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1 DISPONÍVEL 24H MELHOR CUSTO BENEFÍFIO 100% LEGALIZADO Sumário INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 3 TUBOS GERADORES DE RAIOS X ........................................................................... 11 PRODUÇÃO DE RAIOS X ........................................................................................... 15 INTERAÇÃO DE RAIOS X COM A MATÉRIA ......................................................... 20 RADIODIAGNÓSTICO E EQUIPAMENTOS ............................................................ 26 RADIOGRAFIA CONVENCIONAL ............................................................................ 26 RADIOGRAFIA COMPUTADORIZADA ................................................................... 36 RADIOGRAFIA DIGITAL ........................................................................................... 37 TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA .................................................................... 38 CONTRAINDICAÇÕES PARA OS EXAMES RADIOGRÁFICOS ........................... 43 IMAGENS RADIOGRÁFICAS .................................................................................... 44 CARACTERÍSTICAS E QUALIDADE DA IMAGEM ............................................... 50 ARTEFATOS E TÉCNICAS PARA SUA REDUÇÃO ................................................ 66 PÓS-PROCESSAMENTO E ANÁLISE DE IMAGENS .............................................. 73 ARMAZENAMENTO DE IMAGENS .......................................................................... 75 SEGURANÇA NO TRABALHO .................................................................................. 78 EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO IONIZANTE............................................ 78 FUNDAMENTOS DE PROTEÇÃO RADIOLÓGICA ................................................ 84 REGULAMENTAÇÃO DA PROTEÇÃO RADIOLÓGICA NAS PRÁTICAS MÉDICAS ...................................................................................................................... 86 DOSIMETRIA................................................................................................................ 89 CONTROLE DE QUALIDADE .................................................................................... 91 REFERÊNCIAS ............................................................................................................. 98 3 INTRODUÇÃO Radiologia é uma especialidade médica que utiliza imagens do interior do corpo humano para diagnosticar e, posteriormente, tratar doenças. Essas imagens são adquiridas por diferentes técnicas, como por exemplo: radiografia convencional, tomografia computadorizada, mamografia, ultrassonografia, tomografia por emissão de pósitrons e ressonância magnética nuclear. Figura -FÍSICO ALEMÃO, WIHELM CONRAD RONTGEN. ‘ 4 O desenvolvimento da radiologia foi possível após a descoberta dos raios X, em 1895, pelo físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen. Essa descoberta revolucionou o meio científico e, principalmente a Medicina, levando ao início da radiologia como especialidade médica por volta de 1900. A descoberta dos raios X por Röntgen ocorreu enquanto ele trabalhava com um tubo de raios catódicos em seu laboratório. Esse tubo consistia de uma ampola de vidro, evacuada, e com eletrodos positivos e negativos em seu interior. Com a passagem de uma corrente de alta tensão pelo tubo, uma fluorescência era produzida em uma placa de platinocianeto de bário colocada a alguns centímetros do tubo. Como essa fluorescência era fraca e a luminescência produzida dentro do tubo era intensa, Röntgen cobriu o tubo com papel pesado e negro, e escureceu a sala. Ao passar novamente corrente de alta tensão pelo tubo, ele observou uma fluorescência a quase um metro de distância do tubo. Röntgen repetiu o experimento por diversas vezes, aumentando a distância entre a placa e o tubo, e também colocando diferentes objetos entre eles. Ao segurar esses objetos, ele viu os ossos de sua mão projetados na tela. Com isso, ele concluiu que o tubo com o qual estava trabalhando emitia algum tipo ainda desconhecido de radiação capaz de atravessar o corpo humano. Por não saber do que se tratava, ele chamou essa radiação de Raios X, sendo X a incógnita da matemática. Como sabia que havia descoberto algo interessante, mas não tinha certeza dos resultados de seus experimentos, Röntgen trabalhou isolado e em segredo por algum tempo em seu laboratório, onde comia e dormia. Além disso, substituiu a tela que usava por uma chapa fotográfica e convenceu sua esposa a participar de seus experimentos. Após imobilizar a mão da esposa sobre um filme fotográfico, ligar o tubo por quinze minutos e revelar o filme, Röntgen observou a imagem dos ossos e do anel que ela usava, além de uma penumbra relativa aos tecidos moles, que por serem mais permeáveis aos raios, produziam uma sombra mais fraca. 5 Radiografia da mão da esposa de Röntgen, evidenciando os ossos, o tecido mole e o anel que ela usava. Adaptada de História da radiologia. www.portalsaofrancisco.com.br No final do ano de 1895, Röntgen publicou um artigo descrevendo suas experiências e relatando as seguintes propriedades dos raios X observadas por ele: 1. Invisibilidade; 2. Capacidade de provocar fluorescência em certos materiais; 3. Capacidade de atravessar corpos opacos à luz; 4. Não desviados por campos magnéticos; 5. Propagação em linha reta; 6. Origem no ponto de impacto dos raios catódicos com o vidro do tubo; 7. Redução da intensidade proporcional ao quadrado da distância entre a fonte e a tela; 8. Radiopacidade dos materiais proporcional a sua densidade e espessura. Por essa descoberta, Röntgen recebeu o prêmio Nobel de Física em 1901. A primeira radiografia feita em público foi realizada no início de 1896, quando 6 6 Röntgen radiografou a mão do famoso anatomista Albert von Kölliker durante uma palestra. Pouco depois, ele também radiografou um braço fraturado, provando o grande poder diagnóstico de sua descoberta. No mesmo ano, os médicos começaram a utilizar os raios X para pesquisar as balas em soldados feridos, contribuindo para o tratamento dos mesmos. No Brasil, a radiologia iniciou-se em 1897, quando o médico José Carlos Ferreira Pires instalou um aparelho de raios X na cidade de Formiga, Minas Gerais. Esse aparelho foi feito sob supervisão do próprio Röntgen. Em pouco tempo e em diferentes partes do mundo, inúmeras aplicações diagnósticas dos raios X foram demonstradas por radiografias adquiridas em laboratórios de raios X. Para haver a dedicação de médicos especializados e documentação dos exames, surgiu às instalações permanentes dos raios X em hospitais, o que contribuiu para um enorme avanço na prática médica. No início da radiologia, o tempo necessário para produzir uma imagem radiográfica era bastante longo. Uma radiografia de crânio, por exemplo, levava aproximadamente 45 minutos. Além disso, havia um grande espalhamento da radiação. Em pouco tempo, efeitos nocivos dos raios X foram sendo reportados, mas nem todos acreditavam que eles eram os responsáveis pelas queimaduras, amputações e até mortes de pacientes e pesquisadores. Porém, com a regularidade das publicações desses efeitos prejudiciais, as pessoas foram convencidas de que os raios X poderiam ser fatais. Dessa maneira, desde aquela época até os dias atuais, há uma grande preocupação em melhorar os aparelhos a fim de reduzir a radiação a que os pacientes são expostos, já que por ser ionizante, ela é prejudicial à saúde. Com o passar dos anos, a Radiologia foi sofrendo grandes avanços, com o desenvolvimento de aparelhos com maior potência e qualidade,atômicas) que elas representam, o que é chamado de magnificação. Quantitativamente, ela é expressa pelo fator de magnificação (FM): 𝐹𝑀 = 𝐼𝑂 = 𝐷𝐹𝐼 𝐷𝐹𝑂 Em que I é o tamanho da imagem, O é o tamanho do objeto, DFI é a distância entre a fonte de raios X e a imagem, e DFO é a distância entre a fonte de raios X e o objeto, como indicado abaixo. MAGNIFICAÇÃO A fórmula para o fator de magnificação (FM) é obtida por geometria. FONTE: Nickoloff, 2005. Para a maioria dos exames radiográficos, DFI é igual a 100 cm, o que resulta em um FM de aproximadamente 1,1. Porém, em alguns serviços de radiodiagnóstico, tem- se utilizado DFI de 120 cm com o objetivo de reduzir a magnificação, melhorar a resolução espacial e reduzir a dose no paciente. ✓ Distorção 61 Outro fator de qualidade da imagem é a distorção, ou seja, a representação errada do tamanho ou do formato das estruturas na imagem. Isso ocorre devido à divergência do feixe de raios X, ou seja, apenas o raio central do feixe atinge o filme perpendicularmente e o ângulo de divergência dos outros raios causa a distorção. Portanto, nenhuma radiografia é uma imagem exata de estruturas do corpo humano, o que pode interferir no diagnóstico. A distorção, seja no formato ou no tamanho, sempre vai ocorrer, podendo apenas ser minimizada. Ela depende da espessura, posição e formato do objeto. Para estruturas mais espessas ou com formatos que possuem diferentes espessuras, a distorção é maior. DISTORÇÃO Formato irregular do objeto, ou estrutura do corpo, pode causar distorção se não posicionada no centro do feixe de raios X. FONTE: Bushong, 2004. Se o plano do objeto (estrutura anatômica) e o plano da imagem não estiverem paralelamente posicionados, também ocorre distorção. Por isso, é muito importante que o posicionamento apropriado do paciente seja mantido durante a aquisição da imagem radiográfica. 62 DISTORÇÃO Se o objeto, ou estrutura do corpo, estiver inclinado em relação ao plano perpendicular ao feixe de raios X, a imagem obtida será distorcida. FONTE: Bushong, 2004. Ponto focal Como o ponto focal não é exatamente um ponto, tendo dimensões mensuráveis, há um borramento indesejado nas bordas das estruturas, formando uma região de penumbra. PONTO FOCAL 63 Como o ponto focal tem dimensões (F), há a formação de uma região de penumbra (P), causando borramento na imagem. FONTE: Nickoloff, 2005. Quanto mais fino for o ponto focal, melhor será a nitidez geométrica da imagem e menor será o efeito de penumbra. Além disso, esse efeito de penumbra pode ser minimizado, posicionando o paciente mais próximo possível do detector e, se for possível, aumentando a distância entre a fonte de raios X e a imagem. Efeito anódico Devido à geometria do ânodo no tubo de raios X, há uma redução da intensidade do feixe de raios X do cátodo para o ânodo. Além disso, o efeito anódico também afeta o borramento das bordas das estruturas causado pelo tamanho do ponto focal. Esse efeito de penumbra, como visto no tópico anterior (Ponto focal), é menor no lado do ânodo do que no lado do cátodo. EFEITO ANÓDICO 64 Fonte: Oliveira-www.lucianosantarita.pro.br Fatores relacionados ao paciente Como visto anteriormente, o posicionamento do paciente é muito importante para a aquisição de uma imagem radiográfica de boa qualidade, porém ele afeta principalmente os fatores geométricos. Nesse tópico, serão discutidos outros fatores que estão mais diretamente relacionados com o corpo do paciente, como o seu contraste e movimento. Contraste do paciente O contraste do paciente está relacionado com diferentes fatores: • Espessura do paciente: uma região mais espessa do corpo do paciente atenua mais o feixe de raios X do que uma região mais fina, mesmo se ela possuir a mesma composição. • Densidade de massa do tecido: regiões do corpo do paciente podem ter a mesma espessura, mas diferentes densidades, o que afeta o contraste. 65 • Número atômico (Z) efetivo do tecido: como o efeito fotoelétrico depende de Z do tecido e é uma importante forma de interação para raios X com energias na faixa usada em diagnóstico, o contraste do paciente é bastante influenciado pelo Z do tecido que está sendo examinado. • Formato da estrutura anatômica: se a estrutura anatômica tiver um formato que coincida com o feixe de raios X, o contraste será máximo. Caso contrário, haverá borramento, redução da resolução espacial e do contraste da imagem. Movimento Tanto o movimento do paciente quanto do tubo de raios X pode causar borramento da imagem radiográfica. Entretanto, o movimento do paciente é mais crítico, já que o tubo dificilmente se movimenta. Há dois tipos de movimento do paciente: Voluntário: por exemplo, de membros ou músculos. Ele depende da cooperação do paciente. Em alguns casos, pode ser necessário que o paciente seja imobilizado ou prenda a respiração por alguns segundos. Involuntário: por exemplo, do pulmão, do coração, peristaltismo ou tremores. Seus efeitos podem ser reduzidos com um tempo de exposição curto. Em alguns casos, pode ser necessário sedação do paciente para realização do exame. Observação: Em tomografia computadorizada, a qualidade da imagem também é avaliada por meio de características como resolução espacial, contraste, ruído, linearidade e uniformidade. Uma de suas principais vantagens é a capacidade de visualização de estruturas de baixo contraste. Porém, as imagens de TC são mostradas no monitor como níveis de brilho, chamados de número CT. Esses números vão de -1000 a +1000, que correspondem ao ar e ao osso denso, respectivamente. O número de cada voxel da imagem está relacionado ao coeficiente de atenuação de raios X do tecido contido no voxel. Assim, é possível determinar qual número CT aparecerá em branco, preto ou em tons de cinza, de 66 maneira que o número não muda; apenas a mescla de cinza é mudada dependendo da estrutura que se quer visualizar. Esse procedimento é chamado de janelamento. JANELAMENTO EM IMAGENS POR TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA (a) Janelamento: escolha do número CT para ser o valor de centro e escolha da largura da janela. (b) Janelamento para realçar osso (esquerda), mediastino (centro) e pulmão (direita). FONTE: Bushong, 2004. ARTEFATOS E TÉCNICAS PARA SUA REDUÇÃO Em imagens radiográficas, um artefato é uma área com densidade óptica diferente da esperada, que não foi causada pela interação do feixe de raios X com a estrutura examinada, mas sim por algum problema durante o processo de aquisição, processamento, manuseio ou armazenamento da imagem. Os artefatos afetam as características e, consequentemente, a qualidade das imagens. Como os artefatos podem interferir com a visualização da imagem e posterior diagnóstico, suas causas devem ser identificadas para que eles possam ser prevenidos. As causas mais comuns de artefatos