Universidade Federal do ABC
Introdução à
Prof.
Engenharia
Última revisão
Universidade Federal do ABC
Notas de aulas
Introdução à Física Médica (BC1313)
Prof. Dr. Nasser A. Daghastanli
ngenharia Biomédica - CECS – UFABC
ltima revisão – Mar/ 2012 (em andamento).
2012
Universidade Federal do ABC
Física Médica (BC1313)
Heinrich HERTZ descobriu o Efeito FotoElétrico (1887): Quando a luz incide sobre uma superfície metálica, os elétrons próximos da superfície absorvem a luz e escapam para o espaço das vizinhanças.
Os elétrons são mantidos numa superfície pela atração das cargas positivas. Consiste na emissão de elétrons quando a luz incide sobre uma superfície. Os elétrons absorvem a energia radiante e podem superar a atração das cargas positivas e são liberados.
A energia mínima para um elétron escapar de uma superfície chama
trabalho (φ).
A Figura 1 mostra um equipamento onde ocorre o EFE: os eletrodos condutores (anodo e catodo) estão dentro de um tubo no qual existe vácuo. A bateria mantém uma DDP entre os eletrodos, gerando um campo elétrico (E) entre ambos, do anodo para o catodo.
O feixe de luz monocromática incide sobre o catodo induz a liberação de elétrons que é medida pelo galvanômetro (G).
Hallwachs e Lenard estudaram (1886 com a voltagem, a freqüência (
Figura 1
O elétron foi descoberto em 1897. Deste modo determinou fotoelétrons que eram liberados do catodo.
2
O Efeito Foto Elétrico (EFE)
Heinrich HERTZ descobriu o Efeito FotoElétrico (1887): Quando a luz incide sobre uma superfície metálica, os elétrons próximos da superfície absorvem a luz e escapam para o espaço das vizinhanças.
elétrons são mantidos numa superfície pela atração das cargas positivas. Consiste na emissão de elétrons quando a luz incide sobre uma superfície. Os elétrons absorvem a energia radiante e podem superar a atração das cargas
energia mínima para um elétron escapar de uma superfície chama
mostra um equipamento onde ocorre o EFE: os eletrodos condutores (anodo e catodo) estão dentro de um tubo no qual existe vácuo. A bateria mantém e os eletrodos, gerando um campo elétrico (E) entre ambos, do anodo
O feixe de luz monocromática incide sobre o catodo induz a liberação de elétrons que é medida pelo galvanômetro (G).
Hallwachs e Lenard estudaram (1886-1900) como a fotocorrente com a voltagem, a freqüência (λ) e a intensidade da luz incidente.
O elétron foi descoberto em 1897. Deste modo determinou fotoelétrons que eram liberados do catodo.
Heinrich HERTZ descobriu o Efeito FotoElétrico (1887): Quando a luz incide sobre uma superfície metálica, os elétrons próximos da superfície absorvem a luz e
elétrons são mantidos numa superfície pela atração das cargas positivas. Consiste na emissão de elétrons quando a luz incide sobre uma superfície. Os elétrons absorvem a energia radiante e podem superar a atração das cargas
energia mínima para um elétron escapar de uma superfície chama-se função
mostra um equipamento onde ocorre o EFE: os eletrodos condutores (anodo e catodo) estão dentro de um tubo no qual existe vácuo. A bateria mantém e os eletrodos, gerando um campo elétrico (E) entre ambos, do anodo
O feixe de luz monocromática incide sobre o catodo induz a liberação de
rente (i) variava
Hallwachs e Lenard determinaram que havia um liberação de elétrons (freqüência de corte f
Para muitos metais
potássio ou césio λ=400 – 700 nm (VIS).
Se λ > fc : elétrons emitidos com bastante energia
Ao se inverter a DDP, os
determinar Kcin invertendo a tensão entre anodo e catodo (V fotocorrente: VAC= -V0 (potencial de corte
O trabalho do potencial elétrico sobre os elétrons e’
velocidade máxima deixam o catodo com energia cinética e chegam ao anodo com energia nula. Assim:
Wtot
A energia cinética máxima dos elétrons é : A Figura 2 mostra um gráfico de V
suficientemente grande e positivo, as curvas atingem um valor constante, indicando que TODOS os elétrons são coletados pelo anodo. V
todos os elétrons e fazer I=0.
Figura 2
Se λ= const mas Intensidade aumenta
3
Hallwachs e Lenard determinaram que havia um λ mínimo para ocorrer a
freqüência de corte fc).
Para muitos metais freqüência de corte λ≥ 200 nm (UV), mas para óxidos de 700 nm (VIS).
: elétrons emitidos com bastante energia Kcin elevada!!
Ao se inverter a DDP, os elétrons caminham contrários ao campo E. Podemos determinar Kcin invertendo a tensão entre anodo e catodo (VAC
potencial de corte).
O trabalho do potencial elétrico sobre os elétrons e’ –eV. Os elétrons com velocidade máxima deixam o catodo com energia cinética e chegam ao anodo com
2 max max 0 2 1 0 K mv K eV tot =− =∆ = − =
A energia cinética máxima dos elétrons é : 2 max max 0 2 1 mv K eV = =
mostra um gráfico de VAC x Intensidade de iluminação: quando V
suficientemente grande e positivo, as curvas atingem um valor constante, indicando que TODOS os elétrons são coletados pelo anodo. V0 é a DDP necessária para bloquear
todos os elétrons e fazer I=0.
Figura 3
const mas Intensidade aumenta mais elétrons são emitidos, mas V
ínimo para ocorrer a
200 nm (UV), mas para óxidos de
elevada!!
elétrons caminham contrários ao campo E. Podemos
AC) ate’ anular a
Os elétrons com velocidade máxima deixam o catodo com energia cinética e chegam ao anodo com
max
de iluminação: quando VAC é
suficientemente grande e positivo, as curvas atingem um valor constante, indicando é a DDP necessária para bloquear
Se I= const mas λ varia V
Os elétrons são emitidos instantaneamente para qualquer luz onde f Albert EINSTEIN postulou (1905) que a luz é formada por part (fótons) ou quanta. A energia E dos fótons é:
=
E
ondeh
=
6
,
6260755
λ = ν c : frequência da onda EM ,c=2,99x108 m/s: velocidade da luz no vácuo.
Um fóton (energia E) que atinge uma superfície é ABSORVIDO ou NÃO por um elétron.
Lembrando: a energia
Assim quando um e- absorve a energia E= h cinética Kmax.
Einstein aplicou a conservação da energia:
E assim
eV
0=
h
ν
−
4
V0 muda ! (Fig. 3)
Os elétrons são emitidos instantaneamente para qualquer luz onde f≥ f
Albert EINSTEIN postulou (1905) que a luz é formada por partículas de energia ) ou quanta. A energia E dos fótons é:
λ
=
ν
=
h
hc
Energia de um fóton.s
.
eV
10
136
,
4
s
.
J
10
)
40
(
6260755
×
−34=
×
−15 : const. Planck J 10 602 , 1 eV 1 = × −19da onda EM , λ: compr. Onda.; m/s: velocidade da luz no vácuo.
Um fóton (energia E) que atinge uma superfície é ABSORVIDO ou NÃO por um
Lembrando: a energia MÍNIMA para um e- ser ejetado é φ (função trabalho). absorve a energia E= hν, ele gasta φ e é ejetado com energia
Einstein aplicou a conservação da energia: = mv = 2
1 Kmax 2max
φ
−
(Efeito Foto elétrico)fc!!
