Material Didatico Aula Raiosx 01- Mod 01

1SEL 705 - FUNDAMENTOS FSICOS DOS PROCESSOS DE FORMAO DE IMAGENS

(1. Raios-X)

Prof. Homero Schiabel(Sub-rea de Imagens Mdicas)

SEL705 - Prof. Homero SchiabelSEL705 - Prof. Homero Schiabel

III. RAIOS-X

1. HISTRICO

Meados do sc. XIX - Maxwell: previu a existncia e natureza das ondas eletromagnticas;

1874 - William Crookes: desenvolvimento dos primeiros tubos de raios catdicos (am-pola

de Crookes); sugerido como equipamento indicado para produzir ondas ele-

tromagnticas artificiais penetrantes

1887 - Heinrich Hertz: ondas de rdio


2 1890-1898 investigaes extensivas em toda a Europa das propriedades

dos raios catdicos (1897 - J.J. Thomson - partculas carregadas ne-gativamente);

1895 - WILHELM CONRAD RENTGEN: experincias com tubos de raios catdicos; busca da deteco das ondas eletromagnticas (tubo com

excelente vcuo e boa fonte de alta tenso - milhares de V); prxima do tubo: placa fluorescente de cianeto de platina e brio; (08/11/1895) para facilitar a observao da fraca luminosidade da

placa fluorescente, Rentgen fechou as cortinas do laboratrio e cobriu o tubo com uma caixa de papelo;


ao ligar o tubo eletricidade notou um brilho quase imperceptvel no fundo da sala - que desaparecia quando o tubo era desligado;

brilho vinha de uma outra placa fluorescente localizada num canto do lab.;

placa mais prxima brilho mais intenso; NO era efeito dos raios catdicos (s se propagam no

vcuo); placas de madeira e metal no inibiam o brilho radiao

muito penetrante; s o chumbo conseguia bloquear os RAIOS-X;

disco de chumbo diante da placa sombra do disco e de sua prpria mo!


3 prximo passo: substituir a pea fluorescente por uma placa fotogrfica fotografia da mo de sua esposa, Bertha primeira RADIOGRAFIA (publicada) da Histria

anel de casamento


Concluses:

n fluorescncia em certas substncias; escurecimento de filmes fotogrficos; radiao eletromagntica (no sofre desvios em campos eltri-

cos ou magnticos); mais penetrantes aps passar por absorvedores; diversas aplicaes, principalmente, na Medicina.

Rifle de caa de Rentgen(negativo da radiografia)


4 Maro 1896 - Antoine Henri Becquerel (FRA)

verificou sombras de objetos metlicos em placas fotogrficas - radiao de sais de URNIO

radiao espontnea proporcional concentrao dos sais; sem variao com temperatura, campo eletromagntico,

presso ou estado qumico

Casal Curie (Pierre e Marie Sklodowska):

RADIOATIVIDADE

Pechblenda (U + Bi + Ba + Pb) emitia muito mais radiao do que o U puro

JUN 1898 Polnio; DEZ 1898 Rdio


1897 - Ernest Rutherford:

verificou que as radiaes emitidas eram de trs tipos distintos: aa , bb , gg

aa - ncleos de He (E ~ 5 MeV); bb - resultado da converso de um nutron em um prton (E ~

0,5 -> 1,0 MeV); gg - (ftons) resultado do excesso de E que permanece em

ncleos-filhos aps a desintegrao e emisso de radiao -natureza eletromagntica e no corpuscular (E ~ 1,0 MeV)

RADIOATIVIDADE:

transformao espontnea do ncleo atmico de um nucldeo para outro com emisso de um ou mais tipos de radiao (caracterstica das trasnformaes): desintegrao.


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(1. Raios-X)

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RADIAO

n Corpuscularn partculas subatmicas de alta velocidade (alta freqncia): e-,

p+, nutrons, a, b, g, ...n E = 1/2 (m v2)

n Eletromagntican oscilaes eltrica e magntica (ondas)n no tm massa;n v = c (diferena apenas no l)

Max Planck (1901): teoria dos quanta E depende da freqncia de radiao (ou de l):

E = h n n = c / l E = h c / l


6Anodo (Cu)

Catodo

Focalizador

Alvo (W)

Tubo vidro

Tubo de Raios-X (Anodo estacionrio)

2. PRODUO DE RAIOS-X


CatodoCatodo Alvo (W)Alvo (W)

Suporte Suporte rotorrotor

Tubo de Raios-X (Anodo rotativo)


7 Eletrodos submetidos a uma alta ddp (milhares de V); eltrons do filamento emitidos em direo ao alvo e subi-tamente desacelerados E calor e R-X

E = e . VE = energia do e -e = carga do e -V = tenso entre os eletrodos [kV]

Tubo de 1897


2.1. Excitao e Ionizao

Se denotarmos E1 como a energia original de um e-orbital e E2 como sua energia final, a energia de umquantum ser:

E = h n = E2- E1 (1)

Quando um quantum tem energia tal que possibilite levar o e- a uma rbita mais alta EXCITAO

