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1SEL 705 - FUNDAMENTOS FSICOS DOS PROCESSOS DE FORMAO DE
IMAGENS
(1. Raios-X)
Prof. Homero Schiabel(Sub-rea de Imagens Mdicas)
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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
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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;
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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!
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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
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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)
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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
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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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5SEL 705 - FUNDAMENTOS FSICOS DOS PROCESSOS DE FORMAO DE
IMAGENS
(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
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6Anodo (Cu)
Catodo
Focalizador
Alvo (W)
Tubo vidro
Tubo de Raios-X (Anodo estacionrio)
2. PRODUO DE RAIOS-X
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CatodoCatodo Alvo (W)Alvo (W)
Suporte Suporte rotorrotor
Tubo de Raios-X (Anodo rotativo)
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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
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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
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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
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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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Schiabel
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
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10
22
e-
eltron sofre 3 deflexes e produz ionizao, calor e um fton de
raios-X
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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-
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eltron sofre 3 deflexes, produzindo ionizaes e calor
44
e-
(*) OBS.: rendimento -> h = Z V 10-9
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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
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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
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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
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Espectro total (Bremsstrahlung + caracterstico):
Intensidade relativa
Energia
LK
Emx = (valor kVp)
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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
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I
E
Sn
W
k
k
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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)
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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
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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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