Apostila de Equipamentos Radiologicos

Apostila de Equipamentos Radiologicos

(Parte 4 de 7)

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

Equipamentos Radiológicos exemplo, o funcionamento constante por longos períodos de tempo gera temperaturas mais altas e por mais tempo. Nestas situações, além do óleo que envolve a ampola há a necessidade de se retirar o calor através de um sistema de arrefecimento. O próprio óleo pode ser bombeado para que passe por um radiador ou então o cabeçote é refrigerado a água.

1. Descreva como o equipamento de raios X faz para produzir o feixe de fótons. 2. Cite todas as partes que compõem um cabeçote de raios X. 3. Quantos eletrodos possui uma ampola? Explique. 4. Por que a ampola possui uma janela? 5. O que acontece se a ampola não possuir janela? 6. Corrente no filamento e corrente no tubo são a mesma coisa? Explique. 7. Para que serve o colimador do foco? 8. Qual a razão da ampola trabalhar com tensões de 100 mil Volts? 9. Quais os tipos de ânodos existentes? 10. O que é foco anódico? 1. Por que o foco é inclinado? 12. O que é pista anódica ou pista focal? 13. Por que se usa o tungstênio como alvo? 14. O que é foco real e foco efetivo? 15. Explique o que é foco fino e foco grosso. 16. Por que e quando se utiliza o ânodo giratório? 17. Qual é o gás que se encontra dentro da ampola? 18. Qual o papel do motor dentro da ampola? 19. Explique o gráfico da figura 2.12. 20. Como ocorre a produção e a transferência de calor na ampola.

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Equipamentos Radiológicos

Evolução

O item que talvez tenha mais evoluído desde a manufatura dos primeiros equipamentos radiográficos até os modernos equipamentos telecomandados da atualidade realmente foi o sistema elétrico de alimentação da ampola e o sistema de autocontrole de tensão, corrente e tempo.

Nos primórdios do diagnóstico médico por imagem, o equipamento radiográfico era constituído unicamente da ampola de raios X, e seu suporte, e do gerador de alta tensão. O controle de tempo era realizado pelo próprio médico ou operador que desligava o gerador de alta tensão quando julgava ter atingido o tempo ideal, ás vezes controlado por um relógio de pulso.

Com o advento das válvulas em 1920 e dos transistores em 1950, os equipamentos puderam ser aperfeiçoados com a inclusão de temporizadores automáticos e controles precisos de tensão e corrente. Em seguida, os sistemas totalmente mecânicos, foram substituídos por chaves eletromecânicas e as tensões deixaram de ser alteradas unicamente por transformadores. Depois, a tensão estabelecida na ampola foi alterada de monofásica para trifásica, e, mais recentemente, gerada através de pulsos de alta freqüência. Controles microprocessados de ajuste automático de tensão, corrente e tempo foram anexados as mesas de comando com a revolução do computador a partir da década de 80.

Esquema Elétrico Simplificado

linha (voltímetro) que nos informa a tensão real disponibilizada ao aparelho

A figura 3.1 apresenta um esquema elétrico bem simples de como poderia funcionar o controle de tensão e corrente de uma ampola de raios X. Inicialmente, notamos o transformador de entrada que tem por função elevar a tensão da rede elétrica hospitalar de 127 ou 220 volts para 1.0 a 2.0 volts. O primeiro ajuste que se pode fazer é quanto ao real valor da tensão elétrica disponível para o aparelho. É comum que a tensão no hospital varia de 230 volts até menos de 200 volts, principalmente no final da tarde quando vários equipamentos estão em funcionamento e as luzes são ligadas por causa do anoitecer. Como a qualidade da imagem está diretamente ligada a técnica utilizada, é importante termos a certeza de que o valor ajustado na mesa de comando será efetivamente aplicado na ampola. Para isso, há um monitor de Caso a tensão não seja exatamente 220 V, por exemplo, a correção é feita através do botão de COMPENSAÇÃO DE LINHA.

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Assim, se for assegurado que o primário do transformador recebe exatamente a tensão para que foi construído (127 ou 220 V, por exemplo), a técnica escolhida na mesa de comando, no que diz respeito a tensão kV, será a que realmente estará presente na ampola.

Figura 3.1. Esquema elétrico simplificado de um equipamento radiográfico de meia onda.

