A Descoberta dos Raios X

A Descoberta dos Raios X

Introdução

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Os Raios X e a Tabela Periódica

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Física das Radiações

Os Raios X e Sua Produção

É uma gravação fotográfica visível, em filme, produzida pela passagem de raios X através de um objeto ou corpo. A radiografia torna possível estudar as estruturas internas do corpo como auxiliar de diagnóstico. Como uma radiografia é produzida - quais a reações físicas e químicas que ocorrem?

O que são raios X?

Por definição, raios x são uma forma de radiação eletromagnética parecida com a luz vizível mas de menor comprimento de onda. O primeiro passa para o entendimento da produção de uma radiografia é o conhecimento da natureza dos raios x e seu

comportamento. Desta forma, consideremos os dois aspectos de seu comportamento como ondas e partículas.

Uma onde pode ser definida como uma variação ou pertubação que transfere

progressivamente energia radiante de um ponto a outro através de um meio. (Energia é simplesmente a capacidade para realizar um trabalho.) Uma vez que esta energia radiante viaja com movimento ondulador, uma caracteristica mensurável é seu comprimento de onda. O fato de que raios X têm ambos os aspectos de ondas e partículas ou vice-versa. Na verdade, outros fatores, tais como a maneira pela qual a radiação está sendo utilizada ou o método usado para localizá-lo ou gravá-la, determina qual dos dois aspectos (ondas ou partículas) constituem o conceito mais adequado.

Para ajudar a esclarecer o conceito de ondas e comprimento de onda, imagine a pertubação causado num lago tranqüilo quando se atira a estua uma pedra. Assim que a pedra toca na água, algumas de seus energias produzem ondes que viajam externamente em círculos cada vez maiores. Embora a água esteja em movimento, ele não viaja progressivamente para frente. Por exemplo, uma folha que flutua subiria e desceria com as ondas, mas não sairia de seu local original. A energia aplicada à água é convertida em ondas que procedem de dentro para fora. O comprimento de onda das águas é a distancia de uma crista a outra ou de uma depressão a outra. Em qualquer sistema de ondas, a distância entre dois locais sucessivos correspondentes no padrão de energia em movimento chama-se comprimento de onda.

O Espectro Eletromagnético

Raios X, raios, gama, ondas de rádio, luz, etc. são ondas de energia de influência elétrica e magnética. Elas são chamadas de ondas eletromagnéticas e viajam a enorme velocidade - aproximadamente 300.000 km por segundo. Todas estas formas de radiação

eletromagnética são agrupadas de acordo com o seu comprimento de onda no que se chama de espectro eletromagnético. O diagrama (fig.1) mostra sua localização no espectro e alguns de seus usos mais comuns.

Comprimento de onda

(Medido em nanometro)

Tipo de Raio

Utilização

1/100.000 Radiografia industrial e

1/10.000 terapeutica

1/1.000 Raios X e Gama

1/100

1/10 Radiografia médica

1 Raios X muito suave

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100 Raios ultra violeta

1.000 luz vizível fotografia

10.000 Raios infra vermelho torradeiras

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abaixo medidas em metro

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10.000.000 com ondas elétricas

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espectro de raios X médico têm um comprimento de onda de aproximadamente 0,055 nm ou mais ou menos 1/10.000 da luz visível.

Ondas e Partículas

Uma parte da natureza dupla dos raios X é sua habilidade de agir como se consistissem de pequenos pacotes separados de energia chamados quanta ou fóton. Em certas

circunstâncias, a ação de um feixe de raio X é mais fácil de se compreender se for considerado como uma chuva de partículas em vez de uma sucessão de ondas.

As duas "naturezas" dos raios X são inseparáveis. Por exemplo, para se saber a energia de um único quanta (um dos pequenos pacotes separados de energia), deve-se saber o

comprimento de onda da radiação. O comprimento de onda, entretanto, é uma característica de onda e deve ser determinada através da consideração da natureza ondulatória da

radiação.

Propriedades Fundamentais dos Raios X

Os raios X obedecem todas as leis da luz. Entretanto, por causa de seu curto comprimento de onda, é dificil demonstar fenômenos, tais como reflexão, para raios X usando

aparelhagem óptica comum. Eles também têm certas propriedades de especial interesse.

1. Por causa de seu comprimento de onda extremamente curto, eles são capazes de penetrar materiais que absorvem ou refletem luz visível.

2. Fazem fluorescer algumas substâncias; isto é, emitem radiação de maior comprimento de onda (por exemplo, radiação visível e ultravioleta).