Quando um e- orbital recebe energia suficiente para escapar do tomo IONIZAO


8E

e-

E = h n

e-

EXCITAO IONIZAO

E = h n - B

E = Energia cintica do eltron livre;B = Energia de ligao do eltron ao tomo


n Ionizao causada pela absoro de radiaoeletromag-ntica ABSORO FOTOELTRICA fton incidente desaparece aps a ejeo do eltron.

n Emisso de eltrons da superfcie de uma substncia como resultado da irradiao por ondas eletromagnticas EFEITO FOTOELTRICO


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1

e-

2.2. Possveis interaes entre os eltrons do feixe e os tomos do alvo no tubo de raios-X

eltron sofre 3 deflexes e produz 3 ftons de raios-X


10

22

e-

eltron sofre 3 deflexes e produz ionizao, calor e um fton de raios-X



11

eltron perde toda sua energia numa nica coliso:4 fton X de mxima energia;

4E = hc / l = eV lmn = 12,4 / kV [A]

3

e-


eltron sofre 3 deflexes, produzindo ionizaes e calor

44

e-

(*) OBS.: rendimento -> h = Z V 10-9


12

2.3. Espectro de raios-X

n Espectro Contnuon Raios-X podem assumir qualquer valor de intensidade, desde

0 at a mxima energia (numericamente = kVp)

NA B

EDC

A - 100B - 80C - 60D - 40E - 20


Probabilidade de interao de um eltron do feixe com eltrons orbitais de cada camada para a produo de ftons de raios-X:

E - 9/100 D - 7/100 C - 5/100 B - 3/100 A - 1/100

Espectro real

Supondo 1000 colises:N ftons (p/ 1000 colises )

E (unid.arbitrrias)

N ftons

E

ftons de E mais baixa so absorvidos

pelo vidro do tubo90

70

50

30

10

20 40 60 80 100


13

n Espectro de Linhasn Interao dos e- do feixe com e- orbitais dos tomos do alvo e- ou ftons produzidos no alvo removem e- das camadas mais internas dos tomos ionizao e- das camadas superiores (+ externas) decaem, ocupando o espao vazio das camadas inferiores emisso de ftons de energia caracterstica (radiao caracterstica).

K L M

e-

K L

EL

EK

Radiao caracterstica

Energia maior = EK (rbita mais prxima do ncleo)

M


Espectro total (Bremsstrahlung + caracterstico):

Intensidade relativa

Energia

LK

Emx = (valor kVp)


14

2.4. Fatores que influenciam o espectro de raios-X

l Tenso entre os eletrodos (kVp)

I

EEm1Em2Em3

kV1

kV2kV3

E1 E2 E3

E1, E2, E3: energia da maioria dos ftons produzidos E3 > E2 >E1 > poder de penetrao dos ftons

Quantidade de ftons produzidos aumenta com a kV:

qualidade do feixe proporcional kV

quantidade de ftons proporcional a (kV)2


I

E

Sn

W

k

k


n Corrente de tubo (mA)n Quanto mais corrente no tubo, maior a quantidade de eltrons produzidos

no feixe e, portanto, maior quantidade de ftons de raios-X.

n Material do alvon Alvos com n atmico maior produziro mais ftons;n para uma dada kVp, o mximo da intensidade sempre ocorre para uma

dada energia dos ftons

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n Filtrosn Filtrao inerente: filtrao inevitvel do feixe ao ser emitido a

partir do alvo (vidro do tubo);n ftons com energia mais baixa sofrem maior absoro e, como so

mais facilmente absorvidos pela matria, no so adequados para formao da imagem, j que no contribuem para impressionar o fi lme

n filtrao adicional: elimina ftons de energia mais baixa

I

E

onda completa

kV cte.

Forma de onda (retificao)


I

E

filtrao adicional

filtrao inerente

sem filtroForma de onda (retificao)

n Filtrosn Filtrao inerente: filtrao inevitvel do feixe ao ser emitido a

partir do alvo (vidro do tubo);n ftons com energia mais baixa sofrem maior absoro e, como so

mais facilmente absorvidos pela matria, no so adequados para formao da imagem, j que no contri-buem para impressionar o filme

n filtrao adicional: elimina ftons de energia mais baixa


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formato espectro no afetado

-

-

forma onda alte-ra o espectro

filtros removem R-X moles

Lei Inv. Quadra-do da Distncia

no afetada

Q OC kVp

no afetada

idem

Q OC f

no afetada

I OC mA

I OC (kVp)2

I OC Z

> para kV cte.

I OC 1/f

I OC 1/d2

mA

kVp

Z (alvo)

retificao

filtrao

dist. focal

2.5. Fatores que afetam o espectro de um feixe R-X


FATOR INTENSIDADE QUALIDADE COMENT.

dFF = 50 cm - 6 mAs dFF = 100 cm - 24 mAs

dFF = 100 cm - 6 mAs

(*) kVp = 50 em todos os casos

Ex. prtico da Lei do Inverso do Quadrado da Distncia


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