Sel705-7

8/9/2019 Sel705-7

1/32

SEL 705 - FUNDAMENTOS FSICOSDOS PROCESSOS DE FORMAO DEIMAGENS MDICASSEL 705EL 705 - FUNDAMENTOS FSICOSUNDAMENTOS FSICOSDOS PROCESSOS DE FORMAO DEOS PROCESSOS DE FORMAO DEIMAGENS MDICASMAGENS MDICAS

Prof. Homero Schiabel

(Sub-rea de Imagens Mdicas)

Prof. HomeroProf. Homero SchiabelSchiabel

(Sub(Sub--rea de Imagens Mdicas)rea de Imagens Mdicas)

8/9/2019 Sel705-7

2/32

III. RAIOS-XIII. RAIOS-X

18741874 -- Williamilliam Crookesrookes:: desenvolvimento dos primeiros tubos de raios catdicosdesenvolvimento dos primeiros tubos de raios catdicos

(ampola de(ampola de CrookesCrookes);); sugerido como equipamento indicado para produzirsugerido como equipamento indicado para produzir

ondas eletromagnticas artificiais penetrantesondas eletromagnticas artificiais penetrantes

18871887 -- Heinricheinrich Hertzertz:: ondas de rdioondas de rdio

1. HISTRICO Meados do sc. XIXMeados do sc. XIX -- Maxwellaxwell:: previu a existncia e natureza das ondas eletromagnticas;previu a existncia e natureza das ondas eletromagnticas;

SEL5705 - Prof. Homero SchiabelSEL5705 - Prof. Homero Schiabel

8/9/2019 Sel705-7

3/32

18901890--18981898

investigaes extensivas em toda a Europa dasinvestigaes extensivas em toda a Europa daspropriedades dos raios catdicos (1897propriedades dos raios catdicos (1897 -- J.J.J.J. ThomsonThomson --partculas carregadaspartculas carregadas nene--gativamentegativamente););

18951895 -- WILHELM CONRAD RENTGEN:WILHELM CONRAD RENTGEN: experincias com tubos de raios catdicos;experincias com tubos de raios catdicos;

busca da deteco das ondas eletromagnticasbusca da deteco das ondas eletromagnticas(tubo com excelente vcuo e boa fonte de alta(tubo com excelente vcuo e boa fonte de alta

tensotenso -- milhares de V);milhares de V); prxima do tubo: placa fluorescente de cianetoprxima do tubo: placa fluorescente de cianetode platina e brio;de platina e brio;

(08/11/1895) para facilitar a observao da fraca(08/11/1895) para facilitar a observao da fracaluminosidade da placa fluorescente,luminosidade da placa fluorescente, RentgenRentgen fechou asfechou ascortinas do laboratrio e cobriu o tubo com uma caixa decortinas do laboratrio e cobriu o tubo com uma caixa depapelo;papelo;


8/9/2019 Sel705-7

4/32

ao ligar o tubo ao ligar o tubo eletricidaeletricida--dede notou um brilho quasenotou um brilho quase

imperceptvel no fundo daimperceptvel no fundo dasalasala -- que desapareciaque desapareciaquando o tubo eraquando o tubo eradesligado;desligado;

brilho vinha de uma outrabrilho vinha de uma outraplaca fluorescenteplaca fluorescente localilocali--zadazada num canto donum canto do lablab.;.;

placa mais prximaplaca mais prxima brilho mais intenso;brilho mais intenso;

NO era efeito dos raios catdicos (s se propagam noNO era efeito dos raios catdicos (s se propagam novcuo);vcuo);

placas de madeira e metal no inibiam o brilhoplacas de madeira e metal no inibiam o brilho radiaoradiao

muito penetrante; s omuito penetrante; s o chumbochumbo conseguia bloquear osconseguia bloquear os RAIOS XAIOS X;; disco de chumbo diante da placadisco de chumbo diante da placa sombra do disco e de suasombra do disco e de suaprpria mo!prpria mo!


