SISTEMAS DE IMAGEM MÉDICA

Transcrição

1 SISTEMAS DE IMAGEM MÉDICA Sérgio Francisco Pichorim Baseado no cap. 12 do Webster Aulas do prof. Hugo R. Schelin Bertolo, L. A Física do Disgnóstico com Raios X J.R. Cameron, J.G. Skofronick, Medical Physics

2 RAIOS X e RADIOGRAFIA 1. Histórico Em 8/nov/1895, Wilhelm Conrad Röntgen ( ) descobre os raios X. Tubo de raios catódicos inventado por William Crookes ( ).

3 Radiografa (por 15 min) a mão da sua mulher. Röntgen ganha o prêmio Nobel de física em 1901.

4 O americano Thomas Alva Edison ( ) inventa o Fluoroscópio.

5 2. Geração Fonte de alta tensão (kvp) Tubo de raio X Ampola de vidro com 2 eletrodos, Vácuo, Catodo aquecido e Anodo giratório (ou fixo) Colimador Grade de filtro Tela intensificadora e Filme fotográfico

6 Figure 12.6 The x-ray tube generates x rays that are restricted by the aperture in the collimator. The Al filter removes low-energy x rays that would not penetrate the body. Scattered secondary radiation is trapped by the grid, whereas primary radiation strikes the screen phosphor. The resulting light exposes the film.

7 FONTE DE ALTA TENSÃO (-) (kvp) (+) TEMPORIZADOR (ms) CORRENTE (ma) Ampola de Vidro Vácuo Feixe eletrônico MOTOR Catodo aquecido Filtro de Al Colimador Corpo Osso Grade Telas intensificadoras Filme Anodo giratório Radiação secundária Radiação primária Figura 1. Sistema simplificado para radiologia médica.

8 Fonte de alta tensão: Transformador ajustável (kvp) com retificação Interruptor controlado por tempo (ms) Controle de corrente (ma) do catodo (filamento) Raios X médicos: 80 kvp, 300 ma e 100 ms. A energia pode chegar a mais de 100 kw.

9 Retificação de 3 fases

10 Produção dos raios X: elétrons acelerados vindos do catodo interação com o alvo de tungstênio (anodo) conversão de energia cinética do elétron (Ec) em fótons de radiação eletromagnética Ec = Qe. V Qe é a carga do elétron V tensão de anodo

11 Define-se o elétron-volt (ev) como a energia que o elétron adquire ao atravessar 1 volt: 1 ev = 1, J Luz visível de 2 a 4 ev. Raios X de 20 a 150 kev.

12 Os raios X são gerados de 2 maneiras: Frenagem dos elétrons no alvo de tungstênio Bremsstrahlung Colisão dos elétrons com os átomos de tungstênio Raio X característico Raio X característico tem um exato

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14 variado

15 A maior parte da radiação (quase 99%) terá pouca energia, e será transformada em calor. Assim, é necessário que o alvo (anodo) seja giratório para melhor dissipação deste calor.

16 Apenas o restante (1%) sairá como Raio X. Raios X de baixa energia não são interessantes do ponto de vista médico são absorvidos pelo corpo (só aumentam a dose de radiação recebida). Portanto não geram imagem! Filtros de alumínio absorvem esses raios X.

17 Anodo com 100 kv. Raios X característicos em 58 e 68 kev (das camadas K e L) e radiações de Bremsstrahlung.

18 A corrente que colide com o alvo é de 100 a 500 ma. A potência no alvo (P=V.I) de um tubo de raios X com uma tensão de 100 kvp chegaria a 50 kw. Como cerca de 99% desta potência aparece como calor, se for mantido sobre um alvo por 1 segundo, ele pode fundir! Em 1930 foi desenvolvido por Bouwers o tubo com ânodo rotatório. A rotação normal do ânodo é rpm. Técnica linha-foco: ângulo do alvo, tipicamente 10 a 20 graus, maior área para colisão dos elétrons e raio X mais focado.

