Introdução a Física Médica
Introd. Física Médica
2012
Aula 3
Produção de RX
Introdução a Física Médica
Produção de Raios X
Os RX são produzidos quando elétrons são acelerados por DDP da
ordem de 103 a 106 V e colidem com alvos metálicos (Fig. 4).
• Bremsstrahlung : radiação de freamento.
•
Durante a desaceleração dos elétrons, a emissão de RX
possui uma freqüência máxima ( ν max ) e um comprimento de onda
mínimo (
):
λ min
eVAC = hν max
hc
=
λ min
Introdução a Física Médica
Bremsstrahlung
a) ejeção de elétrons orbitais
(b) RX característicos
Espectro de RX
RX característico
Cada espectro de raios X é a
superposição de um
espectro contínuo e de uma
série de linhas espectrais
características do anodo
Introdução a Física Médica
Foto: Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923). Prêmio Nobel de Física em 1901, pela
descoberta dos Raios X. CENTRO: 1ª radiografia humana. DIREITA: radiografia atual.
Introdução a Física Médica
• É fácil compreender, a partir das relações
E = hν
ν = hc/λ
λ
que o comprimento de onda (ou a freqüência) inferior (ou
superior) deve diminuir (ou aumentar) com o potencial
acelerador.
Atividade:
Mostre que o comprimento de onda mínimo é dado por
λmin=1.24 x 104/V (Å)
onde V é o potencial acelerador dos elétrons num tubo de
RX.
Introdução a Física Médica
Propriedades dos RX
Enegrecem filmes radiográficos.
São radiações eletro magnéticas (EM)
não sofrem efeitos de campos Elétrico
ou magnético.
Tornam-se mais penetrantes (“duros”) após passarem por materiais absorvedores.
Produzem radiações secundarias.
Quanto maior a tensão no tubo (kVp), mais penetrantes.
Ao atingirem o alvo, os e- transferem sua energia para ele. Esta energia se
transforma em energia térmica (~ 99%) e em RX (~ 1%).
Causam fluorescência em certos sais metálicos (com tempo de emissão menor
que 10-6 segundos).
Não têm carga, são chamadas de radiação indiretamente ionizante
São diferentes dos raios catódicos (que são produzidos quando elétrons passam
através de um gás a baixa pressão).
Propagam-se em linha reta e em todas as direções
Produzem ionização (transformam gases em condutores elétricos)
Atravessam um corpo tanto melhor quanto maior for a tensão do tubo (kV)
No vácuo, propagam-se com a velocidade da luz.
São polienergéticos
Obedecem à lei do inverso do quadrado da distância (1/r2)
Podem provocar mutações genéticas
A produção de calor
Introdução a Física Médica
•
•
•
•
•
Após varias interações (colisões e
ionizações) com o alvo, os e- não
conseguem mais ionizar, mas
transferem sua energia aos elétrons
do alvo, que ficam excitados.
Ao retornarem ao estado
fundamental, emitem radiação
infravermelha (calor).
A produção de calor aumenta com o
aumento da corrente no tubo.
A produção de RX não depende da
corrente do tubo.
Quanto maior o kVp, maior é a
energia do fóton X gerado.
Interação elétron - alvo
•A eficiência de produção de RX
depende do kVp:
•Para 60 kVp
~0,5 % da energia
cinética é convertida em RX
•Para 2 MVp (MeV)
~ 70 % é
transformada em RX
Introdução a Física Médica
Produção de raios X e calor num tubo convencional
Aproximadamente 99% da energia dos elétrons incidentes no alvo é convertida em
calor o qual precisa ser dissipado rapidamente para não causar derretimento do
anodo.
O alvo é a área do anodo onde ocorre o impacto direto dos elétrons.
O material utilizado para o alvo é o tungstênio (W) devido às seguintes
características:
Alto número atômico, o que implica em grande eficiência de produção de
raios X e maior energia.
Condutividade térmica quase igual a do cobre, o que resulta em rápida
dissipação do calor produzido.
Alto ponto de fusão (3.370º C).
Baixa taxa de evaporação (para evitar metalização do vidro da ampola).
Alta resistência física quando aquecido.
Existem também anodos fabricados de outros materiais tais como Molibdênio (Z=
42) e Ródio (Z= 44) que são usados em mamografia.