em radiografias podem ser divididas em três 67 grupos: exposição, processamento, manuseio e armazenamento. Os artefatos de exposição estão associados com a maneira com que o exame é realizado e, normalmente, são fáceis de serem detectados e podem ser corrigidos. No quadro, os artefatos de exposição mais comuns estão listados. QUADRO: ARTEFATOS DE EXPOSIÇÃO ✓ Posicionamento incorreto da tela intensificadora e do filme no chassi ✓ Mau contato entre a tela intensificadora e o filme ✓ Cassete defeituoso ✓ Posicionamento incorreto da grade ✓ Exposição insuficiente ✓ Superexposição ✓ Exposição dupla do mesmo filme ✓ Posicionamento incorretodo paciente ✓ Movimento do paciente ✓ Imagem de objeto estranho A tela intensificadora e o filme radiográfico devem ser posicionados corretamente em um cassete sem defeitos para que haja perfeito contato entre eles. Caso contrário, a luz produzida na tela irá divergir, resultando em perda de definição na região da imagem referente ao local onde o contato tela-filme é ruim. O posicionamento da grade também é importante. Ela deve ser posicionada perpendicularmente ao feixe central de raios X, e esse feixe deve passar pelo seu centro. Caso algum erro seja cometido durante esse posicionamento, regiões com densidades ópticas inesperadas aparecerão na imagem. Quando a grade é colocada de maneira invertida, por 83 exemplo, faixas verticais escuras aparecem na imagem. Outros dois problemas estão relacionados com exposição insuficiente ou superexposição à radiação. No caso de superexposição, há perda de informação de estruturas anatômicas menos densas. Já em casos de exposição insuficiente, há perda de contraste e aparência granulosa da imagem. ARTEFATOS DE EXPOSIÇÃO 68 (a) Aquisição da imagem com a grade invertida. (b) Superexposição à radiação. (c) Exposição insuficiente à radiação. FONTE: Bushong, 2004. A redução ou prevenção de artefatos de exposição também depende da preparação e posicionamento do paciente. Esse deve ser posicionado de maneira que a estrutura a ser examinada fique paralela ao plano do detector e mais próxima possível dele. Já o feixe central de raios X deve passar no centro da estrutura. Esses cuidados reduzem artefatos de magnificação e distorção da imagem. Além disso, o paciente deve ser instruído a ficar imóvel ou, em alguns casos, a respirar com determinada frequência, para diminuir o borramento da imagem devido ao movimento. Deve-se também verificar se o paciente carrega algum objeto próximo à estrutura a ser examinada para não haver artefatos. ARTEFATO DE EXPOSIÇÃO 69 O paciente guardava os óculos no bolso da camisa. FONTE: Bushong, 2004. Pode-se observar que esses artefatos podem ser corrigidos se o operador tiver maior atenção ao realizar o exame, quanto ao posicionamento dos equipamentos e do paciente, quanto às instruções que devem ser dadas aos pacientes sobre movimento e respiração, e quanto aos parâmetros utilizados para aquisição da imagem (corrente no filamento, voltagem no tubo, tempo de exposição, etc). A maioria desses artefatos pode ocorrer tanto radiografia convencional quanto digital. Os artefatos de processamento ocorrem em sistemas tela-filme e estão geralmente associados com controle de qualidade inadequado e limpeza infrequente da processadora de filmes radiográficos. QUADRO: ARTEFATOS DE PROCESSAMENTO ✓ Marcas das roldanas da processadora ✓ Marcas lineares ✓ Marcas circulares 70 ✓ Aumento ou redução acentuada da densidade óptica ✓ Manchas ✓ Gotas amareladas no filme ✓ Aparência leitosa, oleosa ou frágil da imagem Quando o filme é colocado na processadora, essa deve estar limpa e em perfeitas condições para que não haja aparecimento de artefatos na imagem. Se uma das roldanas da processadora, responsável por transportar o filme dentro dela, estiver mal posicionada, ela pode pressionar o filme e sensibilizá-lo, resultando no aparecimento de marcas na imagem. Essas marcas, de densidades ópticas aumentadas ou reduzidas, também podem aparecer caso haja sujeira na processadora. O processamento incorreto do filme, como revelador oxidado, quantidade insuficiente de fixador, lavagem inadequada ou temperatura imprópria, pode causar aparecimento de manchas ou gotas amareladas na imagem, além de aparência leitosa, oleosa ou frágil. Os artefatos de manuseio e armazenamento ocorrem quando não há cuidado com o manuseio dos filmes radiográficos e as condições de armazenamento não são apropriadas. Assim, para reduzi-los ou evitá-los, é necessário treinar as pessoas que têm contato direto com os filmes, além de projetar instalações adequadas para o seu armazenamento. QUADRO: ARTEFATOS DE MANUSEIO E ARMAZENAMENTO ✓ Aparência embaçada da imagem ✓ Marcas de pressão ou dobra ✓ Faixas de densidade óptica aumentada ✓ Artefatos estáticos 71 Quando o filme é exposto à luz ou outro tipo de radiação que não seja a do feixe de raios X utilizado para adquirir a imagem, pode haver o aparecimento de faixas ou manchas com densidade óptica aumentada, ou imagem com aparência embaçada. Esses artefatos também podem ocorrer se a temperatura ou umidade da sala de processamento ou armazenamento estiver muito alta. Caso contrário, se a temperatura ou umidade da sala de processamento ou armazenamento estiver muito baixa, podem ocorrer artefatos estáticos, ou seja, acúmulo de elétrons na emulsão. Além disso, se o filme sofrer algum tipo de pressão ou for dobrado antes ou após seu processamento, marcas indesejadas aparecerão na imagem. ARTEFATOS DE MANUSEIO E ARMAZENAMENTO (a) Artefato estático e (b) marca indesejada de unha no filme. FONTE: Bushong, 2004. Sistemas digitais são geralmente mais tolerantes a artefatos do que sistemas telafilme, entretanto eles não estão livres dos erros mais comuns, como mau posicionamento e movimento do paciente, exposição insuficiente, superexposição, exposição dupla do detector e má escolha ou posicionamento de colimadores e grades. Além disso, outros artefatos específicos a técnicas digitais podem aparecer, como falta de informação, causada por problemas de memória, digitalização ou comunicação, resultando em linhas escuras na imagem ou “riscos claros” na imagem, causados por pequenas rachaduras no detector. ARTEFATOS EM SISTEMAS DIGITAIS 72 (a) Exposição dupla do detector. (b) Posicionamento errado da grade. (c) Linhas escuras na imagem devido à falha na digitalização. (d) Rachaduras no detector. FONTE: Bushong, 2004. Outros artefatos que podem também ocorrer em imagens adquiridas por sistemas digitais são resultantes do efeito de “aliasing”. Esse efeito é causado pela amostragem insuficiente de sinais digitais de alta frequência, que aparecem como sinais de baixa frequência, resultando em bordas afiadas ou marcas periódicas, como linhas. EXEMPLOS DE ARTEFATOS CAUSADOS POR ALIASING 73 FONTE: Bushong, 2004. Independente da técnica a ser utilizada ou da estrutura, imagens de boa qualidade, com redução de ruído e artefatos são adquiridas apenas quando requisitos fundamentais são satisfeitos. Portanto, para se obter imagens de boa qualidade em sistemas tela-filme ou digitais, os equipamentos devem ser instalados, calibrados, preservados e operados de maneira apropriada. Os operadores devem ser instruídos e treinados para entender as características, funções e aplicações de cada sistema; além disso, eles devem ser capazes de identificar, prevenir e corrigir artefatos. PÓS-PROCESSAMENTO E ANÁLISE DE IMAGENS Como dito anteriormente, a principal vantagem das imagens digitais é a possibilidade de processá-las por técnicas computacionais para realçar contornos, aumentar a resolução espacial, suavizar a imagem, inverter o contraste, realçar regiões de interesse, corrigir distorções, entre outras finalidades. Abaixo estão listados alguns exemplos de métodos utilizados no pós- processamento e análise de imagens digitais. Interpolação Para aumentar a resolução espacial da imagem, pode-se utilizar a técnica de interpolação. Uma imagem inicialmente adquirida com uma matriz de 64 x 64 (64 linhas, 64 colunas, 4096 pixels) pode ser visualizada como uma matriz de 128 x 128 (128 linhas, 128 colunas, 16384 pixels). O valor de intensidade (nível de cinza) de cada novo pixel é calculado pelo computadorbaseado na informação dos pixels vizinhos. Filtragem Filtros digitais podem ser utilizados tanto para suavizar quanto para realçar a imagem. O filtro passa-baixa, que elimina sinais de alta frequência, é utilizado para a suavização da imagem, reduzindo seu ruído. Já o filtro passa-alta, que elimina sinais de baixa frequência, é utilizado no realce de detalhes da imagem, porém, também realça o ruído. 74 Média da vizinhança Pode-se também suavizar uma imagem pela média da vizinhança, que consiste em gerar uma nova imagem baseada na original, em que o nível de cinza de cada pixel é determinado pelo cálculo da média dos níveis de cinza dos pixels vizinhos. Esse tipo de processamento é bastante comum para diminuir o ruído da imagem, porém resulta em borramento das bordas das estruturas. APLICAÇÃO DA MÉDIA DA VIZINHANÇA NA IMAGEM (a) reduz ruído, mas causa borramento, como mostrado em (b). Manipulação de histograma O histograma de uma imagem é um gráfico da quantidade de pixels da imagem para cada nível de cinza. Quando se manipula o histograma, é possível realçar características da imagem. Pode-se, por exemplo, adicionar ou subtrair um valor constante em todos os pixels da imagem para torná-la mais clara ou escura, respectivamente. Outro procedimento é dividir os pixels em dois grupos, baseando-se nos níveis de cinza. Posteriormente, os níveis de cinza de pixels escuros são reduzidos, e os de pixels claros são aumentados. Dessa maneira, aumenta-se o contraste da imagem. Entretanto, se o objetivo é obter uma imagem mais uniforme, deve-se equalizar o 75 histograma. Janelamento Em imagens radiográficas, há estruturas com densidades radiológicas altas e baixas, como ar e osso, por exemplo. Assim, o contraste é ótimo entre essas estruturas. Entretanto, há estruturas com densidades muito próximas, que dificilmente podem ser visualizadas em imagens em que a escala de níveis de cinza vai desde o ar até o osso. Nesses casos, pode-se utilizar o janelamento, ou seja, apenas parte da escala de níveis de cinza. Esse processamento também pode ser feito pelo histrograma. Além do pós-processamento para melhorar determinadas características da imagem, pode-se utilizar ferramentas computacionais para melhor visualizar a imagem toda ou apenas estruturas de maior interesse, por exemplo, pela ampliação das dimensões da imagem, segmentação e detecção de bordas. Entretanto, nem sempre os resultados da aplicação de técnicas de pós- processamento são positivos. Essas técnicas dependem de parâmetros que devem ser cuidadosamente escolhidos para resultar em melhoramento da imagem. Caso contrário, elas podem produzir artefatos que interfiram com a análise da imagem e diagnóstico da doença. Além das técnicas apresentadas nesse tópico, várias outras estão sendo empregadas no pós-processamento de imagens digitais. Para mais detalhes e exemplos, utilizar as referências. Após a aquisição da imagem radiográfica, essa deve ser analisada por um médico radiologista para auxiliar no diagnóstico da doença. As estapas de pós- processamento, discutidas no tópico anterior, podem ser realizadas pelo próprio radiologista, que escolhe o método de manipulação mais adequado para a visualização da região de interesse. Entretanto, é mais comum que o serviço de radiologia tenha profissionais específicos e qualificados que auxiliam o radiologista com o pós- processamento da imagem. Assim, o objetivo ao analisar uma imagem é obter informações do seu conteúdo por observações qualitativas ou medidas quantitativas. ARMAZENAMENTO DE IMAGENS 76 Os filmes radiográficos devem ser manuseados e armazenados de maneira apropriada a fim de evitar artefatos que possam interferir com o diagnóstico. Eles são sensíveis à pressão, não podendo ser dobrados ou sujeitos ao manuseio grosseiro. Já em relação ao armazenamento dos filmes, anterior ou posterior a sua exposição, deve-se levar em consideração a temperatura, umidade, luz, radiação e data de validade das caixas onde são colocados. QUADRO: FATORES IMPORTANTES PARA O ARMAZENAMENTO DE FILMES RADIOGRÁFICOS ✓ Temperatura: como o calor reduz o contraste da radiografia, ela deve ser armazenada em locais com temperatura inferior a 20 °C. ✓ Luz: como o filme radiográfico é sensível à luz, ele deve ser manuseado e armazenado em salas escuras, antes e depois da exposição à radiação e do processamento. ✓ Radiação: como a radiação (não aquela do feixe útil) pode criar artefatos nos filmes, esses devem ser preferencialmente armazenados em salas distantes da passagem de material radioativo para medicina nuclear e, se elas forem adjacentes a salas de raios X, essas devem ser protegidas por paredes mais grossas de chumbo. ✓ Caixas ou prateleiras: os filmes não devem ser armazenados por tempos mais longos do que a data de validade das caixas ou prateleiras apropriadas para o seu armazenamento. ✓ Umidade: umidade muito elevada (> 60%) reduz o contraste da radiografia, porém umidade muito baixa (comprimidos para diminuir seu tamanho. Alguns elementos do cabeçalho são obrigatórios aparecer em todos os tipos de imagem, independente da técnica utilizada para aquisição. Entre eles estão, por exemplo, o nome da técnica utilizada e informações do paciente. Outros elementos aparecem dependendo do tipo de imagem, já que são elementos específicos para aquisição de uma determinada técnica. Por exemplo, em cabeçalhos de imagens por ressonância magnética, devem conter os valores de tempo de repetição e tempo ao eco utilizados na aquisição. Para visualizar as imagens nesse formato, principalmente aquelas provenientes de radiografia e tomografia computadorizada, é importante escolher o “centro da janela” e a “largura da janela” da imagem. Como foi visto anteriormente, esses valores estão relacionados com o brilho e o contraste da imagem, e podem ser escolhidos para facilitar a visualização das estruturas de interesse. Os valores ideias para visualizar ossos, por exemplo, são diferentes dos valores ideais para visualizar tecido mole. SEGURANÇA NO TRABALHO EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO IONIZANTE É de conhecimento de todos que os raios X, por serem radiação ionizante, são 79 bastante prejudiciais à saúde do ser humano. No entanto, ainda não se sabe qual o grau de nocividade dos raios X nos níveis de diagnóstico. Como