ículas de energia
: const. Planck
Um fóton (energia E) que atinge uma superfície é ABSORVIDO ou NÃO por um
(função trabalho). é ejetado com energia
φ − ν
Quando os (fótons de) RX (de comprimento de onda uma parte da radiação é espalhada
que:
a) Uma parte da radiação possui uma freqüência menor ( incidente
b) A diferença λ´ > λ dependia do ângulo de espalhamento O espalhamento Compton
pelo EM clássico (a onda EM possui sempre o mesmo λ), mas ao se considerar que temos uma
colisão de duas partículas o fóton incidente (de
comprimento de onda (inicialmente em repouso).
O fóton incidente é absorvido, fornecendo parte de sua energia e seu momento linear para o elétron, que recua. A parte da energia restante é espalhada num novo fóton (
energia.
Usando o principio da conservação da energia e do momento (p=mv) e na região relativística :
O fóton incidente (módulo p e energia pc).
O fóton espalhado possui momento
O elétron (em repouso), possui momento inicial nulo e energia de repouso O momento linear Final do elétron é
( )
( )
2 F 2 2 2c
P
mc
E
=
+
.Princípio da conservação da energia:
E
c
P
mc
pc
F 2=
+
+
ouAplicando a conservação do momento: Assim
P
F2=
p
2+
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O efeito Compton
Quando os (fótons de) RX (de comprimento de onda λ) colidem com a matéria
espalhada. A. H. COMPTON em 1923 e outros descobriram
a) Uma parte da radiação possui uma freqüência menor (λ´ > λ) do que a radiação RX
dependia do ângulo de espalhamento φ
espalhamento Compton não é explicado
pelo EM clássico (a onda EM possui sempre o e considerar que temos uma de duas partículas o fóton incidente (de comprimento de onda λ) e um elétron (inicialmente em repouso).
O fóton incidente é absorvido, fornecendo parte de sua energia e seu momento linear para o arte da energia restante é espalhada num novo fóton (λ´), de menor
Usando o principio da conservação da energia e do momento (p=mv) e na região
possui momento
p
r
possui momento
p
E (módulo pE e energia pEc).O elétron (em repouso), possui momento inicial nulo e energia de repouso
O momento linear Final do elétron é
P
F (módulo PF) e energia finalPrincípio da conservação da energia:
ou
(
pc
−
P
Fc
+
mc
2)
2=
E
2=
( )
mc
2 2+
(
P
Aplicando a conservação do momento:
P
F+
p
E=
p
(ver vetores na Fig.)φ
−
2
pp
cos
p
2E E (2)) colidem com a matéria . A. H. COMPTON em 1923 e outros descobriram
) do que a radiação RX
O elétron (em repouso), possui momento inicial nulo e energia de repouso
E
=
mc
2. ) e energia final)
2 Fc
P
(1) (ver vetores na Fig.)Substituindo (1) em (2), colocando o fator c2 e quando dividimos por temos
−
=
−
1
p
mc
p
mc
ELembrando (de Broglie)
λ
−
λ
=
λ
∆
E
Onde λE: compr. Onda do fóton
λ: comprimento
φ: ângulo de espalhamento do fóton h: constante de
m: massa do elétron c: velocidade
Quando os comprimentos de onda dos RX ângulo (φ), observa-se a existência de dois picos (Compton).
O espalhamento pelo átomo inteiro não afeta apreciavelmente a distribuição vista na figura massa reduzida!
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tituindo (1) em (2), colocando o fator c2 e quando dividimos por
φ
cos
(3)Lembrando (de Broglie)
λ = h
p (4) e multiplicando tudo por h/mc, teremos
(
−
φ
)
=
λ
1
cos
mc
h
(espalhamento Compton).: compr. Onda do fóton espalhado. imento onda do fóton Incidente; : ângulo de espalhamento do fóton
ante de Planck m: massa do elétron
da luz
Quando os comprimentos de onda dos RX espalhados (λ0) são medidos em função do
se a existência de dois picos: em λ0 (Figura), e λ´ os fótons espalhados
O espalhamento pelo átomo inteiro não afeta apreciavelmente a distribuição vista na
tituindo (1) em (2), colocando o fator c2 e quando dividimos por ppE,
(4) e multiplicando tudo por h/mc, teremos
(espalhamento Compton).
) são medidos em função do ´ os fótons espalhados
Os Raios X (RX) foram
Estes raios foram chamados de X, pois não era conhecida natureza radiação, que atravessa madeira, papel, e até o corpo humano.
quando elétrons são acelerados por DDP da ordem de 10 metálicos (Fig. 4).
Foto: Wilhelm Conrad Roentgen (1845
CENTRO: 1ª radiografia humana. DIREITA: radiografia atual.
Figura 4
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Produção de Raios X
Os Raios X (RX) foram descobertos em 1895 por Wilhelm Conrad Roentgen
Estes raios foram chamados de X, pois não era conhecida natureza
radiação, que atravessa madeira, papel, e até o corpo humano. Os RX são produzidos quando elétrons são acelerados por DDP da ordem de 103 a 106 V e colidem com alvos
Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923). Prêmio Nobel de Física em 1901, pela descoberta dos Raios X CENTRO: 1ª radiografia humana. DIREITA: radiografia atual.
Wilhelm Conrad Roentgen (Foto). Estes raios foram chamados de X, pois não era conhecida natureza este tipo de
Os RX são produzidos V e colidem com alvos
Bremsstrahlung Os elétrons são emitidos no catodo (+) e acelerados por uma
DDP sobre o anodo (-), ou alvo
e a energia cinética dos elétrons é transformada em fótons de RX ( freio de radiação).
Durante a desaceleração dos elétrons, a emissão de RX possui uma máxima (νmax) e um comprimento de onda mínimo (
O fóton mais energético é produzido quando toda a energia do elé para produzir o fóton. A freqüência máxima não depende do alvo.
Alguns elétrons podem transferir
tornam excitados. Como cada elemento possui níveis energéticos próprios, oo retornarem ao estado fundam
material que os compõem.
Figura 5-
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Os elétrons são emitidos no catodo (+) e acelerados por uma
alvo. Na interação com o alvo, os elétrons são desacelerados
e a energia cinética dos elétrons é transformada em fótons de RX (bremsstrahlung
Durante a desaceleração dos elétrons, a emissão de RX possui uma ) e um comprimento de onda mínimo (
λ
min):min max AC
hc
h
eV
λ
=
ν
=
O fóton mais energético é produzido quando toda a energia do elé para produzir o fóton. A freqüência máxima não depende do alvo.
Alguns elétrons podem transferir sua energia para os átomos do alvo, e se tornam excitados. Como cada elemento possui níveis energéticos próprios, oo retornarem ao estado fundamental emitem radiação (fótons) característica material que os compõem.
Os elétrons são emitidos no catodo (+) e acelerados por uma . Na interação com o alvo, os elétrons são desacelerados
bremsstrahlung,
Durante a desaceleração dos elétrons, a emissão de RX possui uma frequência
O fóton mais energético é produzido quando toda a energia do elétron é gasta
energia para os átomos do alvo, e se tornam excitados. Como cada elemento possui níveis energéticos próprios, oo
Radiação de Freamento (
Essa radiação é produzida quando um elétron passa próximo ao núcleo de um átomo de tungstênio, sendo atraído pelo núcleo deste e desviado de sua trajetória original. Com isto, o elétron perde uma parte de sua energia cinética original, emitindo parte dela como fótons de radiação, de alta e baixa energia e comprimento de onda diferentes, dependendo do nível de profundidade atingida pelo elétron do metal alvo. Isto significa dizer que, enquanto penetra no material, cada elétron sofre uma perda energética que irá gerar radiação (fótons) com energia e comprimento de onda também menores. Se formos considerar percentualmente a radiação produzida, veremos que 99 % dela é emitida como calor e somente 1
características de radiação X.
