Apostila M1U5 (1)

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Apostila 
Física e Radioproteção 
Unidades V,VI e VII 
2019 
 
 
 
 
Módulo I Unidades V, VI e VII 
 
 
RADIAÇÃO - DEFINIÇÃO 
 
Em diversas situações cotidianas, a palavra radiação está vinculada a 
tragédias e mortes, pois remete aos acidentes em usinas nucleares e à 
tragédia com o césio-137 ocorrida em 1987 na cidade de Goiânia (GO). No 
entanto, a radiação é algo muito presente em nossas vidas, pois temos 
radiação solar, a luz gerada por meio de lâmpadas, o forno de micro-ondas, 
as ondas de rádio utilizadas nos aparelhos celulares. A natureza, por meio 
da alimentação, da energia solar, das rochas presentes na composição do 
solo e outros, causa uma pequena exposição, porém o uso cada vez mais 
intenso das radiações produzidas pelo homem para o diagnóstico e 
tratamento tem causado um aumento significativo das doses e as 
precauções e os limites de seu uso devem ser avaliados com cuidado. Os 
benefícios do uso das radiações devem ser muito superiores aos potenciais 
riscos biológicos que podem surgir a curto, médio e longo prazos. 
A palavra radiação está diretamente vinculada à emissão de energia, que 
pode ser eletromagnética, corpuscular, através de ondas sonoras. A origem 
das diversas formas de energia varia como, por exemplo, a radiação 
eletromagnética, composta por campos elétricos e magnéticos oscilantes 
que não possuem massa, propaga-se em linha reta, não sofre desvios na 
presença de campos elétricos e propaga-se no vácuo com velocidade de 
aproximadamente 300.000 km/s (3.108 m/s). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Na figura, observamos as radiações eletromagnéticas que formam o 
espectro conhecido, no qual os raios X (RX) e raios gama (Rγ) são 
amplamente utilizados na medicina diagnóstica e radioterapia. 
A radiação eletromagnética é conhecida como fótons que representam 
pacotes de energia, cuja concepção teórica foi descrita pelo físico alemão 
Max Planck. Percebemos que as diversas radiações eletromagnéticas se 
diferem pela frequência (f) e pelo comprimento de onda (λ). A frequência é 
definida como o número de oscilações que a onda realiza por unidade de 
tempo medida em Hertz (Hz) e o comprimento de onda (λ) representa a 
distância consecutiva entre duas cristas ou dois vales de uma onda. Observe 
que quanto maior a frequência, menor o comprimento de onda, pois são 
grandezas inversamente proporcionais. 
Os RX e Rγ apresentam as maiores frequências no espectro 
eletromagnético e, portanto, os menores comprimentos de onda. A energia 
de um fóton pode ser calculada por meio da equação de Planck: E = h.f (E = 
energia da radiação medida em eV [elétron volt], h = constante de Planck 
[4,14.10-15 eV.s] e f = frequência da radiação medida em Hertz [Hz]). Um 
Hertz (1 Hz) = 1 ciclo/s. 
 
Observe, por meio da equação, que quanto maior a frequência (f), maior e 
energia da radiação eletromagnética. Portanto, RX e Rγ são as radiações 
 
 
 
com as maiores frequências e com maiores energias capazes de atravessar 
os tecidos do corpo humano. 
Para determinar os valores de frequência (f) ou comprimento de onda (λ), 
utilizamos a Lei da Ondulatória definida como: c = λ.f (c = corresponde à 
velocidade da luz no vácuo [3.108 m/s], λ = comprimento de onda com 
unidade em metros [m] e f = frequência da radiação com unidade Hertz 
[Hz]). 
Por outro lado, podemos ter um feixe de partículas (elétrons, prótons, 
nêutrons, alfa, beta), sendo aceleradas para interagirem com os tecidos e 
causando ionizações. Diferente das radiações eletromagnéticas, os feixes de 
partículas possuem massa, sofrem desvios pela presença de campos 
magnéticos (exceto o feixe de nêutrons) e se propagam em velocidades 
abaixo da velocidade da luz. 
 