os benefícios do radiodiagnóstico são muito grandes, é muito importante que físicos médicos, técnicos de radiologia e médicos radiologistas trabalhem com o objetivo de obter imagens radiográficas de boa qualidade com a menor exposição possível do paciente. Quando expostas à radiação ionizante, as células podem sofrer danos devido à ação de eventos físicos, químicos e biológicos, que começam com a interação da radiação com os átomos que formam essas células. A ionização dos átomos afeta as moléculas, que poderão causar danos às células e, consequentemente, aos tecidos e órgãos, até afetarem o funcionamento do corpo inteiro. Os eventos físicos são sofridos pelos átomos e incluem ionização e excitação. Esses eventos podem levar à ruptura de ligações moleculares e formação de radicais livres, que são os eventos químicos. Tanto os eventos físicos quanto os químicos podem levar aos efeitos biológicos. Entretanto, alguns eventos não prejudiciais podem ocorrer, como: a radiação atravessa o corpo do paciente sem sofrer interações ou causar danos; a radiação danifica a célula, mas essa é reparada adequadamente; ou a radiação mata a célula ou impede que ela se reproduza, mas sem provocar maiores danos aos tecidos. O problema maior acontece quando os eventos físicos e químicos provocam a reprodução errada das células, podendo causar aberrações ou mutações celulares, que podem levar à carcinogênese, por exemplo. Nesse contexto, há a radiobiologia, que é o estudo dos efeitos da radiação ionizante no tecido biológico. Seu objetivo é descrever com maior precisão os efeitos da radiação nos seres humanos para que ela possa ser usada com mais segurança para o diagnóstico e com mais eficiência para a terapia. Para isso, estuda-se a interação da radiação com as células, tecidos e órgãos por meio da análise de DNA e RNA, sobrevivência celular, cinética do ciclo celular, aberrações e rearranjos cromossômicos, e indução de morte celular (apoptose e 98 necrose). Os efeitos biológicos podem ocorrer após exposição do corpo inteiro ou de partes do corpo a doses de radiação não necessariamente muito altas. Por isso, o cuidado que se deve ter mesmo com níveis baixos de radiação, como no caso do radiodiagnóstico. Esses efeitos podem ser divididos em efeitos somáticos e hereditários. ✓ Efeitos somáticos: 80 São aqueles que surgem apenas na pessoa que sofreu a exposição à radiação, não afetando futuras gerações. A gravidade desses efeitos depende basicamente da dose recebida e da região atingida. Exemplos de efeitos somáticos incluem queimaduras, vômitos, cefaleia, diarreia, infecções, anemia, obstrução de vasos, ou em casos mais graves de exposição, mutações do DNA, morte celular e câncer. ✓ Efeitos hereditários: São resultados de danos em células de órgãos reprodutores e atingem os descendentes da pessoa que sofreu a irradiação. Eles incluem as mutações celulares. Os efeitos somáticos classificam-se em imediatos e tardios. Quando os efeitos biológicos surgem em até alguns dias após a exposição, eles são chamados de efeitos imediatos. A Síndrome Aguda de Radiação é um desses efeitos. Quando há exposição do corpo inteiro a doses elevadas de radiação, vários tecidos e órgãos são danificados, podendo causar uma reação aguda, cujos sintomas são náusea, vômito, fadiga e perda de apetite. Por outro lado, há efeitos que surgem apenas meses ou anos após a irradiação, e são chamados de efeitos tardios. O efeito tardio de maior importância é o câncer. QUADRO: EFEITOS SOMÁTICOS Efeitos imediatos ✓ Síndrome aguda de radiação ✓ Síndrome hematológica ✓ Síndrome gastrointestinal ✓ Síndrome do sistema nervoso central Dano tecidual local ✓ Pele ✓ Gônadas ✓ Extremidades ✓ Medula óssea Dano citogenético 81 ✓ Efeitos tardios ✓ Leucemia ✓ Câncer de mama Dano tecidual local o Pele o Gônadas o Extremidades ✓ Redução do tempo de vida ✓ Dano genético Outras doenças malignas ✓ Câncer ósseo ✓ Câncer de pulmão ✓ Câncer de tireoide Como dito anteriormente, a irradiação do corpo inteiro pode causar uma reação aguda, que tem sintomas menos graves, como vômito ou perda de apetite. Entretanto, se a dose for bastante alta, as síndromes abaixo podem se manifestar: ✓ Síndrome hematológica: afeta as estruturas que formam o sangue e são altamente sensíveis à radiação. É caracterizada pela redução de leucócitos, hemoglobina e plaquetas. ✓ Síndrome gastrointestinal: afeta órgãos do sistema gastrointestinal que são muito sensíveis à radiação. É caracterizada principalmente por danos severos a células que revestem o intestino. Síndrome do sistema nervoso central: afeta cérebro e músculos que são menos sensíveis à radiação. É caracterizada pelo aumento da pressão intracraniana, inflamação dos vasos sanguíneos e meningite. Como o cérebro e os músculos são menos sensíveis à radiação, é necessária uma dose extremamente alta para causar a síndrome do sistema nervoso central. Nesses casos, o tempo de vida da pessoa exposta é extremamente curto. A figura abaixo mostra a curva de sobrevivência para as três síndromes citadas acima. Observa-se que à medida em que a dose absorvida pelo corpo aumenta, o tempo médio entre a exposição e a 82 morte diminui. CURVA DE SOBREVIVÊNCIA Rad é a unidade de dose absorvida de radiação. FONTE: Bushong, 2004. Danos locais também podem ocorrer devido à irradiação. Nesses casos, a dose a que apenas uma parte do copo é exposta para produzir um efeito biológico deve ser maior do que no caso de irradiação do corpo inteiro. Os tecidos que são afetados imediatamente após a irradiação são pele, gônadas e medula óssea. A exposição de mulheres grávidas à radiação pode causar sérios efeitos biológicos ao feto, que não são efeitos hereditários, mas sim somáticos pois o próprio feto é exposto à radiação. QUADRO: EFEITOS BIOLÓGICOS DA IRRADIAÇÃO FETAL 83 Outro ponto importante desse tópico é a radiossensibilidade celular, ou seja, diferentes tipos de células do corpo humano possuem diferentes respostas à radiação. A sensibilidade da célula à radiação é determinada pela sua maturidade, taxa de reprodução e função. Células que estão em constante reprodução são altamente sensíveis à radiação, podendo sofrer morte ou mutação. Já células mais lentas são menos sensíveis e sofrem efeitos de menorseriedade; elas precisam ser expostas à radiação bastante altas para sofrerem danos mais graves. QUADRO: SENSIBILIDADE CELULAR À RADIAÇÃO Como dito anteriormente, ainda não se sabe quais são os reais riscos da irradiação de baixa dose, como no caso da exposição durante exames radiográficos. ✓ Morte pré-natal ✓ Morte neonatal ✓ Má-formação congênita ✓ Câncer infantil ✓ Desenvolvimento e crescimento diminuídos Radiossensibilidade Tipo de célula Alta Linfócitos Espermatogônias Eritroblastos Intermediária Células endoteliais Osteoblastos Fibroblastos Baixa Células musculares Células nervosas 84 Entretanto, sabe-se que os riscos de aparecimento de efeitos biológicos não segue um modelo de limiar, ou seja, eles não se manifestam a partir de um determinado valor de dose absorvida. Na verdade, há um risco linear, ou seja, quanto mais os tecidos são expostos, maiores os riscos. Portanto, desde o surgimento dos primeiros efeitos biológicos da radiação ionizante, há um grande esforço no desenvolvimento de equipamentos, técnicas e procedimentos para o controle dos níveis de exposição de pacientes, trabalhadores e público em geral à radiação. FUNDAMENTOS DE PROTEÇÃO RADIOLÓGICA A proteção radiológica é o conjunto de normas e procedimentos que visam proteger o indivíduo e seus descendentes dos efeitos nocivos da radiação ionizante. Ela está fundamentada em três princípios básicos. QUADRO: PRINCÍPIOS BÁSICOS DE PROTEÇÃO RADIOLÓGICA ✓ Justificativa: a exposição à radiação ionizante deve trazer suficientes benefícios que a justifiquem. ✓ Otimização: o menor nível possível de radiação deve ser mantido sem que haja perda de qualidade da imagem. ✓ Limitação de doses individuais: as doses de radiação não devem ser superiores aos limites estabelecidos para trabalhadores ocupacionalmente expostos e público em geral. O Princípio de Otimização é também conhecido como Princípio ALARA. ALARA é um acrônimo para “as low as reasonably achievable”, que em português significa “tão baixo quanto razoavelmente exequível”. Nesse princípio baseiam-se os projetos de instalações de equipamentos que utilizam radiação, o uso médico dessa radiação e os procedimentos necessários para a proteção radiológica. Assim, para que 85 ele seja eficaz, é necessário um comprometimento de todos os profissionais envolvidos (médicos, técnicos, físico, etc). Para manter as doses baixas de acordo com o princípio ALARA, três itens são fundamentais: tempo, distância e blindagem. Esses princípios são importantes para todas as práticas que envolvam radiação ionizante, inclusive o radiodiagnóstico. Durante uma radiografia, o tempo de exposição é o mínimo possível também para evitar borramento da imagem devido a movimentos do paciente. Além disso, a distância entre a fonte de radiação e o paciente é fixa para cada tipo de exame, e o técnico de radiologia fica posicionado atrás de uma barreira protetora. Além dessa barreira protetora, há outros tipos de blindagens, como coletes de chumbo para proteger órgãos que não devem ser expostos à radição já que não fazem parte das estruturas examinadas, e as blindagens utilizadas nas paredes da sala para proteger os trabalhadores e o público em geral. QUADRO: PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS PARA GARANTIR DOSES BAIXAS DE ACORDO COM O PRINCÍPIO ALARA ✓ Tempo: como a dose no indivíduo é diretamente relacionada à duração da exposição, deve-se manter o tempo de exposição tão curto quanto possível. ✓ Distância: deve ser mantida a maior possível entre a fonte de radiação e o paciente. ✓ Blindagem: seu posicionamento entre a fonte de radiação e a pessoa exposta reduz bastante o nível de radiação. Além desses princípios fundamentais, há outros procedimetnos que devem ser seguidos, como hábitos de trabalho, uso de sinalização e monitoramento. Entre eles, podem ser citados: ✓ Os técnicos devem sempre usar a técnica adequada para cada tipo de exame radiográfico, já que elas são otimizadas para garantir a aquisição de imagens de boa qualidade. Assim, não haverá necessidade para repetição do exame, o que reduz a dose no paciente e a radiação espalhada que atinge o profissional. 86 ✓ Tanto técnicos quanto radiologistas que trabalham próximos às salas de radiodiagnóstico devem sempre utilizar seu dosímetro (medidor de dose) pessoal durante toda a jornada de trabalho. ✓ Os profissionais não devem se acomodar com a rotina de trabalho e esquecer ou não seguir as normas de proteção radiológica. ✓ As sinalizações de advertências devem ser utilizadas e respeitadas. Esses não são os únicos procedimentos a serem seguidos, há outros que, muitas vezes, dependem do tipo de instalação dos equipamentos e dos exames a serem realizados. O importante é lembrar que todas as normas devem ser seguidas para garantir a segurança do paciente, dos trabalhadores e do público em geral. Para que essas normas fossem criadas, era necessário conhecer a máxima dose permissível, ou seja, a máxima dose de radiação que não produz efeitos biológicos significantes. Esse conceito foi substituído e atualmente utiliza-se o conceito de Limites Primários Anuais de Dose Equivalente, cujos valores são estipulados pelas Diretrizes Básicas da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) (CNEN-NN-3.01:2011). REGULAMENTAÇÃO DA PROTEÇÃO RADIOLÓGICA NAS PRÁTICAS MÉDICAS No Brasil, as normas de proteção radiológica são regulamentadas pela CNEN ou pela Secretaria de Vigilância Sanitária do Ministério da Saúde. Em 2011, a CNEN publicou as Diretrizes Básicas de Proteção Radiológica (CNEN-NN-3.01:2011), com o objetivo de estabelecer os requisitos básicos de proteção radiológica das pessoas em relação à exposição à radiação ionizante. Essas diretrizes se aplicam a todas as práticas que envolvam manuseio, produção, posse e utilização de radiação ionizante, com exceção de práticas de radiodiagnóstico médico e odontológico. Nesses dois últimos casos, a regulamentação é feita pela Portaria Nº 453 do Ministério da Saúde. Para entender e colocar em prática essas normas e diretrizes é necessário primeiramente conhecer alguns termos relacionados à proteção radiológica. ✓ Grandezas: 87 • Dose absorvida (D): é a quantidade de energia média depositada pela radiação em um volume do corpo. A unidade no sistema internacional (SI) é o joule por quilograma (J/kg), denominada gray (Gy). • Dose equivalente (HT): é a dose absorvida média nos tecidos e órgãos ponderada nos tipos de radiação. A unidade no SI é o joule por quilograma (J/kg), denominada sievert (Sv). • Dose efetiva (E): é a soma das doses equivalentes ponderadas nos diversos tecidos e órgãos. É a grandeza que limita a exposição de pessoas à radiação. A unidade no SI também é sievert (Sv). • Equivalente de dose ambiente (H*): grandeza operacional usada para o levantamento radiométrico, comparação com os níveis de restrição e planejamento de blindagens. ✓ Classificação de áreas: A classificação de áreas é proposta com o objetivo de auxiliar o controle das exposições ocupacionais. Elas são divididas em três grupos. • Áreas controladas: sujeitas a regras especiais de proteção e segurança, para controlar as exposições normais, prevenir a disseminação de contaminação, e prevenir ou limitar as exposições potenciais. Elas possuem blindagem. Exemplo: salas de raio X e de comando. • Áreas supervisionadas: áreas em que normalmente as medidas específicas de proteção e segurança não são necessárias, mas que estão sempre mantidas sob supervisão. • Áreas livres: isenta de controle especial. ✓ Exposições: As exposições podem ser únicas, fracionadas ou periódicas. Para a proteção radiológica, as principais exposiçõesa serem levadas em conta são: • Exposição médica: aquela a que são submetidos pacientes, para fins de diagnóstico ou terapia. • Exposição ocupacional: exposição de um indivíduo devido ao seu trabalho ou treinamento em práticas autorizadas. 