INTRODUÇÃO À RADIOLOGIA

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1 INTRODUÇÃO À RADIOLOGIA Marcelo Souto Nacif - Léo de Oliveira Freitas - Roberto Lima Pinto Para adequada interpretação das imagens radiográfioas são necessários conhecimentos básicos sobre a formação da imagem e das radiações ionizantes. A radiação ionizante é toda forma de radiação que tem energia suficiente para liberar um ou mais elétrons de um átomo. Observar a Fig. 1-1, que é a representaçãogeométrica de um átomo. PRODUÇÃO E PRINCIPAIS TIPOS DE RADIAÇÕES Material radioativo: material que emite partículas ou ondas eletromagnéticas de dentro do núcleo. Exemplo: raios gama, partículas beta, partículas alfa e nêutrons. Raios X: quando a emissão é produzida pelos elétrons da camada em torno do núcleo. Assim os raios X compõem uma parte do espectro de radiações eletromagnéticas. Fig Wilhelm Conrad Roentgen. Fig Representação geométrica de um átomo. FÍSICA DAS RADIAÇÕES A radiologia corno ciência se desenvolveu a partir da descoberta dos raios X em 8 de novembro de 1 895, por Wilhelm Conrad Roentgen ( ) (Fig. 1-2), físico alemão da Universidade de Würzburg, e que fazia experiências com raios catódicos em tubos a vácuo (ampolas de Crookes). Já se sabia, naquela ocasião, que substâncias fluorescentes como o platinocianureto de bário, quando estimuladas, emitiam luz. Roentgen constatou que os raios produzidos nas ampolas de Crookes eram capazes de atravessar a matéria, pois mesmo com a ampola envolvida em papelão, tornavam fluorescentes à distância a placa de platino- 3

2 4 RADIOLOGIA PRÁTICA PARA O ESTUDANTE DE MEDICINA cianureto de bário. Notou que o vidro, papelão e madeira deixavam "passar" os raios, enquanto que os metais os detinham ou os absorviam. Interpondo sua mão entre o tubo emissor e o écran fluorescente (placa de platino-cianureto de bário), Roentgen observou seus próprios ossos e, mais tarde, "fotografou" os da mão de sua mulher. Esta foi a primeira radiografia e a grande descoberta foi feita. Tal fato histórico foi descrito por Sylvanus P. Thompson, pesquisador, físico e fundador da Sociedade Britânica de Radiologia, em 5 de novembro de Naquela ocasião os aparelhos dispunham de uma fonte emissora de Raios X de baixo rendimento (1 a 2 ma). Uma radiografia da mão durava minutos e a do crânio 1 hora. A Radiologia como especialidade médica não se utiliza apenas de imagens por raios X para o diagnóstico e por isso atualmente é denominada de radiologia e diagnóstico por imagens. 3 NATUREZA DOS RAIOS X Os raios X são radiações eletromagnéticas de pequeno comprimento de onda que se propagam em linha reta, com a velocidade da luz, e ionizam a matéria, inclusive o ar. Podem atravessar corpos opacos, ser absorvidos ou refletidos pela matéria, dependendo do peso atômico desta e da energia dos raios. 3 COMPOSIÇÃO DO FEIXE DE RAIOS X Os raios X são produzidos a partir de dois mecanismos básicos diferentes. lung depende da carga do núcleo, da distânoria entre o elétron e o núcleo e, evidentemente, da energia do elétron. A energia cinética perdida pelo elétron é emitida diretamente sob a forma de um fóton de radiação. No diagnóstico, a maior parte dos fótons de raios X são de origem Bremsstrahlung (Fig. 1-3). Radiação característica: resulta de uma interação suficientemente forte para arrancar do átomo um elétron de uma camada interna. Sempre que um elétron ioniza um átomo de um alvo removendo um elétron da camada K, temporariamente um "buraco" é produzido. Este estado é totalmente anormal, sendo corrigido pelo deslocamento de um elétron mais externo, completando assim a camada K. Esta mudança de posição orbital do elétron de uma camada externa para uma camada interna é acompanhada pela emissão do fóton de raios X. Desta maneira o elétron novamente se torna estável (Fig. 1-4). Onde ocorre? Ocorre no tubo de raios X, que consiste essencialmente das seguintes partes (Fig. 1-5): Uma diferença de potencial elétrico (DDP) aplicada entre os terminais positivo (anódio) e negativo (oatódio), determina um fluxo de elétrons que se desloca em alta velocidade, do catódio para o anódio, onde Radiação de frenagem (Bremsstrahlung): quando um elétron penetra na eletrosfera de um átomo no alvo de tungstênio ele reduz subitamente a sua velocidade (energia cinética), emitindo um fóton de raios X e modificando após a sua trajetória inicial. A energia do fóton emitido na radiação Bremsstrah- 0-- Fig Produção da radiação de frenagem (Bremsstrahlung). Fig Produção da radiação característica.

