Introd. Física Médica

Transcrição

1 Introd. Física Médica Aula 04 Atenuação de RX 2012

2 nterest/harrison/flash/nuclear/xrayinte ract/xrayinteract.html 2

3 Propriedades do alvo Boa Condutividade Térmica: no alvo há uma grande geração de calor, que deverá ser retirada do mesmo para evitar a sua fusão; Alto Ponto de Fusão: Em algumas aplicações de alta corrente, associada a grandes tempos de exposição podem levar a alvo o atingir temperaturas da ordem de 3000º C. Portanto, o material alvo deverá suportar altas temperaturas sem fundir ou se danificar. O material que apresenta todas estas características é o Tungstênio (Z=74). 3

4 O ponto focal real é a área na qual os elétrons colidem. O ponto focal efetivo é a área que é vista na direção do feixe útil, conforme mostra a figura. Dependendo do ângulo do alvo, podemos ter grande área de impacto com pequeno ponto focal efetivo. ÂNGULO DO ALVO FEIXE DE ELÉTRONS TAMANHO REAL DO FOCO FOCO EFETIVO 4

5 Partes principais de uma máquina de raios-x As máquinas de Raios-X podem operar a diversas tensões e a diversas correntes no tubo. De um modo geral, temos as seguintes características: Diagnóstico: de 40 à 150 KV P e correntes de 25 à 1200 ma. Terapia: de 60 à 250 KV P e correntes de aproximadamente 8 ma Raio-X dentário: de 50 à 90 KV P e correntes de até 10 ma. Raio-X industrial: de 50 à 300 KV P e correntes de até 10 ma REDE BANCO DE COMANDO AJUSTE DA TENSÃO, CORRENTE E TEMPO TRANSFORM ADOR DE ALTA TENSÃO E RETIFICADOR RAIOS-X TUBO 5

6 Curvas de Carga - mas 6

7 Transformador Um transformador tem dois circuitos, basicamente de duas bobinas (enrolamento de fios) com número de espiras diferentes. O primeiro é o circuito de entrada, que recebe energia elétrica e, por isso é chamado de circuito primário. O segundo, é o circuito de saída, chamado circuito secundário. Os elétrons não mudam de circuito. A energia é transformada do circuito primário para o secundário por meio de um campo magnético. 7

8 Transformador de Alta Tensão O transformador de alta tensão é o dispositivo que transforma a baixa tensão (por exemplo 220 volts) em alta tensão (por exemplo,100kv), necessária para acelerar os elétrons no interior do tubo de raios-x. TENSÃO APLICADA CORRENTE NO TUBO Sistemas monofásicos - Retificação de onda completa. Nestas máquinas a tensão aplicada ao tubo varia desde zero até um valor máximo. Os raios-x assim produzidos tem menor poder de penetração. 8

9 Aparelho Trifásico Nas máquinas trifásicas a tensão aplicada ao tubo varia muito pouco enquanto nas monofásicas a tensão varia desde zero até um valor máximo, isto é, 100%. A esta variação dá-se o nome de Ripple. Tensão trifásica Corrente retificada 6 PULSOS Tensão DC 9

10 2,0 1,5 sin(2π*tempo/60) 2 1 ABS[ sin(2π*tempo/60)] F2 F4 Amplitude (Volts) 1,0 0,5 0, ,5 tempo (s) -1,0-1,5 sin(30+2*pi*x/60) -2,0 2 1 Amplitude (Volts) tempo (s) -1 abs(sin(30+2*pi*x/60))+abs(sin(2*pi*x/60)) Amplitude (Volts) Amplitude (Volts) tempo (s) tempo (s) -1 abs(sin(30+2*pi*x/60))+abs(sin(2*pi*x/60))+abs(sin(45+2*pi*x/60)) -2-2