Para ajuste do kV na ampola, possuímos dois botões, um seletor grosso e outro seletor fino. Como apresentado no esquema elétrico, o seletor grosso tem por função permitir uma variação da ordem de dezenas de kV, através de grandes deslocamentos do tap superior do enrolamento secundário do transformador. Com o seletor fino, o deslocamento no tap do secundário do transformador é muito menor, permitindo ajustes das unidades de kV na técnica escolhida. Assim, com dois seletores, torna-se mais rápido e preciso a alteração dos valores de tensão na ampola.

Uma vez ajustada a tensão, o esquema nos mostra que há um circuito de tempo responsável pela real aplicação da alta diferença de potencial entre ânodo e cátodo. O temporizador é propositadamente localizado após a seleção de tensão para que se tenha a certeza de que a radiação será gerada apenas durante o tempo pré-estabelecido, nem mais nem menos. Assim, uma vez findo o tempo programado, o circuito irá cortar a tensão e a ampola não produzirá mais radiação X.

O transformador de alta tensão, o segundo existente no nosso esquema elétrico é o verdadeiro gerador da grande diferença de potencial na ampola. Enquanto que normalmente o transformador de entrada se encontra na própria mesa de comando, o transformador de alta tensão muitas vezes, principalmente nos equipamentos mais antigos, era colocado à parte da mesa de comando e do pedestal de suporte do cabeçote. A relação de transformação é fixa, da ordem de 1:1000, pois a regulagem do kV já foi realizada no transformador primário.

Nos primeiros aparelhos construídos no tempo da 2a Guerra Mundial, o transformador de alta tensão era incluído no próprio cabeçote. Atualmente, isto

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Equipamentos Radiológicos é encontrado em alguns aparelhos móveis e portáteis. Porém, está em desuso, pois o cabeçote torna-se muito pesado.

Após o transformador de alta tensão é colocado um SISTEMA DE

RETIFICAÇÃO de tensão. A retificação é necessária, pois a tensão alternada não é útil para atrair os elétrons, que possuem carga negativa e só se deslocam em direção a tensões positivas. A retificação, então, garantirá que a tensão do ânodo será sempre positiva em relação ao cátodo.

Figura 3.2. Gráfico da forma de onda alternada e após a retificação.

Por fim, em muitos aparelhos, principalmente nos mais antigos, estava disponível para o técnico junto à mesa de comando, um amperímetro. Este amperímetro tem por função medir a corrente elétrica que circula entre ânodo e cátodo e serve para confrontar com o valor ajustado pelo técnico para o mA. Nos aparelhos modernos este medidor foi suprimido por que os tempos de funcionamento da ampola são tão curtos que é quase impossível acompanhar o movimento do ponteiro do amperímetro e conseguir se fazer uma leitura confiável.

Para a regulagem e controle do filamento, o circuito elétrico possui dois seletores e um transformador de corrente. O primeiro seletor controla a corrente que irá circular no filamento através do controle da corrente no primário do transformador, já que a tensão aplicada é sempre a mesma. A corrente é escolhida mediante a seleção de um resistor apropriado que, a partir da tensão fixa aplicada, irá resultar numa corrente proporcional. No secundário do transformador, a corrente amplificada é então aplicada diretamente ao filamento do cátodo. Pode parecer estranho controlar a corrente do filamento ao invés da corrente da ampola, porém esta é a única maneira, já que não há controle sobre os elétrons que são produzidos pelo efeito termo-iônico. No entanto, há uma relação direta entre corrente aplicada no filamento e corrente resultante no tubo entre ânodo e cátodo.

O segundo seletor de corrente serve para realizar-se a escolha entre o foco fino e o foco grosso. A opção apresentada é a de um transformador onde se escolhe o enrolamento primário que receberá a tensão e por conseguinte, estará se escolhendo o filamento a ser utilizado. Deve-se sempre lembrar que a corrente que passa na ampola é apenas uma fração da corrente que passa no filamento, porém, são diretamente proporcionais entre si.

