Curiosidades sobre as Radiações (Parte II)

EFEITO DUMPING

• Na década de 1960, para a maioria dos países que geravam grandes quantidades de rejeitos radioativos (através de usinas nucleares, por exemplo), uma maneira comum e bastante usual de descarte era jogar barris cheios de material radioativo em alto mar;
• Este tipo de prática era realizado principalmente pelas grandes potências (EUA, URSS - atual Rússia, Grã-Bretanha e Alemanha, por exemplo);
• O principal problema era que, com o passar do tempo, os barris metálicos sofriam processo de corrosão e contaminavam com materiais radioativos o assoalho dos oceanos (Figura 1);
• Atualmente, no Oceano Atlântico se encontram uma maior quantidade de sítios radioativos gerados pelo efeito dumping (Figura 2);
• Este descarte de lixo radioativo em barris não era somente de material em estado sólido, mas também materiais em estado líquido.

Figura 1 - Barris metálicos utilizados utilizado para descarte de rejeitos radioativos em mar aberto. Devido a salinização da água do mar, os barris sofrem um processo de oxidação, liberando e contaminando o assoalho do oceano com materiais radioativos. Esta contaminação pode alcançar grandes áreas devidos as correntes oceânicas profundas.

Figura 2 - Mapa mundi demonstrando os maiores sítios radioativos gerados pelo efeito dumping. Note que no Oceano Atlântico se encontram uma quantidade maior de sítios, além das maiores atividades (em Becquerel).

Figura 3 - Barril descartado por efeito dumping na década de 1960 e localizado nas praias da Somália após o tsunami de 2005.

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João H. Hamann

Próteses Customizadas para a Região de Cabeça

Vídeo apresentado pela TV Folha, onde:

• Pacientes através de imagens em TC têm áreas ósseas modeladas e impressas em 3D para a reconstrução através de próteses;
• Demonstração da utilização de um exoesqueleto para a recuperação dos movimentos corporais em pacientes com lesão medular incompleta.

https://www.youtube.com/watch?v=VnfMk-z4d1s

Vídeo demonstrando cranioplastia realizada em paciente com fratura na região de calota craniana. Para isto:

• Modelagem e prototipagem em 3D da região de cabeça da paciente;
• Desenvolvimento de uma de prótese feita em titânio para a correção da lesão;
• Trabalho desenvolvido pela parceria do Instituto Biofabris e Unicamp.

https://www.youtube.com/watch?v=ipEvg_1iv8I

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Prof. João H. Hamann

Curiosidades sobre as Radiações (Parte I)

• 67,6% da radiação a qual o ser humano se expõem é de origem natural (radiações solar, cósmica ou mineral, por exemplo);
• 30,7% da exposição são resultantes de tratamentos radioterápicos ou então processos de formação de imagens radiográficas;
• 0,6% são resultantes de um efeito denominado fall out;
• 0,45% são resultantes da exposição ocupacional (conforme Figura 1);

Figura 1 - Formas e percentuais de exposição do ser humano as radiações 

EXPLOSÃO NUCLEAR (ARTEFATO DE 1 MEGATON)

• Este tipo de artefato nuclear é algo em torno de 70 vezes mais potente que as bombas nucleares de Hiroshima e Nagasaki;
• Esta potência de 1 Megaton é a capacidade da maioria das ogivas que integram o arsenal norte americano;
•  30 ms após a detonação do artefato se forma uma bola de fogo;
• Esta bola de fogo, inicialmente, possui um diâmetro de 134 m e aumenta para 2.200 m em apenas 10 segundos;
• A altura da nuvem pode atingir 22.400 m (ultrapassando a barreira da estratosfera);
• A nuvem no seu processo de dispersão (formação do "cogumelo") passa a atingir uma altura da ordem de 40.000 m;
• A velocidade de dispersão do cogumelo é algo em torno de 160 km/h;
• 60 segundos após a detonação há formação de partículas cujo tamanho podem variar de 0,4 a 4 µm.  

