Aparelho de raios X

Todos são compostos por três partes principais:

CabeçotePrincipais componentes do cabeçote são:

Ampola de raios X.Transformador de alta tensão.Transformador de baixa tensão.Revestimento de chumbo.Óleo circundante.Filtro de alumínio.Colimador.Cilindro localizador.

Painel de controle e circuitos

Os principais componentes são:

Interruptor liga/desliga e luz de aviso.Um marcador de tempo, que pode ser de três tipos:Eletrônico.Eletrônico-digital.Mecânico (impreciso e não mais utilizado).

Um seletor de tempo de exposição, que pode ser:

Numérico, o tempo é selecionado em segundos.Anatômico, a área do corpo a ser radiografada é selecionada e o tempo de exposição é ajustado automaticamante.Luzes de aviso e sinais sonoros para indicar quando os raios X estão sendo produzidos.O painel de controle pode ainda conter:Seletor do tipo do filme (quanto à sensibilidade).Seletor do tamanho do paciente.Seletor de Kilovoltagem.Interruptor de miliamperagem.Ajuste de exposição para uma distância foco-pele longa ou curta.

Receptores de imagem

Geralmente filme radiográfico - necessário para detectar os raios X.

Tendo por tipos de equipamentos:

Mamógrafo, Tomógrafo, Aparelho convencional( rx comum), Portáteis, Arco-cirurgico, aparelho de densitometria óssea, aparelho de ressonancia, entre outros, os mais utilizados.

Aparelho de raios X odontológicos

Existem diversos aparelhos produtores de Radiação X para o uso na Odontologia. São similares aos médicos mas com propriedades diferentes, como a impossibilidade de mudança da quilovoltagem, cabendo ao fabricante fixar um valor para cada modelo. Em geral, o aparelho mais comum presente na maioria das clínicas odontológicas é o de radiografia periapical fixos ou móveis, podendo realizar diversos exames, mas restrito a exames intra-orais, tais como radiografias periapicais, interproximais e oclusais. Exames extra-orais devem ser realizados utilizando o equipamento de Radiografia Panorâmica. Este, presente apenas em Centros especializados em radiologia Odontológica devido ao seu grande tamanho e alto custo, realiza o exame de radiografia panorâmica. O mesmo aparelho quando equipado, pode realizar também radiografias de perfil, antero-posterior, e póstero-anterior.

O equipamento deve ser:Seguro e exato.Capaz de gerar raios X com uma escala desejada de energia e com adequados mecanismos para dissipação de calor.Pequeno.Fácil de manusear e posicionar.Estável, equilibrado e firme quando posicionado o cabeçote.Facilmente desmontado e armazanado.Simples de operar.Robusto.

PRODUÇÃO E EQUIPAMENTOS DE RAIOS X

Embora nao seja usual referir-se aos raios X em termos de comprimento de onda, na faixa do Radiodiagnostico, que se estende de aproximadamente 20 ate 150 kV os valores correspondentes de vao de 1 a 0,1 Angstrons.

Propriedades

Causam fluorescência em certos sais metalicos (com tempo de emissao menor que 10-6 segundos).Enegrecem filme fotográficoSao radiacoes eletromagnéticas (nao são defletidos por campos elétricos ou magnéticos,(nao tem carga, são chamadas de radiação indiretamente ionizante).Sao diferentes dos raios catódicos (que são produzidos quando elétrons passam através(de um gás a baixa pressão).Tornam-se “duros” (mais penetrantes) apos passarem por absorvedoresProduzem radiação secundaria ao atravessar um corpoPropagam-se em linha reta e em todas as direçõesProduzem ionização (transformam gases em condutores elétricos)Atravessam um corpo tanto melhor quanto maior for a tensão do tubo (kV)

No vácuo, propagam-se com a velocidade da luz.São polienergeticos.Obedecem a lei do inverso do quadrado da distancia (1/r2)Podem provocar mutações genéticas

EQUIPAMENTOS DE RAIOS X

Os aparelhos de raios X são constituídos de três componentes fundamentais: o tubo deraios X, o gerador de alta voltagem e o painel de controle.