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Equipamentos Radiológicos

O sistema elétrico apresentado anteriormente é conhecido como monofásico de meia onda. Monofásico porque utiliza apenas uma onda senoidal e meia onda, porque aproveita apenas a parte positiva desta onda. Este sistema há muito foi abandonado pela indústria pois desperdiça a metade da energia disponível ao aproveitar apenas a metade da tensão, ou seja, apenas a parte positiva. O sistema monofásico atualmente utilizado é o de onda completa, que aproveita toda a onda senoidal. Este aproveitamento total se dá pela transformação da parte negativa da onda senoidal em tensão positiva. A figura 3.3 indica as formas de tensão alternada e a retificada completa.

Para que se possa realizar esta transformação, há a necessidade de utilizar um circuito retificador de meia ponte ou ponte completa. A figura 3.4 apresenta a alteração na saída do transformador de alta tensão necessária para a introdução do circuito retificador de meia ponte.

Figura 3.3. Gráfico da forma de onda alternada e após a retificação completa.

Figura 3.4. Circuito elétrico da ampola alimentada por gerador monofásico de onda completa.

Comparando-se as curvas de tensão retificada dos dois circuitos, percebe-se a nítida melhoria na qualidade da onda. Nos circuitos de meia

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Equipamentos Radiológicos onda, a tensão entregue a ampola permanece metade do tempo nula, sem qualquer contribuição para a geração de fótons. Na outra metade do tempo, a tensão varia de zero até seu valor máximo, o que provoca a geração de um feixe de fótons também variável. Na realidade, os elétrons só começam a ser arrancados do filamento quando a diferença de tensão entre cátodo e ânodo está acima de 20 kV. E a corrente entre os eletrodos torna-se efetiva e capaz de produzir um feixe de fótons de qualidade acima de 40 kV ou 50 kV. Logo, na maior parte do tempo em que é aplicada a diferença de tensão na ampola, não há a produção de radiação suficiente para a realização da imagem. A figura 3.5 mostra esta situação para o caso do retificador de onda completa onde o feixe de radiação só é eficiente em torno de um terço do tempo.

Esta condição deve ser levada em consideração quando estamos escolhendo a técnica em aparelhos distintos. Como no equipamento com retificador de meia onda só temos tensão metade do tempo total, o tempo a ser escolhido deve ser o dobro do tempo utilizado para um aparelho que utiliza retificador de onda completa. Se comparados a circuitos que mantenham a tensão constante o tempo todo entre os eletrodos da ampola, este tempo (dos circuitos monofásicos de onda completa) deveria ser 3 vezes maior.

Figura 3.5. Relação entre a diferença de potencial ânodo-cátodo e a produção de fótons.

Hoje em dia, os geradores de alta tensão monofásicos só são utilizados em equipamentos móveis e portáteis por causa da facilidade em ligá-los em tomadas simples de parede, que são monofásicas.

Sempre buscando proporcionar uma alta tensão o mais constante possível para a ampola, o gerador de alta tensão sempre foi um item em constante desenvolvimento. A rede elétrica de uma cidade é distribuída em três ondas senoidais de tensão, defasadas de 120o uma da outra. Para ondas de 60 Hz, significa que cada onda está atrasada em 5,5 ms em relação à outra. Um Hospital, por utilizar muita energia, recebe da companhia de distribuição a tensão através de três fases. Assim, é fácil construir-se aparelhos que se

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Equipamentos Radiológicos beneficiem desta condição, e por isso, todos os aparelhos de grande porte de um hospital são trifásicos.

A maior vantagem dos equipamentos trifásicos, aqueles que utilizam as três fases, é que a corrente elétrica, e o consumo de energia, é distribuída nas três fases, o que resulta em equipamentos menores, com fios mais finos, e que aproveitam melhor a energia total recebida. No caso dos sistemas retificadores trifásicos, a tensão nunca chega a atingir zero volts, como ocorre nos sistemas monofásicos. A figura 3.6 mostra o resultado final da retificação individual de cada fase.

Figura 3.6. Tensão trifásica retificada - 6 pulsos.

Existem dois tipos de retificadores trifásicos: de 6 pulsos e de 12 pulsos.

O primeiro é mais simples, porém a tensão resultante apresenta uma variação de 13% entre o valor máximo e mínimo. O segundo, é mais complexo de ser construído, pois necessita de dois transformadores para que se consiga as tensões hexafásicas, que são defasadas de 60% entre si. Porém, há a vantagem da tensão de saída apresentar apenas uma variação em torno de 4% do valor máximo. Atualmente, a maioria dos equipamentos fixos é construída utilizando geradores trifásicos de alta tensão.