3. Assim como a luz, eles podem produzir uma imagem em um filme fotográfico que poderá então se tornar visível atraves da revelação.

4. Eles produzem mudanças biológicas valiosas em radioterapia, mas necessitam cuidado no uso da radiação X.

5. Eles podem ionizar os gazes: isto é, eles removem elétrons dos átomos para formar íons, os quais podem ser usados para medir e controlar a exposição.

O Tubo de Raio X

Como são gerados os raios X?

Os raios X são produzidos quando elétrons em alta velocidade (partículas minúsculas, cada uma carregando uma carga elétrica negativa) chocam-se com matéria em qualquer forma. Dentro de um tubo de raios X isto é feito pela direção de uma corrente de elétrons em alta velocidade contra um objeto de metal. Conforme eles se chocam com os átomos do objeto, os elétrons liberam a maior parte de seua energia na forma de calor. Para condições normais de exposição usadas em radiografia médica, aproximadamente um por cento de sua energia é emitida em forma de raios X.

A maneira mais eficiente de se gerar raios X é através de um tubo de raios X, e a forma mais simples de tubo de raios X é um invólucro de vidro vedado á vácuo. As duas partes mais importantes do tubo são o cátodo e o ânodo.

Cátodo (-) é composto de um fio de tungstênio (filamento) enrolado na forma de uma espiral com aproximadamente 1,5 mm de diâmetro e de 10 a 15 mm de comprimento. É montado em um prendedor chamado de copo de foco, aproximadamente a 2,5 cm de distância do ânodo. Os fios do filamento se extendem ao lado de fora do tubo de maneira a produzir conexões elétricas.

O filamento é aquecido e se ilumina (incandesce) da mesma forma que o filamento de uma lâmpada comum. Entretanto, não é aquecida para produzir luz, mas sim para agir como uma fonte de elétrons que são emitidos pelo filamento. O comprimento e diâmetro do filamento espiral, a forma e tamanho do copo de foco, e suas relativas posições são fatores que afetam a forma e tamanho do local onde os elétrons irão se chocar com o ânodo. A temperatura do filamento controla a quantidade de elétrons emitidos. Se a temperatura é aumentada, mais elétrons são emitidos, e fluxo da corrente elétrica através do tubo de raios X (mA) aumenta.

Ânodo (+) É comumente formada de um bloco de cobre, o qual extende de um lado até ao centro do tubo. Uma placa de tungstênio de aproximadamente 10 a 15 mm quadrados e 3 mm de espessura se localiza na face anterior do ânodo, ao centro do tubo. Este é chamado de objetivo e é comumente feito de tungstênio porque o tungstênio tem um ponto de fusão alto (aproximadamente 3400ºC e deste forma suporta o calor extremo ao qual está sujeito, e tem um número atômico alto (74) e é um produtor de raios X mais eficiente do que

materiais com números atômicos menores. A pequena área do abjetivo na qual os elétrons se chocam é chamado de ponto focal ou fonte. e é a origem dos raios X.

Em aplicações especializadas usa-se outros tipos de materiais para objetivo, tais como o molibidênio. Há dois tipos de ânodo, o fixo e o giratório.

A Produção de Raios X

Quanto um potencial elétrico muito alto (quilovolts ou milhares de volts) é aplicado através dos dois componentes do tubo de raios X, o cátodo e o ânodo, os elétrons emitidos são atraídos pelo ânodo de tal maneira que eles se chocam no ponto focal com tremenda força. Quanto maior o potencial, maior a velocidade destes elétrons. Alta voltagem resulta em raios X de comprimentos de ondas mais curtas e de maior poder de penetração, assim como de maior intensidade. Entretanto, mesmo os elétrons que tenham a mesma energia, quando atingem o ponto focal podem produzir raios X que diferem de energia ou comprimento de onda. Esta variação em energia de raios X resulta das diferenças nas maneiras que elétrons individuais se relacionam com os átomos do objetivo, ponto focal. De qualquer forma, quanto maior a voltagem aplicada ao tubo de raios X, maior é o número de fótons de raios X de maior energia.

A Produção de Calor

O calor (assim como os raios X) são gerados pelo impacto de elétrons. Somente aproximadamente um por cento da energia resultante deste impacto é emitida do ponto foncal ou fonte em forma de raios X. A maioria da energia se dissipa em forma de calor. Este calor deve ser retirado do ponto focal de maneira mais eficiente possível. Do contrário o metal poderá se derreter e o tubo destruído.

