Metodologia para digitalização de radiografias por mapeamento da concentração de prata por microfluorescência de raios X/ Elicardo Alves de Souza Gonçalves. Adapte e experimente a fluorescência de raios X como um método para superar a limitação da forma atual de medir a concentração de prata por OD.
Radiação ionizante
Raios X
Um segundo efeito é visível no espectro da quantidade de radiação gerada por valor de energia, que são picos com valores de energia bem definidos. Esses picos resultam da ionização dos átomos anódicos, que, ao ocorrerem nas primeiras camadas eletrônicas, geram um rearranjo de elétrons nessas camadas, resultando na emissão de fótons com energia bem definida (HANDEE, 2002).
Fluorescência de raios X
As principais formas de interação dos raios X (e outras radiações ionizantes, em geral) com a matéria ocorrem através do fornecimento de energia aos elétrons de um átomo. Embora não seja uma escala absoluta, no espectro de fluorescência de raios X, o número de fótons com energia característica de um átomo é proporcional à concentração desse átomo na amostra (SALVAT, 2001).
Radiografia
Filme radiográfico
Assim, as áreas do filme mais expostas à radiação tiveram mais grãos interagindo e consequentemente mais prata metálica, tornando-se áreas mais escuras. As áreas do filme pouco expostas à radiação apresentavam menos grãos que interagiam e consequentemente menos prata que se tornava mais clara (WEBB, 1940).
Curva característica
Isso transforma todo o grão em prata metálica, que é preta e aumenta o grau de escurecimento do filme. Os grãos que não foram sensibilizados e onde não há locais sensíveis são removidos, o que reduz a densidade da região no processo de desenvolvimento (ZHU et al., 2003).
Modelo matemático para o filme e a curva H&D
A densidade óptica atua entre a luz e o grão de prata de forma semelhante à interação entre a radiação ionizante e a matéria, descrita na equação 7. A probabilidade de um grão se tornar visível é, portanto, a probabilidade de esse grão interagir com pelo menos um fóton.
Aplicações da radiografia e filmes radiográficos
Neste capítulo, nas seções 2.1 e 2.2, será apresentada uma história do filme radiográfico e seus principais usos no passado e no presente. A seguir, serão apresentadas as principais motivações para o presente trabalho, começando pelos dados da simulação computacional de um filme radiográfico (Seção 2.3), passando por apontar as deficiências da medição da densidade óptica de acordo com o conceito original (Seção 2.4) e validar os dados. da simulação computacional, que reforçou a proposta de medição da concentração de prata por XRF (seção 2.5) como método para traçar a curva característica do filme radiográfico. A partir de então, o uso ficou cada vez mais restrito à indústria, à pesquisa e à medicina, com o uso crescente de práticas de proteção e minimização da exposição (VALE, 2009; CLARKE; VALENTIN, 2009).
O conceito de filme radiográfico específico para a técnica só nasceu nas décadas seguintes e ganhou força devido à otimização da técnica impulsionada por necessidades específicas mas também por crescentes preocupações radiológicas (PEREIRA, 2012). Por exemplo, algumas técnicas de exposição são realizadas sem a necessidade de corrente elétrica, e o filme radiográfico atende bem a essas necessidades. O filme radiográfico também apresenta vantagens em aplicações não convencionais como a dosimetria, onde é amplamente utilizado, e em alguns casos não há substituto que desempenhe plenamente todas as suas funções.
Filmes radiográficos aplicados a dosimetria
A implementação destes dois sistemas é comum em grandes centros médicos, mas enfrenta alguma resistência em aplicações industriais. O problema dos custos também justifica clínicas médicas e odontológicas de pequeno e médio porte com foco em radiologia que ainda utilizam sistemas comuns de filmes radiográficos, especialmente longe dos grandes centros urbanos. Desta forma, é possível prever que a radiografia convencional continuará a ser utilizada por algum tempo antes de ser completamente substituída pelas técnicas digitais.
Simulação computacional de um filme radiográfico
Legenda: Fluxograma demonstrando o procedimento utilizado para simular um filme radiográfico via simulação de Monte Carlo.
Limitações da medida de densidade óptica
Legenda: Existe uma correlação positiva entre a intensidade do sinal de prata e a densidade óptica de um filme. Odendorf e Astrahan (1983) mostraram em 1983 que a concentração de prata em um filme radiográfico ainda aumenta ligeiramente devido à exposição do filme, mesmo após a saturação, e que a medição desta concentração com outras técnicas além da óptica de filme de densidade pode fornecer uma faixa dinâmica que é maior do que realmente é, como mostra a Figura 19. Infelizmente, os equipamentos fluorescentes da época eram rudimentares e menos acessíveis, o que provavelmente desencorajou e/ou impossibilitou a concretização desta ideia, pelo que não foram encontradas continuações para este trabalho .
Validação da simulação computacional com medidas de DO e XRF 45
Os valores de constantes como concentração de prata, tamanho de grão, razão de exposição e probabilidade de interação com grãos foram alterados manualmente para determinar os valores correspondentes ao melhor ajuste entre as curvas. Como resultado, foi inicialmente determinado que a concentração máxima de prata em um filme revelado, que é limitada pela concentração de prata presente na forma de haletos, tem o mesmo valor para todos os filmes. O melhor ajuste entre as curvas ocorreu considerando o modelo e quando a saturação dos grãos de prata é desconsiderada, fazendo com que os resultados experimentais sejam apenas concordantes.