Existem situações (raras) em que alguns elétrons muito energéticos se chocam diretamente com os núcleos, convertendo toda a sua energia cinética em um fóton de alta energia e frequência (a rigor, esta
onde a energia do fóton gerado é igual à energia do elétron incidente, o que se configura como um fóton de máxima energia).
Durante o bombardeamento do alvo, todas as possibilidades em termos de geração de fóto acontecem, na medida que temos interações diferentes entre elétrons incidentes com o material do alvo, gerando fótons de diferentes energias. radiação de freamento, ou Bremsstrahlung, se caracteriza por ter uma distribuição de energia relativa bastante ampla aos fótons
mostra a figura 6. Como se pode observar Figura, a maioria dos fótons
energia, sendo que somente uns poucos têm a energia equivalente à diferença de
9
Radiação de Freamento (Bremsstrahlung)
Essa radiação é produzida quando um elétron passa próximo ao núcleo de um átomo de tungstênio, sendo atraído pelo núcleo deste e desviado de sua trajetória original. Com isto, o elétron perde uma parte de sua energia cinética original, emitindo como fótons de radiação, de alta e baixa energia e comprimento de onda diferentes, dependendo do nível de profundidade atingida pelo elétron do metal alvo. Isto significa dizer que, enquanto penetra no material, cada elétron sofre uma perda irá gerar radiação (fótons) com energia e comprimento de onda também menores. Se formos considerar percentualmente a radiação produzida, dela é emitida como calor e somente 1 % possui energia com características de radiação X.
Existem situações (raras) em que alguns elétrons muito energéticos se chocam diretamente com os núcleos, convertendo toda a sua energia cinética em um fóton de (a rigor, esta seria uma outra forma de geração de radiação, onde a energia do fóton gerado é igual à energia do elétron incidente, o que se configura como um fóton de máxima energia).
Durante o bombardeamento do alvo, todas as possibilidades em termos de geração de fótons acontecem, na medida que temos interações diferentes entre elétrons incidentes com o material do alvo, gerando fótons de diferentes energias. A radiação de freamento, ou Bremsstrahlung, se caracteriza por ter uma distribuição de energia aos fótons gerados, como Como se pode observar na , a maioria dos fótons obtidos possui baixa
energia, sendo que somente uns poucos têm a energia equivalente à diferença de
Figura 6 Intensidade dos RX por unidade de comprimento de onda.
Essa radiação é produzida quando um elétron passa próximo ao núcleo de um átomo de tungstênio, sendo atraído pelo núcleo deste e desviado de sua trajetória original. Com isto, o elétron perde uma parte de sua energia cinética original, emitindo como fótons de radiação, de alta e baixa energia e comprimento de onda diferentes, dependendo do nível de profundidade atingida pelo elétron do metal alvo. Isto significa dizer que, enquanto penetra no material, cada elétron sofre uma perda irá gerar radiação (fótons) com energia e comprimento de onda também menores. Se formos considerar percentualmente a radiação produzida, possui energia com
Existem situações (raras) em que alguns elétrons muito energéticos se chocam diretamente com os núcleos, convertendo toda a sua energia cinética em um fóton de seria uma outra forma de geração de radiação, onde a energia do fóton gerado é igual à energia do elétron incidente, o que se
energia, sendo que somente uns poucos têm a energia equivalente à diferença de
Intensidade dos RX por unidade de comprimento de onda.
potencial (voltagem) aplicada ao tubo.
fótons de baixa energia, o que pode ser perigoso para o paciente irradiado, pois estes fótons de baixa energia interagem com os tecidos vivos, sem contribuir para a formação da imagem radiográfica.
gerados por uma radiação de freamento, é mostrado na figura a seguir, onde se pode observar que a radiação não é monoenergética, mas sim polienergética, pois temos fótons de diferentes energias, em quantidades diferentes.
Radiação característica
Pelo visto anteriormente, alguns fótons interagem diretamente com os núcleos, convertendo toda sua energia em radiação, sem modificar o átomo alvo, ou seja, sem ionizá-lo. Existem situações, no entanto, em que elétron pode interagir c
quebrando sua neutralidade (ionizando
camada mais interna (K). Ao retirar o elétron da camada K, começa o processo de preenchimento dessa lacuna (busca de equilíbrio), por elétrons de camada super Dependendo de camada que vem o elétron que ocupa a lacuna da camada K, teremos níveis de radiação diferenciados.
Como exemplo, vamos considerar que um elétron da camada L ocupe a lacuna da camada K, emitindo uma radiação da ordem de 59 keV; se o el
da camada M, a energia gerada é da ordem de 67 keV; se o elétron ocupante vem da camada N, teremos uma radiação da ordem de 69 keV. Quando se usa como alvo um material com o tungstênio, o bombardeamento por elétrons de alta energia gera radiação com características específicas (radiação característica), pois esse material possui um número atômico definido (bastante alto), necessitando um nível alto de energia para retirar os elétrons de sua camada K.
alvo de tungstênio é da ordem de 70 keV. A condição necessária e imprescindível para que se produza a radiação característica do tungstênio é que os fótons devem ter uma
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potencial (voltagem) aplicada ao tubo. Esse gráfico mostra que são gerados muitos fótons de baixa energia, o que pode ser perigoso para o paciente irradiado, pois estes fótons de baixa energia interagem com os tecidos vivos, sem contribuir para a formação da imagem radiográfica. O espectro, distribuição das energias dos fótons gerados por uma radiação de freamento, é mostrado na figura a seguir, onde se pode observar que a radiação não é monoenergética, mas sim polienergética, pois temos fótons de diferentes energias, em quantidades diferentes.
iação característica
Pelo visto anteriormente, alguns fótons interagem diretamente com os núcleos, convertendo toda sua energia em radiação, sem modificar o átomo alvo, ou seja, sem
lo. Existem situações, no entanto, em que elétron pode interagir c
quebrando sua neutralidade (ionizando-o), ao retirar dele elétrons pertencentes à sua camada mais interna (K). Ao retirar o elétron da camada K, começa o processo de preenchimento dessa lacuna (busca de equilíbrio), por elétrons de camada super Dependendo de camada que vem o elétron que ocupa a lacuna da camada K, teremos níveis de radiação diferenciados.
