Descrição
Descrição dos processos físicos envolvidos na produção da radiação em um equipamento radiográfico, componentes fundamentais e apresentação de outros acessórios de um equipamento de radiografia.
PROPÓSITO
Compreender as diferentes etapas que concernem à produção dos raios X em um equipamento radiográfico, identificando a função do tubo de raios X e os demais componentes e acessórios que participam da exposição de um paciente durante a realização de um exame radiológico.
OBJETIVOS
Módulo 1
Reconhecer as funções dos elementos integrantes do tubo de raios X
Módulo 2
Identificar os fenômenos relacionados à produção de raios X
Módulo 3
Reconhecer os acessórios envolvidos na produção de raios X e suas funções
MÓDULO 1
Reconhecer as funções dos elementos integrantes do tubo de raios X
Introdução
Neste tema, estudaremos os conceitos da produção e exposição da radiação artificial que, amplamente, pode ser observada nas diversas práticas de diagnóstico por imagem na Medicina e procedimentos industriais. Apresentaremos o tubo de raios X, a partir da descrição de cada um dos componentes elétricos e eletrônicos, para a compreensão da funcionalidade de cada item nas etapas da geração da radiação.
Tubo de raios X
O tubo, também conhecido como ampola de raios X, é considerado o principal componente na produção da radiação artificial. Em um equipamento de radiodiagnóstico, este componente estará presente internamente em uma estrutura denominada cabeçote.
O funcionamento de uma ampola baseia-se na produção da radiação (artificial) por indução elétrica. Diferente das exposições geradas por fontes radioativas em que, ininterruptamente, há emissão da radiação em equipamentos que utilizam exposição da radiação artificial, só haverá emissão durante a alimentação elétrica e, por consequência, acionamento do tubo de raios X.
Componentes de um tubo de raios X
Para que haja um pleno funcionamento de uma ampola de raios X, além da alimentação elétrica necessária, é primordial que todos os integrantes cumpram sua função no processo de produção da radiação. Caso um dos itens tenha sua funcionalidade comprometida, a produção da radiação pode ser impossibilitada ou prejudicada.
Os principais integrantes de uma ampola são:
Pirex de vidro
Polos da ampola
Óleo
Carcaça
Pirex de vidro (vidro de borossilicato)
A ampola de raios X é um invólucro de vidro, em cujo interior não há presença de nenhum gás, ou seja, existe uma condição de vácuo. Durante o processo de produção da radiação, os elétrons liberados no polo negativo (catodo) possuem altíssima energia cinética. Para que essa energia não seja perdida no trajeto entre os polos (positivo e negativo) do tubo, é necessário que não haja nenhum obstáculo, por isso, a ampola de raios X possui condição de vácuo.
Polos da ampola
Cada extremidade da ampola possui um polo com carga bem definida, sendo um negativo (catodo) e um positivo (anodo). O lado negativo abriga o filamento (foco grosso e/ou foco fino) e é confeccionado por tungstênio (W74). O lado positivo apresenta uma região denominada alvo ou ponto focal, também confeccionado por tungstênio.
Os dois polos estão diretamente envolvidos na produção da radiação, sendo o catodo responsável pela liberação de elétrons, enquanto o anodo será onde os elétrons irão se chocar para que haja produção dos raios X.
Catodo (polo negativo da ampola)
Nesta região da ampola de um equipamento de raios X convencional, encontramos dois filamentos (focos) de tungstênio ligados a um circuito elétrico primário de baixa tensão. Esses focos possuem diâmetros diferentes que também geram resultados diferentes na imagem. O menor (foco fino) mede de 0,3 a 1,0mm, enquanto o maior (foco grosso) mede entre 2,0 e 2,5mm.
Para selecionar um dos focos do catodo, o profissional de radiologia escolherá um valor de corrente (mA, de miliamperagem) na mesa de comando. A depender do valor selecionado, o equipamento, automaticamente, determinará qual filamento (foco fino ou grosso) será utilizado. Para alta miliamperagem (>100mA), é utilizado o foco grosso e, para baixas, o foco fino.
Vale lembrar que existem 3 fatores de controle da qualidade da imagem radiológica na mesa de comando: a tensão (kV, de quilovoltagem), o mA e o tempo (s, de segundo). O mA, em conjunto com o tempo, é o principal fator de controle primário da densidade óptica (grau de enegrecimento) de uma radiografia e o kV é o controle primário de contraste (diferença entre tons de cinza em pontos adjacentes).
Todo o processo inicia-se no catodo, onde, após uma passagem de corrente elétrica de baixa tensão, ocorrerá o efeito termiônico. Por meio da excitação dos elétrons do filamento, em função da resistência no material, ocorrerá um efeito denominado Edson-Richardson, que consiste na formação de nuvens de elétrons ao redor do filamento, também denominada carga espacial.
Efeito termiônico
Efeito físico que ocorre em materiais condutores de eletricidade, onde, a partir de certa resistência elétrica, há a geração de luz, calor e excitação dos elétrons.