Observação: mais curiosidades sobre as bombas nucleares, acesse a postagem:

http://jhhamannmundodaradiologia.blogspot.com.br/2015/08/70-anos-das-bombas-nucleares-em.html

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Prof. João H. Hamann

Incidências PA Waters

As projeções PA Waters (ou parietoacantial) são realizadas para a visualização de estruturas anatômicas associadas principalmente a região de face. Assim, podemos estudar nas incidências: estruturas ósseas da face, seios paranasais, arcos zigomáticos e fraturas relacionadas as cavidades orbitais (fratura por explosão e margem orbital, por exemplo) e região de face (fraturas Le Fort I, II ou III, fratura tripé ou fratura de arco zigomático, por exemplo).

As incidências de Waters podem ser realizadas de quatro formas distintas:

• PA Waters: têm como interesse primário a visualização dos ossos da face, alguns seios paranasais (seio frontal e maxilares), além de uma visualização dos arcos zigomáticos; devido a utilização da linha LMM (linha mento meato), os ossos do crânio não se sobrepõem aos ossos da face; permite também uma melhor visualização da região de corpo da mandíbula (Figura 1);

Figura 1 - Projeção PA Waters com linha LMM perpendicular ao RI e RC saindo no acântion. Possível situação de sinusite em seio maxilar direito (fonte: http://www.wikiradiography.net/page/Facial+Bones+Radiographic+Anatomy)

• PA Waters boca aberta: uma variação da projeção PA Waters onde, ao final do posicionamento do paciente (para evitar o movimento) o mesmo será orientado a ficar com a boca aberta durante a projeção. Assim, esta incidência é realizada para a visualização do seio esfenoidal (com sobreposição em relação a região de palato duro e septo nasal) entre as arcadas dentárias superior e inferior (Figura 2);

Figura 2 - Projeção PA Waters boca aberta: entre as arcadas dentárias superior e inferior visualizamos a presença do seio esfenoidal (se sobrepondo com região de palato duro e septo nasal)

• PA Waters modificada: com a mesma ideia de posicionamento do paciente e localização de RC em relação as duas projeções anteriores, a incidência Waters modificada trabalhará não com a LMM, mas sim com a linha LLM (linha lábio meato). Com isso, ocorre uma aproximação das estruturas da face em relação ao RI (receptor de imagens), principalmente das regiões de margens e cavidades orbitais (e permitir descartar ou confirmar uma fratura por explosão, margem orbital ou até mesmo tripé) através de um estudo bilateral (Figura 3);

Figura 3 - Projeção PA Waters modificada, a qual trabalha com a linha LLM. Observe uma melhor visualização de margens e cavidades orbitais (fonte: http://www.wikiradiography.net/page/Facial+Bones+Radiographic+Anatomy)

• PA Waters 30º: uma variação da incidência PA Waters, nesta projeção RC terá uma angulação de 30º caudal. Com isso, esta projeção permite uma melhor visualização dos arcos zigomáticos, assoalho de órbitas e contorno dos seios maxilares. Teremos novamente uma imagem para estudo bilateral (Figura 4).

Figura 4 - Projeção PA Waters 30º: uma variação em relação a Waters modificada, permitindo uma melhor visualização dos arcos zigomáticos, assoalho de órbitas e contorno de seios maxilares (seio maxilar esquerdo "velado"). Não confundir com a incidência submentovértice ou Hirtz (fonte: http://www.wikiradiography.net/page/Facial+Bones+Radiographic+Anatomy)

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Produção da Radiação (Ampola de Raios X) - Parte II

Após a aceleração do feixe de elétrons entre catodo e alvo presente no anodo, os elétrons acelerados (apresentando uma certa energia cinética devido a aceleração) irão interagir os átomos constituintes do material do alvo. Matematicamente:

Este efeito é conhecido por stopping power. Neste processo de interação, duas situações possíveis podem ocorrer:

• Elétrons acelerados interagindo com os núcleos atômicos: elétrons possuem carga negativa e núcleos dos átomos apresentam carga positiva. Assim haverá uma interação eletrostática (por efeito coulombiano) e o elétron terá a sua trajetória alterada (Figura 1). Neste processo de alteração de trajetória, elétron também sofrerá uma desaceleração. Entretanto, pelo princípio de conservação da energia, parte da energia cinética será transformada em energia eletromagnética na forma de radiação de frenamento (devido a interação eletrostática e a desaceleração). A radiação de frenamento pode apresentar valores de energia em um intervalo que corresponde próximo a zero e até o valor máximo de ddp (ou tensão de tubo) aplicado durante a exposição;

Figura 1 - Interação elétron acelerado - núcleo do átomo

• Elétrons acelerados interagindo com elétrons presentes nos átomos do material do alvo: os elétrons acelerados podem interagir com os elétrons que estão eletrostaticamente ligados aos núcleos dos átomos constituintes do material do alvo (normalmente é utilizado o tungstênio para este propósito). Assim, dependendo em qual camada eletrônica (ou eletrosfera) em que ocorra essa interação elétron-elétron os resultados finais são (i) a produção de uma vacância (ou buraco de carga "positiva" no orbital) devido a ejeção do elétron e (ii) produção de radiação característica, a qual surge devido ao preenchimento da vacância por um elétron de outro orbital. A diferença de energia entre os orbitais em que o elétron transitou gerará uma radiação característica e também apresentará uma energia definida (Figura 2).

Figura 2 - Interação elétron - elétron e a produção de vacância e radiação característica

Assim, quando os elétrons acelerados interagem com os átomos constituintes do material do alvo (seja com o núcleo ou com a camadas eletrônicas) haverá a produção das radiações:

• Característica: de espectro discreto (valores definidos), que dependerá em qual orbital ocorreu a interação elétron-elétron e

• Frenamento (ou bremsstrahlung): de espectro contínuo e que será resultante da interação entre elétron-núcleo atômico (devido ao processo de desaceleração do elétron) e a conservação da energia. Com isso, energia cinética é convertida em radiação eletromagnética (radiação X, no nosso caso). 

Analisando graficamente as duas formas de produção de radiação, teremos um espectro único formado pela sobreposição dos espectros contínuo e discreto (Figura 3).

Figura 3 - Espectro de emissão presente no feixe de Raios X. Convém lembrar que este espectro varia conforme a energia do feixe (kV), intensidade (mAs) e material constituinte do alvo 

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Fluoroscópio de Sapataria

• Na década de 1930, existia um aparelho denominado fluoroscópio de sapataria, no qual a pessoa colocava o pé para ver se o seu calçado (que era feito sob medida) estava de acordo,

• Assim, o equipamento apresentava aberturas onde se colocava o pé calçado, e através de um visor (com tela fluorescente – letra A, figura abaixo) observava-se “o trabalho realizado”,

• O tubo de raios X ficava sob o pé calçado do cliente, enquanto que acima existia uma tela fluorescente para visualização,

• Com tempo de exposição podendo chegar até 45 segundos e uma tensão de tubo igual a 50 kV, isto contribuía para uma alta dose em região de cristalino do observador que visualizava seu calçado novo neste equipamento sem nenhum tipo de raioproteção.

Imagem gerada pelo fluoroscópio de sapataria onde o cliente visualizava seu pé dentro do seu novo calçado

Fato curioso:

• Becquerel foi a primeira pessoa a relatar um experimento em radiobiologia, pois como ele andava com o elemento Rádio nos bolsos de seu vestuário, observou que a fonte radioativa promovia eritema na sua pele (que estava em contato direto com o Rádio) seguida por uma ulceração; observou que mudando a fonte radioativa de bolso em suas roupas, após 2 semanas a região de derme exposta sofria um processo de cicatrização,

• Não satisfeito, Pierre Curie (esposo da Madame Curie) em 1901 repetiu o experimento, onde produziu em si mesmo uma queimadura na região de antebraço,

• Anos mais tarde surge a radiobiologia, ciência que estuda os efeitos das radiações ionizantes em tecidos vivos.

