PRINCPIOS DE FORMA‡ƒO Rx

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PRINCPIOS DE FORMAO DA IMAGEM RADIOGRFICA

Prof. Alwin Elbern, Ph.D. DENUC - UFRGS1

Smula Qualidade da Imagem Gerao de Raios X Formao da Imagem Radiogrfica Contraste Filme Radiogrfico Processamento Radiogrfico Sensibilidade do Filme Noes de Controle de Qualidade do Processamento Definio, Resoluo e Visibilidade de Detalhes Controle de Qualidade Portaria 453/982

Noes Bsicas sobre Raios X

Qualidade da ImagemA qualidade da imagem mdica determinada pelo mtodo de Radiodiagnstico (Raios X, US, TC, RM, etc.), pelas caractersticas do equipamento e pelos ajustes selecionados pelo operador.A qualidade da imagem depende de pelo menos cinco fatores:

Contraste, Definio, Rudo, Artefatos, Distoro3

Corpo HumanoO corpo humano tem muitas estruturas (ou objetos) que aparecem simultaneamente, e freqentemente, sobrepostos na imagem. Outro fator importante que determina uma boa visibilidade, que um objeto presente em uma imagem mdica deve sobressair-se em relao s imagens de fundo.4

Noes Bsicas sobre Raios X

Gerao de Raios XHistricoA radiografia foi inaugurada praticamente junto com o descobrimento dos raios X, realizado por Wilhelm Conrad Rntgen em novembro de 1895, o que lhe conferiu o 1o prmio Nobel de 1901 de Fsica. A primeira radiografia foi feita ainda em seu laboratrio, onde permaneceu sozinho por semanas obcecado por experimentos secretos, quando exps aos raios X a mo de sua mulher, apoiada sobre uma chapa fotogrfica, por 15 minutos.5

HistricoRadiografia da mo de Anna Rntgen, em novembro de 1895. Por seus trabalhos, ele recebeu o primeiro Nobel de fsica no ano de 1901. Rntgen observou que os raios X podiam atravessar os corpos. Alguns materiais se apresentavam mais opacos e outros mais transparentes.6

Noes Bsicas sobre Raios X

Gerao de Raios XOs raios X so originrios da frenagem dos eltrons gerados no catodo, que se convertem em ftons, pelo fenmeno conhecido por Bremsstrahlung. Os raios X produzidos no interior das ampolas so constitudos por ondas eletromagnticas de vrias freqncias e intensidades. A maior parte (99%) da energia cintica dos eltrons perdida sob a forma de calor e apenas 1% dela convertida em raios X. Os raios X produzidos por bremsstrahlung constituem um espectro contnuo dentro de uma faixa de comprimento de onda que vai de 0,1 a 0,5 (10-10 m).7

Origem dos Raios X

Bremsstrahlung8

Noes Bsicas sobre Raios X

Propriedades EltricasA qualidade e a quantidade de raios X produzidos podem ser controladas ajustando-se as grandezas: TENSO - Kilovoltagem (kV) = diferena de potencial (ou potencial para aumentar a energia dos eltrons). - Eltrons com mais energia adquirida por meio de kV mais alto produzem raios X mais penetrantes e em maior quantidade. CORRENTE - Miliamperagem (mA)=quantidade ou nmero de eltrons que passam a cada segundo do catodo para o anodo. TEMPO de exposio (s) = durao do pulso9

Tubo de Raios XNo tubo (ampola) so gerados os Raios X pela comverso da energia dos eltrons em calor (ou energia trmica) e, em menor quantidade, em raios X (Bremsstrahlung). O calor um subproduto indesejvel no processo. O tubo de raios X projetado para maximizar a produo de raios X e dissipar o calor to rpido quanto possvel.

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Noes Bsicas sobre Raios X

Ampola de Raios X

Uma corrente de eltrons flui atravs do tubo, do catodo, onde so produzidos, em direo ao anodo, onde os eltrons param bruscamente, sofrendo uma perda abrupta de energia resultando na produo dos raios X.11

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Noes Bsicas sobre Raios X

Elementos do Tubo de RXCATODO: o eletrodo negativo do tubo. constitudo de duas partes principais: o filamento e o copo focador.A funo bsica do catodo emitir eltrons a partir de um circuito eltrico secundrio, e focaliz-los em forma de um feixe bem definido apontado para o anodo. Em geral, o catodo consiste de um pequeno fio em espiral (ou filamento) dentro de uma cavidade (copo de focagem) conforme mostrado na figura anterior.13

FilamentoO filamento normalmente feito de Tungstnio Toriado (Tungstnio com mais de 1 a 2% de Trio), pois esta liga tem alto ponto de fuso e no vaporiza facilmente (a vaporizao do filamento provoca o enegrecimento do interior do tubo e a conseqente mudana nas caractersticas eltricas do mesmo). A queima do filamento , talvez, a mais provvel causa da falha de um tubo. a b

(a) sem corpo focador e (b) com corpo focador14

Noes Bsicas sobre Raios X

Copo de focagemO corpo de focagem: serve para focalizar os eltrons que saem do ctodo e fazer com que eles batam no nodo e no em outras partes. A corrente do tubo controlada pelo grau de aquecimento do filamento (ctodo). Quanto mais aquecido for o filamento, mais eltrons sero emitidos pelo mesmo, e maior ser a corrente que fluir entre o nodo e o ctodo. Assim, a corrente de filamento controla a corrente entre o nodo e o ctodo.