Em tubos com anodos fixos, coloca-se na parte posterior do objetivo um metal que seja com condutor de calor, tal como o cobre, que mutas vezes se estende através do invólucro de vidro a um radiador de chapa para dissipar o calor para fora do tubo. Outro método de esfriamento consiste em colocar o tubo junto a um recipiente metálico contendo óleo ao qual será transferidoa calor do ânodo.

Como anteriormente mencionado, o ponto focal real é a área do objetivo no qual se chocam os elétrons do filamento aquecido. O tamanho do filamento espiral e a forma e tamanho do copo de foco do cátodo no qual a espiral está localizada são fatores que afetam a forma e tamanho do ponto focal. Quanto menor as dimensões da corrente de elétrons, menor é a área do objetivo onde eles se chocam (ponto focal real).

Princípio de Foco Linear

O principio de foco linear tem o efeito de fazer com que o tamanho do ponto focal real pareça menor quando visto da posição do filme, por causa do ângulo do objetivo com referência à corrente de elétron. Como sugere a forma dos copos de focos e filamentos, a corrente de elétrons está focalizado em um retângulo estreito no objetivo. A face do objetivo é comumente feita a um ângulo de aproximadamente15 a 20 graus com relação ao cátodo (embora em alguns tubos possa ser tão baixo quanto 10 graus). Quando o ponto focal retangular é visto por debaixo, na posição do filme, parece ser mais um pequeno quadrado, o ponto focal efetivo ou aparente. Assim, a área do ponto focal efetiva ou

projetada é somente uma fração da área real; e quanto menor o ângulo do objetivo, menor é o ponto focal efetivo, os demais fatores permanecem os mesmos.

Ao denominar o tamanho do ponto focal, os fabricantes usam uma dimensão que é do tamanho do foco efetivo. Quer dizer, um tubo conhecido como 1,0 mm tem um ponto focal nominal projetado de 1 por 1 mm. Na prática, o ponto focal projetado ou efetivo pode variar com respeito ao seu tamanho nominal em até 50 por cento, de acordo com as margens de tolerâncias permitidas pela National Electrical Manufacturers' Association (NEMA) - Associação Nacional de Fabricantes Elétricos. Seu tamanho pode também variar de acordo com as condições de exposição. Por exemplo, o foco tende a "expandir" ou aumentar quando o número de elétrons que chegam a cada segundo (corrento do tubo) tornar-se muito grande.

A utilização dos raios X que emergem a partir do ângulo menor melhora a definição radiográfica, ao mesmo tempo que aumenta a capacidade de dissipar calor do ânodo uma vez que a corrente de elétrons se espalha por uma superfícia maior. Entretanto, há um limite prático para o ângulo do ânodo. Se for muito pequeno, pode causar um excessivo declínio de intensidade no lado anódico do feixe, acentuando, desta forma, o efeito talão.Também na medida em que o ângulo do ânodo diminue, o campo coberto pelo feixe de raios X também diminue em tamanho.

Até o momento nós descrevemos um tupo de ânodo fixo. Por causa da limitada dissipação de calor e do tamanho do ponto focal associado com o ânodo fixo, seu uso se restringe a aparelhos portáteis para radiografia médica e aparelhos para raios X dental.

Ânodo Giratório

tungstênio, gira sobre um eixo colocado dentro do tubo. O filamento é posicionado de maneira a dirigir a corrente de elétron contra a área enviesada do disco de tungstênio. Assim, a posição do ponto focal ( a área do objetivo atingida pelos elétrons) permanece fixa no espaço enquanto que o disco de anódio gira rapidamente durante a exposição, fornecento uma superfície continuadamente fria para a recepção da corrente de elétron. Desta forma o calor é distribuido sobre uma área larga circular ou pista focal, e, para as mesmas condições de exposição, pode-se fazer uma área de ponto focal um sexto menor do que os tubos de ânodo fixo.

A capacidade calorífica do ânodo e a intensidade da corrente de elétrons que ele pode acomodar pode ser aumentada através do aumento do diâmetro do disco giratório. Isto permite que o calor resultante do impacto do elétron posse ser distribuido sobre uma área maior.

O eixo no qual o disco do ânodo está montado é comumente de molibdênio. O molibdênio é resistente, tem um ponto de fusão alto, e baixo condutibilidade térmica que reduz o fluxo de calor do ânodo para o rotor e seus suportes. A tecnologia atual permite ao ânodo ser operado continuadamente em temperaturas acima de 1200ºC, e nestas temperaturas a maioria do calor é transferido por radiação (em vez condução) ao óleo depositado ao redor do tubo e do alojamento do tubo. Para tubos desegnados a trabalhos pesados, tais como os usados em angiografia e tomografia computadorizada, o óleo do alojamento do tubo é muitas vezes circulado através de um permutador de calor.