TUBO DE RAIOS X

Esquema de um tubo de raios X

É um tubo de vidro denominado ampola no qual se faz vácuo e que contem no seu interior o catodo e o anodo. Sua função também e de promover isolamento térmico e elétrico entre as partes. Possui uma janela com espessura menor do que o resto da ampola e pela qual passa o feixe útil com o mínimo de absorção possível. O tubo e colocado dentro de uma calota protetora revestida de chumbo, chamado de cabeçote a fim de reduzir a radiação espalhada.O cabeçote contem a ampola e demais acessórios. E geralmente de alumínio ou cobre cuja função e de blindar radiação de fuga. Possui uma janela radio transparente por onde passa o feixe. O espaço e preenchido com óleo que atua como isolante elétrico e térmico.

Cabeçote do tubo de raios X

Catodo: é o lado negativo do tubo de raios X. Divide-se em duas partes: filamento e focalizador. O filamento e um fio de tungstênio (Z = 74) com a forma de espiral, que emite elétrons devido ao seu aquecimento.Focalizador: e utilizado para evitar a dispersão dos elétrons produzidos no filamento.Muitos tubos de raios X possuem dois focos, um pequeno chamado de foco fino e um grande chamado de foco grosso. Em geral, o foco fino tem comprimento entre 0,3 e 1,0mm e o foco grosso tem comprimento entre 1,3 e 1,5 cm.Anodo: e o lado positivo do tubo de raios X. Existem dois tipos de anodos: anodo fixo que e utilizado em tubos de baixas correntes (equipamentos odontológicos e equipamentos (transportáveis) e anodo rotatório que e utilizado em tubos de raios X de alta intensidade.

Para o alvo de tungstênio tem-se:

da % calor % raios X60 kV 99,5 0,5200 kV 99 1,04 Mv 60 40

Produção de raios X e calor num tubo convencional

Portanto, aproximadamente 95% da energia dos elétrons incidentes no alvo econvertida em calor o qual precisa ser dissipado rapidamente para nao causar derretimento do anodo.O alvo e a área do anodo onde ocorre o impacto direto dos elétrons. O materialutilizado para o alvo e o tungstênio devido as seguintes características:

Alto numero atômico, o que implica em grande eficiência de produção de raiosX e maior energia.Condutividade térmica quase igual a do cobre, o que resulta em rápidaDissipação do calor produzido.Alto ponto de fusão (3.3700C)Baixa taxa de evaporação (para evitar metalização do vidro da ampola)Alta resistência física quando aquecidoExistem também anodos fabricados de outros materiais tais como Molibdênio (Z= 42) e Ródio (Z= 44) que são usados em mamografia.O W tem ponto de fusão de 33800 C enquanto que a temperatura dos elétrons ao Atingir o alvo e de 20000 C.Em radiodiagnostico o diâmetro do anodo varia entre 5 e 12 cm com angulações de 70 a 120. Em radioterapia a angulação oscila entre 26 e 350. A maioria dos aparelhos modernosPossui anodo rotatório cuja velocidade pode atingir ate 10.000 r.p.m.O anodo tem capacidade limitada de armazenar calor embora este seja continuamente dissipado para o óleo contido no seu invólucro.Ponto focal: Não e toda a área do anodo que esta envolvida na produção de raios X, mas sim uma pequena região denominada ponto focal. E uma área geralmente retangular e pode ser vista na figura abaixo. O tamanho do ponto focal esta relacionado com a resolução e com a dissipação de calor. Quanto menor o ponto focal, melhor será a resolução. Por outro lado, quanto maior for sua área, mais facilmente dissipara o calor.

Tamanho do ponto focalEfeito Heel (Efeito Anódico)

Devido à inclinação da superfície do alvo, os elétrons que o atingem terão queAtravessar diferentes espessuras do alvo. Os raios X são produzidos em variasProfundidades no alvo e conseqüentemente sofrem atenuações diferentes. Quanto mais espesso, mais absorção. Isto resulta numa intensidade que e maior no lado do catodo que do anodo. No entanto esta aparente desvantagem poderá ser utilizada como um beneficia, por exemplo, numa radiografia de tórax, posicionando-se o paciente com a parte mais espessa do lado do catodo. Deste modo será compensada a diferença de espessura do paciente pelaMaior intensidade do feixe.

