Constante do equipamento de RX que pode ser encontrada no manual do equipamento.
No caso do manual não poder ser consultado, e o técnico responsável não possuir informações confiáveis,
utilizar como primeira aproximação os seguintes valores:
Equipamento monofásico: Kequip.= 30
Equipamento trifásico: Kequip.= 25
Equipamento alta freqüência: Kequip.= 23
OBS 1: Usar sempre como primeira aproximação estes valores.
OBS 2: O valor da constante usada para o Bucky mural é sempre maior.
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Estimativa de calculo para mAs • O mAs é responsável pela quantidade e o tempo, de elétrons disponíveis
para serem acelerados para o anodo, resultando em formação dos raios X, ou seja, quanto maior o mA (miliampére) maior será a quantidade de raios X direcionados para a anatomia a ser radiografada.
• Para calcularmos o mAs podemos utilizar a seguinte formula:
mAs = kV . CMM.
• Onde:
• mAs: é o valor a ser selecionado no equipamento.
• kV: valor encontrado no calculo de kV.
• CMM: valor de coeficiente miliampérimetrico. (encontrado na tabela abaixo)
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Corpo. CMM
Extremidades.
Cintura pélvica, cintura escapular. 0,1
Crânio e coluna. 0,5
Quirodáctilos e pododáctilos. 0,1
Mão, pé, perna, antebraço. 0,1
Úmero, cotovelo, joelho. 0,1
Aparelho respiratório. Tórax. 0,1
Aparelho digestório. Estomago, intestino. 0,3
Aparelho urinário. Abdome, rins. 0,3
Partes moles. Músculo e cartilagem. 0,01
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mAs
• O “mA” representa a quantidade de elétrons disponíveis para serem acelerados contra o anodo, e o “s” representa o tempo em que estes elétrons serão acelerados contra o anodo, ou seja, o tempo de exposição do paciente aos raios X.
• Desta forma o “mAs” e o produto da multiplicação do “mA” pelo “s”, ou seja, a multiplicação do miliampére pelo tempo em segundo.
• Para isto podemos utilizar a seguinte formula:
mAs = mA . t
Onde: mAs: valor a ser selecionado na mesa de comando do aparelho. mA: miliampére (corrente elétrica) valor encontrado na mesa de comando do
aparelho. t: tempo de exposição, valor encontrado na mesa de comando do aparelho.
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Conclusão
mAs
•Responsável pela quantidade de elétrons direcionados ao Anodo;
•Responsável pela quantidade de fótons de raios-X produzida (enegrecimento radiográfico).
kVp
•Responsável pela força de atração dos elétrons, produzidos no catodo em direção ao anodo.
•Relacionado à qualidade dos fótons (energia dos fótons => contraste radiográfico => graus de cinza).
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mAs –Lei da reciprocidade
Quando nos referimos à exposição do paciente, geralmente falamos em mAs, ou seja,o mAs é o produto da miliamperagem utilizada (mA) pelo tempo que essa corrente foi empregada em segundos (s).
• A exposição (mAs) está diretamente relacionada à dose recebida pelo paciente; Assim, por exemplo, quando se usa uma corrente de 100 mA e um tempo de 0,1 de segundo, estes valores equivalem a uma dose, ou exposição, de 10 mAs (100 mAx 0,1 s = 10 mAs).
• Pode-se modificar os dois termos do fator mAs, desde que o produto (ou a dose) não se altere. Isto significa que, quando se modifica um dos termos do fator mAs, deve-se compensar com a modificação do outro fator na mesma proporção para manter igual o produto mAs.
• Exemplo: Se temos uma exposição de 100 mAs, com uma corrente de 50 mA e tempo de 2 s, se a corrente for aumentada para 100 mA(duplicada), devemos reduzir o tempo na mesma proporção (reduzir em ½) para manter o produto constante.
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mAs –Lei da reciprocidade
• Um exemplo prático da aplicação dessa lei ocorre no caso da radiografia de uma criança que não para de se mexer. Isto permite, por exemplo, reduzir o tempo de exposição e aumentar a corrente, na mesma proporção, sem alterar a exposição necessária para radiografar o paciente.