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Corrente de filamentoCORRENTE NO TUBO (mA) 100 kVp 125 kVp 50 kVp 70 kVp

Alguns tubos apresentam dois filamentos, ou dois ctodos. So os chamados tubos de foco dual, Estes filamentos tem comprimentos distintos, produzindo reas de impacto diferentes no nodo. Temos assim dois tipos de foco:

CORRENTE DO FILAMENTO (AMPRES)

Foco fino: de 0,3 a 1 mm Correntes de tubo e de filamento em funo da tenso Foco grosso: de 1 a 2,5 mm aplicada.16

Noes Bsicas sobre Raios X

Foco Dual

Tubo de foco dual, onde o tamanho do foco controlado por um ou outro filamento. O controle do foco fino-foco grosso feito por uma chave que escolhe ou um ou outro filamento. Para evitar que se coloque grandes correntes em foco fino (o que poderia danificar o nodo), um mesmo comando seleciona a corrente e o foco simultaneamente (as duas chaves so acopladas mecanicamente). 17

AnodoO Anodo o plo positivo do tubo. Existem dois tipos de nodo: anodo fixo e anodo giratrio. Os tubos de nodo fixo so usualmente utilizados em mquinas de baixa corrente, tais como: raio-X dentrio, raioX porttil, mquinas de radioterapia, raio-X industrial, etc. Os de anodos giratrios so usados em mquinas de alta corrente, normalmente utilizadas em radiodiagnstico. O anodo tem as seguintes finalidades: formar o caminho eltrico, servir de suporte para o alvo e como elemento condutor de calor.18

Noes Bsicas sobre Raios X

Anodo Alvo de TungstnioO alvo o local do nodo que sofre o impacto dos eltrons. O material do alvo deve ter as seguintes propriedades: Alto Z: Isto , alto nmero de prtons no ncleo atmico. A relao entre a perda de energia dos eltrons por radiao (raios-X) e a perda de energia por ionizao (aquecimento) dada pela seguinte frmula:

dE dx RAD = Ec.Z 800 dE dx COL

Onde Ec a energia cintica dos eltrons e Z o nmero atmico do alvo.19

Propriedades do alvoBoa Condutividade Trmica: no alvo h uma grande gerao de calor, que dever ser retirada do mesmo para evitar a sua fuso; Alto Ponto de Fuso: Em algumas aplicaes de alta corrente, associada a grandes tempos de exposio podem levar a alvo o atingir temperaturas da ordem de 2000 C. Portanto, o material alvo dever suportar altas temperaturas sem fundir ou se danificar. O material que apresenta todas estas caractersticas o Tungstnio (Z=74).

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Noes Bsicas sobre Raios X

Anodo GiratrioFixo Giratrior=30 mm

A=4 mm2

O nodo giratrio permite altas correntes, pois a rea de impacto dos eltrons fica muito aumentada.A=754 mm2

1 mm 1 mm

4 mm

Como exemplo, tomemos um alvo fixo, cuja rea de impacto de 1 mm x 4 mm, isto , 4 mm2. Se este alvo girar com um raio de giro igual a 30 mm, a rea de impacto seria aproximadamente: 4 mm * 2 * 30 mm 754 mm2; nestas condies, o tubo giratrio teria cerca de 200 vezes mais rea que o tubo fixo.21

Detalhes Alvo GiratrioEm mquinas de alvo giratrio, necessrio esperar o nodo atingir a velocidade de regime, para ento se aplicar a alta tenso (disparo do feixe). O rotor gira no interior da ampola de vidro, sem nenhuma ligao mecnica para o exterior. O modo como isto acontece semelhante ao que acontece nos motores de induo, onde no h ligao mecnica nem eltrica entre a parte que gira (rotor) e a parte fixa (estator). Os tubos para mamografia utilizam anodos de molibdnio (Z=42), que tem um nmero atmico intermedirio, e, portanto, produzem ftons de energia menores, mais adequados baixa densidade do tecido mamrio.22

Noes Bsicas sobre Raios X

Cabeote do RXO anodo e o catodo ficam acondicionados no interior de um invlucro fechado (tubo). Alm de desempenhar as funes de isolante eltrico e de suporte estrutural para o anodo e catodo, 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.

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Cabeote e Tubo

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Noes Bsicas sobre Raios X

Tubo de Raios XAnodo Girante

Estator Alta Tenso

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Ponto FocalAo selecionar-se um tubo de raios X para uma determinada aplicao especfica, a principal caracterstica que deve ser observada o tamanho do ponto focal. Tubos com pontos focais pequenos so os mais indicados quando essencial gerar imagens de alta qualidade que permitem boa visibilidade de pequenos detalhes e tambm quando houver necessidade de menores quantidades de raios X. Ex. Foco grosso Equipamento para medida26

Noes Bsicas sobre Raios X

Representao do ponto focal real e efetivoNGULO DO ALVO

FEIXE DE ELTRONS TAMANHO REAL DO FOCO

FOCO EFETIVO

O ponto focal real a rea na qual os eltrons colidem. O ponto focal efetivo a rea que vista na direo do feixe til, conforme mostra a figura. Dependendo do ngulo do alvo