Figura 3.7. Tensão trifásica dupla, ou hexafásica, retificada - 12 pulsos. SISTEMA DE ALTA FREQÜÊNCIA

O gerador de tensão de alta freqüência para ampola é o dispositivo mais moderno disponível e utiliza um complexo sistema de transformação da tensão alternada em tensão praticamente contínua. Este tipo de gerador retifica a onda

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Equipamentos Radiológicos senoidal disponível, monofásica ou trifásica de 60 Hz, em tensão quase contínua, porém de baixo valor, em torno de 300 V. Depois, esta tensão contínua é transformada em tensão alternada novamente, porém com uma freqüência muito alta, mais de 10 0 Hz.

Esta tensão alternada de alta freqüência é então aplicada num transformador que irá elevá-la para os milhares de volts aplicados à ampola. Porém, deve ser novamente retificada, pois a ampola só funciona com tensão contínua. Esta última retificação não difere das utilizadas nos sistemas monofásico ou trifásico, porém, como a freqüência de oscilação da tensão é muito maior, a variação da tensão máxima retificada é quase nula. Pode-se, então, considerar a tensão constante dentro da ampola, o que conseqüentemente, irá provocar um feixe de radiação também constante ao longo do tempo de exposição. A variação obtida com estes sistemas é menor do que 1%, o que representa menos de 1 kV numa técnica de 100 kV, por exemplo.

Outra vantagem dos sistemas de alta freqüência é que além da tensão constante, também se consegue manter a corrente constante na ampola. Isto é possível por que o sistema de alta freqüência é todo automático e seu controle de tensão também pode ser ajustado para controlar a corrente. Assim, se durante os poucos microsegundos que a ampola fica ligada produzindo a radiação, a tensão ou corrente saírem do valor escolhido pelo técnico, o sistema automático irá corrigi-los. Logo, a técnica escolhida será plenamente atingida, o que garante mais qualidade e alta repetibilidade aos exames.

Alguns fabricantes desenvolveram geradores de alta freqüência que podem ser acoplados a equipamentos antigos. Composto do sistema de geração de tensão e da mesa de controle, donos de clinicas e hospitais podem adaptar este novo sistema aos seus aparelhos radiográficos antigos. Se comparado ao equipamento antigo, o novo sistema permitirá uma melhoria na qualidade de imagem e diminuição no tempo de exposição, implicando numa ampliação da vida útil da ampola existente. É uma forma de se recondicionar aparelhos antigos, que poderiam estar desativados, e colocá-los na ativa novamente. O aço utilizado para a manufatura da mesa, pedestal, cabeçote, etc, não desgasta, e representa uma boa parte do custo final do equipamento. A própria ampola não precisa ser trocada. Assim, a substituição do gerador, numa análise global, é uma boa opção para melhoria da qualidade do serviço radiológico.

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Figura 3.8. Esquema elétrico simplificado de um gerador de tensão de alta freqüência. SISTEMA CAPACITIVO

Os equipamentos móveis e portáteis são os que mais se utilizam do disparo de tensão por armazenamento capacitivo. Devido a necessidade de mobilidade e baixo peso, sem um grande compromisso com a qualidade e flexibilidade de exames, este sistema é o mais indicado. Seu funcionamento é muito semelhante ao do equipamento radiográfico convencional ou fixo, com pequena alteração apenas no circuito de alta tensão.

Figura 3.9. Esquema elétrico simplificado de um sistema capacitivo.

O sistema elétrico capacitivo é muito semelhante ao funcionamento de uma bateria de carro. Inclusive, algumas motocicletas já utilizaram o sistema capacitivo para partida elétrica. Assim como a bateria armazena energia para que o carro possa utilizá-la quando necessita dar partida no motor, o capacitor irá armazenar a energia necessária quando a ampola necessitar produzir a radiação. E para obter esta energia, a bateria precisa de um circuito elétrico que a forneça, no caso, o alternador e o regulador do carro. Para o sistema capacitivo, a energia é retirada da instalação normal do hospital, em qualquer tomada de 127V ou 220V. A diferença entre utilizar armazenamento de energia através de um capacitor ou uma bateria está em dois pontos:

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