• Relação mA-tempo: • A corrente necessária (mA) para uma determinada
exposição é inversamente proporcional ao tempo (s) de exposição.
• Esta regra pode ser expressa pela seguinte fórmula:
mA Original (mAo) = Tempo Novo (Tn) mA Novo (mAn) Tempo Original (To)
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Lei do inverso do quadrado da distância.
• A intensidade da radiação de um tubo de RX (mAs) varia inversamente com o quadrado da DFoFi. Esta relação é conhecida como “Lei do Inverso do quadrado da distância”. Em termos matemáticos ela pode ser expressa por:
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Lei do Inverso do quadrado da distância.
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Relação empírica entre kVp e mA
• REGRA DOS 15% DA QUILOVOLTAGEM : • A "regra dos 15%"(alguns autores consideram a regra dos 10 kVp)
afirma que um aumento de 15 % na tensão de pico (kVp) equivale a duplicar a exposição (mAs) e deve ser usada sempre que for necessário dobrar a densidade óptica da imagem.
• A regra dos 15% pode ser aplicada também quando o aumento de mAs não é adequado ao estado do paciente ou quando o equipamento não permite o aumento do mAs.
• Esta regra se aplica também quando há redução do kVp (reduzir 15% de kVp equivale a reduzir a densidade em 50%)
• Obs.: Não se esqueça que para manter a mesma densidade, se for aumentado de 15% o kVp, deve-se retirar 50% de mAs, enquanto que na redução de 15% no kVp deve-se dobrar (100%) o mAs.
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RAZÃO DE GRADE • A grade antidifusora pode ser construída com variações em relação à espessura e
altura das lâminas. Por isso, foi desenvolvido um parâmetro para comparação da qualidade ou utilização das grades. A razão de grade é a relação entre a altura das lâminas (espessura da grade) e a distância entre as lâminas (espaçamento radiotransparente).
• Grade com alta razão são mais eficientes na eliminação da radiação secundária por que exigem grandes ângulos de incidência dos raios X, uma vez que são muito estreitas e altas. Isto implica que os raios devam ser quase perpendiculares para poderem atingir o filme. Razão de grade baixa permite que a radiação quase paralela a mesa possa atingir o filme, diminuindo o contraste.
Rg: razão de grade
h: altura da grade
D: material radiotransparente
ou distância entre as laminas.
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• As grades são construídas normalmente com razões de 5:1 até 16:1. O que significa uma redução de 85 % a 97 % da radiação secundária, respectivamente. Em geral, as grades mais usadas possuem razões de 8: 1 e 10: 1.
• Exemplo: Seja uma grade construída com barras de chumbo de 30 µm de espessura separadas por um espaçamento de 300 µm. A grade possui uma espessura de 2,4 milímetros. Qual é a razão de grade?
Em primeiro lugar, vamos transformar tudo na mesma unidade - µm 2,4 mm . 1000µm = 2400 µm
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FREQUÊNCIA DE GRADE • A freqüência da grade mede o número de linhas ou lâminas por polegada ou
centímetro. Grades de alta freqüência implicam em espaços entre lâminas muito finos, o que, por conseqüência, levam a altas razões de grade. Mais uma vez, a dose de radiação deve ser elevada para manter-se a qualidade da imagem obtida, pois quanto menor o espaço radiotransparente, maior a área de absorção. Por questões econômicas e de eficiência, os fabricantes constroem grades com freqüências da ordem de 25 a 45 linhas por centímetro. Para calcularmos a freqüência de uma grade podemos utilizar a seguinte equação:
A: Área da grade 1cm2 (este valor e uma
constante nunca mudara).
T: Espessura da lamina de chumbo.
D: Espessura do material radiotransparente.
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EXEMPLO:
• Seja uma grade construída com barras de chumbo de 35 µm de espessura separadas por um espaçamento de 275 µm. Qual a freqüência desta grade?