A maioria dos tubos contém dois filamentos separados, cada um com o seu próprio copo de foco separados, que fornece pontos focais de tamanhos diferentes e capacidade para

acomodas uma variedade de técnicas e exames.

Há um crescente interesse em tubos com pontos focais pequenos (diâmetros nominais de aproximadamente 0,1 mm) para uso em radiografia de amplificação. Alguns destes tubos usam ânodos fixos com grande ângulo de objetivo (de até 45 graus); mas por razões anteriormente mencionadas, sua carga instantânea de calor é limitada.

Os fabricantes fornecem tabelas com todos os tipos de tubos de raios X para indicar os limites de funcionamento sem perigo, a quilovoltagem máxima, a miliamperagem, e o tempo que pode ser usado sem perigo para cada exposição. Existem também tabelas de resfriamento de tubos que indicam quando a exposição poder ser repitida. Os tubos devem ser usados dentro dos limites de seus capacidades.

Funcionamento do Tubo de Raios X

força e controles para o filamento, cronometros e dispositivos protetores (por exemplo, proteção contra radiação e travamentos térmicos).

Os circuitos do tubo de raios X, do retificador e do transformador de alta voltagem estão posicionados de maneira que grande quantidade de voltagem positiva seja aplicada no extremo anódico do tubo; e grande quantidade de voltagem negativa seja aplicada no extremo catódico. Os elétrons do filamento quente do cátodo são carregados negativamente e são rejeitados pelo cátodo e atraido ao ânodo positivamente carregado. Como resultado os elétrons aceleram a enormes velocidades e chocam-se contra o ânodo com muita força. A alta voltagem é representada em quilovolts,abreviada kV (1 quilovolt = 1.000 volts).

A quilovoltagem controla a velocidade do fluxo dos elétrons do cátodo ao ânodo. Quando maior for a quilovoltagem, mais rapidamente os elétrons se movimentam e mais energético e penetrante é o feixe de raios x que eles produzem.

Forma de Onda de Voltagem

Por tudo o que foi dito sobre a quilovoltagem aplicada ao tubo de raio X, a velocidade dos elétrons e as energias de raio X produzidas, assume-se que se usa uma voltagem constante e que, desta forma, todos os elétrons envolvidos em uma exposição têm a mesmo velocidade quando eles atingem o ponto focal. Na realidade não é assim por vários motivos,

principalmente o fato de que para as unidades médicas de raios X, a voltagem aplicada ao tubo muda constantemente com o tempo.

Nos Estados Unidos quase toda a ener gia elétrica é fornecida na forma de 60 hertz (60 cilcos por segundo) de corrente alternada (ac). Isto significa que a direção do fluxo (corrente) do elétrons se reverte 60 vezes por segundo.

Geradores Trifásicos

A forma de onde que descrevemos, na qual há dois impulsos por ciclo vem de linhas de força elétrica monofásica. Outras formas de onda podem ser produzidas pelo uso de linhas de força trifásicas. Um circuito trifásico poder ser imaginado como três circuitos

monofásicos combinados para fornecer três ondas intercaladas em um único circuito. Há dois tipos de geradores de raios X que utilizam energia elétrica trifásica. Um tipo produz seis impulsos por ciclo (1/60 segundo) ; o outro produz doze impulsos por ciclo. Conforme se produz mais destes impultos intercalados em um intervalo de 1/60 segundo, mais próximos são os picos de suas formas de ondas individuais, assim o seu contorna dá uma aparência de pequenas ondulações em vez de grandes ondas. Além do mais, assem que a voltagem de um pulso começa a cair, aquela do pulso intercalado próximo começa a subir de forma que esta combinação de esforço previne a voltagem cais a zero como acontece em um gerador monofásico. De fato, o nível mínimo alcançado pela kilovoltagem de um gerador trifásico, de seis impulsos-por-ciclo é de somente mais ou menos 13 por cento abaixo do valor do pico. Para um gerador de doze impulsos, o kV mínimo é de

aproximadamente 3 por cento menor que o valor do pico.