O elétron é definido como uma partícula subatômica de carga negativa. Dessa forma, obedece à lei de Coulomb, que define a interação entre corpos possuidores de carga. Logo, haverá uma repulsão natural e mútua entre todos os elétrons que compõem a nuvem.
Para que essa nuvem de elétrons seja direcionada em forma de um feixe fino e colimado, será necessária a participação de um componente denominado capa focalizadora. A capa é responsável pelo “achatamento” do feixe de elétrons, de modo que a força de repulsão não gere uma trajetória de maneira isotrópica (em todas as direções).
A capa focalizadora é carregada negativamente para que o feixe de elétrons liberados siga focalizado em uma única direção, ou seja, na direção do alvo.
Circuito secundário e a D.D.P. (diferença de potencial)
Após a seleção da tensão elétrica na mesa de comando (escolha do kVp), o circuito de alta tensão será acionado para que seja criada uma diferença em energia potencial elétrica entre os dois polos da ampola (anodo e catodo). O nome do movimento de elétrons em alta velocidade entre os polos é Efeito Forest.
A diferença de potencial, também denominada tensão, é definida pelo trabalho necessário para que uma carga se desloque de um ponto X para um ponto Y, quando imersa em um campo elétrico.
Para simplificar esse entendimento, o polo positivo ficará muito mais positivo, enquanto o negativo muito mais negativo. Como os elétrons são cargas negativas, estes sofrerão, simultaneamente, força de repulsão (do catodo de carga igualmente negativa) e força de atração (do anodo de carga oposta, positiva). Isso fará com que os elétrons possam adquirir energia cinética relativa ao kVp selecionado, percorrendo o trajeto do catodo até o alvo do anodo.
Anodo (polo positivo da ampola)
O anodo é o polo positivo da ampola, também conhecido como alvo. É nele que os elétrons liberados do filamento do catodo se chocam; nessa interação, haverá produção de aproximadamente 99% de calor e 1% de radiação X.
Tipos de anodo em uma ampola de raios X
Existem dois tipos de anodo, o fixo e o giratório. Essa configuração irá variar com a tecnologia envolvida na fabricação do equipamento. Em suma, aparelhos mais modernos são projetados com anodo giratório.
Equipamentos com anodo giratório possuem maior durabilidade. Isso é justificado pelo fato de os elétrons não se chocarem em um único ponto focal, e sim em toda uma área circular chamada de pista focal. Para que o anodo faça o movimento do giro, é necessário que a ampola possua um sistema eletromecânico composto por rotor e estator.
Ao se chocarem no anodo, os elétrons poderão gerar calor, raios X característicos e raios X de frenamento (Bremsstrahlung, do alemão bremsen – frear e strahlung - radiação). Essas ocorrências irão variar de acordo com o trajeto do elétron em relação aos átomos do alvo, podendo ser interação elétron-núcleo ou interação elétron-elétron.
A angulação da pista focal é a necessária para que os raios X produzidos sejam, preferencialmente, projetados em uma direção específica. O feixe que será utilizado nos procedimentos radiológicos é o que sai através da janela, denominado feixe útil. A janela da ampola é o local onde o vidro possui a menor espessura em comparação com o restante, permitindo que o feixe de raios X atravesse com a mínima atenuação possível.
Característica do tungstênio
Este elemento químico é responsável por compor os focos do catodo e o alvo do anodo em equipamentos radiográficos. Os motivos de sua escolha se justificam por seu alto ponto de fusão (3.370°C), boa condutividade térmica (próxima à do cobre), alto número atômico, baixa taxa de evaporação e, por consequência, sua alta resistência física quando aquecido.
Dissipação de calor
Devido à grande produção de calor gerada no anodo, é necessária uma haste de cobre (material com característica de ser um excelente condutor térmico) para ajudar a dissipar o calor. Como vimos anteriormente, durante a produção de raios X, 99% da energia cinética dos elétrons projetados é convertida em calor e apenas 1% em raios X.
Para garantir durabilidade e funcionalidade da ampola, é necessário que esse calor seja dissipado. O calor pode ser dissipado por três diferentes formas: irradiação, condução e convecção.
É a troca na qual não é necessário contato físico; as ondas de calor são transmitidas por ondas infravermelhas. Por isso, as salas de exame devem possuir um efetivo de controle da temperatura (entre 18°C e 20°C). Em uma sala com temperatura superior a essa faixa, pode haver danos no equipamento e queima da ampola.
A haste de cobre presente no anodo auxilia a dissipação do calor produzido no alvo para a camada de óleo que envolve a ampola de raios X.
É através do movimento do óleo aquecido, próximo à parede do pirex de vidro (na imagem à esquerda, o óleo aquecido é representado pela tonalidade amarela mais clara), para a região mais distante e, consequentemente, menos aquecida (amarelo mais escuro). O aquecimento influencia na densidade do óleo e, por isso, o movimento é natural.
Caso haja vazamento do óleo presente na ampola, surgirão pequenas bolhas de ar, impedindo a eficiente troca de calor do sistema de refrigeração, acarretando danos na ampola, como demonstrado na figura à direta.
