Apostila de Equipamentos Radiologicos

Apostila de Equipamentos Radiologicos

(Parte 3 de 7)

Colimador do foco

É importante lembrar sempre que o processo de geração de radiação é sempre omnidirecional. Sendo assim, na grande maioria dos casos se faz

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

Equipamentos Radiológicos necessário criar mecanismos ou dispositivos que possam direcionar a produção de radiação e assim aumentar a eficiência. O colimador do foco é uma estrutura, feita de níquel, colocada em volta do filamento e possui a função de fazer com que o feixe de elétrons se dirija somente para o foco anódico. Durante a liberação dos elétrons, o colimador do foco permanece com o mesmo potencial negativo do filamento, evitando dessa forma, que o feixe se disperse para fora do foco anódico. Na figura 2.10 podemos entender melhor o funcionamento da colimação do canhão de elétrons através do corte longitudinal realizado no copo catódico, salientando o colimador. Como os elétrons possuem carga negativa e o colimador também possui um potencial negativo, ou nulo, os elétrons vão em busca do potencial positivo, o ânodo. Assim, apenas uma pequena secção do filamento, aquela que está efetivamente de frente para o ânodo, irá gerar os elétrons acelerados. Os elétrons gerados nas partes do filamento que estão envolvidas pelo colimador são, pelo potencial negativo, desviados para que tomem o rumo de colisão com o ânodo.

← focos → Copo catódico de filamento duplo separado.

Correntes na ampola

Uma confusão comum que acontece entre os técnicos radiologistas é a compreensão das correntes elétricas que circulam na ampola. Quando o técnico ajusta a corrente a ser utilizada no exame em alguns miliampères, ele acredita estar alterando a corrente que passa pelo filamento do cátodo.

Na realidade, a corrente que o técnico ajusta é a corrente que circula entre o cátodo e o ânodo. Ou seja, o técnico ajusta o número de elétrons que irão ser arrancados do cátodo e irão colidir com o ânodo. Porém, para que isso possa ocorrer, é necessário que uma outra corrente, muito maior, circule pelo

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Equipamentos Radiológicos filamento para que este se aqueça e possa então, pelo efeito termoiônico, gerar a corrente de elétrons que irá em direção ao ânodo.

Caminho das correntes no filamento e na ampola.

Com o desenho da figura 2.1, podemos verificar que, para que a corrente elétrica na ampola não desapareça, a equação das correntes deve ser cumprida:

ou seja, a corrente que entra no filamento tem que ser igual a soma da corrente da ampola com a corrente que sai do filamento. A figura 2.12 mostra o gráfico da corrente necessária para aquecimento do filamento em relação a corrente que irá circular entre cátodo e ânodo. Para tensões baixas (menor do que 50 kV), a corrente da ampola é diretamente proporcional a corrente do filamento.

Para tensões elevadas, esta proporcionalidade não se mantém.

Podemos notar que quanto maior a diferença de tensão entre ânodo e cátodo, mais elétrons são arrancados do filamento. Por isso, um aumento da tensão na técnica que está sendo executada deve sempre ser avaliada com cuidado, pois pode ser necessário diminuir a corrente ou o tempo, para que a imagem não se escureça demais.

Relação entre corrente no filamento e corrente na ampola. Mostra-se também a relação da tensão no filamento e sua corrente.

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O ânodo é o eletrodo positivo do sistema de alta tensão que produz a radiação X. Por ser um eletrodo, e por isso conduzir corrente elétrica, normalmente é feito de uma liga metálica, onde está colocado o alvo a ser atingido pelos elétrons. O alvo ou o ponto onde os elétrons se chocam pode ser fixo ou pode ser rotatório, cujas utilizações são função principalmente da produção de calor. A estrutura do ânodo é normalmente composta de um material com ótima capacidade de dissipação térmica. Por isso, geralmente escolhe-se para o corpo do ânodo metais como cobre, molibdênio ou rênio e, em alguns casos, grafite ou ligas metálicas dos metais citados. Sobre o corpo metálico é colocado um revestimento sobre a área que sofrerá o impacto com os elétrons acelerados vindos do cátodo. Este revestimento pode ser de tungstênio (W), o mais usado em radiografia convencional, ou de molibdênio (Mo), para mamografia, entre outros, além das ligas metálicas. Este revestimento dará origem ao PONTO FOCAL, que é o alvo de colisão dos elétrons e o local de produção dos raios X. O material utilizado para o ponto focal é o que dará a característica aos raios X produzidos.

Ânodo fixo

O ânodo fixo foi o primeiro a ser utilizado por causa da própria evolução dos antigos tubos de Crookes que possuíam todas as partes fixas. Houve sempre apenas a preocupação da durabilidade do tubo que era função da produção e dissipação de calor. Por isso, a ampola de ânodo fixo é muito simples e fácil de ser construída. Ela possui geralmente uma pequena dimensão, justamente para facilitar a condução e irradiação de calor. Este calor deve ser rapidamente retirado e dissipado para que a alta temperatura produzida pela colisão dos elétrons não cause a fissura do ânodo ou o derretimento de sua cobertura. Assim, com o pequeno tamanho, fica mais fácil do calor chegar ao líquido refrigerante a qual a ampola está submersa.

Figura 2.13. Ampola de ânodo fixo. (Oxford série 1600 - divulgação)

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Conforme é mostrado acima, o ânodo se constitui de um bloco metálico, neste caso de cobre, no qual está inserido o que chamamos de FOCO REAL, feito de tungstênio, metal mais escuro que aparece na forma de uma mancha circular. É nesta área de tungstênio que ocorre o choque dos elétrons para a produção da radiação X. A peça anódica não é feita toda de tungstênio, por exemplo, por que apenas uma pequena região será atingida pelos elétrons acelerados. Portanto, a peça de cobre é impregnada de tungstênio apenas para formar o FOCO REAL. Esta construção ajuda a diminuir os custos da peça anódica. O material do ânodo deve possuir também uma alta capacidade de dissipação de calor. O tungstênio, usado em radiologia convencional, possui um ponto de fusão da ordem de 3.400°C, além de possuir alto número atômico, o que é adequado para gerar fótons com energia e comprimento de onda suficiente para penetrar a matéria e produzir uma imagem adequada para fins diagnósticos.

Foco real e efetivo de um ânodo fixo.

Por questões de geometria pura, podemos observar, com o auxílio da figura 2.14, a área que a radiação irá cobrir ao ser emitida pelo foco real é menor. Chamada de FOCO EFETIVO, marcado pela região pontilhada, esta área representa a forma do feixe de fótons gerados a partir do foco real. Observe que o foco real é um retângulo e que, pelo fato dele estar em ângulo em relação à vertical, sua projeção no eixo horizontal é um quadrado. O ângulo do alvo em relação ao feixe de elétrons acelerados é feito propositadamente.

Assim, fica facilitada a emissão da radiação em direção à janela, evitando que o próprio ânodo servisse como uma barreira para os raios X gerados. Porém, este ângulo, quanto mais acentuado, mais provoca o aumento da penumbra na imagem radiográfica. Portanto, há um compromisso do fabricante entre a atenuação ocasionada pelo próprio ponto focal e o aumento da penumbra O ânodo deve ser ligado externamente ao circuito gerador de alta tensão, por isso a peça do alvo estende-se para fora do envelope para realizar o contato.

Este tipo de ânodo é usado em aplicações que exijam pouca carga, ou seja, pouca produção de calor na região de impacto. A área de impacto é pequena e não permite muito aquecimento pela impossibilidade de haver

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Equipamentos Radiológicos dissipação eficiente do calor ali gerado. Convém ressaltar que, no processo de geração de raios X, 9% da energia envolvida é transformada em calor. Justifica-se, dessa forma, o uso de materiais com boa capacidade de dissipação térmica nesse tipo de ânodo. O tamanho reduzido deste tipo de ampola permite seu uso em equipamentos portáteis, móveis e odontológicos. Outra desvantagem do ânodo fixo é que a região de impacto se desgasta mais rapidamente que o outro tipo de ânodo (giratório), pelo fato de haver uma concentração grande de elétrons se chocando sempre com a mesma região do ânodo (foco real).

Ânodo rotatório

Como forma de superar os problemas gerados pelo calor em excesso foi desenvolvido um tipo de estrutura para o ânodo que permite que este seja dissipado de forma eficiente. A diferença básica é que a região de impacto é diluída em uma área maior, conforme mostra a figura 2.15. O segredo está em girar o disco anódico para que durante a emissão dos elétrons pelo filamento, o feixe eletrônico encontre sempre um novo ponto focal. Desta forma, há tempo para que a região dissipe o calor até ser atingida novamente, após uma volta completa do disco. O ânodo rotatório pode ser dividido em 3 tipos, conforme o tipo de pista presente:

Pista simples: É constituído de um disco metálico onde é construída uma PISTA ANÓDICA, que irá receber o impacto dos elétrons acelerados pelo cátodo. O impacto dos elétrons é feito sempre com a mesma área (foco real), na forma de um retângulo, mas como o disco gira a grande velocidade, se obtém um grande aumento na região de impacto, demarcado pela área escurecida. Com isso, se obtém uma melhor distribuição do calor gerado no processo de impacto, e como conseqüência, é possível aumentar a potência do equipamento, dada pelo produto da corrente no tubo pela tensão aplicada. Um efeito decorrente dessa estrutura é a diminuição do desgaste no ânodo causado pelo impacto dos elétrons de alta energia, pois o calor é melhor distribuído, provocando menos danos por fissura ou derretimento. A pista é feita de tungstênio misturado com rênio para diminuir a aspereza e dificultar a produção de fissuras na pista.