Como exemplo, vamos considerar que um elétron da camada L ocupe a lacuna da camada K, emitindo uma radiação da ordem de 59 keV; se o elétron ocupante vem da camada M, a energia gerada é da ordem de 67 keV; se o elétron ocupante vem da camada N, teremos uma radiação da ordem de 69 keV. Quando se usa como alvo um material com o tungstênio, o bombardeamento por elétrons de alta energia gera radiação com características específicas (radiação característica), pois esse material possui um número atômico definido (bastante alto), necessitando um nível alto de energia para retirar os elétrons de sua camada K. A energia da radiação gerada por u alvo de tungstênio é da ordem de 70 keV. A condição necessária e imprescindível para que se produza a radiação característica do tungstênio é que os fótons devem ter uma mostra que são gerados muitos fótons de baixa energia, o que pode ser perigoso para o paciente irradiado, pois estes fótons de baixa energia interagem com os tecidos vivos, sem contribuir para a ição das energias dos fótons gerados por uma radiação de freamento, é mostrado na figura a seguir, onde se pode observar que a radiação não é monoenergética, mas sim polienergética, pois temos
Pelo visto anteriormente, alguns fótons interagem diretamente com os núcleos, convertendo toda sua energia em radiação, sem modificar o átomo alvo, ou seja, sem lo. Existem situações, no entanto, em que elétron pode interagir com um átomo o), ao retirar dele elétrons pertencentes à sua camada mais interna (K). Ao retirar o elétron da camada K, começa o processo de preenchimento dessa lacuna (busca de equilíbrio), por elétrons de camada superiores. Dependendo de camada que vem o elétron que ocupa a lacuna da camada K, teremos
Como exemplo, vamos considerar que um elétron da camada L ocupe a lacuna étron ocupante vem da camada M, a energia gerada é da ordem de 67 keV; se o elétron ocupante vem da camada N, teremos uma radiação da ordem de 69 keV. Quando se usa como alvo um material com o tungstênio, o bombardeamento por elétrons de alta energia gera uma radiação com características específicas (radiação característica), pois esse material possui um número atômico definido (bastante alto), necessitando um nível alto de A energia da radiação gerada por um alvo de tungstênio é da ordem de 70 keV. A condição necessária e imprescindível para que se produza a radiação característica do tungstênio é que os fótons devem ter uma
energia máxima superior a 70 keV, já que a energia de ligação da camada K é da ordem de 70 keV.
Como se da’ o processo de geração da radiação característica do tungstênio?
Exemplo: Quando bombardeamos um alvo de tungstênio com elétrons submetidos a uma tensão de 100 kV, serão gerados fótons com energia de poucos keV até 100 keV, mas uma g
característica do tungstênio.
característica, dependendo de seu número atômico, como são os casos do tungstênio (radiologia convencional) e molibidênio (m
características da ordem de 70 keV e 20 keV, respectivamente.
resultado da superposição da radiação característica do tungstênio com o espectro contínuo gerado com 100 kVp. Nela se pode observar que, além d
energia baixas e altas, temos um grande número deles com energias correspondentes somente ao tungstênio. Quando o alvo bombardeado é de molibidênio, a radiação característica se situa na faixa de 20 keV.
Figura – O espectro de raios X é a
série de linhas espectrais características do anodo
11
energia máxima superior a 70 keV, já que a energia de ligação da camada K é da ordem
o processo de geração da radiação característica do tungstênio?
Exemplo: Quando bombardeamos um alvo de tungstênio com elétrons submetidos a uma tensão de 100 kV, serão gerados fótons com energia de poucos keV até 100 keV, mas uma grande parte deles terão energia da ordem de 70 keV, característica do tungstênio. Cada material emite um nível definido de radiação característica, dependendo de seu número atômico, como são os casos do tungstênio (radiologia convencional) e molibidênio (mamografia), que possuem radiações características da ordem de 70 keV e 20 keV, respectivamente. Essa figura é o resultado da superposição da radiação característica do tungstênio com o espectro contínuo gerado com 100 kVp. Nela se pode observar que, além d
energia baixas e altas, temos um grande número deles com energias correspondentes somente ao tungstênio. Quando o alvo bombardeado é de molibidênio, a radiação característica se situa na faixa de 20 keV.
espectro de raios X é a superposição de um espectro contínuo e de uma série de linhas espectrais características do anodo.
energia máxima superior a 70 keV, já que a energia de ligação da camada K é da ordem
o processo de geração da radiação característica do tungstênio?
Exemplo: Quando bombardeamos um alvo de tungstênio com elétrons submetidos a uma tensão de 100 kV, serão gerados fótons com energia de poucos keV rande parte deles terão energia da ordem de 70 keV, Cada material emite um nível definido de radiação característica, dependendo de seu número atômico, como são os casos do tungstênio amografia), que possuem radiações Essa figura é o resultado da superposição da radiação característica do tungstênio com o espectro contínuo gerado com 100 kVp. Nela se pode observar que, além de fótons, com energia baixas e altas, temos um grande número deles com energias correspondentes somente ao tungstênio. Quando o alvo bombardeado é de molibidênio, a radiação
Exercícios:
1) (Einstein) Um laser usado para colar retinas descoladas emite luz com através de pulsos curtos de 20 ms. A potência média de cada p
a) Qual é a energia de cada pulso (em joules)? b) E em elétron-volts (eV)?
c) Quantos fótons são emitidos em cada pulso? 2) Elétrons são acelerados por uma DDP de 10 KV.
a) Qual o λ min do RX gerado? b) E a freqüência?
c) Para que ângulo o
3) as funções trabalho para amostras metálicas são dadas: césio: 2,1 eV; cobre: 4,7 eV; potássio: 2,3 eV; zinco: 4,3: eV. Qual o
destas superfícies não podem emitir foto elétrons quando irradiados com luz visível (400 nm)?
4) um fóton de λ= 0,180 nm sofreu espalhamento Compton num ângulo fóton espalhado? Qual é a quantidade de energia fornecida para o elétron?
12
1) (Einstein) Um laser usado para colar retinas descoladas emite luz com
através de pulsos curtos de 20 ms. A potência média de cada pulso é igual a 0,600 W. a) Qual é a energia de cada pulso (em joules)?
volts (eV)?
c) Quantos fótons são emitidos em cada pulso? 2) Elétrons são acelerados por uma DDP de 10 KV.
min do RX gerado?
que ângulo o λ do RX espalhado é 1% menor que o incidente?
3) as funções trabalho para amostras metálicas são dadas: césio: 2,1 eV; cobre: 4,7 eV; potássio: 2,3 eV; zinco: 4,3: eV. Qual o λ de corte para cada um destes elementos? Quais
podem emitir foto elétrons quando irradiados com luz visível (400
= 0,180 nm sofreu espalhamento Compton num ângulo φ=180º . Qual o fóton espalhado? Qual é a quantidade de energia fornecida para o elétron?
1) (Einstein) Um laser usado para colar retinas descoladas emite luz com λ=652 nm ulso é igual a 0,600 W.
do RX espalhado é 1% menor que o incidente?
3) as funções trabalho para amostras metálicas são dadas: césio: 2,1 eV; cobre: 4,7 eV; de corte para cada um destes elementos? Quais podem emitir foto elétrons quando irradiados com luz visível (400-700
Os RX já vistos:
• Enegrecem filmes radiográficos
• São radiações eletro magnéticas (E ou magnético.
• Propagam-se em li
• No vácuo, propagam
• Tornam-se mais penetrantes absorvedores.
• Produzem radiação s
• Os Raios X obedecem à lei do inverso do quadrado da distância (1/r2), ou seja, reduz sua intensidade dessa forma
• Não têm carga, são chamadas de radiação indiretamente ionizante
• São diferentes dos raios catódi através de um gás a baixa pressão).
• Quanto maior a tensão
corpo tanto melhor, quanto maior for
• Ao atingirem o alvo, os
energia se transforma em energia térmica (~ 99%) e em RX (~ 1%).
• Provocam luminescência em determinados sais metálicos
• Podem provocar mudanças biológicas, que podem ser benignas interagir com sistemas biológicos.