8/9/2019 Sel705-7

5/32

prximo passo: substituir a pea fluorescente porprximo passo: substituir a pea fluorescente por

uma placa fotogrficauma placa fotogrfica fotografia da mo defotografia da mo desua esposa,sua esposa, BerthaBertha primeiraprimeira RADIOGRAFIARADIOGRAFIA(publicada) da Histria(publicada) da Histria

anel de casamento


8/9/2019 Sel705-7

6/32

Concluses:Concluses: fluorescncia em certas substncias;fluorescncia em certas substncias;

escurecimento de filmes fotogrficos;escurecimento de filmes fotogrficos;

radiao eletromagntica (no sofre desvios em camposradiao eletromagntica (no sofre desvios em camposeltricos ou magnticos);eltricos ou magnticos);

mais penetrantes aps passar por absorvedores;mais penetrantes aps passar por absorvedores; diversas aplicaes, principalmente, na Medicina.diversas aplicaes, principalmente, na Medicina.

Rifle de caa deRifle de caa de RentgenRentgen

(negativo da radiografia)(negativo da radiografia)


8/9/2019 Sel705-7

7/32

Maro 1896Maro 1896 -- Antoine Henrintoine Henri Becquerelecquerel (FRA)(FRA) verificou sombras de objetos metlicos em placasverificou sombras de objetos metlicos em placasfotogrficasfotogrficas -- radiao de sais de URNIOradiao de sais de URNIO

radiao espontnea

proporcional concentrao dos sais;

sem variao com temperatura, campo eletromagntico, presso ouestado qumico

CasalCasal Curieurie (Pierre e Marie(Pierre e Marie SklodowskaSklodowska):): RADIOATIVIDADERADIOATIVIDADE PechblendaPechblenda (U + Bi + Ba + Pb)(U + Bi + Ba + Pb) emitia muito maisemitia muito mais

radiao do que o U puroradiao do que o U puro

JUN 1898JUN 1898 Polnio;Polnio; DEZ 1898DEZ 1898 RdioRdio


8/9/2019 Sel705-7

8/32

18971897 -- Ernest Rutherford:rnest Rutherford: verificou que as radiaes emitidas eram de trs tiposverificou que as radiaes emitidas eram de trs tipos

distintos:distintos: , , -- ncleos de He (ncleos de He (EE 55 MeVMeV);); -- resultado da converso de um nutron em um prtonresultado da converso de um nutron em um prton((EE 0,50,5 1,01,0 MeVMeV);); -- (ftons) resultado do excesso de(ftons) resultado do excesso de EE que permaneceque permanece

em ncleosem ncleos--filhos aps a desintegrao e emisso defilhos aps a desintegrao e emisso de

radiaoradiao -- natureza eletromagntica e no corpuscularnatureza eletromagntica e no corpuscular((EE ~ 1,0~ 1,0 MeVMeV))

RADIOATIVIDADE:RADIOATIVIDADE:

transformao espontnea do ncleo atmico de umtransformao espontnea do ncleo atmico de umnucldeonucldeo para outro, com emisso de um ou mais tipos depara outro, com emisso de um ou mais tipos deradiao (caracterstica das transformaes):radiao (caracterstica das transformaes): desintegraoesintegrao.


8/9/2019 Sel705-7

9/32

SEL 705 - FUNDAMENTOS FSICOSDOS PROCESSOS DE FORMAO DEIMAGENS MDICASSEL 705EL 705 - FUNDAMENTOS FSICOSUNDAMENTOS FSICOSDOS PROCESSOS DE FORMAO DEOS PROCESSOS DE FORMAO DEIMAGENS MDICASMAGENS MDICAS

Prof. Homero Schiabel

(Sub-rea de Imagens Mdicas)

Prof. HomeroProf. Homero SchiabelSchiabel

(Sub(Sub--rea de Imagens Mdicas)rea de Imagens Mdicas)

8/9/2019 Sel705-7

10/32

RADIAOADIAO CorpuscularCorpuscular partculas subatmicas de alta velocidade (altapartculas subatmicas de alta velocidade (alta

freqncia):freqncia): e-, pp+, nutrons,nutrons, , , ......