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Pista focal do ânodo rotatório de pista simples.

Disco anódico mostrando pista focal simples deteriorada pelo uso.

Pista dupla separada: O disco anódico é o mesmo que o anterior, porém, nesse tipo de ânodo existem duas pistas anódicas: uma para foco fino e outra para foco grosso. A partir de um filamento duplo bipartido obtém-se duas regiões distintas de colisão dos elétrons. O efeito obtido é o de aumentar ainda mais a área sobre a qual os elétrons se chocam, produzindo uma redução considerável no efeito térmico sobre ela. Assim, se o técnico conseguir alternar o uso entre foco fino e foco grosso, a vida útil da ampola será longa. O ângulo, em relação ao feixe eletrônico, para cada uma das pistas pode ser diferente.

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Ânodo rotatório com pista dupla.

Pista dupla sobreposta: Neste tipo de ânodo, também composto por um disco metálico, são montadas pistas de focos fino e grosso que se sobrepõem, conforme mostra a figura abaixo. Não existe distinção entre as pistas para um ou outro foco. O filamento duplo separado, com sua construção paralela, direciona os elétrons para cada um dos focos de forma a concentrar o feixe em maior ou menor grau. Com há sempre uma mesma região do disco anódico sendo bombardeada, a durabilidade do equipamento é menor se comparado com as pistas separadas.

Pistas focais sobrepostas.

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Dissipação de calor

Os ânodos rotatórios, apesar de serem construídos justamente para aliviar a carga térmica durante a execução de um exame, devem ser preparados para suportarem condições extremas. Um problema muito como é a paralisação do motor que gira o ânodo. Neste caso, o feixe de elétrons irá colidir sempre com a mesma área, sobre-aquecendo a pista anódica, ocasionando bolhas e fissuras. Na figura 2.18 podemos notar os dois defeitos na mesma peça.

Detalhe de uma pista anódica trincada por excesso de calor. CABEÇOTE

O cabeçote, no equipamento radiográfico, tem por função conter o óleo refrigerante onde está imersa a ampola. Além disso, serve de barreira para a radiação emitida pela ampola, só permitindo que aqueles fótons que saem pela janela da ampola continuem seu caminho em direção ao paciente. A radiação que ainda assim sai do cabeçote é conhecida como radiação de fuga, e aquela que se dirige ao paciente, radiação ou feixe útil.

Radiações de fuga e a contida pelo cabeçote.

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Segundo a legislação, é obrigatório ser assinalado na parte externa frontal do cabeçote onde está situado o ânodo e onde está o ponto focal. Estas marcas são necessárias para que o técnico possa realizar os exames com absoluta certeza sobre a distância foco-paciente-filme e melhor aproveitando o efeito anódico,visto em detalhes quando falarmos em imagem radiográfica.

Cabeçote: (a) preso a estativa; (b) vista frontal.

A lei também exige que todo equipamento deve possuir, junto ao cabeçote, caixa de colimação para limitação de campo com localização luminosa, além de encaixe para a colocação de cones, diafragmas e filtros. Porém ainda é comum encontrar-se em vários hospitais e clínicas aparelhos muito antigos que não cumprem estas normas. Principalmente aparelhos móveis que não possuem nenhum dispositivo de colimação do feixe, ou mesmo orientação visual para que se tenha a certeza do campo a ser irradiado.

Dissipação do calor gerado

Como sabemos, os elétrons acelerados pela diferença de potencial entre ânodo e cátodo se chocam com o alvo de metal pesado, desencadeando o processo de emissão de radiação X. Ocorre que o rendimento do processo de geração da radiação realmente útil para diagnóstico, representa apenas 1% da energia envolvida no processo. O restante da energia é dissipado em forma de calor. Por isso, além da escolha de materiais com boa capacidade de dissipação térmica, faz-se necessário, ainda, a utilização de um óleo especial que envolve a ampola, cuja finalidade é a de dissipar o calor ali gerado.

Nos equipamentos radiográficos convencionais o óleo fica hermeticamente contido no cabeçote, não necessitando ter qualquer manutenção. No caso de equipamentos tomográficos ou de fluoroscopia, por

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