13
Propriedades dos Raios X
Enegrecem filmes radiográficos.
São radiações eletro magnéticas (EM) não sofrem efeitos de campos E
se em linha reta e em todas as direções. No vácuo, propagam-se com a velocidade da luz (c).
se mais penetrantes (“duros”) após passarem por materiais
Produzem radiação secundária (espalhada) ao atravessar um corpo
bedecem à lei do inverso do quadrado da distância (1/r2), ou seja, reduz sua intensidade dessa forma.
Não têm carga, são chamadas de radiação indiretamente ionizante
São diferentes dos raios catódicos (que são produzidos quando elétrons passam através de um gás a baixa pressão).
Quanto maior a tensão no tubo (kVp), mais penetrantes, ou seja, a corpo tanto melhor, quanto maior for a tensão (voltagem) do tubo (kV).
Ao atingirem o alvo, os elétrons (e-) transferem sua energia para ele. Esta energia se transforma em energia térmica (~ 99%) e em RX (~ 1%).
Provocam luminescência em determinados sais metálicos. Podem provocar mudanças biológicas, que podem ser benignas interagir com sistemas biológicos.
Bremsstrahlung
não sofrem efeitos de campos Elétrico
arem por materiais
ecundária (espalhada) ao atravessar um corpo.
bedecem à lei do inverso do quadrado da distância (1/r2), ou seja, Não têm carga, são chamadas de radiação indiretamente ionizante.
cos (que são produzidos quando elétrons passam
no tubo (kVp), mais penetrantes, ou seja, atravessam um a tensão (voltagem) do tubo (kV).
transferem sua energia para ele. Esta energia se transforma em energia térmica (~ 99%) e em RX (~ 1%).
Podem provocar mudanças biológicas, que podem ser benignas ou malignas, ao
RX característico:
a) ejeção de elétrons orbitais (b) RX característicos
A produção de calor.
Após varias interações (colisões e ionizações) com o alvo, os
ionizar, mas transferem sua energia aos elétrons do alvo, que ficam excitados. Ao retornarem ao estado fundamental, emitem radiação infravermelha, na forma de
Os equipamentos de
elétrons sejam produzidos e acelerados para atingirem um anteparo sólido (alvo) com alta energia cinética. Ao colidirem com o alvo, a energia é convertida em calor e RX (em
1%). Deste modo, os tubos de RX são conversores de energia. indesejável no processo. Os tubos de raios X devem ser
de raios X e dissipar o calor tão rápido quanto possível.
A produção de calor aumenta com o aumento da corrente
duplicar a corrente, se duplica a produção de calor. A intensidade de RX (número de fótons X gerados) depende da corrente no tubo.
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Espectro de RX a) ejeção de elétrons orbitais (b) RX característicos
calor.
Após varias interações (colisões e ionizações) com o alvo, os e- não conseguem mais ionizar, mas transferem sua energia aos elétrons do alvo, que ficam excitados. Ao retornarem
, emitem radiação infravermelha, na forma de calor (~99 %)
de Raios X são projetados de modo que um grande número de produzidos e acelerados para atingirem um anteparo sólido (alvo) com alta
Ao colidirem com o alvo, a energia é convertida em calor e RX (em
os tubos de RX são conversores de energia. O calor é um subproduto no processo. Os tubos de raios X devem ser projetados para maximizar a produção de raios X e dissipar o calor tão rápido quanto possível.
Interação elétron - alvo
A produção de calor aumenta com o aumento da corrente elétrica (I)
duplicar a corrente, se duplica a produção de calor. A intensidade de RX (número de fótons X gerados) depende da corrente no tubo.
não conseguem mais ionizar, mas transferem sua energia aos elétrons do alvo, que ficam excitados. Ao retornarem
(~99 %).
s de modo que um grande número de produzidos e acelerados para atingirem um anteparo sólido (alvo) com alta Ao colidirem com o alvo, a energia é convertida em calor e RX (em torno de O calor é um subproduto para maximizar a produção
elétrica (I) no tubo. Ao se duplicar a corrente, se duplica a produção de calor. A intensidade de RX (número de fótons X
A energia dos fótons de RX
elétrica (kV) de aceleração dos elétrons. Ou seja, q fóton X gerado.
A eficiência de produção de RX depende do kVp:
• Para 60 kVp
• Para 2 MVp (MeV)
Elementos do tubo de raios X
O tubo de raios X possui dois elementos principais e que serão a partir de agora objeto de estudo: catodo e anodo.
O catodo é o eletrodo
filamento e o copo focalizador. A função básica do catodo é emitir elétrons e focalizá forma de um feixe bem definido apontado para o anodo. Em geral, o catodo c
pequeno fio em espiral (ou filamento) dentro de uma cavidade (copo de focagem) como mostrado na figura anterior.
O filamento é normalmente feito de Tungstênio (c “toriado”, pois esta liga tem alto ponto de fusão
filamento provoca o enegrecimento do interior do tubo e a
características elétricas do mesmo). A queima do filamento é, talvez, a mais provável causa da falha de um tubo.
O tungstênio é o material escolhido para este fim de fusão altos e não fundem
um material com estas caracte de raios-X é na forma de calor
está em movimento (anodo giratório
choque com o feixe de elétrons seja constantemente mudada bombardeio em torno da margem do alvo, possibilitando
anodos fabricados de outros materiais tais como usados em mamografia.
O tubo de vidro é revestido por chumbo, que
grande absorção dos raios-X, e entre o vidro e o chumbo há uma camada de óleo para resfriá lo. No tubo de raios-X há uma só abertura não revestida de chumbo e na qual são emitidos os raios-X na forma de um feixe piramid
Como descrito, os fótons são produzidos em todas as direções, porém só existe um lugar para que “escapem” do tubo, e essa abertura é utilizada para direcionar o feixe.
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de RX não depende da corrente do tubo, mas somente da tensão kV) de aceleração dos elétrons. Ou seja, quanto maior o kVp, maior é a energia do
A eficiência de produção de RX depende do kVp:
~0,5 % da energia cinética é convertida em RX Para 2 MVp (MeV) ~ 70 % é transformada em RX
Elementos do tubo de raios X – cátodo e anodo.
O tubo de raios X possui dois elementos principais e que serão a partir de agora objeto
O catodo é o eletrodo negativo do tubo. É constituído de duas partes principais: o filamento e o copo focalizador. A função básica do catodo é emitir elétrons e focalizá
forma de um feixe bem definido apontado para o anodo. Em geral, o catodo c
pequeno fio em espiral (ou filamento) dentro de uma cavidade (copo de focagem) como
O filamento é normalmente feito de Tungstênio (com pequeno acréscimo de Tório) , pois esta liga tem alto ponto de fusão e não vaporiza facilmente (a vaporização do filamento provoca o enegrecimento do interior do tubo e a consequente
características elétricas do mesmo). A queima do filamento é, talvez, a mais provável causa da
material escolhido para este fim, pois possui número atômico e ponto fundem com o calor (ponto de fusão de 3.380 oC). É importante utilizar um material com estas características, pois grande parte da energia produzida dentro do tubo
X é na forma de calor (~99%). O alvo de tungstênio no qual os elétrons irão chocar anodo giratório em rotação) para que a área que está recebendo o choque com o feixe de elétrons seja constantemente mudada. Isto distribui o ef
bombardeio em torno da margem do alvo, possibilitando certo resfriamento. anodos fabricados de outros materiais tais como Molibdênio (Z= 42) e Ródio
O tubo de vidro é revestido por chumbo, que por ser um material muito denso, tem X, e entre o vidro e o chumbo há uma camada de óleo para resfriá X há uma só abertura não revestida de chumbo e na qual são emitidos os X na forma de um feixe piramidal (em forma de cone) que consegue “escapar” do tubo. Como descrito, os fótons são produzidos em todas as direções, porém só existe um lugar para que “escapem” do tubo, e essa abertura é utilizada para direcionar o feixe.