O óleo mineral presente entre a carcaça e a ampola de raios X apresenta a característica de ter alta impedância de elétrons, ou seja, não permite a formação de corrente elétrica. Na presença de bolhas de ar no óleo, essa característica é diminuída, reduzindo também a propriedade de isolante elétrico.
FUNCIONAMENTO DO ANODO GIRATÓRIO
O especialista abordará o processo eletromecânico que resulta no giro do anodo. Explicará a relação entre a eletricidade (defasagem de tempo) e o campo magnético aplicado ao rotor (sem o contato).
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MÓDULO 2
Identificar os fenômenos relacionados à produção de raios X
Introdução
Apresentamos no módulo 1 o tubo de raios X, seus componentes e o início do processo de produção da radiação. Neste módulo, veremos o que ocorre quando os elétrons que saem do catodo percorrem o interior da ampola em condição de vácuo e se chocam com uma região específica do anodo.
Sobre esse processo, será determinante a compreensão dos possíveis efeitos físicos que ocorrem durante esta interação, pois estes fenômenos têm relação direta com o espectro de raios X e a qualidade do feixe.
Componentes da alimentação elétrica
Após a produção da energia elétrica em uma usina, esta será conduzida através de uma rede de transmissão e pode ser administrada com alta ou baixa tensão. Para consumo da população, é convencionalmente feita a comercialização de energia de baixa tensão, justificando-se devido à maior facilidade de sua transmissão.
Podemos definir a energia elétrica que chega em nossos domicílios como uma energia de baixa tensão e corrente alternada. Para o funcionamento de equipamentos radiológicos, a condição citada não poderá permanecer e, para que alguma mudança ocorra, será necessária a participação de componentes como transformadores e retificadores de corrente. Este conjunto de componentes é indispensável para a alimentação elétrica dos equipamentos de raios X. Para isso, podem ser utilizados sistemas de retificação monofásica, trifásica (6 ou 12 pulsos) ou de alta frequência. Atualmente, a maioria dos equipamentos possui sistema de retificação de alta frequência.
A produção de raios X ocorre devido à movimentação de elétrons no interior da ampola, pois cargas de sinais opostos se atraem e cargas de sinais iguais se repelem. A corrente alternada da nossa rede elétrica possui uma frequência de 60Hz, ou seja, se alterna 60 vezes por segundo, não garantindo que os elétrons sejam atraídos, eficientemente, para o lado positivo durante a realização do exame. Para que haja eficiência na produção de raios X, a corrente precisa ser ajustada pelo circuito retificador, aumentando a frequência da corrente alternada.
Circuito retificador de alta frequência
Trata-se de um circuito eletroeletrônico que transforma a corrente alternada em corrente quase contínua de baixo valor (aproximadamente 300V). Essa corrente é então novamente transformada em corrente alternada, porém, com 10.000Hz ou mais, dependendo do fabricante. Como a frequência é muito alta, a variação (alternância) torna-se praticamente nula, garantindo a eficiência dos processos elétricos no interior da ampola.
Transformadores
Os transformadores terão ação direta em diversos comandos em uma ampola de raios X. Por exemplo:
Regular a tensão elétrica de entrada
Regular a tensão (quilovoltagem ‒ kV)
Regular a intensidade de corrente elétrica (miliamperagem ‒ mA)
Compensador de alta frequência (transformador estabilizador ou isolador) ‒ é o responsável por medir a tensão de entrada e efetuar ajuste necessário para que a tensão permaneça exatamente em 127 ou 220V. Por meio da participação deste componente nos equipamentos radiográficos, não haverá necessidade de acrescentar voltímetros para calibração manual, pois todo ajuste da tensão será automático.
Transformador elevador (aumentador ou de alta) ‒ gera a grande diferença de potencial da ampola; seu funcionamento é baseado na ação de duas bobinas, uma primária e outra secundária, ambas envoltas por fios de cobre em forma de espiras. No centro do transformador, há o denominado núcleo, que é composto de material ferromagnético.
Toda corrente elétrica gera campo magnético e todo campo magnético gera corrente elétrica.
A quantidade de espiras em cada bobina será determinante na função do transformador. No transformador aumentador, o número de espiras é menor no circuito primário e maior no secundário. A baixa tensão de entrada é aumentada no circuito secundário, pois há um maior número de espiras, ou seja, mais material disponível para gerar corrente elétrica e, quanto maior a corrente elétrica, maior a tensão. Então, esse transformador converte a tensão de entrada da casa de volt para milhares de volts (kV). É o transformador aumentador que recebe a informação da mesa de comando relacionada à tensão utilizada no exame (entre 40 e 150kV).
A intensidade de corrente elétrica é diretamente proporcional à tensão, o que pode ser percebido através da equação V = R x I, onde V é a tensão, R é a resistência e I é a intensidade de corrente elétrica. Isso quer dizer que, ao aumentarmos a corrente, também aumentamos a tensão.
Transformador abaixador – funciona pelo mesmo princípio do transformador aumentador, porém, reduz a corrente e/ou tensão. Isso porque, no circuito primário, o número de espiras é maior que no circuito secundário. É o responsável por receber a informação da seleção no comando do equipamento, relacionado à corrente do filamento (mA que será utilizado no exame).
Definição de energia
A energia é uma grandeza física definida como a capacidade de realizar trabalho por meio de uma ação ou movimento. Ela pode se manifestar por distintas formas, por exemplo: cinética, mecânica, potencial elástica e gravitacional, térmica, elétrica e nuclear.
Apesar de Antoine-Laurent de Lavoisier definir a energia como uma grandeza que conserva sua unidade, existe a possibilidade de que alguns tipos de energia possam ser intercambiados em diferentes formas de apresentação. Por exemplo, a energia mecânica oriunda de quedas-d´água nas usinas hidrelétricas que são convertidas em energia elétrica.
Antoine-Laurent de Lavoisier
Foi um nobre e químico francês fundamental para a revolução química no século XVIII, além de ter grande influência na história da Química e na história da Biologia. Ele é considerado na literatura popular como o "pai da química moderna". Foi eleito membro da Royal Society em 1788. Fonte: Wikipedia.
Grandeza que conserva sua unidade
Seu surgimento não pode ser atribuído ao acaso, assim como seu fim.
O processo de intercâmbio de energia análogo ao exemplo anterior ocorre dentro de uma ampola de raios X. Nesse caso, a energia cinética dos elétrons projetados é convertida em energia térmica (calor) e energia eletromagnética (infravermelho e raios X) ao entregarem sua energia para os átomos constituintes do alvo, através de interações com os orbitais eletrônicos e com os campos nucleares.
Interação dos elétrons com o alvo na produção de calor
A maior parte das interações entre os elétrons projetados e o alvo do anodo determina conversão em calor. Isso ocorre devido à interação do feixe de elétrons oriundos do catodo com os elétrons de orbitais mais externos dos átomos do alvo. Ao ocorrer transferência de energia, o elétron pode ser excitado ou ionizado (desde que a energia cedida seja maior que a energia de ligação daquele elétron). Durante a excitação (evento predominante), o elétron é, momentaneamente, promovido para um maior nível energético, retornando para o seu nível normal de energia, ao emitir ondas eletromagnéticas infravermelhas. Esse processo será responsável pela maior parte do calor produzido em um tubo de raios X.
Relação da produção de calor vs. raios X
Durante o processo de produção da radiação, podemos ressaltar sua grande ineficiência, pois 99% da energia cinética do feixe de elétrons é convertida em calor e apenas 1% em raios X, nas diversas energias do espectro produzido.
A quantidade de calor produzida na ampola cresce diretamente proporcional à corrente elétrica aplicada no tubo e, igualmente, eleva-se com o acréscimo da tensão de pico aplicada, de forma mais aproximada e não linear. Na produção da radiação, a eficiência não varia com a alteração da corrente elétrica aplicada ao tubo, enquanto isso, ela irá aumentar com a utilização de tensões mais elevadas.
Exemplo
Se utilizarmos 60kVp, apenas 0,5% da energia cinética será convertida em radiação e, se subirmos para 100kVp, essa porcentagem subirá para 1%. Para equipamentos de megavoltagem (MV = 106 volts, não possuem aplicação diagnóstica), com a tensão de 20MV (20.000kV), a porcentagem de radiação produzida será 70%.
Interação dos elétrons com o alvo na produção da radiação
Quando os elétrons chegam ao polo positivo, após ser acionado o circuito de alta tensão (atraídos pela diferença de potencial – DDP), chocam-se com uma estrutura metálica de tungstênio, produzindo fótons de calor e radiação. O fator determinante para essa produção será a energia atribuída a esse fóton. Quanto maior for essa energia, assim como, quanto mais próximo ao núcleo os elétrons passarem ou se chocarem, maior será a probabilidade de serem fótons de raios X. A produção dessa radiação poderá ocorrer por dois tipos de interação elétron-alvo: frenamento (Bremsstrahlung) e radiação característica.
Vale ressaltar que os elétrons que se desprendem dos filamentos (catodo) são acelerados pela atração e repulsão entre as diferentes cargas dos polos e a carga do elétron, e que devido à condição de vácuo no interior da ampola, os elétrons apenas perdem energia na interação com o alvo. Será a diferença da energia inicial e final que determinará o tipo de radiação eletromagnética produzida.
Produção de radiação por frenamento (Bremsstrahlung)
A produção de radiação por frenamento ocorre quando os elétrons, que são cargas negativas altamente aceleradas, ao passarem próximo do núcleo (possui carga positiva), serão atraídos por meio da influência do campo eletromagnético do núcleo, desviando sua trajetória e perdendo energia cinética. Como existe a lei de conservação da energia cinética, a diferença da energia inicial do elétron menos a energia final será exatamente a energia do fóton. Quanto mais próximo do núcleo o elétron passar, maior será a influência sofrida pelo campo magnético nuclear, que é extremamente forte.
O ângulo de espalhamento do elétron, após interação com o campo elétrico do núcleo, será proporcional à energia cinética cedida neste processo. O valor exato da energia cedida será exatamente igual à energia do fóton produzido.
| Energia do fóton | Orbital que o elétron passou | Ângulo de espalhamento | Tipo de energia |
|
Baixa |
L, M, N, O, P e Q |
Pequeno |
Calor |
|
Alta |
Entre o núcleo e o orbital K |
Grande |
Raios X |
Fonte: Adaptado Wellington Guimarães Almeida.
Produção de radiação característica
Os raios X característicos têm esse nome devido à relação energética entre o fóton produzido e o orbital do elemento alvo no qual o elétron acelerado interagiu. Para que ocorra essa interação, os elétrons devem se chocar com outros elétrons. O elétron incidente (acelerado) transfere energia suficiente ao elétron do orbital “K ou L”, para que seja ejetado de sua órbita, deixando uma vacância, que logo será preenchida por elétrons de orbitais mais externos. A energia do fóton produzido será igual à diferença de energias entre o elétron ejetado e o elétron do orbital mais externo que ocupou a vacância. Devido à sua menor ocorrência em relação à produção por frenamento, esses fótons serão responsáveis por uma pequena parcela dos raios X produzidos.
| Orbital | K | L | M | N | O | P |
|
Energia de ligação (keV) |
69 |
12 |
3 |
1 |
0,1 |
- |
Energias de ligação aproximada do átomo de tungstênio para cada orbital. Fonte: Adaptada de BUSHONG, Stewart Carlyle. Ciência radiológica para tecnólogos. 9ª edição –2010.
Se considerarmos um elétron do orbital L preenchendo a vacância deixada no orbital K, a energia dos raios X característicos produzidos será a subtração destas duas energias de ligação, ou seja, 57,4keV. Caso o elétron do orbital M preencha essa vacância, a energia das radiações características será 66,7keV.
Produção de radiação característica – raios X K (Kalfa e Kbeta)
Embora a ionização possa acontecer com elétrons de qualquer orbital, devido à grande diferença existente entre as energias de ligação de cada orbital, apenas é válido considerar ejeções do orbital K, com preenchimento da vacância realizado por elétrons dos orbitais L e M. Para esses cenários, denominamos de Kalfa (elétron da camada L para K) e Kbeta (elétron da camada M para K). Por uma questão de localização, a radiação característica Kalfa ocorrerá em maior proporção quando comparada com Kbeta, porém, fótons Kbeta serão mais energéticos, uma vez que a diferença de energia entre os orbitais K e M é maior.
Espectro da radiação
A ciência define espectro de energia como a representação de energias eletromagnéticas de acordo com suas diferentes características, como amplitude, intensidade e energia. A forma que o espectro de radiação assume depende do material que compõe o alvo, kVp, espessura e material do filtro.
O espectro possuirá uma porção contínua que será composta pelos fótons produzidos por frenamento e uma porção discreta formada pelos fótons de radiação característica. Ele contará com fótons da energia mínima até a energia máxima, nominalmente, atribuída na mesa de comado (kVp – quilovolt pico).
A proporção de radiação característica e de frenamento estará diretamente relacionada à energia pico, nominalmente, selecionada. Para alvos de tungstênio e energia abaixo de 65kVp, 100% dos fótons serão produzidos por radiação de frenagem. Para energia de 100kVp, cerca de 85% dos fótons serão produzidos por radiação de frenagem e 15% por raios X característicos.
Espectro da radiação para diferentes tipos de alvos e filtros
A) alvo e filtro de ródio; B) alvo tungstênio e filtro alumínio e C) alvo e filtro de molibdênio.
ENERGIA CINÉTICA E A PRODUÇÃO DE RAIOS X
Especialista relaciona a tensão aplicada ao tubo (kV) e a energia cinética dos elétrons acelerados (keV), distinguindo essas grandezas. Explica também como o número atômico do material alvo é importante para a eficiência da produção dos raios X de frenamento.
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MÓDULO 3
Reconhecer os acessórios envolvidos na produção de raios X e suas funções
Introdução
No processo de exposição do paciente, durante um exame, inúmeros outros componentes serão necessários para que haja uma prática efetiva. Assim, este módulo possui o objetivo de descrever importantes itens que atuam após a produção da radiação, como filtração, cabeçote, óleo, colimadores e grade antidifusora.
Estativa
A estativa, também conhecida como estativa porta-tubo, é uma coluna de sustentação e movimentação do tubo de raios X ao longo da mesa. Ela permite que o tubo realize movimentos transversais e longitudinais ao longo da mesa de exames/paciente. Existem algumas configurações de estativas, em função de seus pontos de ancoragem em relação à estrutura da sala de exames:
Estativa chão-chão – trata-se de uma estativa porta-tubo com apoio somente no chão da sala de exames e, por trilho no chão, percorre a mesa longitudinalmente.
Teto-chão – esse tipo de estativa é presa ao teto e ao chão, garantindo mais segurança e estabilidade ao tubo. Há trilhos no teto e no chão, os quais permitem o movimento longitudinal do tubo.
Teto-teto – neste caso, a estativa é presa somente no teto, onde por sistema telescópico é realizado o movimento de subida e descida do tubo e, por trilho no teto, é realizado o movimento longitudinal.
Todas as estativas permitem que o tubo de raios X faça 3 movimentos perpendiculares, anterior-posterior, direita-esquerda e superior-inferior, além do movimento rotacional, permitindo que o tubo gire 90° para exames no Bucky mural (ortostáticos) ou outras angulações menores para exames oblíquos ou axiais. Esses movimentos são ativados através de freios mecânicos (menos comuns) ou freios eletromecânicos, através de botões na frente da cúpula/cabeçote do equipamento.
Tubo rotacionado em 90°, direcionado para o Bucky mural.
Cúpula de um equipamento de raios X, com destaque para o controle dos freios de movimento (círculos vermelhos na imagem).
Profissional manipulando o comando dos freios eletromecânicos.
Filtração dos feixes de raios X
Ao produzir os fótons de raios X, o profissional de radiologia seleciona na mesa de comando o kVp (quilovoltagem pico). Este valor representará os fótons de maior energia dentro do espectro de radiação emitido. Contudo, nesta mesma exposição, fótons com energia de menor valor também estarão presentes.
Fótons de baixo poder energético não contribuem na formação da imagem, pois são absorvidos ou espalhados nas camadas mais externas do corpo e, com isso, aumentam a dose de entrada na pele. Então, para evitar que isso ocorra, alguns componentes entre a produção da radiação e o paciente proporcionarão filtração no feixe, atenuando exatamente os fótons de menor energia, mantendo apenas os feixes de média e alta energia. Esse processo é definido como endurecimento do feixe, implicando na produção de uma imagem com melhor qualidade e doses mais otimizadas no paciente.
O processo supracitado é dividido em dois processos, a filtração inerente e a filtração adicional, além do somatório destes dois fatores que é definido como filtração total.
Filtração inerente
São incluídos todos os componentes que, naturalmente, estão no trajeto da radiação e exercem algum nível de atenuação do feixe. São considerados como integrantes da filtração inerente à janela da ampola de vidro: óleo, corpo do anodo, cabeçote e colimador.
&
Filtração adicional
É realizada através da adição de placas metálicas, posicionadas junto à janela da ampola ou por dentro do cabeçote. Na maioria dos casos, utilizam-se placas de alumínio, mas, em alguns casos, também são utilizadas placas de cobre, que possuem maior poder de endurecimento do feixe.
Para equipamentos radiográficos, a RDC 330 com a IN 52 utilizam o alumínio (Al) como referência para determinar a filtração equivalente total. Nestes equipamentos, o valor referência será de 2,5mm Al e para equipamentos radiográficos odontológicos intraorais com tensão igual ou inferior a 70kV, filtração total não inferior a 1,5mm Al.
Efeito da filtração adicional
Ao observar a imagem acima, note que, ao utilizar diferentes tipos de materiais na filtração (alumínio (Al) e cobre (Cu)) e combinação de espessuras (1mm Al, 0,25mm de Cu + 1mm de Al e 0,5mm de Cu + 1mm de Al), o espectro de radiação é consideravelmente alterado. A eficiência de endurecimento do cobre é maior que a do alumínio. Sendo assim, seria necessária uma menor espessura de Cu para que se realize o mesmo objetivo. Vale salientar a questão econômica, pois o alumínio custa $1.760 e do cobre $7.257 (preço em dólares referente a uma tonelada em 10/01/2014), de acordo com a LME e Dow Jones Newswires.
LME
The London Metal Exchange - Centro mundial de comércio de metais industriais e gerenciamento de preços e riscos.
A ação de endurecimento do feixe executada pela filtração determina redução da intensidade da radiação, contudo haverá aumento da energia média. Notem que em nenhum dos cenários existe alteração da energia pico (energia máxima do espectro). A filtração não altera o espectro discreto da radiação característica, apenas o contínuo (radiação de frenamento).
ENDURECIMENTO DO FEIXE
Especialista aborda a filtração do feixe, explicando o que é espessura equivalente e como a energia média do feixe aumenta em função da filtração.
Carcaça do equipamento de raios X
A carcaça pode ser classificada como cúpula ou cabeçote; para equipamentos com anodo fixo, nos quais o bloco de alta tensão é integrado à ampola, denomina-se cabeçote e equipamentos com anodo giratório, nos quais o bloco de alta tensão fica separado da ampola, denomina-se cúpula. Em ambos os casos, trata-se de uma calota de metal com função de abrigar a ampola, o óleo refrigerante e através de uma blindagem interna (recobrindo o vidro da ampola), reduzir a emissão isotrópica dos raios X. A região de interesse de saída dos raios X possui a menor espessura possível para que não tenha um impacto negativo na energia dos feixes úteis. Nessa região, também encontraremos estruturas denominadas colimadores.
Ao comercializar um equipamento radiográfico, a blindagem do cabeçote deverá ser certificada pelo fabricante na instalação do tubo de raios X.