88 • Exposição do público: exposição de indivíduos do público, que não estão trabalhando ou sendo beneficiados pela exposição. ✓ Fatores de exposição que devem ser blindados: • Radiação primária: feixe útil; passa pelo colimador e forma a imagem; • Radiação espalhada: resultante da interação entre o feixe útil e paciente; • Radiação de fuga: atravessa o cabeçote ou a colimação; • Radiação secundária: radiação de fuga mais radiação espalhada. Esses e outros termos relacionados à proteção radiológica podem ser encontrados nas Diretrizes Básicas da CNEN (CNEN-NN-3.01:2011). Nela também se encontra a limitação de dose individual, que não se aplica a exposições médicas. Essa limitação tem o objetivo de restringir as doses efetiva e equivalente nos tecidos e órgãos a valores inferiores aos especificados na tabela. TABELA Limites de Doses Anuais adose no período de janeiro a dezembro de cada ano bmédia aritmética em 5 anos consecutivos, desde que não exceda 50 mSv em qualquer ano Fonte: CNEN-NN-3.01:2011 Grandeza Órgão Indivíduo ocupacionalmente exposto Indivíduo do público Dose efetiva Corpo inteiro 20 mSvb 1 mSv Dose equivalente Cristalino 20 mSvb 15 mSv Pele 500 mSv 50 mSv Mão e pés 500 mSv - 89 Para práticas de radiodiagnóstico médico, a regulamentação é feita pela Secretaria da Vigilância Sanitária do Ministério da Saúde, pela Portaria Nº 453. Nela estão as exigências obrigatórias em relação aos ambientes do estabelecimento de saúde que possui equipamentos de raios X diagnóstico, as características específicas que todo equipamento de radiodiagnóstico deve possuir, os procedimentos de trabalho, as normas para o controle de qualidade, e os procedimentos para prevenção de acidentes. Os limites anuais de dose individual e as normas para exposições ocupacionais e do público estão detalhados abaixo. ✓ Exposição ocupacional • A dose efetiva anual não deve exceder 20 mSv, considerando a média aritmética em 5 anos consecutivos, desde que não exceda 50 mSv em um ano. • Menores de 18 anos não podem trabalhar com equipamentos de raios X, exceto em treinamentos. • A dose efetiva anual para estagiários de 16 a 18 anos não deve exceder 6 mSv. • É proibida a exposição ocupacional de menores de 16 anos. • Mulheres grávidas devem notificar a gravidez assim que esta for constatada e garantir que a dose na superfície do abdômen não exceda 2 mSv durante a gestação. ✓ Exposição do público o A dose efetiva anual de indivíduos do público não deve exceder 1 mSv. DOSIMETRIA A dosimetria é a determinação da exposição ou da dose de radiação em um ponto específico, que pode ser no ambiente ou no corpo de uma pessoa. Alguns instrumentos são utilizados para detectar e/ou medir essa dose, e são chamados de dosímetros. Alguns exemplos de dosímetros são: filme radiográfico, câmara de ionização, contador proporcional, contador Geiger-Muller, dosímetros termoluminescentes, dosímetros Fricke, eletretos e detectores de cintilação. 90 Para que o dosímetro seja considerado como um detector adequado, ele deve apresentar algumas características: ✓ Repetitividade; ✓ Reprodutibilidade; ✓ Estabilidade; ✓ Exatidão; ✓ Precisão; ✓ Sensibilidade; ✓ Eficiência. DOSÍMETROS (a) Filme dosimétrico. (b) Contador Geiger-Muller. (c) Dosímetro termoluminescente. 91 Além disso, alguns fatores definem a escolha do dosímetro mais adequado para determinada situação ou finalidade: ✓ Tipo de radiação; ✓ Intervalo de tempo de interesse (medição instantânea ou tardia); ✓ Resolução; ✓ Tipo de informação desejada; ✓ Custo. A dosimetria pode ser feita direta ou indiretamente. O método direto mede a dose de entrada na pele com dosímetros termoluminescentes posicionados sobre a pele. Esses dosímetros são muito sensíveis, apresentam certa radiação de fuga e sua resposta depende da energia, sendo então necessária sua calibração. Apesar de medir a dose na pele, a dose nos órgãos pode ser calculada. Já as medidas indiretas são feitas com câmaras de ionização, que utilizam as informações de kerma no ar, fator de retroespalhamento e energia e tamanho do campo, para determinar a dose de entrada na pele. No caso de ambientes hospitalares, é mais comum a utilização de dosímetros termoluminescentes para a dosimetria clínica e a dosimetria pessoal. A monitoração pessoal também pode ser feita utilizando filmes radiográficos. Depois de serem expostos à radiação, sua densidade óptica é medida pelo densitômetro e utilizada para determinar a dose (absorvida ou equivalente) ou a exposição. CONTROLE DE QUALIDADE É extremamente importante e necessário avaliar o desempenho de um sistema de raios X por meio de parâmetros físicos para garantir imagens radiográficas de alta qualidade com exposição mínima do paciente e dos trabalhadores. Para isso, todo serviço de radiologia deve ter um rigoroso programa de controle de qualidade. O programa de controle de qualidade deve conter diversos testes que são realizados periodicamente para avaliar o funcionamento e o desempenho dos sistemas de raios X. Em relação ao equipamento de raios X, deve-se verificar a integridade mecânica, que inclui verificar a falta ou desgaste de componentes como pinos, parafusos, medidores, registrados, indicadores, entre outros; a estabilidade mecânica, 92 dos suportes, tubo, mesa e detector, para minimizar o efeito de movimento na imagem; e a integridade elétrica, principalmente dos cabos de alta voltagem. Radiografia convencional Algumas organizações, tais como a American College of Medical Physics e a American Association of Physicists in Medicine (AAPM), desenvolveram diretrizes para o programa de controle de qualidade em radiografia convencional e também em outras modalidades de imagem. Em radiografia convencional, diversos são os testes a serem realizados, com frequências e níveis de tolerância específicos. Sempre que alguma modificação importante for feita no equipamento, esses testes devem ser realizados mesmo que ainda não seja a data prevista. O quadro apresenta os testes essenciais que devem ser realizados. QUADRO: TESTES BÁSICOS DE UM PROGRAMA DE CONTROLE DE QUALIDADE EM RADIOGRAFIA CONVENCIONAL Fonte: Bushong, 2004. Filtragem Teste Frequência Nível de tolerância Filtragem Anualmente ≥ 2,5 mm Al Colimação Semestralmente ± 2% DFIa Tamanho do ponto focal Anualmente ± 50% Calibração do kVp Anualmente ± 10% Tempo de exposição Anualmente ± 5% > 10 ms ± 20% ≤ 10 ms Linearidade da exposição Anualmente ± 10% Reproducibilidade da exposição Anualmente ± 5% 93 A filtragem do feixe de raios X é um dos fatores mais importantes para a proteção do paciente. Ela aumenta o poder de penetração e, portanto, a qualidade do feixe de raios X. Para verificar a qualidade do feixe, determina-se a camada semirredutora (CSR) em milímetros de alumínio (mm Al). Inicialmente, mede a intensidade da radiação sem filtros entre a fonte de raios X e o detector. Depois, repete-se essa medida para filtros de diferentes espessuras. Ao colocar esses dados em um gráfico, pode-se determinar a CSR, ou seja, a espessura da filtragem que reduz a intensidade do feixe pela metade. Para a filtragem ser considerada adequada, a CSR deve ser igual ou superior a 2,5 mm Al. GRÁFICO TÍPICO DE TESTE DE CAMADA SEMIRREDUTORA (CSR) FONTE: Bushong, 2004. Exatidão do sistema de colimaçãoe alinhamento do eixo central do feixe O primeiro objetivo deste teste é verificar se o campo de incidência do feixe de raios X, delimitado pelos colimadores, coincide com o campo de luz simulado pelo próprio sistema de localização do colimador. O segundo objetivo é verificar a coincidência entre o eixo central do feixe e o centro do detector da imagem. As diferenças obtidas entre as medidas não devem exceder 2% da distância entre a fonte de raios X e o detector. A figura abaixo mostra algumas ferramentas para a realização desses testes. 94 Dispositivos para os testes de (a) alinhamento do eixo central do feixe e (b) exatidão do sistema de colimação. Tamanho do ponto focal O objetivo é avaliar as dimensões do ponto focal aparente do tubo de raios X. Isso pode ser feito pelo método de padrão estrela ou método de padrão de barras. O dispositivo da figura, por exemplo, pode ser usado para esse teste. Ele é constituído por um alvo de metal pesado com grupos de fendas “padrões de barra” de diferentes tamanhos. Após posicionar esse dispositivo sobre um cassete contendo um filme e realizar uma exposição, obtém-se um resultado como mostrado na figura. Deve-se, então, procurar o menor grupo em que todas as três barras sejam resolvidas sobre o filme e utilizar a tabela de conversão para saber o tamanho do ponto focal. 95 (a) Dispositivo para o teste do tamanho do ponto focal por meio do “padrão de barras”. (b) Resultado típico obtido com o teste. Potencial no tubo de raios X (calibração do kVp) O objetivo é medir a quilovoltagem de pico (kVp) para ver sua exatidão em relação ao mostrador. A leitura pode ser feita diretamente ou indiretamente. No caso da leitura direta, utilizam-se dois fotodiodos que mostram eletronicamente o valor de kVp. Então, um valor de kVp é selecionado e o medidor é exposto. Os valores de kVp selecionado e lido são comparados. O limite aceitável de exatidão é de ± 10%. Tempo de exposição O objetivo é comparar o valor obtido por um medidor específico com o valor mostrado no painel, por meio de uma leitura direta. Para isso, o medidor é submetido à exposição de diferentes durações. O limite aceitável de exatidão é de ± 20% para durações ≤ 10 ms, e ± 5% para durações > 10 ms. Linearidade da exposição O objetivo é avaliar a habilidade de um equipamento de raios X de produzir uma radiação constante para diferentes combinações de corrente aplicada no filamento e tempo de exposição, que teoricamente deveriam resultar no mesmo valor de radiação. Reproducibilidade da exposição O objetivo é avaliar se a exposição à radiação é a mesma para repetidas medidas, utilizando os mesmos valores de potencial no tubo, corrente no filamento e tempo de exposição. Outros testes incluem a verificação do desempenho das telas intensificadoras, o alinhamento da grade, o contato tela-filme, o desempenho das vestes protetoras (luvas e 96 aventais de chumbo, por exemplo) e da processadora automática dos filmes. Radiografia computadorizada QUADRO: TESTES RECOMENDADOS PARA UM PROGRAMA DE CONTROLE DE QUALIDADE EM RADIOGRAFIA COMPUTADORIZADA ✓ Ruído no detector não irradiado ✓ Uniformidade ✓ Calibração do indicador de exposição ✓ Linearidade de resposta ✓ Uniformidade e limite de resolução ✓ Sensibilidade de baixo contraste ✓ Precisão do ciclo de apagamento ✓ Armazenamento Radiografia digital QUADRO: TESTES RECOMENDADOS PARA UM PROGRAMA DE CONTROLE DE QUALIDADE EM RADIOGRAFIA DIGITAL ✓ Razão sinal-ruído ✓ Razão contraste-ruído ✓ Resolução espacial ✓ Resolução de contraste ✓ Contraste ✓ Função transferência de modulação ✓ Uniformidade ✓ Artefatos ✓ Distorção geométrica 97 Tomografia computadorizada QUADRO: TESTES TÍPICOS DE UM PROGRAMA DE CONTROLE DE QUALIDADE EM TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA ✓ Padrão de dose ao paciente: abdômen, crânio, coluna ✓ Verificação da posição do objeto de teste e alinhamento ✓ Precisão do sistema de alinhamento luminoso ✓ Espessura de corte ✓ Incrementos entre cortes ✓ Exatidão e incremento de posicionamento da mesa ✓ Contraste de alvos esféricos ✓ Linearidade do número CT ✓ Resolução espacial de alto contraste ✓ Resolução de baixo contraste ✓ Razão Sinal Ruído e ruído na imagem ✓ Uniformidade do número CT ✓ Calibração e uniformidade do número CT no ar ✓ Não uniformidade integral ✓ Avaliação da inclinação do gantry 98 REFERÊNCIAS Basic introduction to PACS. Disponível em: . Acesso em: 19 abr. 2012. BRASIL. Portaria Federal nº 453, de 1 de junho de 1998. Secretaria da Vigilância Sanitária. BUSHBERG, J.T.; SEIBERT, J.A.; LEIDHOLDT, E.M., BOONE, J.M. The essential physics of medical imaging, 2. ed. Philadelphia: Lippincott, Williams & Wilkins, Publication, 2002. BUSHONG, S.C. Radiologic science for technologists: physics, biology, and protection, 8. ed. St. Louis: Mosby, 2004. CARVALHO, A.C.P. História da tomografia computadorizada. Rev Imagem, v. 29, n. 2, p. 61-66, 2007. CESAR, L.J.; SCHUELER, B.A.; ZINK, F.E.; DALY, T.R.; TAUBEL, J.P.; JORGENSON, L.L. Artefacts found in computed radiography. The British Journal of Radiology, v. 74, p. 195-200, 2001. Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN). Diretrizes Básicas de Proteção Radiológica, setembro 2011 (CNEN NN 3.01). Disponível em: . Acesso em: 15 abr. 2012. Formação e registro da imagem. Disponível em: . Acesso em: 15 abr. 2012. FRANCISCO, F.C. et al. Radiologia: 110 anos de história. 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A tomografia computadorizada, por exemplo, foi desenvolvida na década de 1970, quando Hounsfield acoplou o aparelho de raios X a um computador. E para reconstruir as imagens, métodos matemáticos foram desenvolvidos principalmente pelo pesquisador chamado Cormack. As radiografias feitas até aquele momento eram capazes de distinguir ossos, líquidos, partes moles e gordura. Devido à alta sensibilidade da tomografia computadorizada, passou a ser possível separar as partes moles. Por 7 exemplo, começou-se a diferenciar líquor, substâncias cinzenta e branca do tecido cerebral. Ambos pesquisadores receberam o prêmio Nobel de Medicina em 1979. Como o presente curso está focado nas técnicas que utilizam raios X, como radiografia e tomografia computadorizada, as propriedades dos raios X e sua produção serão discutidas com mais detalhes a seguir. PROPRIEDADES DOS RAIOS X Os raios X são pacotes de energia na forma de ondas eletromagnéticas (radiação eletromagnética), como a luz visível, as ondas de rádio, os raios gama, as micro-ondas, entre outras. A energia dos raios X pode ser medida em elétron-volt (eV). A diferença entre as várias ondas eletromagnéticas está no seu comprimento de onda ( ) e na sua frequência ( ), cujo produto é igual à velocidade da onda. ONDAS SENOIDAIS COM DIFERENTES COMPRIMENTOS DE ONDA FONTE: Bushong, 2004. 8 A velocidade (v) de toda onda eletromagnética é igual a velocidade da luz (c = 3 x 108 m/s). O comprimento de onda ( ) e a frequência ( ) são normalmente dados em metros (m) e hertz (Hz), respectivamente. Assim, quando o comprimento de uma onda eletromagnética é conhecido, pode-se calcular sua frequência, e vice-versa. Esse cálculo é feito pela equação mostrada na figura. Exemplo: Qual é a frequência de uma onda eletromagnética de comprimento de onda igual a 12 pm? λ = 12 pm = 12 ∗ 10−2 m c = λ ∗ f ⟶ f = cλ = 3 ∗ 108 ms12 ∗ 10−2 m ⟶ f = 2,5 ∗ 1019Hz Quanto maior for o comprimento de onda, menor será frequência da onda. A figura mostra o espectro eletromagnético e os nomes dados às ondas de diferentes faixas de comprimento de onda e frequência. ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO 9 O olho humano é sensível a ondas eletromagnéticas de comprimento de onda da ordem de 400 a 700 nm, formando a faixa da luz visível, cujos menores e maiores comprimentos de onda correspondem às cores violeta e vermelha, respectivamente. Já os raios ultravioleta, X e gama apresentam comprimentos de ondas menores do que os da luz visível; enquanto os raios infravermelhos, micro-ondas e ondas de rádio apresentam comprimentos de onda maiores do que 700 nm. Os raios X possuem comprimentos de onda no intervalo de 10-11 a 10-8 metros. Como o comportamento das ondas varia de acordo com a interação entre o seu comprimento de onda e a matéria (objetos, corpo humano, etc.), diferentes ondas eletromagnéticas podem ser utilizadas para diversas finalidades. Por exemplo, devido ao seu comprimento de onda da ordem de centímetros, as micro-ondas são absorvidas por moléculas de água presentes nos alimentos. Assim, os alimentos podem ser aquecidos quando colocados nos fornos de micro-ondas. Por outro lado, os raios X possuem comprimentos de onda muito pequenos e energia 10 mil vezes maior do que a luz visível, o que facilita sua penetração em diversos materiais. Portanto, eles são bastante interessantes na medicina para a análise de órgãos internos e fraturas, e no tratamento de tumores e doenças ósseas. Os raios X comumente usados em radiologia possuem energias típicas entre 10 e 150 keV. Entretanto, os raios X podem trazer prejuízos à saúde do ser humano, já que podem separar moléculas por ionização. Por essa característica, eles são classificados como 10 radiação ionizante. Se os raios X penetram melhor, menos raios X incidindo no corpo do paciente serão necessários para que uma quantidade suficiente chegue ao detector para formar a imagem. Dessa forma, quanto mais penetrantes os raios X, mais baixa será a dose de radiação no paciente. Ao longo do texto, a importância e a utilidade dessa e de outras propriedades dos raios X serão discutidas. No quadro abaixo, estão listadas as principais propriedades dos raios X úteis para o radiodiagnóstico. QUADRO: PROPRIEDADES DOS RAIOS X IMPORTANTES, PRINCIPALMENTE PARA A MEDICINA Os raios X ... ✓ São radiação eletromagnética - não têm carga, não podendo ser defletidos por campos elétricos ou magnéticos. ✓ No vácuo, propagam-se com a velocidade da luz. ✓ Propagam-se em linha reta. ✓ Propagam-se em todas as direções. ✓ Provocam luminescência em determinados materiais metálicos. ✓ Enegrecem o filme fotográfico. ✓ São mais penetrantes quando têm energia mais alta, comprimento de onda curto e frequência alta. ✓ Tornam-se mais penetrantes ao passarem por materiais absorvedores ✓ Quanto maior for a voltagem do tubo gerador do raios X, melhor eles atravessam um corpo. ✓ Produzem radiação espalhada ao atravessarem um corpo. ✓ Obedecem a lei do inverso do quadrado da distância (= 1/d2), ou seja, sua intensidade é reduzida dessa forma. ✓ Podem provocar mudanças biológicas, benignas ou malignas, ao interagir com um corpo. 11 TUBOS GERADORES DE RAIOS X Os raios X são produzidos em um equipamento chamado tubo de raios X, que consiste de uma ampola de vidro ou metal, evacuada, com um filamento de tungstênio em uma extremidade, denominado cátodo, e um alvo de metal na outra extremidade, denominado ânodo. Os tubos de raios X funcionam de tal maneira que um grande número de elétrons é produzido pelo cátodo e acelerado para bombardear o ânodo com alta energia cinética. Assim, ele pode ser considerado um conversor de energia, já que a energia elétrica recebida é convertida em raios X e calor. Os tubos são projetados com o objetivo de ter alta eficiência na produção de raios X, além de serem capazes de dissipar o calor o mais rápido possível. TUBO DE RAIOS X FONTE:www.lucianosantarita.pro.br O cátodo é o eletrodo negativo do tubo, formado por um pequeno fio em espiral (ou filamento) que possui ponto de fusão e eficiência de emissão termoiônica altos, já que é constituído pela combinação de tungstênio e tório. Esse filamento fica dentro de uma cavidade, denominada copo focalizador. Quando a corrente elétrica passa pelo filamento, esse é aquecido, emitindo de elétrons (denominada emissão termiônica). Quanto maior for a corrente elétrica, maior será a emissão de elétrons que bombardeiam o alvo, aumentando a produção de raios X. O copo focalizador, que abriga o filamento, é responsável por direcionar a 12 corrente de elétrons para uma área bem definida do alvo (ânodo). FE Essa área bem definida do alvo bombardeada pelos elétrons é denominada ponto focal. PONTO FOCAL FONTE: Nickoloff, 2005. A maioria dos tubos de raios X tem pelo menos dois filamentos de diferentes comprimentos, que resultam em tamanhos diferentes de pontos focais. Como pontos focais maiores são obtidos com mais corrente e, portanto, mais raios X são produzidos, filamentos maiores são utilizados para radiografar tecidos espessos e densos, que FONTE: Bushong, 2004 . 13 necessitam de mais radiação. Porém, nesses casos a imagem obtida é mais borrada. Já pontos focais pequenos produzem imagens menos borradas, melhorando a habilidade de visualizar estruturas pequenas. Portanto, quanto menor o ponto focal, maior será a resoluçãoespacial da imagem; porém, maior será o desgaste do ânodo. O ânodo é o polo positivo do tubo, que deve ser constituído de um material de boa condutividade térmica, alto ponto de fusão e alto número atômico. Os tubos de raios X podem ter o ânodo estacionário ou giratório. (A) ÂNODO ESTACIONÁRIO E (B) ÂNODO GIRATÓRIO FONTE: Bushong, 2004. No caso do ânodo estacionário, ele é feito de tungstênio, que tem o ponto de fusão alto, sendo resistente ao intenso calor produzido no alvo pelo bombardeamento de elétrons. Além disso, ele possui um número atômico alto, sendo útil para o fornecimento de átomos para a colisão com os elétrons provenientes do filamento, o que leva a uma alta eficiência na produção de raios X. Já no caso do ânodo giratório, o feixe de elétrons interage com uma área muito maior do alvo de maneira que o aquecimento não ocorre em uma área pequena, como no caso do ânodo estacionário. Assim, correntes mais altas e tempos de exposição mais curtos são possíveis em ânodos giratórios. Atualmente, os tubos de ânodo fixo são utilizados em máquinas de baixa corrente, como em raios X portátil ou dentário. No caso de máquinas de alta corrente, 14 como em radiodiagnóstico, os tubos possuem ânodo giratório. Nesse caso, a área de impacto dos elétrons é aumentada, aumentando a vida útil do ânodo. Além de seus dois principais componentes (cátodo e ânodo), o tubo de raios X possui componentes externos: ampola de vidro ou metal, cabeçote protetor e suporte. A ampola que abriga o ânodo e o cátodo é posicionada no interior do cabeçote do equipamento de raios X, sendo constituída por um vidro ou metal de alta resistência e evacuada. O objetivo é proporcionar isolamento térmico e elétrico entre as extremidades onde ficam o ânodo e o cátodo, aumentando a eficiência na produção de raios X e o tempo de vida útil do tubo. Essa ampola tem aproximadamente de 30 a 50 cm de comprimento, e 20 cm de diâmetro. Ela possui também uma área (janela) de aproximadamente 5 cm2, em que o material (vidro ou metal) é mais fino, de modo a permitir a emissão do feixe útil de raios X com o mínimo de absorção. Além desse feixe útil, raios X são emitidos em todas as direções com igual intensidade. Por esse motivo, o tubo de raios X é posicionado dentro de um cabeçote protetor revestido de chumbo, que minimiza a passagem de radiação de fuga e permite a passagem do feixe de radiação apenas pela janela do tubo, de modo a direcionar o feixe. Apesar do cabeçote, a radiação não é totalmente blindada, sobrando a radiação de fuga que não contribui para a formação da imagem. Por isso, deve-se considerar sua blindagem ao planejar uma sala de raios X. RADIAÇÃO DE FUGA NO CABEÇOTE DO SISTEMA DE RAIOS X 15 FONTE: Bushong, 2004. O conjunto cabeçote, ampola e tubo de raios X é sustentado por um mecanismo que permite seu posicionamento apropriado para cada exame. Há diferentes tipos de suporte, como suporte de teto, de chão, e com braço em formato semicircular. SUPORTE PARA O CONJUNTO CABEÇOTE, AMPOLA E TUBO DE RAIOS. (A) SUPORTE DE CHÃO E (B) SUPORTE EM FORMATO SEMICIRCULAR -FONTE: Bushong, 2004. PRODUÇÃO DE RAIOS X Os raios X podem ser produzidos quando elétrons em alta velocidade se chocam com um alvo metálico. O processo inicia-se quando uma corrente elétrica passa pelo filamento do cátodo, produzindo um brilho e emitindo elétrons. Com a aplicação de uma alta diferença de voltagem (medida em kilovolts) entre o cátodo e o ânodo, os életrons passam a mover-se em alta velocidade desde o filamento até o alvo metálico, produzindo uma corrente (medida em mA). Essa corrente de elétrons atravessa o caminho somente em uma direção (cátodo → ânodo). Quanto maior for a corrente, maior será a produção de raios X, porém menor será o tempo de vida útil do filamento. PRODUÇÃO DE RAIOS X 16 (a) Com o aquecimento do filamento e a aplicação de alta voltagem no tubo, elétrons movem-se do filamento em direção ao ânodo. (b) Ao chocarem-se com os átmos do alvo presente no ânodo, há produção de raios X. Adaptada de Produção de raios-X. http://novastecnologiassaude.blogspot.com.br Quando os elétrons chocam-se com o alvo, raios X são produzidos por dois mecanismos: bremsstrahlung (do alemão, significa freagem) e radiação característica. O primeiro mecanismo produz de 85% a 100% dos raios X, sendo o restante produzido pelo segundo mecanismo. No caso do mecanismo de bremsstrahlung, um espectro contínuo de raios X é produzido pela desaceleração dos elétrons provenientes do filamento quando esses passam próximos a núcleos carregados positivamente dos átomos do alvo, sendo desviados de sua trajetória. A desaceleração brusca desses elétrons provoca perda de energia, o que gera a emissão de radiação eletromagnética de diferentes comprimentos de onda e energia. Dessa radiação produzida, apenas cerca de 1% é radiação X, sendo 99% emitida como calor, o que aquece o alvo. PRODUÇÃO DE RAIOS X PELO MECANISMO DE BREMSSTRAHLUNG 19 17 Oliveira. FONTE: http://www.lucianosantarita.pro.br Os elétrons podem passar a distâncias diferentes do núcleo, sendo mais ou menos freados. Assim, a radiação de bremsstrahlung se caracteriza por uma distribuição de energia, sendo que a maior parte dessa radiação possui baixa energia. Esse fato pode ser perigoso para o paciente, já que a radiação de baixa energia interage com o tecido sem contribuir para a formação da imagem radiográfica. O espectro contínuo de raios X é uma curva de intensidade (medida em contagens por segundo) versus comprimento de onda do raio X. Essa curva depende do material do alvo e da voltagem (V) aplicada entre o filamento e o alvo. Já que a desaceleração do elétron é proporcional à densidade de prótons do núcleo do átomo do alvo, sendo então proporcional ao seu número atômico (Z), a eficiência da produção de raios X é proporcional a ZV. ESPECTRO CONTÍNUO DE RAIOS X PARA UM ALVO DE TUNGSTÊNIO PARA DIFERENTES VOLTAGENS APLICADAS AO TUBO FONTE: Adaptada de Bushong, 2004. O espectro contínuo de raios X é acompanhado por uma série de linhas isoladas, correspondente à radiação característica, produzida por transições eletrônicas específicas que ocorrem em átomos do material do alvo. Ao chocar-se com esses átomos, os elétrons provenientes do filamento expulsam elétrons das camadas mais 18 internas dos átomos do alvo, resultando na transição de outros elétrons de camadas mais externas para camadas mais internas, substituindo os elétrons expulsos. Essa transição eletrônica resulta na geração dos raios X característicos. PRODUÇÃO DE RAIO X CARACTERÍSTICO FONTE: Bushong, 2004. Usando o modelo do átomo de Borh fica mais fácil entender a produção de raios X característicos. Nesse modelo, o átomo é constituído por um núcleo contendo prótons e nêutrons, cercado por camadas de elétrons. Na figura acima são mostradas as camadas K, L e M. Se o elétron proveniente do filamento possuir energia suficiente para expulsar um elétron da camada K (camada mais interna), a lacuna deixada deverá ser preenchida por um elétron da camada L ou M para garantir novamente o equilíbrio. Dependendo da camada que vem o elétron para preencher essa lacuna, a radiação emitida terá certo nível de energia. Cada material emite um nível definido de radiação característica que depende do seu número atômico. Em radiologia convencional, utilizam-se tubos de raios X com alvos de tungstênio (símbolo = W, Z = 74), cuja radiação característica é da ordem de 70 keV. Já no caso da mamografia, os tubos podem ter alvos de molibidênio (símbolo = Mo, Z = 42) ou ródio (símbolo = Rh, Z = 45), cuja radiaçãocaracterística é da ordem de 20 keV. Portanto, o espectro de raios X é a superposição de um espectro contínuo e de uma série de linhas espectrais características do alvo. 19 FONTE: Oliveira. http://www.lucianosantarita.pro.br O formato do espectro de raios X é sempre o mesmo; entretanto, alguns fatores modificam sua amplitude e sua posição no eixo de energia. A amplitude está relacionada com a intensidade do feixe, já a posição está relacionada com a sua qualidade. O quadro resume os principais fatores que modificam o espectro de raios X. QUADRO: FATORES QUE MODIFICAM A AMPLITUDE E A POSIÇÃO DO ESPECTRO DE RAIOS X, QUE ESTÃO RESPECTIVAMENTE RELACIONADAS COM A INTENSIDADE E A QUALIDADE DO FEIXE Fator Efeito Tensão no tubo Amplitude e posição Corrente no tubo Amplitude Material do alvo Amplitude e posição do espectro contínuo Distância fonte e detector Amplitude Filtragem Amplitude, principalmente em energias baixas 20 A intensidade do feixe é também chamada de quantidade de raios X ou exposição à radiação, e é medida em roentgens (R). A quantidade de raios X é o número de raios X no feixe útil. Ela aumenta com o aumento da corrente e da tensão no tubo; por outro lado, diminui com o aumento da distância fonte-detector e da filtragem. Já a qualidade do feixe de raios X mede a penetração do feixe no corpo, em unidades de camada semirredutora (do inglês, half-value layer – HVL). HVL é a espessura de um material necessária para reduzir a quantidade de raios X penetrantes em 50%. Em radiologia, HVL normalmente é medida em milímetros de alumínio. HVL aumenta com o aumento da tensão aplicada no tubo e o aumento da filtragem do feixe. Portanto, para feixes de maior HVL, ou seja, qualidade, os raios X são mais penetrantes e menos radiação é necessária para obter uma imagem de boa qualidade, reduzindo a dose no paciente. INTERAÇÃO DE RAIOS X COM A MATÉRIA Quando os raios X atingem o tecido do paciente, a radiação pode ser completamente espalhada, sem perda de energia; absorvida, com perda total de energia; espalhada, com alguma absorção e perda de energia; ou transmitida, sem qualquer alteração. A transmissão desses raios X pelo corpo do paciente depende da densidade e da espessura do tecido, além do coeficiente de atenuação de massa. Para os raios X usados em radiodiagnóstico, que têm de 10 a 150 keV de energia, essas interações são dos seguintes tipos: espalhamento coerente, efeito fotoelétrico e espalhamento Compton. Espalhamento coerente O espalhamento coerente é uma interação de pura dispersão, sem deposição de energia no material ou corpo do paciente. Nessa interação, o fóton de raio X interage com os elétrons orbitais dos átomos da matéria. Esses elétrons oscilam por um período de tempo muito curto e, depois, outro fóton de mesma energia é liberado e se propaga em uma direção diferente. Esse tipo de interação é mais provável para fótons de energia baixa, não muito importante para a radiologia diagnóstica. 