não depende da corrente do tubo, mas somente da tensão uanto maior o kVp, maior é a energia do
O tubo de raios X possui dois elementos principais e que serão a partir de agora objeto
do tubo. É constituído de duas partes principais: o filamento e o copo focalizador. A função básica do catodo é emitir elétrons e focalizá-los em forma de um feixe bem definido apontado para o anodo. Em geral, o catodo consiste de um pequeno fio em espiral (ou filamento) dentro de uma cavidade (copo de focagem) como
om pequeno acréscimo de Tório) e não vaporiza facilmente (a vaporização do consequente mudança nas características elétricas do mesmo). A queima do filamento é, talvez, a mais provável causa da
número atômico e ponto importante utilizar parte da energia produzida dentro do tubo . O alvo de tungstênio no qual os elétrons irão chocar-se em rotação) para que a área que está recebendo o distribui o efeito do resfriamento. Existem também
Ródio (Z= 44) que são
por ser um material muito denso, tem X, e entre o vidro e o chumbo há uma camada de óleo para resfriá-X há uma só abertura não revestida de chumbo e na qual são emitidos os
al (em forma de cone) que consegue “escapar” do tubo. Como descrito, os fótons são produzidos em todas as direções, porém só existe um lugar para
http://www.tecnologiaradiologica.c
O corpo de focagem serve para focalizar os elétrons que saem do catodo e fazer com que eles colidam no anodo e não em outras partes, similar ao que ocorre nas TV´s de tubo. São equivalentes a placas de um capacitor.
A intensidade de corrente do tubo (I) é controlada pelo grau de aquecimento do filamento (catodo). Quanto mais aquecido for o filamento, mais elétrons serão emitidos pelo mesmo (Efeito Termoionico), e maior será a corrente que fluirá entre anodo e catodo. Assim, a corrente de filamento controla a corrente entre anodo e catodo. A unidade de corrente geralmente usada em Radiologia é o miliampere (mA).
O anodo é o polo positivo do tubo, serve de suporte para o alvo e atua como elemento condutor de calor. O anodo deve ser d
térmica, alto ponto de fusão e alto número atômico, de forma a otimizar a relação de perda de energia dos elétrons por radiação (raios X) e a perda de energia por aquecimento. Existem dois tipos de anodo: anodo fixo e anodo giratório.
Os tubos de anodo fixo são usualmente utilizados em máquinas de baixa corrente, tais como: raios X dentário, raios X portátil, máquinas de radioterapia, raios X industrial, etc.
Os tubos de anodo giratório são usados em máquinas
utilizadas em radiodiagnóstico. Ele permite altas correntes pois a área de impacto dos elétrons fica aumentada. Como exemplo, tomemos um alvo fixo, cuja área de impacto é de 1mm x 4 mm, isto é, 4 mm2. Se este alvo girar com um
aproximadamente: 754mm2; nestas condições, o tubo giratório teria cerca de 200 vezes mais área do que o tubo fixo.
O anodo e o catodo ficam acondicionados no interior de um invólucro fechado (tubo ou ampola), que está acondicionado no interior do cabeçote do RX. A ampola é geralmente constituída de vidro de alta resistência e mantida em vácuo, e tem função de promover isolamento térmico e elétrico entre anodo e catodo. O cabeçote contém a ampola e demais acessórios. É revestido de chumbo cuja função é de blindar a radiação de fuga e permitir a passagem do feixe de radiação apenas pela janela radiotransparente direcionando desta forma o feixe. O espaço é preenchido com óleo que atua como isolante elétrico e
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http://www.tecnologiaradiologica.com/materia_fisica_rx.htm
O corpo de focagem serve para focalizar os elétrons que saem do catodo e fazer com que eles colidam no anodo e não em outras partes, similar ao que ocorre nas TV´s de tubo. São equivalentes a placas de um capacitor.
de corrente do tubo (I) é controlada pelo grau de aquecimento do filamento (catodo). Quanto mais aquecido for o filamento, mais elétrons serão emitidos pelo mesmo (Efeito Termoionico), e maior será a corrente que fluirá entre anodo e catodo. Assim, a ente de filamento controla a corrente entre anodo e catodo. A unidade de corrente geralmente usada em Radiologia é o miliampere (mA).
O anodo é o polo positivo do tubo, serve de suporte para o alvo e atua como elemento condutor de calor. O anodo deve ser de um material (tungstênio) de boa condutividade térmica, alto ponto de fusão e alto número atômico, de forma a otimizar a relação de perda de energia dos elétrons por radiação (raios X) e a perda de energia por aquecimento. Existem dois
do fixo e anodo giratório.
Os tubos de anodo fixo são usualmente utilizados em máquinas de baixa corrente, tais como: raios X dentário, raios X portátil, máquinas de radioterapia, raios X industrial, etc.
Os tubos de anodo giratório são usados em máquinas de alta corrente, normalmente utilizadas em radiodiagnóstico. Ele permite altas correntes pois a área de impacto dos elétrons fica aumentada. Como exemplo, tomemos um alvo fixo, cuja área de impacto é de 1mm x 4 mm, isto é, 4 mm2. Se este alvo girar com um raio de giro igual 30mm, a área de impacto seria aproximadamente: 754mm2; nestas condições, o tubo giratório teria cerca de 200 vezes mais
O anodo e o catodo ficam acondicionados no interior de um invólucro fechado (tubo ou la), que está acondicionado no interior do cabeçote do RX. A ampola é geralmente constituída de vidro de alta resistência e mantida em vácuo, e tem função de promover isolamento térmico e elétrico entre anodo e catodo. O cabeçote contém a ampola e demais cessórios. É revestido de chumbo cuja função é de blindar a radiação de fuga e permitir a passagem do feixe de radiação apenas pela janela radiotransparente direcionando desta forma o feixe. O espaço é preenchido com óleo que atua como isolante elétrico e térmico.
O corpo de focagem serve para focalizar os elétrons que saem do catodo e fazer com que eles colidam no anodo e não em outras partes, similar ao que ocorre nas TV´s de tubo. São
de corrente do tubo (I) é controlada pelo grau de aquecimento do filamento (catodo). Quanto mais aquecido for o filamento, mais elétrons serão emitidos pelo mesmo (Efeito Termoionico), e maior será a corrente que fluirá entre anodo e catodo. Assim, a ente de filamento controla a corrente entre anodo e catodo. A unidade de corrente
O anodo é o polo positivo do tubo, serve de suporte para o alvo e atua como elemento e um material (tungstênio) de boa condutividade térmica, alto ponto de fusão e alto número atômico, de forma a otimizar a relação de perda de energia dos elétrons por radiação (raios X) e a perda de energia por aquecimento. Existem dois
Os tubos de anodo fixo são usualmente utilizados em máquinas de baixa corrente, tais como: raios X dentário, raios X portátil, máquinas de radioterapia, raios X industrial, etc.
de alta corrente, normalmente utilizadas em radiodiagnóstico. Ele permite altas correntes pois a área de impacto dos elétrons fica aumentada. Como exemplo, tomemos um alvo fixo, cuja área de impacto é de 1mm x 4 raio de giro igual 30mm, a área de impacto seria aproximadamente: 754mm2; nestas condições, o tubo giratório teria cerca de 200 vezes mais
O anodo e o catodo ficam acondicionados no interior de um invólucro fechado (tubo ou la), que está acondicionado no interior do cabeçote do RX. A ampola é geralmente constituída de vidro de alta resistência e mantida em vácuo, e tem função de promover isolamento térmico e elétrico entre anodo e catodo. O cabeçote contém a ampola e demais cessórios. É revestido de chumbo cuja função é de blindar a radiação de fuga e permitir a passagem do feixe de radiação apenas pela janela radiotransparente direcionando desta forma
Tubo de RX moderno. Degradação do anodo giratório.