11 Filtração do Feixe de RX Os fótons com energia abaixo de 20 KeV não interessam ao Radiodiagnóstico, pois têm capacidade de penetração muito baixa, não contribuem com informações sobre o paciente e só aumentam a dose do paciente. Por isso há a necessidade de filtragem desses raios X que não contribuem para a formação da imagem. Abaixo de 20 KeV, somente 45% dos fótons do feixe conseguem atingir a profundidade de 10 mm de músculo contra apenas insignificantes 0,00063% destes atingem a profundidade de 150 mm. Em contrapartida, 3,5% dos fótons que têm energia de 50kV atingem estes mesmos 150 mm. O próprio corpo atua, então, como um filtro retirando do feixe os fótons de baixa energia. 11

12 Filtração adicional Para diminuir a dose do paciente, uma solução óbvia é interpor algum material entre o feixe de raios X primário e o paciente que sirva de filtro e remova do feixe de fótons os de baixa energia. O material geralmente utilizado para este propósito em Radiodiagnóstico é o alumínio. Toda máquina de raios X tem uma flitragem equivalente de alumínio. Diz-se equivalente porque outros componentes do equipamento também filtram parte dos fótons de baixa energia tais como, a janela do tubo de vidro e o colimador do feixe. A quantidade de filtração total é expressa, portanto, em valores de espessura equivalente de alumínio. 12

13 Filtração 13

14 Penetração dos Fótons e alteração do Espectro do RX A forma do espectro de raios X é significativamente alterada por alterações na filtragem. Como o filtro absorve preferencialmente fótons de baixa energia, produz-se, como conseqüência, uma elevação na energia efetiva de raios X. 14

15 15

16 Camada semi-redutora CSR Aumentando-se a filtração, aumenta-se a penetração do feixe de raios X assim como também a espessura da camada semiredutora necessária para atenuá-la, devido à remoção dos fótons de baixa energia. Os valores de CSR são usados para avaliar a adequação dos filtros adicionados. As normas que especificam os requisitos de filtragem geralmente estabelecem um valor mínimo aceitável. São considerados seguros os equipamentos que tiverem filtros de espessuras superiores aos valores de CSR em função do kvp, mostrados na tabela. 16

17 Intensidade e Camada Semi-Redutora (CSR) ou HVL (half-value layer) Temos uma certa quantidade de radiação emitida para cada feixe de raios X, por exemplo, e isso é o que denominamos intensidade da radiação. Há uma absorção do feixe radioativo à medida em que este se propaga através de um material, causando uma certa redução em sua intensidade (chamada atenuação). Se, por exemplo, colocarmos uma chapa de chumbo como meio absorvedor, perceberemos que um feixe de intensidade inicial igual a I, ao passar pela placa passará a ter uma intensidade menor. Se a espessura da placa for tal que reduza a intensidade do feixe à metade, então dizemos que esta placa funcionou como uma camada semi-redutora. Em outras palavras, camada semiredutora (CSR) é a espessura de qualquer material para reduzir a intensidade do feixe à metade. O conceito de camada semi-redutora é importante em proteção radiológica. 17

18 Conceito de CSR (HVL) A atenuação é a redução da intensidade de um feixe de raios X à medida que ele atravessa a matéria. A atenuação se deve aos fenômenos de absorção e de espalhamento dos fótons do feixe incidente. A equação fundamental da atenuação de um feixe monocromático é: I = I 0 e µ x A camada semi-redutora é a espessura X 1/2 de um material capaz de reduzir a metade a intensidade da radiação incidente: I = I 0 / 2 Então: X 1 2 = ln 2 µ 18

19 HVL para Alumínio e Tecido Humano (RX e gamma) CSR para raios X e γ em tecido humano e alumínio Energia (MeV) Raios X ou γ Camada Semi Redutora (cm) Tecido humano Alumínio ,13 0,045 x ,05 3,24 0,8 x ,1 4,15 1,1 x ,5 7,23 38 x 10-2 HVL (cm) E-3 1E-4 1E-5 1E-6 TecidoHumano (cm) Aluminio (cm) 1,0 9,91 86 x Energia (MeV) 5,0 23,1 144 x

20 Raios X: Radio diagnóstico Ensaios não destrutivos 20