• Em primeiro lugar, vamos transformar tudo na mesma unidade - µm
• 1 cm = 10.000 µm
• Fg= 32.258L/cm2
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EXERCÍCIO:
Altura
(h)
Lâmina
(T)
Distancia
(D)
Razão. Freqüência.
2,2mm 45µm 280µm
1,8mm 35µm 300µm
2,5 mm 40µm 320µm
3,2mm 50µm 400µm
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• INTRODUÇÃO: A formação da imagem radiográfica é regida pelas leis da ótica geométrica, ou seja, obedece a uma relação direta das distâncias relativas entre o foco (emissor de radiação), o objeto (região do corpo em estudo) e o anteparo (filme radiográfico ou tela fluoroscópica)o Para uma melhor compreensão do assunto, será utilizada a seguinte nomenclatura:
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• Fo = Foco (Foco emissor de radiação)
• O = Objeto (Região do corpo em estudo)
• Fi = Filme radiográfico (Anteparo)
• d = Distância • dFoFi =Distância foco-filme
(Distância foco-anteparo) • dOFi = Distância objeto-filme
(Distância objeto anteparo) • dFoO = Distância foco-objeto. • I = Tamanho da imagem • O = Tamanho do objeto • dFoFi =Distância foco-filme
(distância foco-anteparo) • dFoO = Distância foco-objeto
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Princípios Geométricos Da Formação Da Imagem.
• A imagem radiográfica de um objeto colocado entre o feixe de radiação e o anteparo corresponde a uma projeção cônica deste objeto.
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• O tamanho da imagem projetada de um objeto pode ser calculado usando-se a seguinte fórmula:
Tamanho da imagem projetada.
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Coeficiente de ampliação da imagem. • O coeficiente de ampliação é a razão entre as dimensões
lineares da imagem radiográfica e as dimensões correspondentes do objeto, que variam em função dos diferentes planos do objeto e sua distância relativa ao anteparo. Pode ser citada, como exemplo, a imagem cardíaca no tórax em ântero-posterior (AP), que é ligeiramente maior do que em póstero-anterior (PA). O coeficiente de ampliação pode ser calculado pelas fórmulas:
Onde:
A = Coeficiente de ampliação
I = Tamanho da imagem
O = Tamanho do objeto
dFoFi =Distância foco-filme (distância
foco-anteparo)
dFoO = Distância foco-objeto
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Nitidez da imagem radiográfica. • A nitidez da imagem radiográfica pode ser definida como a delimitação exata das
bordas da imagem projetada. • Depende de alguns fatores geométricos: • Tamanho do foco emissor de raios X – Quanto menor o tamanho do foco emissor
de raios X, menor será a distorção geométrica e consequentemente, maior o detalhe e a nitidez da imagem radiográfica
• Quanto maior o tamanho do foco emissor de raios X, maior será a zona de penumbra na formação da imagem radiográfica e, conseqüentemente, menor será o detalhe e a nitidez da imagem.
• A zona de penumbra, também conhecida como flou geométrico, corresponde à falta de nitidez da imagem radiográfica, causada pela distorção geométrica.
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• Pode ser calculada usando-se a fórmula:
Nitidez da imagem radiográfica.
Onde:
P = Tamanho da zona de penumbra
dOFi =Distância objeto-filme (distância objeto-anteparo)
dFoO = Distância foco-objeto
F = tamanho do foco do aparelho.
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• Quanto maior distância foco-filme, menor ampliação da imagem radiográfica e menor zona de penumbra.
• Quanto menor a distância foco-filme, maior a ampliação da imagem radiográfica e maior a zona de penumbra.
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• Quanto menor a distância objeto-filme, menor ampliação da imagem radiográfica e menor zona de penumbra.
• Quanto maior a distância objeto-filme, maior a ampliação da imagem radiográfica, e maior a zona de penumbra.
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• Quanto maior distância foco-objeto, menor ampliação da imagem radiográfica e uma menor zona de penumbra.
• quanto menor a distância foco-objeto, maior a ampliação da imagem radiográfica, e maior a zona de penumbra.