A corrente do filamento de tungstênio utilizada no tubo de raio miliampéres (mA), e a diferença de potencial entre o polo positivo e negativo
kilovoltagem (geralmente de 35 a 150 kV). As características de kV e mA é que darão o brilho e o contraste da imagem obtida.
velocidade pode atingir até 10.000 r.p.m.
Características do anodo giratório. cm com angulações de 70o a 120
Finalmente, o vácuo no tubo de raios
com moléculas de gás, o que teria como efeito a desaceleração dos elétrons antes destes chegarem ao alvo (ânodo de tungstênio).
Fatores que afetam o espectro de RX:
• Filtração
• Voltagem no tubo (kVp)
• Tipo de suprimento de alta voltagem
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Tubo de RX moderno. Degradação do anodo giratório. Produção de calor num tubo de RX. A corrente do filamento de tungstênio utilizada no tubo de raios
miliampéres (mA), e a diferença de potencial entre o polo positivo e negativo
kilovoltagem (geralmente de 35 a 150 kV). As características de kV e mA é que darão o brilho e o contraste da imagem obtida. A maioria dos aparelhos modernos possui anodo rotatório cuja velocidade pode atingir até 10.000 r.p.m.
Características do anodo giratório. Em radiodiagnóstico o diâmetro do anodo varia entre a 120o. Em radioterapia a angulação oscila entre 26
Finalmente, o vácuo no tubo de raios-X é importante para evitar o choq
com moléculas de gás, o que teria como efeito a desaceleração dos elétrons antes destes chegarem ao alvo (ânodo de tungstênio).
Fatores que afetam o espectro de RX:
Voltagem no tubo (kVp)
Tipo de suprimento de alta voltagem
de calor num tubo de RX. s-X é medida em miliampéres (mA), e a diferença de potencial entre o polo positivo e negativo é dada em kilovoltagem (geralmente de 35 a 150 kV). As características de kV e mA é que darão o brilho e A maioria dos aparelhos modernos possui anodo rotatório cuja
Em radiodiagnóstico o diâmetro do anodo varia entre 5 e 12 . Em radioterapia a angulação oscila entre 26 o e 35 o .
X é importante para evitar o choque dos elétrons com moléculas de gás, o que teria como efeito a desaceleração dos elétrons antes destes
(A) Efeito da filtração total no espectro de RX
Formas de onda de entrada e variação da alta voltagem no tubo de RX.
Efeito Anódico (ou Heel)
Uma característica do feixe de radiação X é sua não (eixo longitudinal da mesa de R
como Efeito Anódico (ou Heel) e pode provocar
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(A) Efeito da filtração total no espectro de RX (B) Variação do kVp no espectro de RX
Formas de onda de entrada e variação da alta voltagem no tubo de RX.
Efeito Anódico (ou Heel)
do feixe de radiação X é sua não uniformidade no eixo cátodo
(eixo longitudinal da mesa de R-X). Esta "deformidade" da intensidade do feixe é conhecida como Efeito Anódico (ou Heel) e pode provocar diminuição da qualidade da imagem de R
do kVp no espectro de RX
no eixo cátodo- änodo X). Esta "deformidade" da intensidade do feixe é conhecida
Descrição do Efeito Anódico (ou Heel) Anódico.
Efeito anódico
Descreve um fenômeno no qual a intensidade da radiação emitida da extremidade do catodo do campo de raios X é maior do que aquela na extremidade do anodo. Isso é devido ao ângulo da face do anodo, de forma que há maior atenuação ou absorção dos raios X na extremidade do anodo. A diferença na intensidade do feixe de raios X entre catodo e anodo pode variar de 30% a 50%. Na realização de estudos radiológicos do fêmur, perna, úmero, coluna lombar e torácica deve
das incidências radiológicas pertinentes a estes estudos.
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Efeito Anódico (ou Heel). Distribuição da radiação sobre a mesa devido ao E.
Descreve um fenômeno no qual a intensidade da radiação emitida da extremidade do catodo do campo de raios X é maior do que aquela na extremidade do anodo. Isso é devido ao ângulo da face do anodo, de forma que há maior atenuação ou absorção dos raios X na extremidade do anodo. A diferença na intensidade do feixe de raios X entre catodo e anodo pode variar de 30% a 50%. Na realização de estudos radiológicos do fêmur, perna, úmero, coluna lombar e torácica deve-se levar em conta a influência do efeito anódico
das incidências radiológicas pertinentes a estes estudos.
Distribuição da radiação sobre a mesa devido ao E.
Descreve um fenômeno no qual a intensidade da radiação emitida da extremidade do catodo do campo de raios X é maior do que aquela na extremidade do anodo. Isso é devido ao ângulo da face do anodo, de forma que há maior atenuação ou absorção dos raios X na extremidade do anodo. A diferença na intensidade do feixe de raios X entre catodo e anodo pode variar de 30% a 50%. Na realização de estudos radiológicos do fêmur, perna, úmero, se levar em conta a influência do efeito anódico na realização
Partes principais de uma máquina de raios
• As máquinas de Raios no tubo. De um modo
Diagnóstico: de 40 à 150 KVP e correntes de 25 à 1200 mA. Terapia: de 60 à 250 KVP e correntes de aproximadamente 8 mA Raios-X dentário: de 50 à 90 KVP e correntes de até 10 mA. Raios-X industrial: de 50 à 300 KVP
• 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
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 BANCO DE COMANDO
REDE
20Atenuação de RX
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 KVP e correntes de 25 à 1200 mA. Terapia: de 60 à 250 KVP e correntes de aproximadamente 8 mA
X dentário: de 50 à 90 KVP e correntes de até 10 mA. X industrial: de 50 à 300 KVP e correntes de até 10 mA
focal real é a área na qual os elétrons colidem.
focal efetivo é a área que é “vista” na direção do feixe
mostra a figura. Dependendo do ângulo do alvo, podemos ter grande área de com pequeno ponto focal efetivo.
ÂNGULO DO ALVO
FEIXE DE ELÉTRONS TAMANHO REAL DO FOCO
TRANSFORM ADOR DE ALTA TENSÃO
TUBO
X podem operar a diversas tensões e a diversas correntes
Terapia: de 60 à 250 KVP e correntes de aproximadamente 8 mA
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
Curvas de Carga - mAs
A Figura mostra curvas típicas de carga de um aparelho de RX para diferentes tensões (kilovoltagem), para um
tubo de RX com especificações de operar até 150 kV, com retificação de onda completa. Os eixos X e Y mostram escalas de dois parâmetros radiográficos, o tempo e a corrente no tubo, respectivamente. Valores superiores aos indicados nas curvas podem danificar o aparelho.
