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sábado, outubro 02, 2010

Revisão de Física - Espectro de emissão do Raio-X


 6ª aula de revisão para provas e concursos das matérias aprendidas nos cursos de Tecnólogo em Radiologia.

Espectro de emissão do Raio-X

O espectro de emissão é fundamental para descrever os processos de produção da imagem em um aparelho de raios-X. É obtido através de um gráfico da quantidade de fótons de determinada energia versus as diferentes energias. A energia máxima expressa em keV é igual em magnitude à voltagem de aceleração (kv), mas existem poucos fótons desta energia. A forma geral do espectro contínuo é a mesma para qualquer aparelho de raios-X. Por causa da auto absorção, o número de fótons de raios-X emitidos é muito pequeno para energias muito baixas, atingindo quase zero para energias abaixo de 5 keV. Os traços correspondem às radiações características que, para anodo de tungstênio, só aparecem nos espectros gerados com tensão acima de 70 kV.

Fatores que modificam o espectro

O espectro é modificado por 3 fatores: filtração, voltagem do tubo e tipo de suprimento de alta voltagem. Os dois últimos são os que mais influenciam os fótons de alta energia, que agem na formação da imagem radiográfica. A filtração, que afeta os fótons de baixa energia, não tem grande influência na imagem e sim na exposição do paciente. Se a energia média do feixe for aumentada por qualquer método, tornando o feixe mais penetrante, a dose total por paciente será reduzida.

Filtração
 
A filtração total de um feixe de raios-X consiste na filtração inerente mais a filtração adicional. A filtração inerente é constituída pelo vidro do tubo de raios-X, o óleo isolante e o vidro da janela. O tubo de raios-X está contido em uma capa protetora (cabeçote) de chumbo que possui uma janela por onde sai o feixe útil de raios-x. A janela de raios-X convencional é geralmente de vidro e em casos especiais como no mamógrafo, constitui-se de Berilo.

A filtração adicional por sua vez é usada para completar a filtração inerente até ultrapassar a filtração mínima. No radiodiagnóstico, a filtração adicional é em geral feita por placas de alumínio.

 

A filtração mínima recomendada pela Comissão Internacional de Proteção Radiológica, ICPR, são:
                                                             < 50 kV         - 0,5 mm Al
                                                                50 - 70 kV - 1,5 mm Al
                                                             > 70 kV         - 2,5 mm Al
Voltagem do tubo

Mudando o potencial de aceleração do tubo, mudamos também o espectro do feixe. O aumento do kV implica no aumento do número de fótons de maior energia. Este aumento altera mais a imagem radiográfica do que a remoção dos fótons de baixa energia.

Suprimento de alta voltagem

Em todos os aparelhos de raios-X, a voltagem é aumentada por um transformador de linha 110 - 220 volts para o kV desejado. A forma de onda é a mesma da linha de suprimento, mas muito aumentada em amplitude. O potencial elétrico é produzido por uma corrente alternada (AC). Existem vários tipos de circuitos utilizados na amplificação da voltagem, entre estes temos: Retificação de meia onda, retificação de onda completa, retificação trifásica e multi-pulsos.

No tipo mais simples de circuito, o tubo de raios-X é conectado aos terminais do secundário do transformador. Neste caso, o tubo é o retificador, uma vez que a corrente só pode fluir quando o alvo for positivo em relação ao filamento (negativo), isto é, durante a porção positiva do ciclo de AC. Durante o ciclo negativo não existem elétrons livres do alvo (que está agora carregado negativamente). Entretanto, em circunstâncias ocasionais de superaquecimento do anodo, poderiam ocorrer elétrons livres que iriam do anodo ao catodo durante o ciclo negativo , danificando o tubo.

Para resolver este problema, foram desenvolvidos circuitos de retificação que eliminam os ciclos negativos. Um tipo eficiente de retificação inverte a polaridade do ciclo negativo possibilitando a produção de raios-X durante todo o ciclo. A utilização deste método, aplicado em um circuito trifásico possibilita a produção de elétrons quase monoenergético, dentro de uma pequena variação de kV.

A tecnologia mais moderna com o uso de geradores multi-pulsos, possibilita uma fácil obtenção de um potencial de aceleração virtualmente constante. A forma de retificação modifica o espectro dos elétrons produzidos, e, portanto, modifica o espectro de raios-X produzidos, a taxa de aquecimento do anodo e o rendimento do tubo (taxa de produção de raios-X).

Corrente no tubo

A variação da miliamperagem (mA) não tem nenhum efeito no espectro de raios-X. A combinação da miliamperagem com o tempo de exposição determina o número total de raios-X produzidos num dado kV. Por isso, desde que o produto mAs seja mantido, não serão observadas diferenças na imagem radiográfica. Deve-se notar contudo que uma variação de corrente pode levar a uma variação da quilovoltagem do tubo, pois o gerador pode não ser capaz de corrigir a uma diminuição de voltagem de alimentação que ocorre em linhas elétricas mal distribuídas quando ocorre uma solicitação de maior carga.

Qualidade do feixe de Raios-X

A "capacidade de penetração" ou qualidade de um feixe de raios-X é descrita explicitamente pela sua distribuição espectral. Um conceito mais usual para descrever e medir a qualidade do feixe é a camada semi-redutora (CSR, ou "Half Value Layer", HVL). O HVL é definido como a espessura de um material padrão necessário para reduzir o número de fótons transmitido à metade de seu número original. O material utilizado em radiologia diagnóstica é o alumínio. Um feixe de baixa energia será bastante reduzido por uma pequena filtração, tendo portanto baixo HVL. Sabe-se que o HVL não é uma quantidade constante para um dado feixe mas aumenta com a filtração. Logo, o segundo HVL será maior que o primeiro. Somente um feixe monoenergético terá sucessivos HVL’s iguais. A filtração adicional remove seletivamente os fótons de energia mais baixa, resultando em melhor aproximação de um feixe monoenergético e a diferença entre sucessivas HVL’s torna-se cada vez menor. 


Fonte: Nós e as Radiações

Um comentário:

Savana Danuza Zamai disse...

Muito bom. Só faltou imagens dos gráficos de espectros, contínuo e discreto, e ambos no mesmo gráfico. Ajudaria a entender.