21 ESPALHAMENTO COERENTE FONTE: Bushong, 2004. Efeito fotoelétrico Nessa interação, o fóton de raio X interage com um elétron de uma camada mais interna de um átomo e, se tiver energia suficiente, esse fóton transfere toda a sua energia para o elétron, ejetando-o da órbita. Assim, o fóton desaparece e o átomo é ionizado. EFEITO FOTOELÉTRICO FONTE: Bushong, 2004. 22 Após a interação fotoelétrica, a lacuna deixada pelo elétron ejetado é ocupada por outro elétron, ocorrendo emissão de radiação característica. O número de interações fotoelétricas diminui rapidamente com raios X de altas energias. Não há fóton espalhado e toda a energia é depositada localmente, contribuindo para a dose de radiação no paciente. A probabilidade relativa de um raio X sofrer interação fotoelétrica é inversamente proporcional à terceira potência da sua energia (1/E3) e diretamente proporcional à terceira potência do número atômico do material absorvedor (Z3). Essa distribuição de probabilidade está mostrada na figura para dois tipos de materiais absorvedores: tecido mole e osso. PROBABILIDADE RELATIVA DE UM RAIO X SOFRER INTERAÇÃO FOTOELÉTRICA EM DOIS DIFERENTES MATERIAIS ABSORVEDORES: TECIDO MOLE E OSSO FONTE: Bushong, 2004. 23 Espalhamento Compton Nessa interação, o fóton de raio X normalmente interage com um elétron de uma camada mais externa de um átomo, transferindo parte da sua energia para o elétron, ejetando-o da órbita. Assim, o fóton continua se propagando, mas com energia menor e direção de propagação diferente. ESPALHAMENTO COMPTON FONTE: Bushong, 2004. Durante essa interação, a maior parte da energia do raio X é dividida entre o raio X espalhado e o elétron ejetado (denominado elétron Compton). Ambos passam a ter energia suficiente para realizar outras interações antes de perder toda a sua energia. A probabilidade de o espalhamento Compton ocorrer é inversamente proporcional a sua energia (1/E), porém é praticamente independente do número atômico do material absorvedor. PROBABILIDADE RELATIVA DE UM RAIO X SOFRER ESPALHAMENTO COMPTON EM DOIS DIFERENTES MATERIAIS ABSORVEDORES: TECIDO MOLE E OSSO 24 FONTE: Bushong, 2004. Os raios X espalhados, resultantes da interação Compton, não fornecem informação útil para os exames radiográficos. Pelo contrário, eles reduzem o contraste da imagem obtida. O quadro abaixo resume as interações dos raios X com o corpo humano que são mais prováveis de ocorrer durante um exame de radiodiagnóstico. É importante notar que devido a algumas dessas interações, boa parte da radiação contribui apenas para a deposição de dose no paciente e não para a formação da imagem. QUADRO: RESUMO DAS INTERAÇÕES DOS RAIOS X COM O CORPO HUMANO MAIS ROVÁVEL DE OCORRER DURANTE UM EXAME DE RADIODIAGNÓSTICO ✓ Transmissão do raio X através do corpo do paciente sem interação ✓ Absorção completa do raio X, com depósito de energia no corpo do paciente (Efeito Fotoelétrico) ✓ Espalhamento do raio X (Espalhamento Compton) 25 A figura resume o conteúdo visto neste primeiro módulo, desde a produção de raios X até sua interação com a matéria. Já a figura, que está relacionada com os eventos mostrados, mostra a distribuição de energia de raios X produzidos por um tubo com 26 ânodo fixo. Os raios X de baixas energias são absorvidos no metal do ânodo e, depois, na ampola de vidro. Posteriormente, a filtragem também reduz a quantidade de raios X de baixas energias que não iriam conseguir atravessar o corpo para formar a imagem e apenas aumentariam a dose no paciente. Assim, somente os raios X com energias mais altas são capazes de atravessar o corpo do paciente e contribuir para o enegrecimento do filme e, consequentemente, a formação da imagem. (a) Trajetória dos raios X desde o tubo até o filme radiográfico. (b) Espectro dos raios X em cada etapa do processo mostrado em (a). FONTE: Bushberg, 2002. RADIODIAGNÓSTICO E EQUIPAMENTOS RADIOGRAFIA CONVENCIONAL A radiografia convencional é o processo de obtenção de imagens bidimensionais do corpo humano utilizando feixes de raios X e filme fotográfico. Foi a primeira técnica de radiodiagnóstico desenvolvida depois da descoberta dos raios X por Röentgen, e durante décadas, foi o único método de imagem existente. Mesmo com o desenvolvimento de diferentes técnicas, como a tomografia computadorizada ou a ressonância magnética, ainda há muitos exames de radiografia convencional que não foram substituídos, por serem mais práticos, mais baratos ou mais úteis em determinados casos. O equipamento de radiografia é composto pelo tubode raios X, filtros, colimadores, mesa de altura ajustável, detector (receptor) da imagem, mesa de controle 27 do operador e processadora dos filmes. O receptor da imagem é o filme radiográfico colocado dentro de um chassi (ou cassete) e posicionado sob a mesa de exames ou em um suporte no caso da radiografia feita com o paciente em pé. (A) EQUIPAMENTO DE RAIOS X (SUPORTE, TUBO, MESA E DETECTOR). (B) CASSETE. (C) PROCESSADORA. (D) FILME RADIOGRÁFICO Filtros Nos tubos de raios X, há uma filtragem inerente, que é a absorção de radiação em materiais que não podem ser removidos do equipamento, como o próprio alvo ou a parede de vidro do tubo. Porém, em alguns casos, há a necessidade de uma filtração adicional, principalmente de raios de baixa energia para o endurecimento do feixe, ou seja, para o aumento da sua energia efetiva e, consequentemente, aumento do seu poder de penetração. Em tubos de raios X radiográficos, esses filtros são normalmente de alumínio ou cobre. Essa filtragem afeta tanto a quantidade (número de raios X e energias), quanto à qualidade (poder de penetração) do feixe de raios X. O objetivo principal é filtrar a radiação de mais baixa energia, reduzindo a dose de radiação no paciente. 28 (a) Baixa filtragem: feixe menos penetrante, mais radiação é necessária para formação da imagem no filme. (b) Filtragem adequada: feixe mais penetrante, menos radiação é necessária para formação da imagem no filme e, consequentemente, menor a dose no paciente. ✓ Pouca filtragem resulta em uma dose de radiação maior ao paciente devido à maior quantidade de raios X de baixas energias que não conseguem atravessar o corpo do paciente. ✓ Muita filtragem resulta em uma imagem de pior qualidade já que raios X de altas energias produzem menos contraste. Além da filtragem adicional utilizada para melhorar a qualidade do feixe, pode-se utilizar também filtros de compensação. Em casos em que a espessura e a composição do tecido da parte do corpo a ser examinada variam bastante, esses filtros são utilizados para se obter uma imagem com luminosidade global uniforme. FILTROS DE COMPENSAÇÃO FONTE: Bushong, 2004. 29 Colimadores e grades Os colimadores são dispositivos que limitam o tamanho do campo de incidência dos raios X pela absorção de parte da radiação, direcionando e suavizando o feixe. Na maioria dos tubos de raios X, utilizam-se colimadores de abertura variável, constituídos de dois conjuntos de lâminas de chumbo que podem ser ajustadas para a obtenção de campos de incidência retangulares de tamanhos variáveis. O tamanho do campo de incidência coincide com o tamanho do detector. COLIMADOR DE ABERTURA VARIÁVEL FONTE: Bushong, 2004. Portanto, as principais funções dos colimadores são: restringir a incidência dos raios X na área de interesse clínico, prevenindo a irradiação desnecessária de outras regiões; e reduzir a radiação espalhada, melhorando o contraste da imagem. COLIMAÇÃO ADEQUADA RESULTA EM MENOS RADIAÇÃO ESPALHADA E, CONSEQUENTEMENTE, MENOR DOSE NO PACIENTE E MELHOR CONTRASTE NA IMAGEM 30 FONTE: Bushong, 2004. Já as grades consistem de uma folha de tiras finas de chumbo espaçadas por outro material, como alumínio ou fibra de carbono. O objetivo é remover a radiação que é espalhada dentro do corpo do paciente, melhorando o contraste da imagem. Assim, as grades são projetadas para transmitir apenas os raios X cujas direções são uma linha reta entre a fonte e o detector, passando diretamente pelo material de alumínio ou fibra de carbono. Os outros raios X são absorvidos pelas tiras de chumbo e não atingem o detector. A GRADE ABSORVE A RADIAÇÃO ESPALHADA NO PACIENTE, MELHORANDO O CONTRASTE DA IMAGEM 31 FONTE: Nickoloff, 2005. Sistema tela-filme A radiografia convencional utiliza um sistema de detecção da radiação denominada sistema tela- filme. Nesse sistema, o filme fica dentro de um chassi radiográfico, também chamado de cassete, juntamente com uma ou duas telas intensificadoras. ESQUEMA DO DETECTOR NO SISTEMA TELA-FILME 32 O filme radiográfico é posicionado dentro do cassete, normalmente entre duas telas intensificadoras. FONTE: Disponível em: . O chassi é constituído de uma caixa de alumínio (ou resina plástica), que protege o material fotossensível da luz até o momento da exposição. Uma das superfícies do chassi, por onde incidem os raios X – parte superior do cassete), deve ser de material de baixo número atômico e com espessura reduzida para evitar atenuação da radiação. Como o filme radiográfico é pouco sensível aos raios X, é necessária a utilização de uma ou duas telas intensificadores para convertem os raios X em luz. Assim, o filme é produzido para ser sensível à luz e não a raios X. Por esse motivo, ele deve ser protegido da luz antes e após o exame. A tela intensificadora é utilizada antes do detector de radiação com o objetivo de capturar raios X que passam pelo corpo do paciente e pela grade, e convertê-los em grande quantidade de luz, que será direcionada ao detector. A vantagem da utilização da tela é reduzir a exposição do paciente à radiação. Entretanto, a desvantagem é a diminuição da qualidade da imagem, com aumento de ruído devido à dose reduzida, e redução da resolução espacial devido à dispersão da luz. Porém, com a utilização de telas mais modernas, a redução da qualidade da imagem não é tão crítica. A tela intensificadora é constituída por, pelo menos, quatro camadas: revestimento protetor, camada de fósforo, camada reflexiva e base. ESQUEMA DO CORTE TRANSVERSAL DE UMA TELA INTENSIFICADORA, MOSTRANDO SUAS QUATRO CAMADAS: BASE, CAMADA REFLEXIVA, CAMADA DE FÓSFORO E REVESTIMENTO PROTETOR 33 FONTE: Bushong, 2004. O revestimento protetor é a camada que fica mais próxima ao filme radiográfico e fornece à tela uma superfície resistente ao manuseio, transparente à luz e que protege a camada de fósforo. Já a camada de fósforo é a parte ativa da tela, que converte os raios X em luz. Ela é constituída de um material cintilador, normalmente o fósforo de terras raras, composto por oxisulfeto de gadolíneio, oxibrometo de latânio e tantalato de ítrio. Esse composto tem uma maior eficiência de conversão do que as telas mais antigas de tungstato de cálcio. Quando os raios X interagem com a camada de fósforo, luz é emitida com igual intensidade em todas as direções, sendo que menos da metade dessa luz é emitida na direção do filme radiográfico. Assim, para aumentar a quantidade de luz que atinge o filme, a tela possui uma camada reflexiva, onde a luz que a atinge é redirecionada para o filme. ESQUEMA DO CORTE TRANSVERSAL DE DOIS SISTEMAS TELA- FILME 34 (a) Com a utilização de tela intensificadora sem a camada reflexiva, apenas parte da radiação sensibiliza o filme. (b) A camada reflexiva redireciona os raios X para sensibilizarem o filme. FONTE: Bushong, 2004. A camada mais distante do filme é chamada de base que, normalmente composta por poliéster, dá suporte mecânico à camada de fósforo. Essa camada deve ser resistente à umidade e à radiação, inerte quimicamente para não interagir com a camada de fósforo, flexível e livre de impurezas que possam ser imageadas pelos raios X. Após atravessar o corpo do paciente e a tela intensificadora, o feixe de raios X pode sensibilizar os filmes radiográficos. Há outros detectores de radiação em radiodiagnóstico, mas a impressão de filmes radiográficos ainda é uma das principais técnicas usadas clinicamente. O uso de sensores em sistemas digitais também é outramaneira de detectar os feixes de raios X e será discutido nas próximas seções. O filme radiográfico não exposto consiste de uma ou duas camadas de emulsão sobre uma folha flexível de plástico (geralmente poliéster). A emulsão consiste de grãos de haleto de prata (brometo de prata – AgBr, e iodeto de prata - AgI) em uma base gelatinosa. Uma camada adesiva é utilizada para segurar a emulsão sobre a base de plástico, e um revestimento é utilizado para proteger a emulsão. Os filmes podem ser de emulsão simples ou dupla. 