Transformador
Um transformador tem dois circuitos, basicamente de duas bobinas (enrolamento de
espiras diferentes. O primeiro é o circuito de entrada, que recebe energia elétrica e, por isso é chamado de cir primário. O segundo, é o circuito de saída, chamado circuito secundário. A energia é transformada do circuito primário para o secundário por meio de um campo magnético.
21 mAs
A Figura mostra curvas típicas de carga de um aparelho de RX para diferentes tensões (kilovoltagem), para um
tubo de RX com especificações de operar até 150 kV, com retificação de onda completa. Os eixos X e Y alas de dois parâmetros radiográficos, o tempo e a corrente no tubo, respectivamente. Valores superiores aos indicados nas curvas podem danificar o aparelho.
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 é o circuito de saída, chamado A energia é transformada do circuito o para o secundário por meio de um campo
10-3 10-2 10-1 100 101 100 200 300 400 500 600 700 800 C o rr e n te ( m A ) Tempo de carga (s)
Curvas de carga para diferentes tensões no tubo de RX.
A Figura mostra curvas típicas de carga de um aparelho de RX para diferentes
102 150keV 140keV 130keV 120keV 110keV 100 keV 90keV 80keV 70keV 60keV 50keV 40keV 30keV 25keV
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,
os elétrons no interior do tubo de raios
Sistemas monofásicos
Nestas máquinas a tensão aplicada ao tubo varia desde zero até um valor máximo. Os raios-X assim produzidos têm menor poder de penetração.
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
mesmos 150 mm. Toda máquina de raios X tem uma “filtragem equivalente de alumínio”, chamado também de filtro inerente.
Penetração dos Fótons e alteração do Espectro do RX.
O próprio corpo atua, então, como um f
baixa energia. 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
TENSÃO APLICADA
22 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
no interior do tubo de raios-X.
Sistemas monofásicos - Retificação de onda completa.
Nestas máquinas a tensão aplicada ao tubo varia desde zero até um valor X assim produzidos têm menor poder de penetração.
Filtração do Feixe de RX
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 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. Toda máquina de raios X tem uma “filtragem equivalente de alumínio”, chamado também de filtro inerente.
Penetração dos Fótons e alteração do Espectro do RX.
O próprio corpo atua, então, como um filtro retirando do feixe os fótons de baixa energia. 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
CORRENTE NO TUBO
O transformador de alta tensão é o dispositivo que transforma a baixa tensão 100kV), necessária para acelerar
Nestas máquinas a tensão aplicada ao tubo varia desde zero até um valor X assim produzidos têm menor poder de penetração.
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 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 fótons que têm energia de 50kV atingem estes mesmos 150 mm. Toda máquina de raios X tem uma “filtragem equivalente de
iltro retirando do feixe os fótons de baixa energia. 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 materia propósito em Radiodiagnóstico é o 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 quanti
espessura equivalente de alumínio. A forma do espectro de raios X é significativamente alterada por alterações na filtragem. Como o filtro absorve preferencialmente fótons de baixa energia, produz
elevação na energia efetiva de raios X.
Espectro de intensidade (num. Fótons) de um tubo de RX. Espectro típico de RX.
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feixe de fótons os de baixa energia. O material geralmente utilizado para este propósito em Radiodiagnóstico é o alumínio.
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. 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 consequência
elevação na energia efetiva de raios X.
Espectro de intensidade (num. Fótons) de um tubo de RX. Espectro típico de RX.
l geralmente utilizado para este
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 dade de filtração total é expressa, portanto, em valores de espessura equivalente de alumínio. A forma do espectro de raios X é significativamente alterada por alterações na filtragem. Como o filtro absorve consequência, uma
Intensidade e Camada Semi
Temos certa quantidade de
exemplo, e isso é o que denominamos intensidade da radiação. Há uma absorção do feixe radioativo à medida que este se propaga através de um material, causando certa redução em sua intensidade (chamada atenua
chapa de chumbo como meio absorvedor, perceberemos que um feixe de intensidade inicial igual a I0, 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 semi
material para reduzir a intensidade do feixe à metade. O conceito de camada semi redutora é importante em proteção radiológica.
Aumentando-se a filtração, aumenta
como também a espessura da camada semiredutora necessária para atenuá à remoção dos fótons de baixa energia. Os valores de CSR são usado adequação dos filtros adicionados.
A Figura acima mostra a diminuição da intensidade do feixe em função da espessura de chumbo. Observa
atenuação é a redução da intensidade de um feixe
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:
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Intensidade e Camada Semi-Redutora (CSR) ou HVL (half-value layer
Temos 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 que este se propaga através de um material, causando 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 , ao passar pela placa passará a ter uma
Se a espessura da placa for tal que reduza a feixe à metade, então dizemos que esta placa funcionou como uma camada
semi-redutora. Em outras palavras, camada semi-redutora (CSR) é a espessura de qualquer material para reduzir a intensidade do feixe à metade. O conceito de camada semi
tante em proteção radiológica.
se a filtração, aumenta-se a penetração do feixe de raios X assim como também a espessura da camada semiredutora necessária para atenuá
à remoção dos fótons de baixa energia. Os valores de CSR são usado adequação dos filtros adicionados.
A Figura acima mostra a diminuição da intensidade do feixe em função da espessura de chumbo. Observa-se que a cada HVL a intensidade é reduzida em 50%. 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:
x 0
e
I
I
=
−µvalue layer)
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 que este se propaga através de um material, causando certa ção). Se, por exemplo, colocarmos uma
redutora (CSR) é a espessura de qualquer material para reduzir a intensidade do feixe à metade. O conceito de camada
semi-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
A Figura acima mostra a diminuição da intensidade do feixe em função da se que a cada HVL a intensidade é reduzida em 50%. A de raios X à medida que ele atravessa a matéria. A atenuação se deve aos fenômenos de absorção e de
onde I0 e I e são as intensidades incidente e a transmitida, através de uma espessura
de um material que possui um coeficiente de atenuação tipo de material e da energia do feixe de RX.
A camada semi-redutora é a espessura X metade a intensidade da radiação incidente: I = I
A tabela fornece o valor da HVL para o tecido humano e para o
Tabela 1- da HVL para o tecido humano e para o
Energia MeV 0.01 0.05 0.1 0.5 1 5
As figuras mostram os gráficos para estas grandezas.
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tensidades incidente e a transmitida, através de uma espessura de um material que possui um coeficiente de atenuação µµµµ. O coeficiente µ depende do tipo de material e da energia do feixe de RX.
redutora é a espessura X1/2 de um material capaz de reduzir a
metade a intensidade da radiação incidente: I = I0/2. Então podemos escrever:
µ
=
ln
2
X
2 1
A tabela fornece o valor da HVL para o tecido humano e para o chumbo
da HVL para o tecido humano e para o chumbo
Camada Semi redutora (X½)
Tecido Humano (cm) chumbo (cm)
0.13 4.5 10-4 3.24 8 10-3 4.15 1.1 10-2 7.23 3.8 10-1 9.91 8.6 10-1 23.1 1.44
As figuras mostram os gráficos para estas grandezas.
tensidades incidente e a transmitida, através de uma espessura x . O coeficiente µ depende do
de um material capaz de reduzir a /2. Então podemos escrever:
