Apostila de Equipamentos Radiologicos

Apostila de Equipamentos Radiologicos

(Parte 2 de 7)

6) Grade antidifusora: Responsável pela redução dos efeitos de borramento da radiação espalhada na imagem radiográfica. 7) Filme Radiográfico: Elemento sensível à radiação, colocado em um invólucro metálico protegido da luz, chamado chassi. 8) Porta-chassi: Estrutura metálica onde é colocado o chassi que contém o filme. 9) Radiação Secundária: É toda a radiação que não é proveniente do feixe principal, resultante da interação do feixe principal com a matéria (paciente, mesa, chassis, grade, cabeçote, etc.). 10) Estativa (não está no desenho): É a coluna ou o eixo onde está preso o cabeçote. Pode ser do tipo pedestal, preso ao chão, ou do tipo aéreo, fixado ao teto. Normalmente possui um trilho para que possa se movimentar.

Evolução

A ampola é o elemento do aparelho radiográfico onde é produzida a radiação. Basicamente, pode ser descrita como um espaço evacuado onde dois eletrodos são colocados para que haja a circulação de corrente elétrica. No final do século XIX, não passava de um tubo de vidro, com algum gás rarefeito em seu interior, com dois pedaços de metal inseridos em lados opostos. Nas primeiras experiências feitas por Roentgen, os eletrodos eram ligados a um gerador de alta tensão, formando, assim, um circuito elétrico.

Neste circuito, e através dos eletrodos, uma corrente elétrica circulava dentro da ampola, passando pelos fios ligados ao gerador. Os elétrons, acelerados pela grande diferença de potencial (tensão) aplicada pelo gerador aos eletrodos, acabavam por vezes chocando-se com o gás e a parede de vidro da ampola. Assim, através do fenômeno de freamento (Bremsstraulung) e da colisão com os elétrons dos átomos do gás e do vidro (radiação característica), os elétrons da corrente elétrica produziam a radiação X.

Professor. : Ricardo Pereirae-mail. : rad_rick@hotmail.com

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Ampola para descarga elétrica utilizada nas primeiras experiências com radiação X.

Várias alterações nas ampolas originais, em forma e número de eletrodos, foram realizadas com o objetivo de aumentar a eficiência na produção de raios X. E cada um desses tubos levava o nome de seu inventor: Crookes, Hittorf, Lenard, entre outros cientistas.

muito maior que os átomos do vidro, a produção de radiação X é muito maior

O próprio tamanho e a pressão interna da ampola, bem como a substituição do gás interno, foram exaustivamente alterados e testados. Mas a grande evolução na produção de radiação aconteceu quando se colocou um obstáculo metálico no caminho dos elétrons entre os eletrodos. Assim, aumentou-se em muito a chance de interação entre a corrente elétrica e a matéria. Como o metal utilizado na época, a platina, possui um peso atômico

A partir deste momento, percebeu-se a relação entre a produção de raios X e o número atômico do átomo. Quantidade de fótons e poder de penetração foram itens que se começou a avaliar com os novos resultados.

Ampola onde a placa-alvo é interligada com o ânodo e está no caminho de passagem dos elétrons. (Philips – Medica Mundi)

A alteração final, que é aplicada até hoje, em busca da eficiência máxima, foi a utilização da própria placa metálica, colocada como obstáculo, como ânodo de uma ampola completamente evacuada. Assim, obteve-se eficiência total na interação dos elétrons acelerados pela diferença de potencial, pois todos se chocavam com a placa-alvo. A partir de então, os ajustes na ampola foram pequenos, consagrando a utilização do tungstênio como material do alvo e a forma alongada cilíndrica utilizada até hoje.

Figura 2.3. Ampola típica. (Philips – Medica Mundi)

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Estrutura

A ampola é feita geralmente de vidro temperado evacuado, cuja pressão interna é de 10-5 mmHg, e contém dois eletrodos, o ânodo e o cátodo. O vácuo é necessário para que os elétrons ali acelerados não percam energia nas colisões com partículas gasosas.

Assim, chegam com energia total para se chocarem com o alvo. Logo, pode-se dividir a ampola em três partes principais: cátodo, ânodo e envelope. O cátodo e o ânodo são os eletrodos por onde a corrente elétrica, gerada pela grande diferença de tensão, irá circular dentro da ampola. No início das experiências de Crookes, o inventor do “tubo de descarga elétrica”, os eletrodos eram ou duas placas metálicas ou dois fios rígidos inseridos dentro da ampola. O envelope é o invólucro, a estrutura de vidro ou metal que irá dar sustentação aos eletrodos e garantir o vácuo necessário para a circulação dos elétrons. Embora a maioria dos fabricantes utilize o vidro como receptáculo dos eletrodos, desde 1940 há uma grande pesquisa em se utilizar ampolas metálicas.

Partes de uma ampola dentro do cabeçote.

Outra parte importante da ampola é o líquido refrigerante que irá envolvê-la. Sabe-se que da colisão dos elétrons com o alvo, 9% da energia é convertida em calor, e apenas 1% será transformado em radiação X. Normalmente, um óleo mineral de boa viscosidade é utilizado como refrigerante da ampola.

Algumas empresas já desenvolveram ampolas onde o ânodo é oco e água circula por seu interior para refrigerá-lo. A figura 2.4 é um exemplo deste dispositivo, que apesar da retirada de calor pela água, ainda assim necessita estar envolta por um líquido refrigerante.

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Estrutura de uma ampola com ânodo refrigerado a água. Tipos

As ampolas são geralmente referenciadas segundo duas características principais: tipo de ânodo e número de focos. Existem dois tipos de ânodos: • fixo - utilizado na odontologia e em equipamentos de pequeno porte, portáteis ou móveis; • rotatório - mais utilizado por sua eficiência e durabilidade quando do envolvimento de grandes quantidades de energia.

Com relação ao número de focos, ou alvos no ânodo, as ampolas podem ser construídas com: • um foco - quase todos os equipamentos móveis ou portáteis, odontológicos e industriais; • dois focos - o mais comum em radiodiagnóstico;

• três focos - o mais raro, pois é mais complexo de ser construído.

Material

O envelope é o componente da ampola que dá sustentação mecânica aos eletrodos. Além disso, cria o ambiente evacuado necessário para que os elétrons possam adquirir energia suficiente para que gerem radiação X. Outra função importante do envelope é garantir, mesmo que de forma ineficiente, a contenção dos fótons X dentro de si, permitindo que apenas alguns possam sair da ampola por uma região conhecida por JANELA. Isto é necessário para que o usuário da ampola possa assegurar-se que a radiação por ela produzida tenha uma direção principal de emissão. Assim, pode-se dizer, de forma simplória, que a radiação só é emitida através da janela.

Uma característica imprescindível é que o material utilizado para envelope deve ter é a alta condutividade térmica. Durante a colisão de um

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Equipamentos Radiológicos elétron de alta energia com a placa-alvo ou mesmo com a parede do envelope, apenas 1% de sua energia é convertida em radiação X. Os 9% restantes são transformados em calor (radiação infravermelha). Logo, a temperatura de uma ampola pode chegar facilmente a atingir mais de 1200 oC. Usualmente, utilizam-se vidros temperados misturados com alguns metais específicos, como o berílio, para suportarem tamanho calor e poderem também transmitir este calor para um material refrigerante externo. Comercialmente, o vidro de ampola mais conhecido é chamado Pyrex.

Alguns fabricantes têm produzido ampolas com envelopes metálicos, principalmente para casos de uso contínuo da ampola, como tomografia computadorizada, hemodinâmica e fluoroscopia. Neste caso, o metal é melhor condutor térmico e, em muitos casos, mais leve.

Primeira ampola com ânodo rotatório: Rotalix da Philips (1929). (Philips – Revista Medica Mundi)

As últimas pesquisas têm procurado agregar partes cerâmicas na construção dos envelopes já que os compostos cerâmicos possuem alta condutividade térmica e isolamento elétrico. E, em alguns casos, possuem peso e espessura menores que o equivalente metálico ou vítreo. Isto é importante em tomografia computadorizada, por exemplo, pois a ampola irá rotacionar ao redor da mesa do paciente, e o esforço da estrutura girante dependerá do peso da ampola.

Envelope com partes metálicas e cerâmicas (parte branca). (Philips – Revista Medica Mundi)

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Janela

A interação dos fótons com a matéria produz sempre muito calor, além de ionizar os átomos. No caso da ampola, tem-se uma direção preferencial para o caminho que os fótons devem percorrer. Este caminho inclui a passagem através do envelope. Para que estes fótons não sejam atenuados em demasia (desapareçam ou percam energia) e para que o envelope possa resistir o calor gerado pela passagem dos fótons, a região por onde eles passam são especialmente desenhadas. Esta região, conhecida por JANELA, muitas vezes é facilmente identificada pela diferença na textura, espessura ou cor. Nos envelopes que não a possuem, nota-se que a região por onde passam os fótons acaba sofrendo uma reação físicoquímica, o que lhe altera a cor, textura e lhe deixa muitas vezes susceptível a rachaduras ou trincamentos.

O cátodo é um dos dois eletrodos necessários para que seja aplicada uma diferença de potencial entre dois pontos e seja estabelecida uma corrente elétrica. Entre os dois eletrodos, o cátodo é o que apresenta o potencial elétrico mais baixo, ou mesmo, pode ser considerado nulo. No linguajar comum, é conhecido como o eletrodo negativo. O antigo eletrodo de cobre das primeiras ampolas foi substituído modernamente por um CANHÃO DE ELÉTRONS. Este canhão de elétrons, que recebe este nome de forma conceitual, garantirá a emissão dos elétrons necessários para o bombardeio da placa-alvo, o ânodo.

Os elétrons emitidos são produto do efeito termoiônico que se obtém com o aquecimento de um FILAMENTO. Com o calor gerado no filamento, os elétrons dos seus átomos têm energia suficiente para escaparem da eletrosfera e viajarem em direção ao ânodo. Como o átomo perde um elétron e se transforma em íon, o efeito recebe o nome de termoiônico (termo = calor e iônico = íon).

Partes componentes de um cátodo.

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Com o conceito de canhão de elétrons, pode-se ver que hoje o cátodo é um complexo sistema mecânico e elétrico. Na figura 2.8 podemos ver as partes externas que constituem um cátodo. O eletrodo, que antigamente era desprotegido dentro da ampola, agora encontra-se situado dentro do COPO CATÓDICO. O copo é deslocado do eixo da ampola por uma peça chamada SUPORTE DO COPO. Há um EIXO que sustenta o suporte e que atravessa o próprio envelope e serve para sustentação e fixação da ampola no cabeçote. Por dentro deste eixo são passados os fios que irão alimentar eletricamente o filamento.

Copo catódico

O copo catódico tem por função dar proteção ao filamento ou filamentos, dependendo do número de focos que o ânodo possui. Também deve possuir boa condutividade térmica, uma vez que o filamento deve aquecer-se até cerca de 2400 oC para que haja o aparecimento do efeito termoiônico. Por isso o material utilizado é sempre metálico ou cerâmico, principalmente as ligas metálicas que misturam alumínio, tungstênio, rênio e molibdênio.

Copo catódico - vista frontal. Filamento

O filamento é um componente fundamental para o dispositivo de geração dos raios X, porque nele são produzidos os elétrons que serão acelerados em direção ao ânodo. O fio enrolado de tungstênio, semelhante ao utilizado nas lâmpadas incandescentes domésticas, tem por objetivo aumentar a concentração de calor e garantir uma uniformidade na geometria da produção do feixe de elétrons. A utilização do tungstênio se dá por dois motivos: é um átomo que possui grande número de elétrons (74) e com ponto de fusão acima dos 3400 oC. Quando o filamento é aquecido pela passagem de uma corrente elétrica, o calor faz com que os elétrons se "soltem" do metal, e possam, dessa forma, ser acelerados pela grande diferença de potencial entre cátodo e ânodo.

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Existem vários tipos de filamentos, pois a eficiência e durabilidade dos mesmos variam muito com a geometria de sua construção, o que faz com que cada fabricante possua a sua. Porém, de uma maneira geral, podemos identificar 3 formatos distintos para o filamento:

Simples: Feito de somente um enrolamento, utilizado em equipamentos cujo ânodo possua apenas uma pista de bombardeio ou foco anódico.

Duplo Bipartido: Possui dois enrolamentos distintos com a mesma estrutura física do simples, porém é utilizado em ampolas cujo ânodo possui duas pistas de choque ou dois focos anódicos separados.

Duplo Separado: Possui dois enrolamentos distintos com a mesma estrutura física do simples, porém é utilizado em ampolas cujo ânodo possui duas pistas de choque ou dois focos anódicos sobrepostos.

Um cuidado especial se deve ter com o super aquecimento do filamento que poderá provocar a evaporação do metal que o constitui. Com a evaporação, o filamento torna-se mais fino e mais suscetível a vibrações mecânicas que o farão romper-se. O superaquecimento é provocado por técnicas que utilizam parâmetros máximos de corrente ou tempo, ou às vezes, quando uma técnica de alta dose é aplicada com o filamento frio (primeiro exame do dia).

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