De tudo isto, pode-se ver que o feixe de raio X produzido por um gerador trifásico difere daquele produzido por um gerador monofásico nas seguintes maneiras:

1. A energia média de raios X produzida por um gerador trifásico é maior do que a produzida por um gerador monofásico com a mesmo quilovoltagem. Por exemplo, para uma instalação de 100 kV, a kilovoltagem média fornecida ao tubo por um gerador

monofásico é de aproximadamente 64 kV; para um gerador trifásocp de seis impulsos, mais ou menos 96 kV; e para um gerador de doze impulsos, aproximadamente 99 kV, somente 1 kV abaixo do valor do pico. Isto significa que um feixe de raios X produzido por um gerador trifásico é mais energético e penetrante do que um produzido por gerador monofásico, todos os outros fatores permanecem o mesmo.

2. A intensidade de raios X produzido por um gerador trifásico é maior do que a produzida por um gerador monofásico com a mesma quilovoltagem e miliamperagem. Por exemplo, usando as mesmas técnicas, um gerador trifásico de seis impultos requer em tempo de exposição de mais ou menos um terço do requerido por um gerador monofásico para produzir o mesmo escurecimento no filme. Para um gerador de doze impultos é necessário metade do tempo de exposição de um gerador monofásico.

3. A carga de calor no ânodo para a produção do mesmo tipo de escurecimento no filme é menor para um gerador trifásico do que para um gerador monofásico. Este fato é de

Miliamperagem

O número de elétrons é controlado pela temperatura (grau de incandescimento) do

filamento do cátodo. O controle é feito através do ajuste da corrente do filamento com seu próprio circuito elétrico de baixa voltagem. Quanto mais quente for o filamento, maior o número de elétrons disponível para formar a corrente de elétron; quer dizer, a corrente do tubo do raio X. No tubo de raio X, o número de elétrons por segundo é medido por miliamperes, abreviado mA (1 miliâmpere = 1/1.000 âmperes). a intensidade de raios X produzida a uma certa quilovoltagem depende deste número. Por exemplo, se o número de elétrons por segundo dobra, a corrente (miliâmperagem) também dobra, e por sua vez a intensidade de raios X também dobra. Ajustar a máquina de raios X a uma miliâmperagem específica significa, na verdade ajustar a temperatura do filamento para produzir a corrente (miliâmperagem) indicada.

Como funcionam os raios X

Introdução

Assim como muitas das grandes descobertas do ser humano, a tecnologia do raio X foi inventada

completamente por acidente. Em 1895, um físico alemão chamado Wilhelm Roentgen fez essa

descoberta enquanto fazia uma experiência com feixes de elétrons em um tubo de descarga de gás.

Roentgen percebeu que uma tela fluorescente (em inglês) em seu laboratório começava a brilhar

quando o feixe de elétrons era ligado. Somente essa reação não era tão surpreendente: material fluorescente normalmente brilha ao reagir com radiação eletromagnética; mas o tubo de Roentgen estava rodeado com papelão grosso e preto. Roentgen supôs que isso bloquearia a maior parte da radiação.

Roentgen colocou vários objetos entre o tubo e a tela e ela ainda brilhava. Finalmente, ele colocou sua mão na frente do tubo e viu a silhueta de seus ossos projetada na tela fluorescente. Assim ele acabava de descobrir o raio X e uma de suas aplicações mais importantes.

A extraordinária descoberta de Roentgen possibilitou um dos maiores avanços na história humana. A tecnologia do raio X permite que os médicos vejam através dos tecidos humanos e examinem, com extrema facilidade, ossos quebrados, cavidades e objetos que foram engolidos. Procedimentos com raios X

modificados podem ser usados para examinar tecidos mais moles,

como os pulmões, os vasos sangüíneos ou os intestinos.

Neste artigo, descobriremos como as máquinas de raio X

conseguem fazer este truque incrível. Como veremos, o processo básico é na verdade muito simples. O que é um raio X

Raios X são basicamente o mesmo que os raios de luz visíveis. Ambos são formas de ondas de energia

eletromagnética carregadas por partículas chamadas fótons. Veja Como funciona a luz para mais

detalhes. A diferença entre raios X e raios de luz visível é a energia dos fótons individualmente. Isto

Nossos olhos são sensíveis ao comprimento de onda da luz visível, mas não ao comprimento de onda mais curto, das ondas de maior energia dos raios X ou ao comprimento de onda mais longo de menor

energia das ondas de rádio.

Os fótons da luz visível e os fótons dos raios X são produzidos pelo movimento dos elétrons nos

átomos. Os elétrons ocupam diferentes níveis de energia diferentes ou orbitais, ao redor do núcleo do átomo. Quando um elétron passa para orbital menor precisa liberar energia, e ela é liberada na forma de

um fóton. A energia do fóton depende do quanto o elétron decaiu entre os orbitais. Veja esta página

para uma descrição detalhada deste processo.

