RADIOLOGIA CONVENCIONAL





















A Descoberta dos Raios X
No fim da tarde de 8 de novembro de 1895, quando todos haviam encerrado a jornada de trabalho, o físico alemão Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923) continuava no seu pequeno laboratório, sob os olhares atentos do seu servente. Enquanto Roentgen, naquela sala escura, se ocupava com a observação da condução de eletricidade através de um tubo de Crookes, o servente, em alto estado de excitação, chamou-lhe a atenção: “Professor, olhe a tela!”.

Nas proximidades do tubo de vácuo havia uma tela coberta com platinocianeto de bário, sobre a qual projetava-se uma 
A Descoberta dos Raios X FIXO RX 01inesperada luminosidade, resultante da fluorescência do material. 





















Roentgen girou a tela, de modo que a face sem o material fluorescente ficasse de frente para o tubo de Crookes; ainda assim ele observou a fluorescência. Foi então que resolveu colocar sua mão na frente do tubo, vendo seus ossos projetados na tela. Roentgen observava, pela primeira vez, aquilo que passou a ser denominado raios X.

O parágrafo acima pode ser uma dramatização do que de fato ocorreu naquele dia, mas o fato que a história registra é que esta fantástica descoberta teve estrondosa repercussão, não apenas na comunidade científica, como também nos meios de comunicação de massa. Por exemplo, em 1896, menos de um ano após a descoberta, aproximadamente 49 livros e panfletos e 1.000 artigos já haviam sido publicados sobre o assunto. Um levantamento feito por Jauncey no jornal norte-americano St. Louis Post-Dispatch, mostra que, entre 7 de janeiro e 16 de março de 1896, quatorze notas foram publicadas sobre a descoberta e outros estudos relacionados.

Todavia, as mais conhecidas referências a essa descoberta tendem a minimizar o mérito do seu autor, enfatizando o aspecto fortuito da observação. Essa visão distorcida que se tem do trabalho de Roentgen só é eliminada quando se toma conhecimento dos seus relatos. Com 50 anos de idade na época da descoberta dos raios X, e menos de 50 trabalhos publicados, Roentgen tinha como temas prediletos as propriedades físicas dos cristais e a física aplicada (em 1878 apresentou um alarme para telefone, e em 1879, um barômetro aneróide). Sobre os raios X publicou apenas três trabalhos, e ao final da sua vida não chegou a ultrapassar a marca dos 60. Para um detentor do Prêmio Nobel de Física, esta é uma quantidade relativamente inexpressiva. Essa “pequena” produção talvez seja conseqüência do seu rigoroso critério de avaliação dos resultados obtidos. Pelo que se sabe, ele era tão cuidadoso, que jamais teve de revisar os resultados publicados. Lendo seus dois primeiros artigos sobre os raios X, percebe-se a acuidade do seu trabalho.

Além da inegável importância na medicina, na tecnologia e na pesquisa científica atual, a descoberta dos raios X tem uma história repleta de fatos curiosos e interessantes, e que demonstram a enorme perspicácia de Roentgen. Por exemplo, Crookes chegou a queixar-se da fábrica de insumos fotográficos Ilford, por lhe enviar papéis “velados”. Esses papéis, protegidos contra a luz, eram geralmente colocados próximos aos seus tubos de raios catódicos, e os raios X ali produzidos (ainda não descobertos) os velavam. Outros físicos observaram esse “fenômeno” dos papéis velados, mas jamais o relacionaram com o fato de estarem próximos aos tubos de raios catódicos! Mais curioso e intrigante é o fato de que Lenard “tropeçou” nos raios X antes de Roentgen, mas não percebeu. Assim, parece que não foi apenas o acaso que favoreceu Roentgen; a descoberta dos raios X estava “caindo de madura”, mas precisava de alguém suficientemente sutil para identificar seu aspecto iconoclástico.

O que sâo os raios-X

Os raios-X são uma onda eletromagnética, como a luz visível, as ondas de rádio, os raios infra-vermelhos, e os raios ultra-violetas. As ondas eletromagnéticas tem como características: a sua freqüência e o seu comprimento de onda, sendo estas duas características inversamente proporcionais, ou seja, quanto maior a freqüência menor o comprimento de onda. A energia de uma onda é diretamente proporcional à sua frequência.