19 3. Interação com a matéria Em qualquer tipo de interação, os fótons de raio X são absorvidos ou espalhados: Efeito fotoelétrico absorvidos, eliminados completamente do feixe de raio X Efeito Compton espalhados, não mais carregam informações úteis para a imagem (ruído)

20 Observação: Do ponto de vista da qualidade da imagem radiológica, o efeito fotoelétrico é desejado. Mas do ponto de vista da exposição do paciente, ele não é benéfico. Isso porque toda a energia do fóton incidente acaba sendo absorvida pelo tecido do paciente, fazendo com que a dose recebida seja muito alta. É preciso, por isso, haver um equilíbrio entre a qualidade da imagem e a dose recebida pelo paciente.

21 (a) No efeito fotoelétrico, toda a energia do fóton é dada ao fotoelétron. (b) No efeito Compton, um pouco de energia é dado a um elétron e um pouco permanece com o fóton espalhado. (c) Raio X de alta energia. Um fóton de alta energia é convertido num elétron e num pósitron (e+). O e+ aniquila-se para formar dois fótons de 511 kev cada que seguem direções opostas.

22 Io: Intensidade final da radiação primária (na saída do corpo) é função da espessura x do tecido. Io = Ii. e - x é o coeficiente de atenuação do material, depende dos elementos químicos (número atônico Z) e da densidade do tecido.

23 Ca > C > H Diferenças na composição e na densidade dos tecidos (ossos, músculos e fluidos) geram diferentes intensidades de fótons, que são vistos em uma escala de tons de cinza na radiografia.

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25 Camada de Meio-Valor Half-Value Layer, HVL: para um feixe de raio X, é a espessura de um dado material que reduz a intensidade do feixe pela metade. O HVL para o alumínio é 2,5 mm. No chumbo o HVL é 0,1 mm.

26 4. Geração de Imagens De 1% a 4% da radiação primária chega ao detector. Filme fotográfico detector Maior sensibilidade telas intensificadoras com elementos pesados (exemplo CaWO4) Aumentam de 20 a 100 vezes na sensibilidade Portanto: diminui o tempo de exposição do paciente.

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28 O uso do meio contraste. (a) Um composto contendo iodo é injetado nas artérias através de um cateter (flecha) para tornalo visível. (b) Uma mistura oleosa contendo iodo é espalhada nos pulmões para mostrar a linha área. (O objeto dentro do círculo é um pedaço de metal de uma ferida). O intestino grosso pode ser estudado dando uma lavagem intestinal com bário (c) ou injetando ar no intestino (d). Os dois estudos do intestino mostrados aqui foram feitos no mesmo paciente.

29 5. Perigos Raios X são ionizantes! rompem moléculas matam células podem destruir tecidos podem comprometer o DNA

30 6. Proteções Filtragem de alumínio reduz os raios X de baixa energia, menos penetrantes. Colimar o feixe de raios X para o tamanho do filme que está sendo usado. Blindagem da sala de raio X, dos equipamentos, dos operadores e de outras partes do paciente com materiais pesados (alto Z), como por exemplo o chumbo.

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32 Raio-X simples BRS-E Equipamento de raio X, 100kVp/180mAs. A grande maioria dos exames de hospitais e clínicas são de tórax, abdômen, crânio e extremidades. Este equipamento foi concebido para realizar estes exames com uma relação custo/benefício ótima (rapidez e eficiência).

33 Dados Técnicos Tipo: Controle microprocessado. Tubo de raios X: foco de 2 mm Distância do tubo de raios X ao cassete de filmes: 1,4 m Fonte de alimentação: monofásico, 220 VAC, 60 Hz, 3 kw Regiões de exame: Crânio, Tórax, Abdômen, Extremidade superior e inferior. Tensões do tubo de raios X: 50 kvp, 80 kvp, 100 kvp Faixa de seleção (mas): 0,25 ~ 180 mas em 32 passos Memória: Até 7 fatores de exposição. Tipos de cassete: 14"x14", 14"x17" Mesa: opcional