Quando um fóton colide com outro átomo, esse átomo pode absorver a energia do fóton promovendo

o elétron para um nível de energia mais alto. Para isto acontecer, a energia do fóton tem que combinar

com a diferença de energia entre as duas posições do elétron. Senão, o fóton não pode deslocar elétrons entre os orbitais.

Os átomos que compõem os tecidos do nosso corpo absorvem bem fótons de luz visível. A energia dos fótons deve combinar com as diferenças de energia entre as posições dos elétrons. Ondas de rádio não têm energia suficiente para mover elétrons entre orbitais em átomos maiores, então conseguem passar pela maioria dos materiais. Fótons de raio X também passam através de vários objetos, mas por outra razão: eles têm muita energia.

Eles podem, entretanto, arrancar um elétron de um átomo. Uma parte da energia do fóton do raio X trabalha para separar o elétron do átomo e o restante é usado para fazê-lo se movimentar fora do átomo. Um átomo maior tem mais chances de absorver um fóton de raio X desta maneira, porque em átomos maiores as diferenças de energia entre os orbitais são maiores e essa energia se ajusta melhor com a energia do fóton. Átomos menores, em que os orbitais dos elétrons estão separados por níveis de energia relativamente baixos, têm menos chances de absorver fótons de raio X.

Os tecidos macios do seu corpo são feitos de átomos menores e por isso absorvem muito bem os fótons do raio X. Os átomos de cálcio que fazem nossos ossos são muito maiores, então são melhores para

absorver fótons de raio X.

Outros usos para o raio X

As contribuições mais importantes da tecnologia do raio X têm sido no mundo da medicina, mas os raios X desempenham um papel crucial também em várias outras áreas. Os raios X são essenciais na pesquisa envolvendo a teoria da mecânica quântica, cristalografia e cosmologia. Na indústria, scanners de raio X são muito usados para detectar pequenas falhas em equipamentos de metal pesado. Scanners de raios X se tornaram também equipamentos padrão em segurança de aeroportos.

A máquina de raio X

O coração de uma máquina de raio X é um par de eletrodos , um cátodo e um ânodo, que ficam dentro

de um tubo de vidro a vácuo. O cátodo é um filamento aquecido, como o que você vê em uma

lâmpada fluorescente. A máquina passa corrente pelo filamento, aquecendo-o. O calor expulsa os elétrons da superfície do filamento. O ânodo positivamente carregado, é um disco achatado feito de

tungstênio, que atrai os elétrons através do tubo.

O elétron livre colide com o átomo de tungstênio, tirando um elétron de um orbital mais baixo. Um elétron de um orbital mais alto preenche a posição vazia, liberando seu excesso de energia

como um fóton.

Elétrons livres também podem gerar fótons sem atingir um átomo. O núcleo de um átomo pode atrair um

elétron e com uma velocidade que apenas altere seu curso. Como um cometa girando ao redor do Sol,

o elétron diminui a velocidade e muda de direção à medida que passa pelo átomo. Essa ação de "freio" faz o elétron emitir excesso de energia na forma de um fóton de raio X.

O elétron livre é atraído para o núcleo do átomo de tungstênio. À medida que o elétron passa, o núcleo altera seu curso. O elétron perde energia, que é liberada como um fóton de raio X.

As colisões de alto impacto envolvidas na produção dos raios X geram muito calor. Um motor gira o

ânodo para que ele não derreta (o feixe de elétrons não está sempre focalizado na mesma área). Uma camada de óleo frio ao redor da ampola também absorve calor.

Todo o mecanismo é protegido por uma blindagem grossa de chumbo. Ela evita que os raios X

escapem em todas as direções. Uma pequena abertura na blindagem permite que alguns dos fótons de raio X escapem em um pequeno feixe. Esse feixe passa por uma série de filtros até chegar ao paciente. Uma câmera no outro lado do paciente grava o padrão de raios X que passam através de seu corpo. A

acionada por luz de raios X ao invés de luz visível. Veja Como funciona o filme fotográfico para saber mais sobre esse processo.

Geralmente, os médicos deixam a imagem no filme como um negativo. Isso quer dizer que as áreas

que são expostas a mais luz ficam mais escuras e as áreas expostas a menos luz aparecem mais claras. Materiais duros, como ossos, aparecem em branco e materiais mais macios aparecem em preto ou cinza. Os médicos podem visualizar materiais diferentes variando a intensidade do feixe de raios X.