Como o raio-X é uma onda de alta energia, o seu comprimento de onda é muito curto da ordem de 10–12 m (um picômetro) e sua freqüência é da ordem de 1016 Hz. O comprimento de onda do raio-X está próximo do raio-?, que é radioativo. Com este comprimento de onda muito curto, estes raios tem a capacidade de penetrar na matéria, o que possibilita sua utilização no estudo dos tecidos do corpo humano.
Espectro.png

espectro energético das ondas eletromagnéticas











Como é feita a produção dos raios-X

Raios-X são produzidos ao se liberar energia no choque de elétrons de alta energia cinética contra uma placa de metal. Para tais efeitos utiliza-se um tubo de raio-X que consiste num tubo de vidro à vácuo com dois eletrodos de tungstênio (diodo), um ânodo (pólo positivo) e um cátodo (pólo negativo). O cátodo consiste num filamento de tungstênio muito fino que esquenta com a passagem de corrente elétrica de alta voltagem. Com isto os elétrons do tungstênio adquirem suficiente energia térmica para abandonar o cátodo (emissão termoiônica). Devido a alta voltagem cria-se também uma diferença de potencial entre os eletrodos o que faz que os elétrons emitidos pelo filamento de tungstênio sejam acelerados em direção ao ânodo (pólo positivo). A energia cinética dos elétrons depende da voltagem entre os eletrodos: quanto mais alta a voltagem maior a energia cinética. O ânodo está revestido por tungstênio e funciona como alvo para os elétrons.
Tubo de raios-X
Tubo de raios-X

No choque dos elétrons com o alvo de tungstênio a maioria da energia cinética destes é transformada infelizmente em calor, mas uma pequena parte produz raios-X através de três fenômenos: radiação característica, desaceleração (“Bremsstrahlung”) e choque nuclear.

A radiação característica ocorre quando o elétron em movimento choca-se com um elétron da camada interna do átomo do alvo de tungstênio e o desloca (caso a energia que ele adquiriu ao deslocar-se do cátodo para o ânodo seja maior que a energia de ligação da camada eletrônica), com isso a camada de energia que este elétron do átomo ocupava fica vaga.

Este átomo agora ionizado precisa se estabilizar. Para isto um elétron de uma camada mais externa migra para a vaga na camada de energia interna, liberando neste processo uma determinada e bem precisa quantidade de energia (fóton) na forma de raios-X. Esta energia corresponde a diferença entre as energias de ligação das duas camadas (a externa, que o elétron ocupava, e a mais interna que ele passou a ocupar). O fenômeno é chamado de radiação característica, já que essa energia das camadas é particular de cada elemento (poderíamos descobrir qual é o elemento do alvo a partir da análise das energias dos fótons de Rx produzidos pela radiação característica). No entanto a chance deste fenômeno (radiação característica) ocorrer não é muito grande.

Na desaceleração, ou efeito de “Bremsstrahlung”, o elétron em movimento tem sua trajetória desviada pela positividade do núcleo. Este desvio de trajetória é acompanhado por uma desaceleração o que faz que parte da energia cinética do elétron seja emitida como fóton de raio-X, que será de maior energia (maior freqüência) quanto maior for o ângulo de desvio da trajetória e quanto mais próximo estiver este elétron do núcleo. A desaceleração tem pouca chance de ocorrer em regiões próximas ao núcleo, devido à densidade nuclear (na verdade, o átomo é bem diáfano, e se compararmos o tamanho do núcleo a uma laranja, o limite do átomo de um determinado elemento estaria, por exemplo, a 3 Km de distância). Assim, a maioria dos elétrons sofrem interações distantes do núcleo e produzem fótons de baixa energia, agora não mais numa faixa de energia característica, mas sim numa variação constante, dependendo do co-seno do ângulo do desvio. A probabilidade desse fenômeno ocorrer também é pequena, porém tende a ser a maior fonte dos fótons de raios-X em relação aos dois outros fenômenos.
fenômeno de Bremsstrahlung
fenômeno de Bremsstrahlung (desaceleração)

No choque nuclear, o elétron choca-se com o núcleo e produz um fóton de alta energia. Nesse caso, 100% da energia que ele adquiriu acelerando do cátodo para o ânodo é transformada em um fóton de raio-x. Por exemplo, se a diferença de potencial entre o cátodo e o ânodo é de 100.000 Volts (e na verdade é dessa ordem), o elétron que se chocar diretamente com o núcleo vai produzir um fóton de raio-x com energia de 100.000 eV (eletron-Volt). Aqui também, e principalmente neste caso, a probabilidade deste fenômeno ocorrer é baixa.

Dessa forma, temos que apenas uma parte da energia dos elétrons é convertida em raios-X pelos três fenômenos acima, sendo a maioria transformada em calor.

O que é o tubo de raio-X

Os tubos de raios-X são formados por um tubo de vidro revestido por uma camada de óleo e chumbo, no seu interior há um filamento de tungstênio, um alvo de tungstênio e vácuo.
Tubo de raios x

O tungstênio é o material escolhido para este fim pois tem um número atômico e um ponto de fusão altos e não derrete com o calor (ponto de fusão acima de 3.000º C). ë importante utilizar um material com estas caracteísticas pois parte da energia produzida dentro do tubo de raio-X é na forma de calor. O alvo de tungstênio no qual os elétrons irão chocar-se está em movimento (na verdade, é um disco em rotação) para que a área que está recebendo o choque com o feixe de elétrons seja constantemente mudada o que distribui o efeito do bombardeio em torno da margem do alvo, possibilitando um certo resfriamento.