3 INTRODUÇÃO À RADIOLOGIA 5 A Barra de cobre Envoltório de vidro Feixe de elétrons Filamento Fig (A e B) Ampola de vidro com vácuo no seu interior CROOKES. Eletrodo negativo num extremo CATÓDIO. Eletrodo positivo no outro extremo ANÓDIO. Filamento, em espiral, de tungstênio (no CATÓDIO), que quando incandescente emite elétrons, podendo atingir a temperatura de C. Placa de tungstênio que serve de anteparo aos elétrons (no ANÓDIO rotatório). Esta placa, denominada ALVO, está aderida a uma barra de cobre. Há um sistema de refrigeração no anódio que permite a dissipação do calor. Blindagem de chumbo (vidro plumbífero) que envolve a ampola, com uma única abertura (área não plumbífera) denominada "janela", por onde passa o feixe de raios X. Um dispositivo denominado diafragma permite reduzir a dimensão do feixe ao tamanho da região a ser radiografada (colimação). Quando a corrente elétrica, medida em miliampere (ma) percorre o filamento, aquece-o à alta temperatura, possibilitando a emissão de elétrons. são bruscamente frenados. Com esta frenação, a energia cinética dos elétrons transforma-se em calor (99%) e raios X (1%). Assim, a alta voltagem faz com que os elétrons sejam atraídos e acelerados na direção do anódio. Quando estes elétrons atingem o anódio, a Bremsstrahlung e os raios X característicos são produzidos. A quantidade de radiação produzida é proporcional à corrente elétrica (ma), que percorre o filamento ao tempo de emissão, medido em segundos (s). O produto ma x s (mas) miliampère segundo o responsável pela quantidade de radiação. A energia da radiação que determina sua força de penetração depende da kilovoltagem (kv) aplicada. A qualidade da radiação é dependente do kv. Fatores radiológicos Miliampere (ma): número de elétrons que incidem no anódio a cada segundo. Miliampère por segundo (mas): número total que atinge o anódio. Responsável pela quantidade de radiação. Kilovoltagem: responsável pelo poder de penetração, sendo importante na determinação da qualidade da imagem. Distância: a distância padrão (foco-filme) no estudo radiológico convencional é de 1 m, com exceção do exame radiológico do tórax, onde se usa a distância de 1,80 m (telerradiografia). Tempo: é variável e inversamente proporcional ao movimento da região que está sendo radiografada. Exemplo: exame do tubo digestivo usa-se tempo Jácurto para evitar o borramento (fiou) cinético. no estudo da mama utiliza-se um tempo de exposição maior. Formação da imagem Os raios que ultrapassam o corpo chegam ao écran, sensibilizando os cristais de tungstato de cálcio que possuem a capacidade de emitir luz (fluorescência). Esta luz irá sensibilizar o filme, formando a imagem latente que, após a revelação, se transformará em imagem real. O écran, então, reduz a quantidade de raios X necessária à formação das imagens, já que o filme é cerca de 100 vezes mais sensível à luz do que aos raios X.

4 6 RADIOLOGIA PRÁTICA PARA O ESTUDANTE DE MEDICINA Os raios que são absorvidos pelo corpo não sensibilizam o filme e estas áreas correspondentes, após a revelação, ficarão brancas. Quando a radiação atravessa parcialmente o corpo e parte chega ao filme, determinará nestas áreas diferentes tons de cinza após a revelação. Assim, dependendo do peso atômico das diversas regiões radiografadas, e da capacidade de penetração dos raios (energia), maior ou menor radiação atravessará o corpo e sensibilizará o filme com maior ou menor intensidade. Determinará neste imagens que variam do negro ao branco, passando por tonalidades de cinza. Esta gama de tonalidades do branco ao negro são denominadas "densidades radiográficas". Existem cinco densidades radiográficas. Absorção do Imagem no Densidade radiográfica corpo filme Metal Total Branco Cálcio (osso) Grande Menos branco Água (partes moles*) Média Cinza Gordura Pouca Quase negro Ar Nenhuma Negro (*) As estruturas do corpo que têm densidade de partes moles são: tecido conectivo, músculos, sangue, cartilagem, pele, cálculos de colesterol (de vesícula) e cálculos de ácido úrico. Refere-se como "opacidade" ou "imagem radiopaca" às imagens que tendem ao branco e como "transparência", "radiotransparência" ou "imagem radiotransparente" às imagens que tendem ao preto. Efeito anódio Fenômeno que explica os 5% a mais de radiação no lado do catódio. A intensidade da radiação emitida na extremidade do catódio, do feixe de raios X, é maior do que aquela na extremidade do anódio, devido à angulação do anódio. Por isso devemos sempre colocar a parte mais espessa da região a examinar na direção do catódio. Ionização No processo de ionização as radiações interagem com os materiais arrancando para fora dos átomos os elétrons ao seu redor. Ao serem ionizados os elementos químicos ficam ávidos por reagir com outros elementos, modificando as moléculas das quais fazem parte. Sob a ótica da radioproteção, a ionização é mais nociva aos seres vivos do que a excitação (exemplo: radicais livres). Os três processos principais de interação que removem os fótons de um feixe de raios X são: Efeito fotoelétrico: ocorre quando um fóton transfere toda sua energia, desaparecendo e fazendo surgir um elétron livre. E mais comum quando fótons de baixa energia incidem em materiais com número atômico elevado (Fig. 1-6). Efeito Compton: ocorre quando um fóton cede parte de sua energia para um elétron, que sai de sua órbita, tomando o fóton uma outra direção dentro do material (radiação secundária) (Fig. 1-7). Outros equipamentos Filme. Placa de poliéster recoberta por emulsão de gelatina e cristais de prata. A prata é sensibilizada pela luz ou radiação, tornando-se negra após a revelação. Chassis. Estojo onde é colocado o filme virgem para protegê-lo da luz. Fig Representação geométrica do efeito fotoelétrico.

5 INTRODUÇÃO À RADIOLOGIA 7 Fig Representação geométrica do efeito Compton. Écran. Folha flexível de plástico ou papelão do tamanho correspondente ao tamanho do filme usado: forra o chassis, ficando em íntimo contato com o filme. E revestido por material fluorescente (cristais de tungstato de cálcio) que emite luz quando irradiado. Esta luz sensibiliza o filme, o que possibilita menor quantidade de radiação. A função do écran é reduzir a dose de radiação (Figs. 1-8 e 1-9). Qualidade da imagem Uma boa radiografia depende fundamentalmente do contraste e da nitidez da imagem. Porém, outros fa- tores também são importantes, como podemos observar na Fig O contraste é dado pela diferença entre áreas claras e escuras da radiografia e depende das condições técnicas durante a execução do exame (dosagem equili brada do mas e do kv). Outro fator que pode influenciar a qualidade da imagem é a presença de radiação difusa que se forma durante a atenuação do feixe de raios X principalmente no corpo do paciente, no chassis e na mesa. Esta radiação, espalhada em todas as direções, é denominada radiação secundária, que, ao contrário de contribuir para a formação da imagem, escurece o filme CHASSIS Fluoresced Raios X FILME Cristais de ' tungstato de cálcio Fluorescência Fig Fig Diagrama representando um corte dos componentes de um chassis-écran. Comumente, todos os elementos estão em contato uniforme. Ação dos cristais de tungstato de cálcio (fluorescência) em uma tela intensificadora. A luz, que é visível após a sensibilização dos cristais pelos raios X, irá agir no filme influenciando a qualidade da imagem.

6 RADIOLOGIA PRÁTICA PARA O ESTUDANTE DE MEDICINA Fig Fatores que afetam o detalhe radiográfico Definição Paciente Filme Fatores geométricos Outros A Densidades do tecido B Qualidade da radiação C Uso do contraste D Radiação secundária: Diafragmas Colimadores Filtros A Tipo do filme B Tempo Temperatura Movimento C Característica do revelador D Exposição com ou sem intensificador A Ponto focal B Distância foco-filme C Contato do fil me com a tela D Distância paciente-filme A Tipo de tela intensificadora B Quantidade de luz radiográfico de maneira não uniforme, suprimindo o contraste e levando à perda de qualidade da imagem. Para reduzir a radiação secundária são utilizados alguns dispositivos, entre outros: Diafragmas e colimadores. Reduzem o feixe de radiação que sai da ampola, limitando-o à área a ser radiografada. Grade anti-difusora ou Bucky. Dispositivo de lâminas metálicas intercaladas com material radiotransparente, dispostas de maneira a absorver a radiação secundária, permitindo que só a radiação primária atinja o filme. E colocado antes do filme, na mesa ou em suporte próprio na parede (Fig. 1-11). Filtros. Para obtenção de radiografias de alta qualidade com o mínimo de exposição do paciente, alguns colimadores permitem a colocação dos denominados filtros de alumínio, com aproximadamente 0,5 mm de espessura. Na verdade é uma tentativa de se bloquear os fótons de baixa energia e que não contribuem para a formação da imagem no filme e só aumentam a dose de radiação ao paciente. A nitidez da imagem depende basicamente da imobilidade do corpo, da distância do objeto ao filme e do tamanho do foco (Fig. 1-12). É fundamental que o corpo esteja imóvel ao ser radiografado para que a "foto" saia nítida. Porém, vís- Fig Diagrama da ação de uma ' grade demonstrando como grande quantidade da irradiação secundária é absorvida e como a radiação primária (formadora da i magem) passa e sensibiliza o filme. Dessa forma a grade possui ação seletiva. Radiação

7 Uma sombra nítida (A) é obtida com uma pequena fonte de luz. Uma sombra mais difusa (B) é conseguida com uma fonte de luz maior. Com a utilização do mesmo foco de luz, um aumento da distância entre a mão e a parede resulta no alargamento da sombra (C) e a redução na nitidez aumenta com o afastamento da mão (D) (Modificado do Medical Radiology and Photography Kodak.) ceras que se movimentam como intestino e coração, não param. Por isso é necessário que a radiografia seja executada no menor tempo possível. Consegue-se isso diminuindo-se o tempo de exposição. O objeto tem que estar o mais próximo possível do fil me para evitar ampliação da imagem. O tamanho do foco tem que ser o menor possível a fim de evitar a penumbra, que "borra" o contorno da imagem (Fig. 1-12). 3 EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO O efeito biológico é uma resposta natural do organismo a um agente agressor e esta resposta pode comportar-se de diversas formas. O conhecimento sobre os efeitos biológicos da radiação é de extrema importância para que se possa utilizar as radiações ionizantes de forma não prejudicial. O dano causado pela radiação é cumulativo, ou seja, a lesão causada tem seus danos aumentados por doses repetidas de radiação. Porém, os riscos diminuem com a redução da quantidade de radiação. Os efeitos biológicos da radiação são classificados em: Efeitos estocásticos: são proporcionais à dose de radiação recebida, sem existência de um limiar. São cumulativos. Provocam modificações nas células, podendo levar ao câncer ou a efeitos hereditários. Exemplo: neoplasias e leucemia. Efeitos da exposição pré-natal: os efeitos dependem do período da gestação em que ocorre a exposição. Quando o número de células do embrião é pequeno, a probabilidade da ocorrência do efeito é maior.