MODELO ATÔMICO ATUAL 
 
 Ao longo da história humana, a curiosidade em compreender a natureza e 
sua composição fez surgir concepções filosóficas e experimentos na busca 
da compreensão do que é feita a matéria que nos forma. A concepção de 
átomo (origem grega que significa algo indivisível, imutável), como sendo a 
menor unidade que representa a matéria, foi ganhando mais adeptos. Por 
meio dos experimentos realizados pela equipe de Ernest Rutherford e os 
trabalhos teóricos de Niels Bohr, o Modelo Atômico mais aceito para explicar 
diversos fenômenos na física é apresentado abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: http://modeloatomico3.blogspot.com/2011/04/o-atual-modelo-atomico.html 
 
 
Um núcleo contendo prótons (cargas positivas) e nêutrons (não possui carga 
elétrica) com praticamente 99,8% de toda a massa do átomo e ao redor a 
região da eletrosfera no qual se encontram os elétrons (cargas negativas). O 
núcleo extremamente denso e ocupando uma pequena parcela do átomo e 
uma eletrosfera com os elétrons distribuídos em uma “imensidão de espaços 
vazios”. Para um átomo neutralizado, o número de cargas positivas será 
igual ao número de cargas negativas, já para um átomo ionizado, ocorre um 
desequilíbrio no número de cargas positivas e negativas. Quando um átomo 
tem excesso de elétrons, chamamos de ânion, já um átomo com falta de 
elétrons, chamamos de cátion. 
Para os estudiosos e pesquisadores da física nuclear, a concepção de 
átomo difere, pois os prótons e os nêutrons são formados por quarks, que 
representam as partes que formam cada próton e cada nêutron, mas isso 
não influencia diretamente nas interações estudadas no âmbito das 
aplicações médicas e das interações das radiações (RX e Rγ) com a 
matéria. 
 
 
 
 
 
 
OS IMPACTOS DA DESCOBERTA DOS RAIOS X E DA 
RADIOATIVIDADE NATURAL 
 
No fim do século XIX, entre os períodos de 1895 a 1898, houve diversas 
descobertas científicas no campo da física com grandes aplicações na 
medicina. Destacam-se a descoberta dos RX (1895), a radioatividade natural 
(1896), das partículas alfa, beta e gama (1897) e a descoberta do polônio 
(Po) e rádio (Ra) em 1898. 
Com a descoberta de substâncias que emitem radiação espontaneamente, 
foi possível o início da radioterapia, assim como o uso dos RX para o 
diagnóstico e a radioterapia. Apesar dessas descobertas sobre os elementos 
radioativos naturais, hoje sabemos que a radioatividade natural sempre 
esteve presente no solo, na água, nos alimentos e por meio da emissão de 
radiação do nosso Sol e demais estrelas do Universo. 
Na década de 1930, mediante experimentos, foram obtidos elementos 
radioativos artificiais que permitem hoje aplicações na medicina nuclear 
como o elemento tecnécio (Tc-99m), entre outros elementos com aplicações 
em radioterapia também. Atualmente são utilizados cíclotrons e reatores de 
fissão nuclear para a produção de novos elementos radioativos. Hoje, a 
medicina dispõe de diversos métodos de tratamento com o uso de radiações 
(RX, Rγ, feixe de elétrons) e no diagnóstico por imagens com o uso dos RX 
e Rγ. 
Seguem abaixo as principais personalidades científicas do fim do século XIX 
e XX que contribuíram para o desenvolvimento da radiologia. 
 
 Wilhelm Conrad Roentgen (descoberta dos RX em 1895). 
 
 
 
 Antonie Henri Becquerel (descoberta da radioatividade natural). 
 
 Ernest Rutherford (descoberta das radiações: alfa (α) beta (β) 
gama (γ)). 
 
 Casal Curie (Marie Curie e Pierre Curie) descoberta dos 
materiais radioativos polônio (Po-210) e rádio (Ra-210). 
 Irène Curie e Frèderic Joliot produziram os primeiros 
elementos radioativos artificiais (fósforo – P-30) e (nitrogênio – N-13). 
 
 
 
 
Hoje sabemos que os materiais radioativos emitem radiação através da 
instabilidade do núcleo e, portanto, as radiações alfa, beta e gama possuem 
uma origem nuclear. Já os RX são produzidos pelo fretamento dos elétrons 
provenientes do cátodo que atingem a eletrosfera de um alvo como, por 
exemplo, tungstênio (W) ou molibdênio (Mo). Os RX possuem uma origem 
na eletrosfera de um átomo. 
 
 
AS RADIAÇÕES IONIZANTES E RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES 
 
Na radiologia diagnóstica, utilizamosarrancar um ou mais 
elétrons e ainda sobra uma parte da energia que será espalhada e que 
poderá atingir acompanhantes ou profissionais que estiverem próximos do 
paciente. Por isso, há a necessidade de fornecer proteção aos 
acompanhantes e profissionais da radiologia. 
O EC aumenta com o aumento do kVp, portanto, exames radiológicos com 
alto kVp causarão mais espalhamento da radiação. 
 