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Produção da Radiação (Ampola de Raios X) - Parte I

Em um tubo de raios X, internamente temos a presença de dois eletrodos:

• Catodo: pólo negativo, onde pelo efeito termoiônico (gerado pela passagem de uma alta corrente elétrica e uma baixa diferença de potencial), temos uma nuvem eletrônica gerada nas camadas mais externas do fio do filamento, a qual está pronta para ser "acelerada" em direção ao alvo;
• Anodo: pólo positivo, onde contém o alvo. Normalmente projetado em cobre, com  a região de alvo em tungstênio (material metálico com maior resistência a altas temperaturas além de apresentar boa condutividade térmica e alto número atômico, o que contribui para uma melhor qualidade do feixe de raios X), é do tipo rotatório (com giro variando de 3.000 a 10.000 rpm), com isso apresenta uma maior dissipação de calor (lembrando que apenas 1% de toda energia cinética depositada no alvo é convertida em radiação X, o restante é transformado em energia térmica ou dissipado na forma de calor em uma pequena área denominada de ponto focal). O alvo rotatório faz com que o feixe de elétrons incida em vários pontos, aumentando a vida útil do tubo;

Para que ocorra o processo de deslocamento dos elétrons gerados pelo efeito termoiônico no catodo em direção ao anodo, haverá uma diferença de potencial (ddp) que é aplicada entre os dois eletrodos. Esta diferença de potencial é próximo ao kV selecionado no painel do console do equipamento (valor de técnica para estudo de determinada área anatômica).

Tubos de raios desenvolvido em 1896 por Jackson Focus

Existem aqui alguns fatos interessantes:

• Os elétrons acelerados em seu curto trajeto entre catodo e anodo chegam próximos a velocidade da luz (0,99c, onde c é a velocidade da luz). Com isso existem efeitos relativísticos acontecendo dentro do tubo de raios X;
• Com a utilização frequente do tubo, parte do material do alvo começa a evaporar e a criar uma capa metálica interna na ampola. Este novo "eletrodo" começa a gerar uma diferença menor de potencial entre catodo e anodo (reduzindo o valor de kV  selecionado no painel do equipamento) e correntes de fuga. Com isso, haverá  falhas de tubo. Atualmente tubos de raios X são feitos parcial ou totalmente em metal para evitar este processo e, consequentemente, falhas de tubo;
• Dentro de uma ampola de raios X existem dois tipos de corrente: corrente de filamento (responsável pelo efeito termiônico e por controlar também a corrente de tubo), a qual apresenta um alto valor e uma baixa ddp; e a corrente de tubo, a qual é responsável pela produção da radiação conforme a necessidade da projeção radiográfica;
• Junto a região de catodo temos uma capa focalizadora, a qual é responsável em fazer com que o feixe de elétrons não sofra um processo de espalhamento (repulsão eletrostática devido aos elétrons apresentarem a mesma carga negativa), fazendo com que atinjam uma pequena área no alvo;
• Tubos de raios X de alta capacidade apresentam uma liga de tungstênio e rênio (maior resistência mecânica para suportar os estresses da alta rotação e dilatação / contração térmica);
• Tubos de raios X de alta capacidade também podem apresentar a região de alvo constituída de molibdênio e grafite e sobre estes dois materiais uma camada de tungstênio funcionando como alvo para a interação do feixe de elétrons para a produção da radiação X;
• As funções do anodo são: condução elétrica, dissipação de calor e conter a região de alvo para a produção da radiação eletromagnética;
• Catodo apresenta dois filamentos, os quais são responsáveis pelo foco fino e foco grosso. Porém, quanto menor a área focal (foco fino), menor é o borramento geométrico e assim, maior é a dissipação de calor em um pequeno ponto.

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