E = 1/2 (m vE = 1/2 (m v22

))

EletromagnticaEletromagntica oscilaes eltrica e magntica (ondas)oscilaes eltrica e magntica (ondas)

no tm massa;no tm massa; v = c (diferena apenas nov = c (diferena apenas no ))

Max Planck (1901): teoria dosMax Planck (1901): teoria dos quantaquanta EE

depende da freqncia de radiao (ou dedepende da freqncia de radiao (ou de ):):E = hE = h = = c /c / E = hE = h c /c /


8/9/2019 Sel705-7

11/32

2. PRODUO DE RAIOS X. PRODUO DE RAIOS XAnodo (Cu)

CatodoCatodo

FocalizadorFocalizador

Alvo (W)Alvo (W)

Tubo vidroTubo vidro

Tubo de Raiosubo de RaiosX (Anodo(Anodoestacionrio)stacionrio)


8/9/2019 Sel705-7

12/32

Tubo de Raios Xubo de Raios X(Anodo rotativo)Anodo rotativo)

CatodoCatodo Alvo (W)Alvo (W)

SuporteSuporterotorrotor


8/9/2019 Sel705-7

13/32

Eletrodos submetidos a uma altaEletrodos submetidos a uma alta ddpddp (milhares de V);(milhares de V); eltrons do filamento emitidos em direo ao alvo eeltrons do filamento emitidos em direo ao alvo esubitamente desaceleradossubitamente desacelerados EE calor e Rcalor e R--XX

E = e . VE = e . V

E = energia do eE = energia do e--

e = carga do ee = carga do e--

V = tenso entre os eletrodos [KV]V = tenso entre os eletrodos [KV]

Tubo de 1897SEL5705 - Prof. Homero SchiabelSEL5705 - Prof. Homero Schiabel

8/9/2019 Sel705-7

14/32

2.1. Excitao e Ionizao2.1. Excitao e Ionizao

Se denotarmosSe denotarmos EE11 como a energia original de umcomo a energia original de um

ee-- orbital eorbital e EE22 como sua energia final, a energia decomo sua energia final, a energia de

umum quantumquantumser:ser:E = hE = h = E= E22-- EE11 (1)(1)

Quando umQuando um quantumquantum tem energia tal quetem energia tal quepossibilite levar o epossibilite levar o e-- a uma rbita mais altaa uma rbita mais alta EXCITAOXCITAO

Quando um eQuando um e--

orbital recebe energia suficienteorbital recebe energia suficientepara escapar do tomopara escapar do tomo IONIZAOONIZAO


8/9/2019 Sel705-7

15/32

e-

E = h

e-

E

EXCITAOEXCITAOEXCITAO IONIZAOIONIZAO

E = h BE = hE = h BB

E = Energia cintica do eltron livre;E = Energia cintica do eltron livre;B = Energia de ligao do eltron ao tomoB = Energia de ligao do eltron ao tomo


8/9/2019 Sel705-7

16/32

Ionizao causada pela absoro de radiaoIonizao causada pela absoro de radiaoeletromagnticaeletromagntica ABSORO FOTOELTRICAABSORO FOTOELTRICA

fton incidente desaparece aps a ejeo dofton incidente desaparece aps a ejeo doeltron.eltron.

Emisso de eltrons da superfcie de umaEmisso de eltrons da superfcie de umasubstncia como resultado da irradiao por ondassubstncia como resultado da irradiao por ondas

eletromagnticaseletromagnticas EFEITO FOTOELTRICOEFEITO FOTOELTRICO


8/9/2019 Sel705-7

17/32

8/9/2019 Sel705-7

18/32

2.2. Possveis interaes entre os eltrons do2.2. Possveis interaes entre os eltrons do

feixe e os tomos do alvo no tubo de raios Xfeixe e os tomos do alvo no tubo de raios X

eltron sofre 3 deflexes e produz 3 ftons de raios Xeltron sofre 3 deflexes e produz 3 ftons de raios X

11

e-


8/9/2019 Sel705-7

19/32

eltron sofre 3 deflexes e produz ionizao, calor e um ftoneltron sofre 3 deflexes e produz ionizao, calor e um ftonde raios Xde raios X