 
Efeito Compton 
 
ATENUAÇÃO DA RADIAÇÃO 
 
Em toda interação da radiação com a matéria, ocorrerá uma atenuação 
(redução) do número de fótons iniciais que atinge o paciente. A atenuação 
depende dos seguintes fatores: 
 Densidade do objeto/paciente; 
 Espessura do objeto/paciente; 
 Energia da radiação incidente. 
 
 
 
 
 
 
Na imagem acima, observamos o efeito da atenuação devido à presença de 
diferentes densidades no corpo humano. A parte óssea absorve mais 
radiação, por isso, apresenta-se como cinza claro na imagem. Já a presença 
de ar e gases que possuem baixa densidade apresenta-se mais enegrecido. 
A variação observada acima ocorre devido à atenuação diferencial 
(diferente) para cada parte do corpo humano. Matematicamente a atenuação 
pode ser descrita como: 
I = I0 . e 
–μ.X
 
 
Onde: 
I = intensidade final da radiação após atravessar o objeto/paciente; 
I0 = intensidade inicial que atinge o objeto/paciente; 
X = espessura do material; 
μ = coeficiente de atenuação linear (depende da densidade e energia da 
radiação incidente); 
e = logaritmo Neperiano (~2,71 constante). 
 
 
 
GRANDEZAS E UNIDADES DE MEDIDA 
 
As unidades de medidas utilizadas na radiologia auxiliam na quantificação 
das exposições e doses de radiação recebidas a fim de evitar exposições 
acidentais e controlar as doses eventuais recebidas pelos profissionais. 
Dentre as diversas grandezas utilizadas, destacaremos: 
 
 EXPOSIÇÃO (X): A grandeza exposição representa a ionização que a 
radiação causa quando atravessa um volume de ar. Medida em 
C=coulomb (carga elétrica) / Kg (quilograma) massa. A grandeza 
exposição só é definida para RX e Rγ e para o meio ar. 
 
Grandeza Unidade antiga Unidade nova Conversão 
Exposição R C/Kg 1 R = 2,58.10-4 C/Kg 
 
 DOSE ABSORVIDA (D): A dose absorvida (D) representa a energia 
depositada (E) por unidade de massa (m). D = E/m. 
 
Grandeza Unidade antiga Unidade nova Conversão 
Dose absorvida Rad Gy 
1 Gy = 100 Rad 
1 Gy = 1 J/kg 
 
 DOSE EQUIVALENTE (H): Representa a dose de radiação absorvida(D) x 
qualidade da radiação(Q). H = D x Q. 
 
Grandeza Unidade antiga Unidade nova Conversão 
Dose equivalente rem Sv 
1 Sv = 100 rem 
1 Sv = 1 J/kg 
 
 
 
 
 
 
 
 
Leva em consideração o tipo de radiação (Q) que interage. 
 RX e RY (Q=1); 
 Elétrons (Q=1); 
 Prótons (Q=2); Partículas alfa (Q=20)  maior ionização e menor poder 
de penetração. 
 
Alguns valores de doses equivalentes para trabalhadores com radiações 
ionizantes. 
 Corpo inteiro  20 mSv/ano (considerando 5 anos consecutivos) ou 50 
mSv/ano (em um único ano); 
 Cristalino  150 mSv (portaria 453/98); 
 Pele  500 mSv; 
 Extremidades (mãos e pés)  500 mSv (uso de anel dosimétrico em 
medicina nuclear). 
 
Grandeza Unidade antiga Unidade nova Conversão 
Atividade Ci Bq 
1 Ci = 3,7.1010 Bq 
1 Bq = 1 dps 
Exposição R C/Kg 1 R = 2,58.10-4 C/Kg 
Dose absorvida Rad Gy 
1 Gy = 100 Rad 
1 Sv = 1 J/kg 
Dose equivalente rem Sv 
1 Sv = 100 rem 
1 Sv = 1 J/kg 
 
 
PRINCÍPIOS DA RADIOPROTEÇÃO 
 
 Objetivos da radioproteção: que os benefícios de seu uso sejam muitas e 
muitas vezes maiores que os riscos/efeitos que podem trazer; criar meios 
de evitar exposições desnecessárias para pacientes e profissionais; 
 Princípio da Justificação: qualquer atividade envolvendo radiação deve 
ser justificada em relação a outras alternativas disponíveis, e ainda 
produzir um benefício compensatório significativo para a sociedade; 
 
 
 
 Princípio da otimização: todas as exposições à radiação devem ser 
mantidas tão baixas quanto razoavelmente exequível (seguir o princípio 
ALARA: As Low As Reasonably Achievable – no menor nível possível); 
 Limitação de dose: as doses individuais em trabalhadores e de indivíduos 
da população em geral, na unidade de dose equivalente (mSv = mili 
Sievert), não podem ultrapassar os limites primários de dose anuais (20 
mSv/ano). 
 