Contrastes

Em uma imagem de raio X normal, a maior parte dos tecidos macios não aparece claramente. Para visualizar alguns órgãos ou para examinar os vasos sangüíneos do sistema circulatório, deve-se introduzir um contraste dentro do corpo.

Contrastes são líquidos que absorvem os raios -X com mais eficiência que o tecido ao redor. Para visualizar órgãos dos sistemas digestivo e endócrino, um paciente toma um contraste, geralmente um composto de bário. Se o foco for os vasos sangüíneos ou outros elementos do sistema circulatório, o contraste deve ser injetado na corrente sangüínea do paciente. Os contrastes são normalmente usados em conjunto com um

fluoroscópio. Em fluoroscopia, os raios X passam pelo corpo até uma tela fluorescente, criando uma imagem de raio X móvel. Os médicos podem usar a fluoroscopia para traçar a passagem do contraste pelo corpo. Também é possível gravar essas imagens em filme ou vídeo.

Os raios X fazem mal a você

A descoberta dos raios X provocou um impacto extraordinário no mundo da medicina; eles permitem que um paciente seja examinado internamente sem nenhuma cirurgia.

Mas os raios X também podem ser perigosos. No princípio da descoberta do raio X, muitos médicos ficaram expostos e expuseram seus pacientes aos feixes por longos períodos de tempo.

Conseqüentemente, médicos e pacientes começaram a desenvolver doenças causadas por radiação

e a comunidade médica percebeu que algo estava errado.

O problema é que o raio X é uma forma de radiação ionizante. Quando a luz normal atinge um átomo,

ela não muda esse átomo de maneira significativa. Mas quando um raio X atinge um átomo, ele pode

expulsar elétrons do átomo para criar um íon, um átomo eletricamente carregado. Então, os elétrons

livres colidem com outros átomos para criar mais íons.

A carga elétrica de um íon pode gerar uma reação química anormal dentro das células. Entre outras

coisas, a carga pode quebrar as cadeias de DNA. Uma célula com uma cadeia de DNA quebrada pode

morrer ou o DNA desenvolver uma mutação. Se várias células morrerem, o corpo pode desenvolver

várias doenças. Se o DNA mutar, a célula pode tornar-se cancerígena e este câncer pode se espalhar.

Se a mutação é em um espermatozóide ou em um óvulo, pode causar defeitos de nascença. Por causa de todos esses riscos,atualmente os médicos usam os raios X moderadamente.

Mesmo com estes riscos, o raio X ainda é uma opção mais segura que a cirurgia. As máquinas de raio X são ferramentas médicas valiosas, assim como são valiosas em segurança e em pesquisa científica. Elas são uma das invenções mais úteis de todos os tempos.

Para mais informações sobre raios X e máquinas de raio X, confira os links da próxima página.

por Tom Harris - traduzido por HowStuffWorks Brasil

Neste artigo

Introdução

2.

A idéia básica

3.

O procedimento de digitalização

4.

Mais informações

5.

Veja todos os artigos sobre Cuidados com a saúde

O procedimento de digitalização

O tomógrafo parece uma rosquinha gigante inclinada na lateral. O paciente deita em uma plataforma, que se move devagar através do buraco na máquina. O tubo de raios X é montado em um anel móvel ao redor das extremidades do buraco. O anel também suporta uma estrutura de detectores de raios X, diretamente opostos ao tubo do raio X.

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Um motor gira o anel de maneira que o tubo do raio X e os detectores de raio X girem ao redor do

corpo. Cada volta completa, digitaliza uma "fatia" estreita e horizontal do corpo. O sistema de controle

Imagem cedida pelo Departamento de Defesa

Os técnicos de radiologia geralmente operam os tomógrafos em uma sala separada, de maneira que não sejam expostos

repetidamente à radiação

Desta forma, o equipamento registra as fatias de raio X pelo corpo em um movimento espiral. O

computador varia a intensidade dos raios X para digitalizar cada tipo de tecido com a potência ideal. Depois do paciente passar pela máquina, o computador combina todas as informações de cada digitalização para formar uma imagem detalhada do corpo. Claro que não é necessário digitalizar o corpo inteiro. Com maior freqüência, os médicos só farão a

tomografia de uma pequena seção.

Uma vez examinado o corpo fatia por fatia, de todos os ângulos, as tomografias tornam-se muito mais completas que os raios X convencionais. Hoje, os médicos utilizam as tomografias para diagnosticar e tratar uma grande variedade de distúrbios, incluindo

traumatismo craniano, câncer e osteoporose. Eles são uma

ferramenta inestimável para a medicina moderna.

Para mais informações sobre tomógrafos e outros digitalizadores médicos, confira os links na próxima página.

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Imagem cedida pela NASA

A Tomografia Computadorizada (TC) constitui-se num aparelho de Raios X muito mais complexo que o convencional. Uma imagem de Raios X normal é plana, sendo que o paciente fica posicionado entre o tubo ou ampola que emite Raios X e o filme fotográfico que receberá esses raios. O que se obtém é uma projecção em duas dimensões do interior do corpo do paciente.

Nas máquinas de tomografia a ampola que emite os Raios X gira totalmente em volta do corpo do paciente e, à medida em que gira, emite Raios X em 360 graus, ou seja, fazendo uma circunferência complete em torno do paciente. Essa técnica foi chamada de Tomografia Computadorizada e foi criada por Godfrey Houndsfield e Allan Cormack em 1972. Por esse trabalho esses pesquisadores receberam o prêmio Nobel de Medicina de 1979. Na TC o Raio X é concentrado num feixe estreito que passa apenas por uma pequena parte (fatia) do corpo.

Além da ampola emissora de Raios X que gira em torno do paciente, há também um complexo conjunto de detectores de Raios X vai simultaneamente recolhendo esses raios do lado oposto à ampola, portanto, girando também nos 360 graus. A intensidade do Raio X que chega em um detector é convertida em um sinal digital e se chama de "varredura" do feixe. Os Raios X recolhidos pelos detectores são variavelmente atenuados pelo corpo do paciente, cuja variação na densidade dos diversos tecidos corpóreos deixam passar maior ou menor quantidade de raios.

O sinal de recepção dos Raios X gerado pelos detectores é processado por um computador para formar as imagens em alta resolução e de aspecto espacial. O computador processa essas informações do detector e reconstrói uma imagem tri-dimensional do interior do corpo do paciente. Portanto, a Tomografia Computadorizada foi desenvolvida graças à tecnologia da informática, por isso o "sobrenome" Computadorizada.

A Tomografia Computadorizada tornou possível uma visualização tridimensional dos órgãos em geral e, em particular do cérebro, de nosso interesse. Embora o resultado visual da Tomografia Computadorizada seja monocromático, ou seja, mostra apenas os vários tons do cinza, indo do totalmente preto ao branco, mesmo assim são muito mais numerosas que as variações de tons de cinza do Raio X convencional. Uma imagem de Raios X convencional tem uma variação de 30 escalas de cinza no máximo, enquanto as imagens de

Tomografia Computadorizada possuem uma variação que chega a 200 escalas de cinza. Essa variação da cor é que permite identificar a densidade do tecido examinado, sua constituição óssea, tumoral, líquida, etc. A Tomografia Computadorizada e, mais recentemente, a Ressonância Nuclear Magnética, têm ajudado significativamente o estudo do Sistema Nervoso Central, notadamente a perfeita localização, caracterização e delimitação de tumores. esse objectivo com raios-X de alta intensidade e focalização precisa.

Raios-X

O Raio-X foi inventado no dia 8 de novembro de 1895, pelo físico alemão Wilhelm Conrad

Roentgen. A pesquisa era feita em um tubo de raios catódicos (um tubo de vidro dentro do qual um condutor metálico aquecido emite elétrons).

A primeira radiografia ocorreu no dia 22 de dezembro de 1895. A esposa do físico permaneceu com sua mão exposta à radiação durante 15 minutos. Roentgen decidiu chamar de Raio-X porque era uma incógnita para ele.

Nada facilitou tanto a medicina como essa descoberta, pois foi através do Raio-X que surgiram a ultra-som, a ressonância magnética e a medicina nuclear. Possibilitou ainda um grande impulso na diagnose, porque tem o poder de penetrar em materiais.

Curiosidades: Como nasce? O elétron sai do pólo negativo, atinge um elétron do pólo positivo. No choque, o elétron atingido ganha energia e muda de órbita. Depois, ele volta para onde estava e libera energia na forma de Raio-X.

Como funciona? Quando o pólo negativo é aquecido, emite elétrons para o pólo positivo, liberando o Raio-X. Os raios atravessam, por exemplo, o pé, e são absorvidos pelo osso, que barra a maior parte da radiação, e pela pele, que deixa passar quase tudo. A radiação filtrada atinge o filme fotográfico que, quando revelado, mostra sombras em tons cinzas. Quanto mais clara a marca, mais denso é o tecido atravessado, por isso é que os ossos aparecem em branco.

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