22

e-


8/9/2019 Sel705-7

20/32


8/9/2019 Sel705-7

21/32

eltron perde toda sua energia numa nica coliso:eltron perde toda sua energia numa nica coliso:

fton X de mxima energia;fton X de mxima energia; E =E = hchc // == eVeV mnmn = 12,4 / kV [A]= 12,4 / kV [A]

33

e-


8/9/2019 Sel705-7

22/32

eltron sofre 3 deflexes, produzindo ionizaes e caloreltron sofre 3 deflexes, produzindo ionizaes e calor

44

e-

(*) OBS.: rendimentorendimento -->> = Z V 10= Z V 10--99


8/9/2019 Sel705-7

23/32

2.3. Espectro de raios X2.3. Espectro de raios X

Espectro Contnuospectro Contnuo Raios X podem assumir qualquer valor de intensidade,Raios X podem assumir qualquer valor de intensidade,

desde 0 at a mxima energia (numericamente =desde 0 at a mxima energia (numericamente = kVpkVp))

AA BBEE

NN

DDCC

AA -- 100100

BB -- 8080CC -- 6060

DD -- 4040

EE -- 2020


8/9/2019 Sel705-7

24/32

Probabilidade de interao de um eltron do feixeProbabilidade de interao de um eltron do feixe

com eltrons orbitais de cada camada para acom eltrons orbitais de cada camada para aproduo de ftons de raios X:produo de ftons de raios X:

EE -- 9/1009/100 DD -- 7/1007/100 CC -- 5/1005/100 BB -- 3/1003/100 AA -- 1/1001/100

Supondo 1000 colisesSupondo 1000 colises::N ftons (p/ 1000 colises)

E (unid.arbitrrias)

N ftons

E

ftons de E maisbaixa so absorvidos

pelo vidro do tubo

Espectro realEspectro real

90

70

50

3010

20 40 60 80 100


8/9/2019 Sel705-7

25/32

Espectro de Linhasspectro de Linhas Interao dosInterao dos ee

--

do feixe comdo feixe com ee--

orbitais dos tomos doorbitais dos tomos doalvoalvo ee-- ou ftons produzidos no alvo removemou ftons produzidos no alvo removem ee--

das camadas mais internas dos tomosdas camadas mais internas dos tomos ionizaoionizao ee-- das camadas superiores (+ externas) decaem,das camadas superiores (+ externas) decaem,ocupando o espao vazio das camadas inferioresocupando o espao vazio das camadas inferiores emisso de ftons de energia caracterstica (emisso de ftons de energia caracterstica (radiaoradiaocaractersticacaracterstica).).

KK LLMM

e-

KK LLMM

EL

EK

Radiao caracterstica

Energia maior = EEnergia maior = EKK (rbita mais prxima do ncleo)(rbita mais prxima do ncleo)SEL5705 - Prof. Homero SchiabelSEL5705 - Prof. Homero Schiabel

8/9/2019 Sel705-7

26/32

Espectro total (Espectro total (BremsstrahlungBremsstrahlung + caracterstico) + caracterstico)::

IntensidadeIntensidaderelativarelativa

EnergiaEnergia

LL KK

EEmxmx = (valor= (valor kVpkVp))


8/9/2019 Sel705-7

27/32

2.4. Fatores que afetam o espectro de raios X2.4. Fatores que afetam o espectro de raios X

Tenso entre os eletrodos (enso entre os eletrodos (kVpVp)II

EEEEm1m1EEm2m2EEm3m3

kVkV11

kVkV22

kVkV33

EE11 EE22 EE33

EE11, E, E22, E, E33: energia da maioria: energia da maioriados ftons produzidosdos ftons produzidos

EE33 > E> E22 > E> E11 > poder de> poder depenetrao dos ftonspenetrao dos ftons

Quantidade de ftons produzidosQuantidade de ftons produzidos

aumenta com a kV:aumenta com a kV:

qualidade do feixe proporcional kVqualidade do feixe proporcional kV

quantidade de ftons proporcional a (kV)quantidade de ftons proporcional a (kV)22


8/9/2019 Sel705-7

28/32

Corrente de tubo (mA)orrente de tubo (mA) Quanto mais corrente no tubo, maior a quantidadeQuanto mais corrente no tubo, maior a quantidade

de eltrons produzidos no feixe e, portanto, maiorde eltrons produzidos no feixe e, portanto, maiorquantidade de ftons de raios X.quantidade de ftons de raios X.