PRINCÍPIOS ALARA 
 
Este afirma que a exposição ocupacional deve ser mantida no menor nível 
possível. Este é um importante princípio pelo qual todos os 
técnicos/radiologistas devem esforçar-se. A seguir, é fornecido um resumo 
de quatro formas, importantes pelas quais ele pode ser alcançado. 
1. Sempre usar um dosímetro ou outro dispositivo de monitoração. Embora o 
dosímetro não diminua a exposição do usuário, registros precisos a longo 
prazo das leituras do dosímetro são importantes para determinar práticas 
de proteção; 
2. Se for necessário conter os pacientes, isso deve ser feito por outra 
pessoa que não seja um trabalhador sujeito à exposição ocupacional. 
Essa pessoa nunca deve ficar na frente do feixe primário ou útil e deve 
sempre usar aventais e luvas de proteção. Devem-se utilizar aparelhos ou 
faixas de contenção sempre que possível, e apenas como último recurso 
deve alguém permanecer na sala para conter os pacientes – essa pessoa 
nunca deve pertencer à equipe de radiologia; 
3. Praticar o uso da colimação, filtração do feixe primário, técnicas de kVp 
ótimo, écrans e filme de alta velocidade e mínima repetição de exames. A 
exposição do técnico/radiologista é devida basicamente à radiação 
dispersa do paciente e outras fontes. Portanto, a redução da exposição do 
paciente resulta também em redução da exposição do 
estagiário/técnico/tecnólogo/radiologista; 
 
 
 
 
4. Seguir a regra cardinal de três partes de proteção radiológica, o princípio 
de tempo, distância e proteção; 
 
A equipe da radiologia médica deve minimizar seu tempo em um campo de 
exposição, ficar o mais distante da fonte possível e utilizar proteção de 
chumbo quando estiver no campo de exposição. 
 
ESTÁGIOS DA AÇÃO DA RADIAÇÃO 
 
1. Estágio físico – 10-15 s  dano: ionização de átomos e moléculas; 
2. Estágio físico-químico – 10-6 s  dano: quebra de ligações químicas; 
3. Estágio químico – poucos segundos após a exposição  dano causado: 
formação de radicais livres, quebra da molécula da H2O (radiólise); 
4. Estágio biológico – os efeitos podem surgir após dias, semanas, meses 
(efeitos determinísticos) ou após décadas (efeitos estocásticos)  danos: 
catarata, eritema (queimadura causada pela radiação), redução de 
plaquetas, surgimento do câncer. 
 
Principais fatores que afetam o surgimento dos efeitos biológicos: 
1. A dose de radiação recebido pelo indivíduo; quanto maior a dose, maiores 
os riscos do surgimento de um efeito; 
2. A energia da radiação incidente; quanto maior a energia da radiação, 
maiores as chances de danos celulares; 
3. O tipo de radiação incidente: alfa, beta, gama, RX; o tipo de radiação 
incidente provoca efeitos diferentes nas células. 
 
Alfa  2 prótons + 2 nêutrons 
Beta  elétrons Rx e gama  eletromagnética 
 
 
 
 
 
 
 
4. A radiosensibilidade do tecido; diferentes tecidos reagem de maneiras 
diversas quando exposta à radiação ionizante; devido às características 
variadas dos tecidos que compõem o corpo humano, cada tecido reagirá 
de uma maneira diferente quando exposto à energia da radiação 
ionizante; alguns tecidos são mais radiosensíveis: cristalino; tireoide; 
mama; gônadas; e reagem de maneiras diferentes quando expostos à 
mesma dose de radiação. 
 
EFEITOS BIOLÓGICOS DA RADIAÇÃO 
 
A reação de um indivíduo à exposição de radiação depende: 
1) Quantidade de radiação recebida; 
2) Quantidade de radiação recebida anteriormente pelo organismo, sem 
recuperação (radioterapia doses diárias programadas); 
3) Composição orgânica individual; 
4) Intervalode tempo durante o qual a quantidade total de radiação foi 
recebida. 
 