35 FILMES RADIOGRÁFICOS DE EMULSÃO (A) SIMPLES E (B) DUPLA Formação e Registro da Imagem. FONTE: www.ebah.com.br Após ser exposto, o filme contém a imagem latente da região de interesse do paciente e, para se obtiver a imagem que será utilizada no diagnóstico, esse filme deve ser revelado. O filme radiográfico é geralmente revelado por uma processadora automática. Figura -PROCESSADORAS DE FILMES RADIOGRÁFICOS 36 Por muito tempo, os filmes radiográficos eram o principal meio de armazenamento de imagens médicas. A utilização de diferentes detectores e de computadores passou a oferecer novas maneiras de armazenar, processar, transferir e mostrar as imagens. Atualmente é possível adquirir os dados, realizar operações matemáticas para realçar detalhes e diferenciar imagens, e armazenar esses dados em servidores facilitando a visualização, sem a utilização de filmes. A essas novas modalidades, dá-se o nome de Radiologia Digital, que inclui as radiografias computadorizada e digital, que serão abordadas a seguir. Entretanto, os conceitos de física das radiações abordados e o posicionamento do paciente e dos equipamentos são os mesmos, apenas as técnicas estão sendo aperfeiçoados, não reduzindo a responsabilidade dos operadores de seguir corretamente o protocolo para adquirir imagens de boa qualidade com menor exposição possível do paciente. RADIOGRAFIA COMPUTADORIZADA A radiografia computadorizada utiliza um cassete similar aos chassis do sistema tela filme, juntamente com um equipamento de raios X tradicional, como descrito anteriormente. A diferença é uma placa receptora, constituída de fósforo foto estimulável, usada no lugar do filme radiográfico. Durante o exame, quando há exposição à radiação, os raios X causam ionização na placa, resultando no aprisionamento de elétrons em estados de energia excitados. Para a obtenção da imagem, essa placa é “lida” por um scanner a laser apropriado, também chamado de leitor. O laser do scanner adiciona energia aos elétrons excitados que, eventualmente, voltam para um nível mais baixo de energia, emitindo luz. Essa luz é medida por um detector e a imagem é digitalizada. Após o processo de leitura, as informações na placa são “apagadas” com a utilização de luz intensa, e a placa é recolocada no interior do chassi para ser utilizada novamente. As vantagens da radiografia computadorizada incluem: ✓ Não são necessários filmes radiográficos; 37 ✓ A aquisição da imagem é mais rápida, diminuindo a exposição do paciente à radiação; ✓ O custo com armazenamento de imagens digitais é menor; ✓ A visualização e distribuição das imagens são mais fáceis; ✓ A qualidade das imagens pode ser melhorada utilizando programas computacionais; ✓ Como utiliza o equipamento tradicional de radiografia, o custo para implantação dessa técnica é menor do que o custo da implantação da radiografia digital. Entretanto, há algumas desvantagens. São elas: ✓ Menor resolução espacial do que em sistemas tela-filme; ✓ Eletrônica mais complexa e cara; ✓ Desaparecimento da imagem latente em aproximadamente 15 minutos; ✓ Necessidade de profissionais qualificados para operar e fazer a manutenção dos equipamentos. RADIOGRAFIA DIGITAL No caso da radiografia digital, o receptor da imagem é um equipamento especializado, formado por detectores digitais sensíveis aos raios X, que podem capturar a imagem diretamente, sem o uso de chassis. As vantagens da radiografia digital incluem: ✓ Não necessidade do processamento químico para revelar a imagem, como no caso dos filmes radiográficos; ✓ Habilidade de transferir e melhorar digitalmente as imagens; ✓ Menos radiação é necessária para obter imagens com qualidade similar àquelas obtidas com a radiografia convencional. Entretanto, esse tipo de detector é frágil. Quando o sistema necessita de modificações ou é danificado, é necessária a substituição de toda a unidade de raios X. Há dois modelos de sistema em radiografia digital: direto e indireto. O sistema direto é normalmente constituído por um conjunto de detectores de selênio amorfo, que 38 converte os fótons de raios X diretamente em carga depositada. Já o sistema indireto é constituído por um cintilador, como o iodeto de césio, que converte os raios X em luz. Abaixo do cintilador, há um conjunto de dispositivos sensíveis à luz que a converte em sinal digital. Em ambos os sistemas, a área útil do detector, as perdas de raios X que atravessam o detector e a capacidade de conversão do detector influenciam a sua eficiência. Ambos os sistemas de radiologia digital (radiografia computadorizada e radiografia digital) estão associados com pior resolução espacial das imagens quando comparados com o sistema tela-filme da radiografia convencional. Entretanto, as diversas vantagens desses sistemas, citadas anteriormente, compensam a perda na resolução espacial. TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA No início da década de 1970, o físico e engenheiro Godfrey Hounsfield desenvolveu e demonstrou a técnica de tomografia computadorizada (TC). Até então, as imagens radiográficas eram obtidas pela sensibilização de filmes por raios X que atravessavam o corpo do paciente. Com a TC, um feixe de raios X bem colimado atravessa o corpo do paciente e é medido por detectores que enviam o sinal para um computador. Esse computador é o responsável por analisar o sinal, reconstruir a imagem e mostrar as fatias. O algoritmo matemático utilizado para a reconstrução da imagem foi desenvolvido pelo físico médico Alan Cormack, que dividiu o prêmio Nobel de física com Hounsfield em 1982. PRINCÍPIO DE TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA 39 FONTE: Breve introdução à tomografia computadorizada. Ao examinar uma determinada região do corpo humano utilizando radiografia convencional, obtém-se uma imagem bidimensional com superposição de estruturas e com ruído devido à radiação espalhada. Já com TC, obtém-se uma imagem perpendicular ao eixo longo do corpo e, depois de adquiridas várias fatias, pode-se reconstruir uma imagem tridimensional. A metodologia por trás dessa técnica é bastante complexa, mas os princípios básicos podem ser demonstrados considerando o equipamento de TC mais simples, que consiste de uma fonte de raios X e um detector, conectados para se moverem simultaneamente. METODOLOGIA BÁSICA DE TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA CARACTERÍSTICA DA PRIMEIRA GERAÇÃO DE TOMÓGRAFOS – FEIXE RETILÍNEO DE RAIOS X E DETECTOR ÚNICO 40 FONTE: Bushong, 2004. Quando o conjunto fonte-detector completa uma translação, uma projeção é obtida com o sinal formado pelos raios X que atravessaram o corpo. Então, o conjunto volta para a posição inicial, rotaciona e começa a segunda translação para obter a segunda projeção. Após a repetição desse processo por várias vezes, várias projeções são obtidas e utilizadas pelo software do computador para a reconstrução da fatia da imagem. Esse processo é característico dos sistemas de TC da primeira geração, que consistia de 180 translações separadas por rotações de 1°. Ao longo do tempo, os equipamentos de TC foram sendo melhorados e divididos em categorias. As primeiras categorias estão listadasno quadro. QUADRO: PRIMEIRAS GERAÇÕES DE TOMÓGRAFOS Geração Feixe de raios X Detector Tempo p/ aquisição de uma imagem Matriz da imagem 1ª Retilíneo Único 5 minutos 80 x 80 41 2ª Em leque Conjunto retilíneo 30 segundos Até 512 x 512 3ª Em leque Conjunto curvilíneo 1 segundo 512 x 512 4ª Em leque Conjunto circular fixo 1 segundo 512 x 512 Pode-se observar que, com o passar do tempo, o objetivo sempre foi melhorar os equipamentos com o desenvolvimento de diferentes formatos de feixes e conjunto de detectores, para melhorar a reconstrução das imagens e diminuir o tempo de aquisição. A figura abaixo mostra as representações esquemáticas das quatro gerações de tomógrafos listadas no quadro anterior. DIFERENTES GERAÇÕES DE TOMÓGRAFOS (a) Primeira geração: feixe retilíneo e detector único. (b) Segunda geração: feixe em leque e conjunto retilíneo de detectores. (c) Terceira geração: feixe em leque e conjunto curvilíneo de detectores. (d) Quarte geração: feixe em leque e conjunto circular fixo de detectores. FONTE: Bushong, 2004. A quinta geração de tomógrafos foi desenvolvida especificamente para imagens cardíacas. Não há um tubo de raios X convencional; os elétrons são produzidos pelo gantry e acelerados para se colidirem com um arco de tungstênio (alvo), que envolve o paciente e fica na direção oposta ao anel de detectores. Esses tomógrafos são capazes de produzir uma imagem a cada 50 milissegundos, que são utilizadas para montar um filme 42 mostrando o batimento cardíaco. A sexta geração de tomógrafos, chamada de espiral ou helicoidal, consiste de um scanner em que há rotação contínua (360°) do conjunto fonte-detectores e movimento de translação da mesa onde fica o paciente, para obtenção de dados de um volume de tecido, não de fatias. Nesse caso, obtêm-se dados a cada 100 milissegundos e, as reconstruções são rápidas. A vantagem é o aumento da cobertura anatômica em menos tempo de aquisição. SEXTA GERAÇÃO DE TOMÓGRAFOS A rotação do tubo de raios X juntamente com a translação da mesa resulta em uma trajetória helicoidal do tubo em torno do paciente. FONTE: Bushberg et al., 2002. Já a sétima geração de tomógrafos, chamada de multifatias, também consiste de um scanner em que há rotação contínua do conjunto fonte-detectores e movimento de translação da mesa. Porém, nesse caso, a dupla fileira de detectores e a velocidade de aquisição permitem adquirir várias fatias finas, de 2 a 3 mm de espessuras, em um tempo curto, diminuindo a dose no paciente. O sistema de TC é dividido em três principais componentes: suporte circular (denominado gantry), computador e console de operação. O gantry é parte do equipamento que inclui o tubo de raios X, o gerador de alta voltagem, o conjunto de detectores, os colimadores e a mesa onde o paciente é posicionado. 43 O computador inclui a memória primária e um conjunto de processadores responsáveis pela reconstrução da imagem. O console de operação inclui diferentes estações em que os trabalhadores qualificados podem operar o sistema de aquisição e reconstrução dos dados, realizar o pós-processamento das imagens, e visualizar as mesmas para a realização do diagnóstico. Figura A E B (a) Equipamento de tomografia computadorizada (grantry, mesa). (b) Console de operação e computador para reconstrução e visualização da imagem. CONTRAINDICAÇÕES PARA OS EXAMES RADIOGRÁFICOS Não existem contraindicações para exames radiográficos que não necessitem de contraste. Porém, mulheres grávidas ou com suspeita de gravidez devem evitá-los para proteger a criança. Já no caso de exames em que há a necessidade de administração de contraste para melhor visualização de alguma estrutura anatômica que tenha densidade semelhante a estruturas vizinhas, como rins, estômago e intestinos, as principais contraindicações são 53 hipertireoidismo e insuficiência renal. 44 Entretanto, apesar de haver poucas contraindicações, o uso de raios X limita a quantidade de exames radiográficos a que um paciente pode ser submetido, devido aos efeitos biológicos danosos da radiação ionizante. IMAGENS RADIOGRÁFICAS FORMAÇÃO DA IMAGEM RADIOGRÁFICA A última etapa de um exame radiológico é a obtenção de uma imagem radiográfica registrada sobre um detector de radiação a partir da interação da radiação com o corpo do paciente. Como já discutido anteriormente, os raios X são uma forma de radiação ionizante, possuindo energia suficiente para penetrar no tecido humano, interagindo com seus átomos. É importante relembrar e resumir as informações dos módulos anteriores em relação à cadeia de eventos para a formação de uma imagem radiográfica. QUADRO: CADEIA DE EVENTOS QUE RESULTA NA FORMAÇÃO DE UMA IMAGEM RADIOGRÁFICA ✓ Os raios X são produzidos e, ao saírem do tubo, são chamados de feixe primário. ✓ O feixe primário é filtrado, principalmente os raios X de baixas energias. ✓ O feixe primário filtrado é direcionado para a região de interesse pelos colimadores. ✓ O feixe de raios X passa através do corpo do paciente e parte da radiação é absorvida (processo de atenuação). ✓ Os raios X que não foram absorvidos são os responsáveis pela exposição do detector e, portanto, pela formação da imagem. As regiões do corpo que são mais densas atenuam mais o feixe de raios X do que as regiões menos densas. Por exemplo, o osso absorve mais raios X do que o tecido mole. Dessa maneira, áreas no detector referentes a regiões menos densas, como no caso dos pulmões que contêm principalmente ar, são mais expostas à radiação. Por outro 45 lado, áreas referentes a mais densas, como no caso dos ossos, são menos expostas à radiação. IMAGENS RADIOGRÁFICAS À esquerda, imagem radiográfica de tórax. À direita, imagem radiográfica da mão do paciente. FONTE: Bushong, 2004. Como visto, os detectores de radiação utilizados em radiologia incluem o filme radiográfico e detectores digitais. A seguir, serão apresentados mais detalhes sobre a formação da imagem para esses diferentes detectores. Sistemas tela-filme Em sistemas tela-filme, obtém-se uma imagem radiográfica de projeção, ou seja, uma imagem bidimensional da anatomia tridimensional do paciente. Essa imagem é formada no filme radiográfico, sendo definitiva e não podendo ser modificada. A resolução espacial da imagem radiográfica é quase perfeita, quando na ausência da tela intensificadora e se todos os parâmetros relacionados forem otimizados. Porém, a tela intensificadora é utilizada para reduzir a dose no paciente, ou seja, é possível obter uma imagem de boa qualidade mesmo com a redução dos requisitos para alto rendimento do sistema de raios X e redução da exposição do paciente à radiação. Além disso, reduz-se o aquecimento do tubo, os custos e a exposição dos operadores à radiação espalhada. Portanto, a perda de resolução espacial é justificada principalmente 46 pela redução da exposição do paciente e dos operadores à radiação. REPRESENTAÇÕES DE IMAGENS RADIOGRÁFICAS DA MÃO (a) sem o uso de tela intensificadora e (b) com o uso de tela intensificadora. Observa-se borramento na imagem em (b) devido à presença da tela. Dos raios X que contribuem para a imagem no filme, de 95% a 99% interagem com a tela intensificadora para produzir luz, afetando os grãos de haleto de prata e rearranjando sua estrutura. O restante interage diretamente com os grãos de haleto de prata da emulsão do filme. Assim, em um filme já exposto à radiação, mas ainda não processado, a emulsão contém a imagem latente. Se houver um tempo muito grande entre a exposição do filme e seu processamento, a estrutura dos grãos da emulsão pode mudar novamente, afetando a qualidadeda imagem. Para obter a imagem no filme, ele é processado para que haja redução química do haleto de prata em grãos de prata metálica enegrecidos. Assim, a imagem latente invisível é convertida em uma imagem radiográfica visível. Quatro processos são necessários para a obtenção da imagem no filme: revelação, fixação, lavagem e secagem. QUADRO: SEQUÊNCIA DE PROCESSOS PARA OBTENÇÃO DE UMA IMAGEM VISÍVEL NO FILME RADIOGRÁFICO ✓ Revelação: ocorre uma reação de oxirredução dos grãos de prata expostos à radiação, convertendo a imagem latente em imagem visível. Essa reação é menos provável de ocorrer em grãos não expostos à radiação. O processo de revelação é altamente rápido e crítico para a qualidade da imagem. 