Óleo de refrigeração da ampola
O óleo é um isolante térmico que absorve o calor produzido na ampola. Como vimos nos módulos anteriores, ao produzir raios X em uma ampola, aproximadamente 99% das interações resultaram em produção de calor. Vimos que esse calor produzido deve ser dissipado da ampola para que sua vida útil não seja comprometida. Como uma das formas de dissipação de calor é por convecção, será necessário um processo de encapsulamento do tubo dentro da carcaça realizado à vácuo, ou seja, sem que haja presença de ar entre o tubo e o cabeçote/cúpula. Além de participar da refrigeração do tubo, o óleo tem a função de isolante elétrico, pois não permite a geração de corrente elétrica entre os eletrodos externos ao tubo, relativos ao catodo e anodo. Caso houvesse a comunicação entre os eletrodos externamente ao tubo, haveria um arco voltaico (arco elétrico), causando a queima do sistema.
Arco voltaico
“Um arco elétrico (AO 1945: arco eléctrico) é resultante de uma ruptura dielétrica de um gás a qual produz uma descarga de plasma, similar a uma fagulha instantânea, resultante de um fluxo de corrente em meio normalmente isolante tal como o ar. Um termo arcaico para ele é arco voltaico como usado na expressão lâmpada de arco voltaico, já o termo popular mais utilizado é curto-circuito.”
Colimadores
Em equipamentos radiográficos convencionais, os colimadores são compostos por dois pares de lâminas ou palhetas de chumbo. Cada par possui movimentos independentes no eixo “x” e “y”. Sua função é delimitar o campo irradiado, variando o campo entre campos quadrangulares e retangulares, seu tamanho varia de 0x0cm a 43x43cm a 1 metro. Devido à composição do material formador, as lâminas não permitem a passagem dos raios X, deixando a passagem livre apenas na região central não coberta por elas.
O uso do colimador possibilita que apenas as regiões de interesse sejam expostas, poupando algumas regiões cuja exposição à radiação não seria justificada. A ação de colimar uma região anatômica interfere positivamente no contraste da imagem.
O movimento das lâminas no mesmo eixo, obrigatoriamente, deve ser simétrico. Para isso, a RDC 330 e IN 52 determinam que, semestralmente, seja realizado o teste de exatidão do sistema de colimação, evitando a perda dessa simetria.
Campo luminoso
O campo luminoso serve para que o profissional de radiologia, previamente, determine a região de interesse antes da real exposição ao paciente. Ele simula o campo irradiado com a luminosidade de uma lâmpada. A lâmpada possui um temporizador que pode variar de 20 a 60s. Alguns fabricantes orientam que não se acenda a lâmpada por mais de 5 vezes consecutivas em um curto intervalo de tempo para que sua vida útil seja preservada.
Como pode ser visto na imagem abaixo, há um espelho que reflete a luz, reproduzindo o caminho dos raios X; o espelho possui liberdade de angulação de alguns graus. Para realizar o ajuste do campo luminoso, basta variar a angulação do espelho e, com isso, a angulação que a luz incide sobre o espelho muda a conformação do campo luminoso.
Grade antidifusora
A grade antidifusora foi desenvolvida pelo médico alemão Dr. Gustav Bucky, em 1913. Este acessório é constituído por um conjunto de finas lâminas de chumbo, separadas por um material radiotransparente (papel, fibra de carbono etc.), cujas bordas superior e inferior são paralelas.
Foram desenvolvidos dois tipos de grades, as fixas e as móveis.
Grades fixas
Não possuem movimento e, por este motivo, as finas lâminas de chumbo atenuam a radiação e acabam sendo projetadas nas imagens. Apesar desse problema, podem ser utilizadas em exames realizados no leito.
Grade móvel
Também conhecida como Potter-Bucky, foi desenvolvida pelo médico americano Dr. Hollis E. Potter, em 1915. Seu grande diferencial é a movimentação lateral da grade. Devido ao movimento, ocorre o borramento, onde o objeto em movimento aparece pouco ou quase nada na imagem e o objeto que está parado é evidenciado, no caso, as estruturas de interesse no corpo do paciente.
Como o nome sugere, sua função é não permitir que a radiação difusa, espalhada no corpo do paciente, chegue ao receptor de imagem, prejudicando a qualidade do exame. A presença destes fótons prejudica qualitativamente a imagem, principalmente reduzindo o contraste.
Os modelos atuais de grade possuem movimento na direção perpendicular das lâminas de chumbo. A grade sempre estará posicionada após o paciente e antes do receptor de imagem. As principais características de uma grade são a razão de grade e a frequência de grade.
Razão ou coeficiente de grade (r) ‒ corresponde à razão entre a altura das lâminas de chumbo e a distância entre elas, representada pela equação.
Onde r é a razão da grade, D é a distância entre as linhas de chumbo e h é a altura das lâminas de chumbo.
Atenção
A razão de uma grade pode ser representada de duas maneiras distintas: r = 4:3 e r = 1,33.
A razão de grade, normalmente, pode variar de 5:1 até 16:1, o que significa uma redução respectiva de 85% a 97% na radiação secundária. Em geral, as grades mais usadas possuem razão de 8:1 e 10:1. Quanto maior for a razão de grade, mais eficientes na eliminação de radiação secundária.