O W tem ponto de fusão de 3380ºC enquanto que a temperatura dos elétrons ao
atingir o alvo é de 2000ºC.
Em radiodiagnóstico o diâmetro do anodo varia entre 5 e 12 cm com angulações de
70º a 120º . Em radioterapia a angulação oscila entre 26º e 35º .
A maioria dos aparelhos modernos possui anodo rotatório cuja velocidade pode
atingir até 10.000 r.p.m.
Introdução a Física Médica
Tubo de RX moderno. Degradação do anodo
giratório. Produção de calor num tubo de RX.
Introdução a Física Médica
Raio X
Modern rotating anode
X-ray tube
Simplified rotating anode
tube schematic
A: Anode
C: cathode
T: Anode target
W: X-ray window
Introdução a Física Médica
Fatores que afetam o espectro de RX
• Filtração
• Voltagem no tubo (kVp)
• Tipo de suprimento de alta voltagem
A) Efeito da filtração total no espectro de RX
(B) Variação do kVp no espectro de RX
Introdução a Física Médica
Formas de onda de entrada e variação da alta voltagem no tubo de RX.
Introdução a Física Médica
PRODUÇÃO DE RAIOS X EM AMPOLAS RADIOGRÁFICAS: ESTUDO DO TOMÓGRAFO COMPUTADORIZADO DO HOSPITAL ... www.pgfsc.ufsc.br/dissertacoes/PFSC0112.pdf
Introdução a Física Médica
Circuito Corretor de Rede instalado em um
Gerador de Raios X, modelo Gigantos - Siemens
Introdução a Física Médica
An Inexpensive
X-ray Machine
http://www.noah.org/science/x-ray/stong/
Introdução a Física Médica
Efeito Anódico (ou Heel)
Descrição do Efeito Anódico
Distribuição da radiação sobre a
mesa devido ao E. Anódico.
PRODUÇÃO DE RAIOS X EM AMPOLAS RADIOGRÁFICAS: ESTUDO DO TOMÓGRAFO COMPUTADORIZADO DO HOSPITAL ... www.pgfsc.ufsc.br/dissertacoes/PFSC0112.pdf
Introdução a Física Médica
Introdução a Física Médica
PRODUÇÃO DE RAIOS X EM AMPOLAS RADIOGRÁFICAS: ESTUDO DO TOMÓGRAFO COMPUTADORIZADO DO HOSPITAL ... www.pgfsc.ufsc.br/dissertacoes/PFSC0112.pdf
Introdução a Física Médica
Introdução a Física Médica
Raio X
http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/fismod/mod
05/m_s01.html
Joelho Dir
Hand mit Ringen (Hand with Ring): print of
Wilhelm Röntgen's first "medical" X-ray, of
his wife's hand, taken on 22 December 1895
and presented to Professor Ludwig Zehnder
of the Physik Institut, University of Freiburg,
on 1 January 1896. The dark oval on the
third finger is a shadow produced by her
ring.[1][2]
Image A: A normal chest X-ray.
Image B: fever pneumonia.
Introdução a Física Médica
• Quais são as energias dos fótons correspondentes às
radiações Kα e Kβ de um alvo de cobalto (Z=27) com
λKα=1,79 Å e λKβ= 1,62 Å.
•
Resposta: EKa=6,93 keV e EKb=7,65 keV
• http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/fismod/mod05/m_s01.html
• http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/fismod/mod05/m_ex.html#top
Introdução a Física Médica
Bibliografia
1. Eisber&Resnick . Fisica Quantica Ed. Campus (20a tiragem, 1979)
2. J. Sorenson, M. E. Phelps. Physics in Nuclear Medicine (2nd Ed.). W.B. Saunders Co.
3. ATTIX, F.H. Introduction to radiological physics and radiation dosimetry. John Wiley & Sons, New York, 1986.
4. GANDHI, O.P. Biological effects and medical applications of eletromagnetic energy. Prentice Hall, New York, 1991.
5. JOHNS, H.N.; CUNNIGHAN, J.R. The physics of radiology. Charles C. Thomaz Pu-blisher, Illinois, USA, 1983.
6. EVANS, R. D. The atomic nucleus. Krieger, Malabar, FL, 1982.