47 ✓ Fixação: o uso do fixador tem os objetivos de neutralizar, clarear, preservar e endurecer o filme. Além disso, ele remove os grãos de prata não expostos e interrompe o processo de revelação. ✓ Lavagem: retira todos os químicos do filme, que podem causar amarelamento da radiografia processada, reduzindo sua vida útil e degradando a imagem. ✓ Secagem: é a última etapa do processo, em que é removida toda a água do filme antes dele ser manuseado, visualizado e arquivado. Inicialmente, essas etapas eram realizadas manualmente e levava-se 58 aproximadamente uma hora para se obter uma imagem radiográfica pronta para ser analisada pelo médico. Atualmente, essas etapas são realizadas por processadoras automáticas que podem possuir ciclos estendidos, médios e ultrarrápidos, com durações de 30 a 150 segundos para que se obtenha uma imagem. ESQUEMA DO PROCESSAMENTO DO FILME RADIOGRÁFICO EM PROCESSADORA AUTOMÁTICA FONTE: www.ebah.com.br Além da eficiência do serviço de radiologia ser maior com o processamento automático, ele resulta em imagens de melhor qualidade já que todas as radiografias são processadas da mesma maneira, e as variações e erros introduzidos pelo trabalho 48 humano são quase inexistentes. Após o processamento, regiões mais escuras do filme são aquelas em que a emulsão sofreu mais interações com a radiação (luz proveniente da tela intensificadora e raios X). Por outro lado, regiões com menos exposição à radiação e, portanto, menos interações, aparecem mais claras no filme processado. A medida do grau de enegrecimento de uma determinada região do filme é denominada densidade óptica (D). Com um densitômetro pode-se medir a quantidade de luz incidente no filme ( ) e a quantidade de luz que atravessa uma determinada região do filme. A densidade óptica é então dada por: 𝐷 = 𝑙𝑜𝑔 𝐼0𝐼 Uma imagem radiográfica contém áreas de diferentes densidades ópticas visualizadas em tons de cinza. Na medida em que aumenta a exposição de uma área do filme à radiação, a densidade óptica naquela região também aumenta. (a) Densitômetro. (b) Densidades ópticas diferentes são visualizadas em diferentes tons de cinza. 49 Sistemas digitais Em sistemas digitais, como em radiografia computadorizada ou digital, há conversão da radiação em sinais digitais, conforme visto. A imagem digital obtida é uma função bidimensional da intensidade de luz detectada para cada ponto do espaço. Matematicamente, poderíamos escrever essa função como f(x,y), em que f é proporcional ao nível de cinza no ponto localizado pelas coordenadas espaciais x e y. Assim, a imagem digital pode ser considerada como sendo uma matriz cujas linhas e colunas referem-se à posição espacial, e o valor da matriz identifica o nível de cor em uma determinada posição. Cada elemento dessa matriz é chamado de “pixel”, que é a abreviatura para picture element. Ele é utilizado para descrever a dimensão geométrica da imagem. Imagem representada pela matriz da função f(x,y), em que cada posição espacial (x,y) tem um nível de cinza determinado pelo valor de f. www.tecnologiaradiologica.com Diferentemente das imagens obtidas pelas técnicas de radiografia, as imagens 50 obtidas por tomogradia computadorizada representam as estruturas anatômicas em “fatias”, sendo que a espessura de cada fatia está relacionada com a profundidade da imagem. Assim, a imagem é representada por voxels, que é a combinação dos pixels com a espessura da fatia. FATIA DE UMA IMAGEM TOMOGRÁFICA O voxel é definido pelo pixel e a espessura da fatia. FONTE: Bushberg et al., 2002. CARACTERÍSTICAS E QUALIDADE DA IMAGEM A qualidade das imagens radiográficas refere-se como fielmente a estrutura anatômica examinada é mostrada na radiografia. Para fazer um diagnóstico acurado, o radiologista 63 necessita de uma imagem de alta qualidade. Apesar de não haver uma maneira precisa de avaliar essa qualidade, existem algumas características básicas importantes para sua descrição. QUADRO: CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES RELACIONADAS À QUALIDADE DAS IMAGENS RADIOGRÁFICAS 51 ✓ Densidade, que se refere à luminosidade da imagem, ou seja, ao seu enegrecimento global; ✓ Contraste, que é a diferença de densidade entre duas regiões adjacentes; ✓ Latitude, que é a habilidade de mostrar vários tons de cinza; ✓ Resolução espacial, que é a habilidade de mostrar detalhes finos; ✓ Nitidez, que se refere a quão borrada são mostradas as bordas das estruturas; ✓ Distorção, é a deformação do tamanho ou do formato do objeto; ✓ Ruído, que se refere à variação randômica da densidade de fundo. A densidade refere-se ao grau de enegrecimento global da imagem radiográfica após ela ser processada. Dependendo desse grau, pode ser mais difícil analisar a imagem tanto na tela do computador, quanto na frente de um negatoscópio. Representações de imagens radiográficas de tórax com densidade (a) maior ou (b) menor. É possível observar a diferença de luminosidade global de cada imagem. FONTE: Bushong, 2004. 52 Alguns fatores relacionados à sensibilidade e à exposição do detector (digital ou filme) podem afetar a densidade da imagem. Dos fatores relacionados à exposição do detector, pode-se citar as diferentes espessuras e densidades das estruturas do paciente a serem imageadas, a quantidade de radiação emitida durante a exposição, o tamanho do campo e a distância focal. No caso da quantidade de radiação emitida pelo tubo de raios X, ela está relacionada à corrente aplicada no filamento. Assim, se a corrente for duplicada, tanto a quantidade de raios X quanto a densidade serão duplicadas. A distância entre o foco e o detector também afeta a densidade da imagem, já que a intensidade do feixe de raios X diminui com o quadrado da distância. Com isso, quanto mais distante estiver o detector do tubo de raios X, menor será a densidade da imagem. Além disso, as características dos receptores também influenciam na densidade. No caso de filmes, o tipo, a sensibilidade e o processamento podem afetar o grau de enegrecimento da imagem. Já no caso de detectores digitais, o material e a espessura afetam a densidade de alguma maneira. Outras duas características importantes da imagem são contraste e latitude. Essas características são opostas. Se o contraste aumenta, a latitude diminui, e vice- versa. O contraste é definido como a diferença na densidade radiográfica entre duas regiões adjacentes da imagem. Contraste alto significa que há pouca quantidade de tons de cinzas na imagem entre as cores branca e preta. Por outro lado, baixo contraste significa que há muitos tons de cinza entre o branco e o preto. Portanto, uma imagem com alta latitude tem uma aparência acinzentada, com pouca diferença de tom entre estruturas adjacentes. Já uma imagem com alto contraste é quase preta e branca, tornando maisvisíveis detalhes anatômicos. REPRESENTAÇÕES DE IMAGENS RADIOGRÁFICAS DE TÓRAX COM DIFERENTES CONTRASTES 53 (a) Baixo contraste. (b) Contraste adequado. FONTE: Bushong, 2004. O contraste também depende da exposição e das características do receptor. As diferentes espessuras e densidades das estruturas anatômicas do paciente, a energia dos raios X controlada pela voltagem aplicada no tubo durante a produção da radiação, a filtragem do feixe de raios X e o efeito das grades ao remover a radiação espalhada afetam a exposição do detector de radiação e, consequentemente, o contraste da imagem. Esse contraste também é afetado pelo contraste característico do filme radiográfico e seu processamento. No caso de imagens digitais, o contraste pode ser afetado pelas técnicas de pós-processamento e qualidade do monitor usado para visualização. A resolução espacial da imagem refere-se à habilidade de distinguir estruturas pequenas com alto contraste, como a interface entre osso e tecido mole, microcalcificações ou nódulos. Ela está relacionada com a nitidez da imagem. Quando a nitidez diminui, as bordas das estruturas tornam-se borradas, piorando a resolução espacial. Assim, falta de nitidez refere-se ao borramento das imagens. Por outro lado, imagem com boa nitidez refere-se ao detalhamento da imagem. Todas as imagens radiográficas também possuem algum tipo de ruído. A presença desse ruído, que nada mais é do que uma variação randômica da densidade de fundo, pode dar à imagem uma aparência granulada ou com textura. Enquanto a resolução de imagens de raios X é limitada pelas dimensões da fonte de raios X; o ruído é limitado pela intensidade do feixe. REPRESENTAÇÕES DE IMAGENS RADIOGRÁFICAS DA MÃO 54 (a) sem e (b) com ruído. Pode-se observar a aparência granulada da imagem com ruído. Muitas vezes o nível de ruído pode ser ajustado, porém quando for reduzi-lo, é necessário considerar que o principal compromisso em imagens de raios X é a exposição do paciente. Dessa maneira, o ruído não deve ser reduzido ao nível mínimo possível se a dose no paciente for aumentada. Além disso, deve-se considerar também o contraste e o borramento da imagem ao tentar reduzir o ruído. Portanto, todo procedimento de radiodiganóstico possui um ruído aceitável, para compensar com exposição mínima, tempo de exame curto e imagem de boa qualidade. Como visto até agora nessa seção, a qualidade da imagem é afetada por fatores relacionados aos detectores, à geometria e ao paciente. Esses diversos fatores devem ser considerados ao realizar o exame e também ao analisá-lo. FATORES QUE AFETAM A QUALIDADE DA IMAGEM RADIOGRÁFICA 55 Fatores relacionados aos detectores Sistema tela-filme Cada sistema tela-filme se comporta de uma determinada maneira quando submetido à radiação, sendo necessário caracterizá-lo. Para isso, os diferentes graus de enegrecimento produzidos sobre o filme para níveis de exposição conhecidos são colocados em um gráfico, obtendo uma curva de resposta, também chamada de curva característica do filme. CURVA CARACTERÍSTICA DE UM FILME RADIOGRÁFICO, DEMONSTRADA EM AZUL 56 A barra à direita mostra os níveis de cinza para diferentes regiões da curva. O início da curva não é muito útil, pois mudanças nos níveis de exposição não causam muita diferença na densidade do filme. Porém, o nível de densidade nessa região, chamado de base + véu, é o valor para exposição a raios cósmicos, radiação de fundo e calor, que podem causar mudanças nos grãos do filme sem a exposição à radiação X. Já a região linear de toda curva característica é útil na caracterização do filme. Nessa região, cada aumento da radiação causa um aumento linear na densidade óptica. A inclinação 70 dessa região define o gradiente de contraste do filme, que não é afetado pela tela intensificadora, mas pode ser afetado pelas condições de processamento do filme. CURVA CARACTERÍSTICA DE UM FILME RADIOGRÁFICO, MOSTRADA EM AZUL 57 Para o radiodiagnóstico, é importante a região linear da curva, cuja inclinação (reta verde) fornece o valor do gradiente de contraste do filme. Outra característica importante do filme que pode influenciar a qualidade da imagem é sua sensibilidade. Ela refere-se à quantidade de exposição que o filme deve receber para produzir uma imagem, e é determinada pelo nível de exposição necessário para aumentar a densidade óptica em um valor unitário acima do valor de base + véu. Assim, filmes mais sensíveis, também chamados de mais velozes, necessitam de menor tempo de exposição, o que reduz os artefatos de movimento e a dose no paciente. Porém, esse tipo de filme tem grãos grandes, levando a menor nitidez na imagem. Por outro lado, filmes menos sensíveis possuem grãos menores e, por isso, proporcionam maior nitidez. Portanto, o uso de filmes mais velozes é bastante interessante em situações em que limitar a dose no paciente e/ou limitar o aquecimento do tubo são mais importantes do que a ótima nitidez da imagem. O processamento apropriado do filme também é necessário para que se obtenha uma imagem radiográfica de boa qualidade. A etapa mais crítica é a revelação. Os fatores importantes que afetam o grau de revelação e, consequentemente, a imagem 58 final são: concentração de químicos, agitação química, duração do processo e temperatura. Sistema digital No caso da imagem digital, a resolução espacial está relacionada com o tamanho da matriz da imagem, que é determinada por características do detector e pela capacidade do computador. Os sistemas digitais fornecem matrizes com tamanhos de 64 x 64 a 4096 x 4096 pixels. Para um mesmo tamanho de campo de visão (FOV, do inglês field of view), quanto maior for a quantidade de linhas e colunas na matriz da imagem, menor será o tamanho do pixel e, consequentemente, melhor será a resolução espacial da imagem. Assim, a resolução espacial de uma imagem digital pode ser dada por: Exemplo: Qual é a resolução espacial de uma imagem adquirida com FOV = 32 cm x 32 cm e matriz = 128 x 128 pixels? 𝑟𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝐹𝑂𝑉𝑚𝑎𝑡𝑟𝑖𝑧 = 32 𝑐𝑚128 𝑝𝑖𝑥𝑒𝑙 = 0,25 𝑐𝑚 𝑟𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑎𝑙 = 2,5𝑚𝑚 ∗ 2,5 𝑚𝑚 A figura abaixo mostra uma mesma imagem com diferentes resoluções espaciais. IMAGENS RADIOGRÁFICAS DE TÓRAX COM TRÊS DIFERENTES RESOLUÇÕES ESPACIAIS 59 É possível observar a perda de nitidez na imagem com o aumento da resolução espacial, ou seja, para pior resolução espacial (b e c). FONTE: Bushong, 2004. Entretanto, em pixels muitos pequenos pode haver grande quantidade de ruído. Nesse caso, boa resolução espacial não garante boa qualidade da imagem. Portanto, a qualidade da imagem digital está tanto relacionada com a resolução espacial, quanto com a quantidade de ruído. Outro fator dependente do detector digital, nesse caso mais precisamente do computador a ele conectado, é a variação dinâmica ou variação da escala de cinza, que descreve o número de tons de cinza que pode ser representado por uma imagem digital. Quanto maior for a variação dinâmica, mais tons de cinza serão utilizados para representar a série de valores desde a máxima intensidade de raios X até a mínima intensidade de raios X que chega ao detector. Assim, melhor será a resolução do contraste. Além disso, o contraste de uma região de interesse da imagem pode ser aumentado se o sistema tiver uma variação dinâmica suficiente. Fatores geométricos A qualidade da imagem pode ser afetada por diferentes fatores geométricos. Entre eles, estão: magnificação, distorção e ponto focal. ✓ Magnificação 60 Em radiografia, as imagens são maiores do que os objetos (estruturas