A principal classificação dos efeitos biológicos são: 
 Efeitos estocásticos: as chances de um organismo manifestar os efeitos 
são proporcionais à dose de radiação recebida, sem existência de um 
limiar de dose seguro. Quanto mais radiação recebida, maior a 
probabilidade de eles ocorrerem. A severidade não depende da 
quantidade de dose recebida (um tipo de câncer que surgir não será mais 
ou menos agressivo se a dose recebida pelo indivíduo tiver sido maior ou 
menor; 
 
 Efeitos determinísticos (reações teciduais – termo atual): um efeito 
determinístico certamente surgirá se o organismo absorver uma dose de 
radiação acima de um valor mínimo conhecido. A severidade desses 
efeitos é proporcional à dose, ou seja, quanto maior a dose, mais severa 
será a radiodermite, catarata ou esterilidade. O tempo de aparecimento 
 
 
 
dos efeitos determinísticos é curto se comparado ao dos estocásticos, 
surgindo dias ou semanas após a irradiação do órgão ou tecidos; 
 Efeitos somáticos: são efeitos que aparecem no próprio indivíduo exposto 
à radiação; 
 Efeitos hereditários: surgem nos descendentes dos indivíduos expostos à 
radiação. Pode passar de geração para geração devido a alterações nas 
células germinativas. 
 
IMPORTANTE: A radiação ionizante sempre causa danos às células, que 
possuem mecanismos naturais de reparação. Não existe um valor de dose 
de radiação que seja considerado seguro (probabilidade de surgimento de 
efeitos estocásticos). 
 
 
INSTITUIÇÕES IMPORTANTES PARA A RADIOLOGIA 
 
ICRP (International Commission on Radiological Protection) trabalha em 
parceria com a: 
ICRU (International Commission on Radiation Units and Measurements) 
IAEA (Agência Internacional de Energia Atômica) 
OMS (Organização Mundial da Saúde) 
OIT (Organização Internacional do Trabalho) 
UNSCEAR (Comitê Científico das nações Unidas sobre os Efeitos das 
Radiações Atômicas) 
ANVISA (Agência Nacional de Vigilância Sanitária) 
CNEN (Comissão Nacional de Energia Atômica)de tempo durante o qual a quantidade total de radiação foi 
recebida. 
 
A principal classificação dos efeitos biológicos são: 
 Efeitos estocásticos: as chances de um organismo manifestar os efeitos 
são proporcionais à dose de radiação recebida, sem existência de um 
limiar de dose seguro. Quanto mais radiação recebida, maior a 
probabilidade de eles ocorrerem. A severidade não depende da 
quantidade de dose recebida (um tipo de câncer que surgir não será mais 
ou menos agressivo se a dose recebida pelo indivíduo tiver sido maior ou 
menor; 
 
 Efeitos determinísticos (reações teciduais – termo atual): um efeito 
determinístico certamente surgirá se o organismo absorver uma dose de 
radiação acima de um valor mínimo conhecido. A severidade desses 
efeitos é proporcional à dose, ou seja, quanto maior a dose, mais severa 
será a radiodermite, catarata ou esterilidade. O tempo de aparecimento 
 
 
 
dos efeitos determinísticos é curto se comparado ao dos estocásticos, 
surgindo dias ou semanas após a irradiação do órgão ou tecidos; 
 Efeitos somáticos: são efeitos que aparecem no próprio indivíduo exposto 
à radiação; 
 Efeitos hereditários: surgem nos descendentes dos indivíduos expostos à 
radiação. Pode passar de geração para geração devido a alterações nas 
células germinativas. 
 
IMPORTANTE: A radiação ionizante sempre causa danos às células, que 
possuem mecanismos naturais de reparação. Não existe um valor de dose 
de radiação que seja considerado seguro (probabilidade de surgimento de 
efeitos estocásticos). 
 
 
INSTITUIÇÕES IMPORTANTES PARA A RADIOLOGIA 
 
ICRP (International Commission on Radiological Protection) trabalha em 
parceria com a: 
ICRU (International Commission on Radiation Units and Measurements) 
IAEA (Agência Internacional de Energia Atômica) 
OMS (Organização Mundial da Saúde) 
OIT (Organização Internacional do Trabalho) 
UNSCEAR (Comitê Científico das nações Unidas sobre os Efeitos das 
Radiações Atômicas) 
ANVISA (Agência Nacional de Vigilância Sanitária) 
CNEN (Comissão Nacional de Energia Atômica)