ProduçãoO dispositivo que gera raios X é chamado de tubo de Coolidge. Da mesma forma que uma válvula termiônica, este componente é um tubo oco e evacuado, ainda possui um catodo incandescente que gera um fluxo de

elétrons de alta energia. Estes são acelerados por uma grande diferença de potencial e atingem ao ânodo ou placa.O ânodo é confeccionado em tungstênio. A razão deste tipo de construção é a geração de calor pelo processo de criação dos raios X. O tungstênio suporta temperaturas que vão até 3340 °C. Além disso, possui um razoável valor de número atômico (74) o que é útil para o fornecimento de átomos para colisão com os elétrons vindos do catodo (filamento). Para não fundir, o dispositivo necessita de resfriamento através da inserção do tungstênio em um bloco de cobre que se estende até o exterior do tubo de raios X que está imerso em óleo. Esta descrição refere-se ao tubo de anodo fixo.Ao serem acelerados, os elétrons ganham energia e são direcionados contra um alvo; ao atingi-lo, são bruscamente freados, perdendo uma parte da energia adquirida durante a aceleração. O resultado das colisões e da frenagem é a energia transferida dos elétrons para os átomos do elemento alvo. Este se aquece bruscamente, pois em torno de 99% da energia do feixe eletrônico é dissipada nele.A brusca desaceleração de uma carga eletrônica gera a emissão de um pulso de radiação eletromagnética. A este efeito dá-se o nome de Bremsstrahlung, que significa radiação de freio.As formas de colisão do feixe eletrônico no alvo dão-se em diferentes níveis energéticos devido às variações das colisões ocorridas. Como existem várias formas possíveis de colisão devido à angulação de trajetória, o elétron não chega a perder a totalidade da energia adquirida num único choque, ocorrendo então a geração de um amplo espectro de radiação cuja gama de frequências é bastante larga, ou com diversos comprimentos de onda. Estes dependem da energia inicial do feixe eletrônico incidente, e é por isso que existe a necessidade de milhares de volts de potencial de aceleração para a produção dos raios X.

EMULSÃO

Componente de ativação no qual a imagem é formada. Cristais de brometo de prata (AgBr) misturados à gelatina que os mantém em posição Aos microcristais de brometo de prata é adicionada uma pequena quantidade de iodeto de prata (AgI) (até 10%), para aumentar a sensibilidade A gelatina é transparente, por isto transmite luz, e suficientemente porosa para permitir que penetrem os compostos químicos durante a revelação até alcançar os cristais de prata

Radiação de Bremsstrahlung ou Radiação de Freiamento

Como se infere desses exercícios é muito pequeno o alcance das partículas beta nas soluções aquosas. Elas praticamente não conseguem escapar o próprio volume da amostra e como estão ainda acondicionadas em um frasco de vidro ou plástico não conseguirão escapar do invólucro. Mas existe um fenômeno adverso das radiações beta em termos de radioproteção: a radiação de bremsstrahlung ou radiação de freiamento.

É sabido da teoria do eletromagnetismo que cargas elétricas quando são aceleradas (ou desaceleradas) emitem radiação eletromagnética (fótons). É assim que as antenas de rádio, televisão e as máquinas de raios X funcionam. Ora, quando uma partícula beta (elétrons), com carga 1 ou 1,6021x10 -19

coulomb, é freiada no meio material, está ocorrendo uma desaceleração de sua velocidade e conseqüentemente está emitindo radiação X. Veja no clip abaixo uma interpretação desse fenômeno em escala atômica. Em seguida observe como esse fenômeno é aumentado na escala macroscópica.

A intensidade da radiação X de freiamento é estimada pela expressão:

onde Z é o número atômico do meio absorvedor e E a energia em  MeV da partícula e FX a fração de E que é convertida em raios X.Fluorescência é a capacidade de uma substância de emitir luz quando exposta a radiações do tipo ultravioleta (UV), raios catódicos ou raios X. As radiações absorvidas (invisíveis ao olho humano) transformam-se em luz visivel, ou seja, com um comprimento de onda maior que o da radiação incidente.Um exemplo, é o fenomeno que faz com que certos materiais brilhem à exposição de UV emitida por uma lâmpada "luz negra".O fenômeno da fluorescência consiste na absorção de energia por um elétron, passando do estado fundamental (S0) para o estado excitado (S1); este elétron ao retornar ao estado fundamental é acompanhado pela libertação de energia em excesso através da emissão de radiação. Na fluorescência todo o processo ocorre em tempo inferior a 0,00001 segundos. É o mesmo que fosforecência, só que com um processo rapidoA diferença relativamente à fosforescência, é que, geralmente, a fluorescência dura apenas enquanto houver estímulo.A aplicação mais habitual deste fenômeno são as lâmpadas fluorescentes, onde uma substância branca que recobre o seu interior de cristal emite luz quando se cria uma corrente elétrica no interior do tubo. Outro uso prático da fluorescência é de detectar bilhetes falsos, já que só os verdadeiros levam impressos uma tinta fluorescente que são visíveis apenas com auxílio de uma "luz negra".Fosforescência é a capacidade que uma espécie química tem de emitir luz, mesmo no escuro. É um fenômeno particular de um fenômeno geral denominado luminescência.É o que acontece nas tintas fosforescentes usadas em placas de sinalização de rodovias, interruptores elétricos e mostradores de relógios. O processo também é usado em tubos de televisão, e em detetores de partículas elementares.Um exemplo de uma substância fosforescente é o sulfeto de zinco.Quando o sulfeto de zinco é exposto a luz, os elétrons dos átomos se excitam migrando para níveis de energia mais afastados do núcleo. Retirado a exposição à radiação, os elétrons retornam lentamente aos níveis mais internos emitindo luz, fenômeno denominado fosforescência. Acredita-se que este retorno dos elétrons ao estado fundamental é lento porque, quando excitados, atingem camadas eletrônicas denominadas níveis metaestáveis que retêm os elétrons numa espécie de “armadilha”.

Alguns materiais tornam-se fosforescentes (tintas, ponteiros de relógios, por exemplo) devido à adição de algum material radioativo, que fornece a radiação para a criação do fenômeno. A vantagem da adição de um material radioativo é a fosforescência ocorrer sem cessar, mesmo que o ambiente fique escuro durante muitos anos.

Radiação secundaria

Os raios X são gerados em uma ampola de vidro selada a vácuo. Um filamento aquecido por uma corrente (miliamperagem) liberam elétrons que são acelerado por uma diferença de potencial (kVp) aplicada entre o ânodo e o cátodo da ampola. Os elétrons acelerados pelo campo elétrico chocam-se com o ânodo e como resultado da interação são produzidos raios X.Os raios X gerados são emitidos em todas as direções a partir do foco (ponto do ânodo onde incidem os elétrons), sendo normalmente bloqueados em toda a volta da ampola, exceto por um orifício chamado de diafragma, por onde passa o feixe, que será utilizado pelo operador.Um gerador de raios X permite normalmente três tipos de controle:Kilovoltagem; Miliamperagem; Tempo de disparoVariando-se a kilovoltagem, varia-se a energia do feixe de radiação emitido. Quando maior a kilovoltagem maior será a energia dos raios X, que terá também maior poder de penetração.Variando-se a miliamperagem (mA) varia-se a quantidade de raios X emitidos pelo gerador. Quanto maior a miliamperagem maior a quantidade de radiação emitida.O tempo de disparo representa o intervalo de tempo que o permanecerá emitindo a radiação após acionar o disparador. Em alguns aparelho, a miliamperagem e o tempo de disparo são fixos em um único controle chamado miliamper-segundo (mAs).Radiação primária: O feixe de raios X que sai do gerador e incide sobre o paciente e o filme é chamado de feixe primário. Ele se projeta em linha reta a partir do foco, e normalmente tem sua largura definida por meio de diafragmas.Nunca fique na direção de um feixe primárioRadiação secundária: Quando o feixe de radiação primária interage com um material qualquer (corpo do paciente, mesa, piso, etc.) a radiação é espalhada em todas as direções se constituindo no que chamamos radiação secundária.Embora a intensidade e a energia das radiações sejam muito menores que as do feixe primário, sua influência na dose é importante e ela deve ser evitada. Por esse motivo, não deve ser permitida a presença de pessoas na sala, além do paciente, e o operador deve dispor de um biombo para sua proteção durante a irradiação.Atenuação de raios X: A partir do ponto de emissão (foco), a intensidade dos raios X decresce numa taxa proporcional ao quadrado da distância ela reduz a 1/6 da intensidade original. Assim,A melhor proteção contra a radiação é a distânciaQuando não podemos nos afastar o suficiente, podemos utilizar as barreiras para diminuir a intensidade de radiação (atenuar a radiação). Quanto mais pesado o material a ser utilizado para a blindagem, melhor o seu desempenho para raios X e raios gama, sendo portanto o chumbo o material mais utilizado.