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Conclusão
• Para evitar a falta de nitidez geométrica (flou geométrico), devemos usar a combinação dos seguintes parâmetros:
• Uma maior distância foco-filme associada a uma menor distância objeto-filme e, na medida do possível, o menor foco emissor de radiação.
• Assim, teremos uma imagem radiográfica mais nítida, de melhor qualidade.
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INTERAÇÃO DO FEIXE DE RADIAÇÃO COM O OBJETO
A trajetória do feixe de raios X do foco
emissor ao anteparo (filme radiográfico ou
tela fluoroscópica), atravessando um objeto, pode ser dividida em três
etapas.
Primeira etapa: Corresponde à emissão do feixe de radiação pelo foco emissor até o objeto. Nessa etapa, o feixe de raios X possui uma estrutura razoavelmente homogênea em qualidade e intensidade.
Segunda etapa: Corresponde à interação do feixe de radiação com o objeto. Nessa etapa, irá ocorrer a atenuação do feixe de raios X, que consiste na redução da intensidade (atenuação) do feixe de radiação incidente.
Terceira etapa: Corresponde à emergência do feixe de radiação do objeto. Nessa etapa, o feixe de radiação não é uniforme nem em número nem na energia dos fótons. Apenas cerca de 5% dos fótons que incidem no objeto emergem sem sofrer alterações.
INTERAÇÃO DO FEIXE DE RADIAÇÃO COM O OBJETO
ATENUAÇÃO DO FEIXE DE RADIAÇÃO
Fatores que afetam a atenuação do feixe de radiação
Espessura : Quanto mais espesso for o objeto irradiado, maior será a atenuação do feixe de radiação.
Densidade: (massa por unidade de volume) Quanto mais denso for o objeto irradiado, maior será a atenuação do feixe de radiação.
Número atômico (Z): Quanto maior for o número atômico (Z) do objeto irradiado, maior será a atenuação do feixe de radiação.
A atenuação ocorre pela combinação dos fenômenos de absorção e difusão do feixe de radiação (atenuação = absorção + difusão).
ABSORÇÃO
Absorção fotoelétrica
A absorção foto elétrica (interação fotoelétrica) é um efeito local que consiste na deposição de energia no objeto irradiado. Corresponde à interação de um fóton de radiação com um elétron fortemente ligado a um átomo do objeto (elétron em órbita próxima ao núcleo do átomo).
O fóton incidente, ao chocar-se com o elétron, transfere toda a sua energia para ele, deixando de existir a seguir. A energia transferida ao elétron determinará o seu deslocamento para outra órbita, gerando um "vazio" nesse lugar. O preenchimento desse "vazio" deixado pela ejeção do elétron dará origem a um fóton característico (raio X característico)
A energia desse fóton característico é muito baixa, sendo absorvida no local. Essa absorção é proporcional ao número atômico do átomo absorvente elevado à terceira potência (Z3) e! ou ao comprimento de onda dos raios X incidentes elevado à terceira potência (λ3).
Em suma, quanto maior for o número atômico do material, e ou quanto maior for o comprimento de onda do feixe de raios X (baixa energia - baixo kV), maior será a atenuação do feixe de radiação.
Produção de pares Ocorre quando um fóton de radiação com energia
superior a 1,022MeV interage nas vizinhanças do núcleo de um átomo. Após a interação esse fóton pode desaparecer, dando origem a um par de elétrons, sendo um negativo (e-), denominado elétron, e um positivo (e+) denominado pósitron, que perdem a sua energia cinética no local.
Difusão
Também denominada espalhamento, corresponde à interação de um fóton de radiação com um elétron fracamente ligado a um átomo do objeto (elétron de órbita mais externa do átomo).
Ao contrário do efeito fotoelétrico, a difusão atua prejudicialmente na qualidade da imagem radiográfica. Pode ser de dois tipos:
Difusão elástica;
Difusão quântica (inelástica).
Difusão elástica
Também denominado
efeito Thomson, ocorre quando o fóton incidente é desviado de sua trajetória inicial
sem perda de energia.
Por hoje é só?
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