Outras razões de grade utilizadas:
- Tórax (Bucky mural): 12:1 (exames com alta tensão)
- Mesa: 10:1
- Seriógrafo: 8:1 ou 6:1
A frequência de grade mede o número de linhas ou lâminas por centímetros. Normalmente, os fabricantes produzem grades com frequências de 25 a 45 linhas por centímetro. Grades de alta frequência implicam em uma elevação da dose de radiação, mantendo, assim, a qualidade da imagem obtida.
Localização (montagem) de uma grade
A montagem de uma grade requer determinados cuidados: o primeiro cuidado é sobre a centralização da grade, pois este erro produz um sombreamento não uniforme, evidenciado pelas barras de larguras diferentes.
Na inversão da posição da grade, esta se comportará como um filtro. Isso se justifica pela inclinação das lâminas que acompanham o ângulo de divergência do feixe de radiação.
Outros problemas observados em grades são:
Tem sua origem na utilização de uma distância foco-paciente fora dos padrões usuais. As grades também possuem uma distância máxima do foco para que não aconteça a filtração excessiva da radiação.
Ocorre pelo não nivelamento da grade em relação ao feixe e receptor de imagem.
Algumas pessoas confundem a função do filtro e da grade antidifusora. Enquanto o filtro retira os fótons de baixa energia, a grade retira os fótons que interagiram com o corpo e desviaram a sua trajetória. Enquanto no primeiro caso a consequência do uso é diminuir a dose no paciente, no segundo caso a consequência é diminuir o borramento na imagem. A grade não diminui a dose no paciente, pois está posicionada após o fóton interagir com o paciente. Sua utilização requer um aumento da técnica e, consequentemente, da dose em relação a uma radiografia da mesma região sem o uso dela.
Bucky mural ou vertical
Este componente é responsável por acomodar o receptor de imagem e a grade antidifusora, quando o exame for realizado na posição ortostática. Sua estrutura anterior é constituída por matéria o mais transparente possível à radiação, normalmente, composta pelo mesmo material que constitui a mesa, porém, com dimensão menor.
Em modelos anteriores, sua estrutura era fixada na parede, enquanto em modelos mais recentes, essa estrutura é fixada em uma coluna vertical, que possibilita regulagem da altura do paciente com o receptor de imagem.
Mesa de exames com gaveta para filme
Seu objetivo é acomodar o paciente quando o exame for realizado em algum tipo de decúbito. Além disso, é responsável por sustentar o filme e a grade antidifusora. O material que compõe a mesa de exames deve ser rígido para suportar o peso do paciente e, ao mesmo tempo, minimizar a atenuação de fótons e fina espessura, para que não haja distorção das imagens pelo aumento da distância objeto-receptor de imagem.
Mobilidade da mesa de exame
Não possuem nenhum tipo de movimento; o cabeçote do equipamento é que se alinha com a região anatômica de interesse, em movimentos longitudinais e transversais.
Apresenta apenas o movimento na direção da largura da mesa de exame; os movimentos no eixo do comprimento da mesa serão obtidos através do movimento do equipamento radiográfico pela dimensão de um trilho.
Movimentam-se tanto longitudinalmente quanto lateralmente. Em aparelhos que possuem esse tipo de mesa, geralmente, o cabeçote e o porta chassi não possuem movimento lateral.
Apresentam movimento vertical no sentido horário, até atingir um ângulo de 90°. Esses equipamentos auxiliam em procedimentos contrastados, principalmente nas avaliações de intestino e dos rins.
É um tipo de mesa de exames controlada remotamente pelo profissional de radiologia, através de controles na mesa de comando e, para isso, possuem motores que a fazem mover em qualquer direção.
Porta chassi e Bucky mesa
Esses dispositivos são responsáveis pela centralização do receptor de imagem. Existem duas “pás” que se movimentam de forma sincronizada. Ao movimentar a pá que fica aparente, automaticamente a outra também se movimenta, garantindo, assim, que o receptor de imagem sempre esteja no meio do porta chassi.
Verificando o aprendizado
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Para desbloquear o próximo módulo, é necessário que você responda corretamente a uma das seguintes questões:
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Conclusão
Considerações Finais
Neste tema, estudamos do tubo de raios X aos acessórios periféricos para a realização do exame radiológico convencional. Identificamos os componentes do tubo de raios X e suas funções no primeiro módulo, abordando o catodo e a emissão de elétrons e sua recepção pelo anodo. No módulo 2, estudamos a produção de raios X e calor no tubo, assim como as características do espectro eletromagnético na faixa energética do radiodiagnóstico e demos ênfase à sua importância para a qualidade da imagem. Por fim, conhecemos os acessórios externos à carcaça do equipamento, que auxiliam na realização do exame e qualidade do feixe.
Obter estes conhecimentos é de suma importância para o desenvolvimento das competências profissionais, pois através deles será possível aprimorar suas práticas, culminando na excelência diagnóstica e melhores condições possíveis para laudos radiológicos.
Podcast
Agora, a(o) especialista encerra o tema respondendo às perguntas relacionadas a retificação de corrente, transformador de alta e transformador de baixa tensão.