8 10 RADIOLOGIA PRÁTICA PARA O ESTUDANTE DE MEDICINA Efeitos determinísticos: são li miares dependentes. Provocam um número elevado de células mortas, causando o colapso do tecido. Aparecem, em geral, dias ou semanas após a irradiação do órgão ou tecido. Exemplo: radiodermite exsudativa, aplasia medular, catarata, esterilidade (temporária ou permanente). O mais importante dano celular está relacionado com o DNA, que pode levar as células à morte imediata ou a alterações no material genético, com conseqüências a longo prazo nos descendentes do indivíduo irradiado. Uma célula que manteve a capacidade reprodutiva, mas com modificações neoplásicas no DNA, pode dar origem a um câncer. Porém, na maioria das vezes, as células modificadas são eliminadas pelo sistema i munológico. Quando estas células superam as dificuldades de reprodução, diferenciação e dos mecanismos de defesa do organismo, o tumor cancerígeno surge. A radiossensibilidade celular é variável. Quanto mais jovens (que se dividem rapidamente) e não-diferenciadas as células, mais sensíveis serão à radiação. Os cinco órgãos mais sensíveis à radiação são: gônadas,medula óssea, pulmão, cólone estômago. Células mais sensíveis: glóbulos brancos (principalmente Iinfócitos ), glóbulos vermelhos, óvulos e espermatozóides. Células de sensibilidade intermediária: células epiteliais e células do cristalino. Células mais resistentes: Células nervosas e musculares (à exceção do sistema nervoso do embrião). V EFEITOS DA RADIAÇÃO Curto prazo: observáveis em horas, dias ou semanas, produzidos por uma grande quantidade de radiação em grandes áreas corporais, num curto período de tempo. Síndrome aguda de irradiação: náuseas, vômitos, infecções, hemorragias, diarréia, desidratação, alopecia. Longo prazo: causadas por grandes exposições em curto espaço de tempo ou pequenas quantidades num longo período de tempo (onde se enquadra a situação a que os pacientes podem estar expostos ). Os efeitos a longo prazo podem ser divididos em: Genéticos: são os que podem surgir quando os órgãos reprodutores são expostos à radiação. O dano não se expressa na pessoa irradiada, e sim em gerações futuras, por mutações genéticas nas células reprodutoras. Somáticos: são observados na pessoa irradiada. radiodermite, câncer, catarata, leucemia, malformações (exposição do feto). V PRINCÍPIOS DA RADIOPROTEÇÃO E SEUS MEIOS Os principais objetivos da proteção contra as radiações são: Diminuição dos efeitos somáticos. Redução da deterioração genética das populações. Os princípios da radioproteção são: Justificação: qualquer atividade envolvendo radiação ou exposição deve ser justificada com relação a outras alternativas e produzir um benefício positivo para a população. Otimização: as exposições à radiação devem ser mantidas tão baixas quanto razoavelmente exeqüíveis (princípio ALARA As Low As Reasonably Achivable). Limitação de dose: as doses individuais não devem ultrapassar os li mites das doses anuais pré-estabelecidos. Para a proteção contra as radiações ionizantes são necessários: Distância: a exposição é inversamente proporcional à distância. Blindagem: entre a fonte e o profissional. Tempo: encurtar o máximo possível o tempo de exposição. Redução da área radiografada (colimação). Redução da exposição (dose de irradiação). Limitação do número de exames, principalmente em crianças. Proteção plumbífera para as gônadas. Biombos, óculos, protetores de tireóide e aventais plumbíferos para o profissional.