A espessura do material que reduz a metade da intensidade de um feixe de radiação, é chamada de Camada Semi-redutora.Instrumentação: A garantia de uma proteção ideal, na utilização de uma instalação radiológica, construída segundo as normas, baseia-se na avaliação de parâmetros que incluem desde a escolha da mesa de exames, ao controle de gerador de raios X. É importante também, forma e o modo de operar o equipamento.A instrumentação necessária para a avaliação dos parâmetros que envolvem a proteção radiológica, pode ser dividida em duas categorias:a. Medidas de radiação;b. Controle do equipamento;Medidas de radiação: A maior dificuldade existem ao se lidar com qualquer tipo de radiação, é o fato que ela não é percebida pelos nossos sentidos, ou seja, só podemos saber se existe ou não radiação através da correta utilização dos equipamentos de medidas, conhecidos como detetores de radiação. Esses aparelhos são capazes de indicar a presença de radiação, sua intensidade, energia e outras propriedades características.Os detetores de radiação operam através do registro de sinais eletrônicos gerados pela interação da radiação com o material do detetor, sendo o elemento sensível composto de câmaras de gás, cristais cintiladores, elementos semicondutores, etc. Em qualquer dos casos, um sistema eletrônico complementar registra os sinais elétricos e, devidamente calibrado, fornece ao operador uma leitura que indica a taxa de dose ou de exposição à radiação na posição do aparelho.

Concluímos que:

Roentgen fez uma série de observações acerca dos raios-X :causam fluorescência em certos sais metálicos;enegrecem placas fotográficas;são radiações do tipo eletromagnética, pois não sofrem desvio em campos elétricos ou magnéticos;são diferentes dos raios catódicos;tornam-se "duros" (mais penetrantes) após passarem por absorvedores;produzem radiações secundárias em todos os corpos que atravessam;propagam-se em linha reta (do ponto focal) para todas as direções;transformam gases em condutores elétricos(ionização);atravessam o corpo tanto melhor quanto maior for a tensão no tubo (kV).As maquinas de Raios-X foram planejadas de modo que um grande número de elétrons são produzidos e acelerados para atingirem um anteparo sólido (alvo) com alta energia cinética.No tubo de raios-X os elétrons obtém alta velocidade pela alta tensão aplicada entre o anodo e o catodo. Um aparelho operando a digamos 70 kV, quase todos os elétrons atingem o alvo com uma energia cinética de 70 keV, correspondendo a uma velocidade de aproximadamente metade da velocidade da luz no vácuo.Os elétrons que atingem o alvo (anodo) interagem com o mesmo transferindo suas energias cinéticas para os átomos do alvo. Estas interações ocorrem a pequenas profundidades de penetração dentro do alvo. Os elétrons interagem com qualquer elétron orbital ou núcleo dos átomos do anodo. As interações resultam na conversão de energia cinética em energia térmica (calor) e em energia eletromagnética (raios-X).

Efeitos da interação elétron-alvoA maior parte da energia cinética dos elétrons, é convertida em calor através de múltiplas colisões com os elétrons dos átomo do alvo.Após várias interações (ionizações), gerada uma cascata de elétrons de baixa energia. Estes elétrons não possuem energia suficiente para prosseguir ionizando os átomos do alvo mas conseguem excitar os elétrons das camadas mais externas, os quais retornam ao seu estado normal de energia emitindo radiação infravermelha. Cerca de 99% da energia cinética dos elétrons incidentes é transformada em calor e cerca de 1% produz radiação. A produção de calor do anodo no tubo de raios-X aumenta com o aumento da corrente (mAs) no tubo, mas a eficiência na produção de raios-X independe da corrente no tubo, aumentando com a energia (kV) do elétron projétil. Para 60 kV, somente 0,5% da energia cinética do elétron é convertida em raios-X, enquanto para 20 MeV ( de aceleradores lineares), 70% dessa energia produz raios-X. (Em radiologia diagnóstica > de 99% geram calor e menos de 1% Raios-X de freamento e característicos).

Veja os modelos:

Aparelho e comando de Densitometria

Mamógrafo e mesa de comando

Tomógrafo e mesa de comando

Aparelho de ressonância e Mesa de comando

Aparelho convencional e mesa se comando

Arco Cirúrgico Portátil

Bibliografia

Nuclear radiologia (site) Radioinmama (Site) Portal da radiologia (site)