A semelhança entre as Figuras 19 e 20 mostra um fato interessante: a curva teórica tem comportamento semelhante à curva de concentração de prata medida por XRF. Isto sugere que o modelo teórico de fato verificaria a concentração de prata, mas esta concentração não é refletida proporcionalmente nos valores de densidade óptica. O trabalho estima que o valor de é constante dentro do mesmo ambiente utilizado para medir a densidade óptica.
Obtenção da curva H&D via leitura óptica
Exposição dos filmes
Revelação dos filmes
Obtenção dos valores de DO
Obtenção da curva H&D via XRF
This process increases the optical density of the region and the contrast between the exposed region and the unexposed region forms the image [1] [2]. A more suitable parameter to describe the blackening of the film is the optical density (D) calculated from the transmission [3],. The probability that each grain of silver salt in the film is sensitized by an X-ray photon is proportional to the ratio between the total surface area filled with insensitive grains and the surface area of the film.
The difference is the vector, normal to the film surface, which defines the "detection direction". Once the intersection point coordinate is given, it is converted to movie space and the corresponding pixel coordinate (discrete coordinate) is calculated. Later, looking for a new way to understand this strange behavior, a curve of silver concentration (made from x-ray fluorescence) as a function of exposure was constructed. the XRF curve continued to increase even when the optical density was saturated and also perfectly fit the models.
More silver grains in an area of the film increases the optical density in this area. The optical density of the film was measured with a densitometer X-RITE 341C Several films were exposed at a fixed distance of 15 cm.
Ajustando a curva teórica e a prática
Utilizando a equação 32, calcula-se o DO teórico, com valores iniciais tais que cumpram o máximo conforme a equação 29.
A partir daí, o valor de αQ é alterado e o desvio recalculado até ser encontrado o seu valor mínimo.
Mapeamento por µXRF
Legenda: Resumidamente, a rotina fornece ao pixel com coordenadas medidas pelos posicionadores XY o valor do pixel correspondente à área do pico de prata e então normaliza toda a imagem para ter um valor máximo de 1.
Valor de Γ
Curva H&D tradicional
Além disso, para diferentes valores de velocidade e faixa dinâmica, os resultados teóricos prevêem diferentes valores de saturação; Na prática, com o equipamento de maior densidade óptica utilizado, a subtração do valor base fica sempre em torno de 5,4.
A curva característica por XRF
Em 2013 considerou-se que esta saturação se devia à sensibilização dos grãos de prata como um todo, pelo que todas as comparações deveriam ser normalizadas a favor da DO. Figura 29 – Curva característica Kα para prata. O autor inicia a apresentação dos resultados mostrando que não é possível um bom ajuste entre as duas curvas, mantendo esta afirmação (figura 20), mesmo que os parâmetros da equação sejam alterados arbitrariamente. Este trabalho, utilizando o melhor ajuste possível, mostra o que será confirmado pela equação 27 de que a curva H&D possui uma limitação com relação à elevada quantidade de prata.
Comparando a curva teórica com a experimental, é possível fazer uma analogia com a relação entre a curva de concentração de prata e densidade óptica, proposta por Odendorf e Astrahan (1983). Esta analogia fica muito clara quando comparamos as figuras 19 e 20, sugerindo que as medições da concentração de prata são imunes a esta limitação. Portanto, é possível pensar que a limitação da curva H&D foi na verdade uma limitação do instrumento óptico utilizado para medir indiretamente a concentração de prata.
O valor de β
Legenda: A curva de fluorescência é multiplicada por β. As duas curvas possuem os mesmos valores para baixa exposição, mas possuem saturações em valores diferentes.
Para valores altos, a curva teórica e a densidade óptica tradicional saturam primeiro e ficam quase completamente sobrepostas, e a curva com valores Kα satura em um valor mais alto. O mais plausível é a luz residual que consegue atingir o detector, proveniente do ambiente ou da fonte do densitômetro, ou uma corrente residual passando pela eletrônica deste instrumento de medição. Embora isto sugira que esta é uma propriedade dos instrumentos de medição de densidade, não é possível descartar que fatores relacionados ao filme possam contribuir, como a rugosidade do filme (relacionada ao OD) e a falta de capacidade do filme. grãos de prata de bloqueio total da luz.
Isso se deve ao fato do grão de prata exposto parecer um fio enrolado (Figura 8) e que possíveis lacunas, naturais ao formato ou devido a alguma estrutura molecular, podem permitir a mínima passagem de luz. É razoável acreditar que o principal motivo do sistema utilizado é a incapacidade de bloquear completamente a luz do emissor do próprio sistema. A limitação na leitura do valor mínimo de luz interfere no instrumento sensitométrico, mas também nos scanners digitalizadores de radiografias, pois o processo de digitalização do filme com este equipamento nada mais é do que mapear a densidade óptica do filme, também por transmissão de luz.
After developing and fixing the film, the metallic silver generated by a grain adheres to the film base, turning a small area black. The grains are homogeneously distributed over the surface of the film, and due to the discrete nature of the film model, we need a threshold number of sensitive grains per discrete image element (pixel) in the simulation. The source model also predicts the user's desired total events (emissions).
Initially, the purpose of the main model was to simulate the stochastic characteristics of the interaction of X-rays with the radiographic film. The film is one of the elements of the simulator, which already has preset photon emission mechanisms for their interaction with the sample. The model of this work is mainly intended to detect the photons whose trajectory is towards the film, and then process the effects of the interaction of photons with the film.
The total activity of the source can be distributed in n cores, each responsible for a set number. This means that two areas of the film with different silver concentration, but both higher than the optical density saturation point, can be separated by other methods better than optical measurement.