II

EE

SnSn

WW Material do alvoaterial do alvo Alvos com n atmicoAlvos com n atmicomaior produziro maismaior produziro maisftons;ftons; para uma dadapara uma dada kVpkVp, o, omximo da intensidademximo da intensidade

sempre ocorre para umasempre ocorre para umadada energia dos ftonsdada energia dos ftons

kk

kk


8/9/2019 Sel705-7

29/32

Forma de ondaorma de onda(retificao)retificao)II

EE

onda completaonda completa

kVkV ctecte..

Filtrosiltros Filtrao inerenteiltrao inerente : filtraofiltraoinevitvel do feixe ao serinevitvel do feixe ao seremitido a partir do alvo (vidroemitido a partir do alvo (vidrodo tubo);do tubo);

ftons com energia maisftons com energia maisbaixa sofrem maior absorobaixa sofrem maior absoroe, como so mais facilmentee, como so mais facilmenteabsorvidos pela matria, noabsorvidos pela matria, no

so adequados para formaoso adequados para formaoda imagem, j que noda imagem, j que no contricontri--buembuem para impressionar opara impressionar ofilmefilme

filtrao adicional:iltrao adicional: eliminaeliminaftons de energia mais baixaftons de energia mais baixa


8/9/2019 Sel705-7

30/32

Forma de ondaorma de onda(retificao)retificao) Filtrosiltros Filtrao inerenteiltrao inerente : filtraofiltraoinevitvel do feixe ao serinevitvel do feixe ao seremitido a partir do alvo (vidroemitido a partir do alvo (vidrodo tubo);do tubo);

ftons com energia maisftons com energia maisbaixa sofrem maior absorobaixa sofrem maior absoroe, como so mais facilmentee, como so mais facilmenteabsorvidos pela matria, noabsorvidos pela matria, no

so adequados para formaoso adequados para formaoda imagem, j que noda imagem, j que no contricontri--buembuem para impressionar opara impressionar ofilmefilme

filtrao adicional:iltrao adicional: eliminaeliminaftons de energia mais baixaftons de energia mais baixa

II

EE

filtrao adicionalfiltrao adicional

filtrao inerentefiltrao inerente

sem filtrosem filtro


8/9/2019 Sel705-7

31/32

2.5. Fatores que afetam o espectro de um feixe R2.5. Fatores que afetam o espectro de um feixe R--XX

FATOR INTENSIDADE QUALIDADE COMENT.ATOR INTENSIDADE QUALIDADE COMENT.formato espectroformato espectro

no afetadono afetado

--

--

forma ondaforma onda altealte--rara o espectroo espectro

filtros removemfiltros removem

RR

--X molesX moles

LeiLei InvInv. Quadra. Quadra--

do da Distnciado da Distncia

no afetadano afetada

Q OCQ OC kVpkVp


idemidem

Q OC fQ OC f


I OC mAI OC mA

I OC (I OC (kVpkVp))22

I OC ZI OC Z

> para kV> para kV ctecte..

I OC 1/fI OC 1/f

I OC 1/dI OC 1/d22

mAmA

kVpkVp

Z (alvo)Z (alvo)

retificaoretificao

filtraofiltrao

distdist. focal. focal


8/9/2019 Sel705-7

32/32

Ex. prtico da Lei do Inverso do Quadrado da DistnciaEx. prtico da Lei do Inverso do Quadrado da Distncia

dFF = 50 cm - 6 mAsddFFFF = 50 cm= 50 cm -- 66 mAsmAs dFF = 100 cm - 24 mAsddFFFF = 100 cm= 100 cm -- 2424 mAsmAs

dFF = 100 cm - 6 mAsddFFFF = 100 cm= 100 cm -- 66 mAsmAs

(*) kVp = 50 em todos os casos(*)(*) kVpkVp = 50 em todos os casos= 50 em todos os casos


Sel705-7

Documents

Transcript of Sel705-7