O tubo de vidro é revestido por chumbo, que por ser um material muito denso, tem grande absorção dos raios-X, e entre o vidro e o chumbo há uma camada de óleo para resfriá-lo. No tubo de raio-X há uma só abertura não revestida de chumbo e na qual são emitidos os raios-X na forma de um feixe piramidal (em forma de cone) que consegue “escapar” do tubo. Como descrito, os fótons são produzidos em todas as direções, porém só existe um lugar para que “escapem” do tubo, e essa abertura é utilizada para direcionar o feixe.

A corrente do filamento de tungstênio utilizada no tubo de raio-X é medida em miliampéres (mA), e a diferença de potencial entre o pólo positivo e negativo é dada em kilovoltagem (geralmente de 35 a 150 kV). As características de kV e mA é que darão o brilho e o contraste da imagem obtida.

Finalmente, o vacúo no tubo de raio-X é importante para evitar o choque dos elétrons com moléculas de gás, o que teria como efeito a desaceleração dos elétrons antes destes chegarem ao alvo (ânodo de tungstênio).

A interação dos raios-X com a matéria

Na obtenção da imagem por raios-X dois tipos de interação entre os raios-X e a matéria são importantes: o efeito fotoelétrico e o efeito Compton. Aqui, diferente da produção de raio-X, é o fóton que vai interagir com o átomo do organismo que se quer estudar (ou melhor produzir uma imagem).

O efeito fotoelétrico ocorre quando um fóton de raio-X choca-se com um elétron de um átomo e desloca-o de sua camada orbitária no átomo. Com a perda do elétron, o átomo fica ionizado. Nesta situação toda a energia do fóton de raio-X é utilizada para deslocar o elétron. Este efeito é muito acentuado nos materiais muito densos como, por exemplo, no chumbo e depende do número atômico do elemento (na verdade, é proporcional ao cubo desse número).
efeitofoteletrico
Efeito fotoelétrico

O efeito Compton: neste caso o fóton aproxima-se do átomo, choca-se com um elétron orbitário pode ou não arrancá-lo da camada orbitária, dependendo da energia envolvida, mas o que é fundamental: não cede toda a sua energia e neste caso o fóton do raio-x é desviado de sua trajetória. Nesta nova trajetória ele pode interagir com outros átomos e sofrer de novo desvio de sua trajetória. No final, a trajetória deste fóton não é retilínea. Como a obtenção das imagens de raios-X depende da diferença de densidade entre as diversas estruturas, e do arranjo linear entre a fonte e o local de detecção (como a sombra de uma lâmpada), uma trajetória não retilínea resulta em um prejuízo na interpretação das diferenças de densidade e borramento do contorno (imagine que mais que uma lâmpada ilumine um objeto, de forma a produzir mais que um limite da sua sombra).
energia-nuclea373
Efeito Compton

Escrito pela Dra. Claudia da Costa Leite, Dr. Edson Amaro Júnior, Dra. Maria Garcia Otaduy







Como é obtida a imagem radiográfica através dos raios-x

A imagem de radiografia convencional depende dos fótons resultantes da interação com o objeto que dependem por sua vez da espessura do objeto e da capacidade deste de absorver raios-X.

A detecção dos raios-X é feita através de um filme semelhante ao filme fotográfico. Este filme é composto de sais de prata (AgBr, AgI). Quando sensibilizado por um fóton de raio-X ou pela luz visível, o cátion de prata (íon positivo) acaba sendo neutralizado e vira metal (Ag0), e escurece. Por outro lado, o sal de prata que não foi sensibilizado pelo raio-X ou pela luz fica transparente.

Os filmes normalmente são compostos de camadas de plástico (poliéster) protegidas da luz. O uso de camadas de prata recobrindo as duas superfícies do plástico aumenta a sensibilidade do filme aos raios-x.

Resumindo a obtenção de imagens radiográficas: o feixe de raios-X piramidal vai atravessar o objeto que no nosso caso é o paciente. De acordo com as densidades das diversas estruturas que foram atravessadas pelo raio-X, haverá maior ou menor absorção destes raios. A resultante após a interação dos raios-X com o paciente é que irá sensibilizar o filme radiográfico, que dará a imagem final. É importante saber que as diferenças de densidade determinam as características radiológicas dos diferentes materiais e estruturas. Assim materiais densos como os metais absorvem muito os raios-X, pois tem um número atômico muito alto. Por outro lado, o ar, com densidade atômica e número atômico baixos não absorve os raios-x. Assim, temos em ordem crescente 5 densidades radiológicas
básicas: ar, gordura, água, cálcio e metal.
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