Interação da Radiação com a Matéria

Na área do radiodiagnóstico, a radiação eletromagnética em função da sua faixa de energia (a qual é produzida no tubo de raios X), pode interagir com a matéria (neste caso a área anatômica do paciente, seja nos raios X convencional ou digital, TC, hemodinâmica ou mamografia) através das seguintes formas:

• Espalhamento Coerente;
• Efeito fotoelétrico e 
• Efeito Compton.

ESPALHAMENTO COERENTE:
Nesta forma de interação, o fóton irá (i) interagir com a matéria (átomo) e terá a sua trajetória alterada; (ii) não ocorre a absorção do fóton pelo meio no qual ele interage; (iii) sua energia final (espalhamento) é igual a sua energia inicial e (iv) para a imagem radiográfica contribui para um aumento no fator "base + véu". 


EFEITO FOTOELÉTRICO:
Neste processo, o fóton interage com elétrons fortemente ligados (interação com o átomo), desaparecendo totalmente, tendo como resultado a expulsão de um elétron, geralmente da camada K do átomo (Figura 1).

Figura 1  - Efeito fotoelétrico. Lembrando que esta forma de interação ocorre com os elétrons mais internos dos orbitais do átomo

Este acontecimento é chamado de "efeito fotoelétrico" ou "absorção fotoelétrica".

Podemos matematicamente escrever através da equação

Onde

          E_tr = energia cinética transferida ao elétron;

          hv = energia do fóton incidente;

          W_o = energia de ligação do elétron ao átomo.

Observação:
O efeito fotoelétrico é predominante no processo de formação das imagens mamográficas. 

EFEITO COMPTON:

Raios X com energias moderadas, que também são utilizados para o radiodiagnóstico médico podem interagir com elétrons de outras camadas eletrônicas do átomo. Com este tipo de interação, o fóton não é apenas espalhado, mas tem sua energia diminuída, além de gerar o processo de ionização do átomo. Este processo é denominado de Efeito Compton ou Espalhamento Compton.

Para que ocorra este processo, o fóton incidente interage com elétrons das camadas mais externas do átomo, ejetando estes elétrons. Assim, o átomo fica ionizado e o fóton continua sua trajetória, porém com uma energia menor do que sua energia antes do processo de ionização (Figura 2).

Figura 2 - Efeito ou Espalhamento Compton

A energia cedida ao elétron é igual à energia de ligação do elétron a uma certa camada em que ele esteja orbitando mais a energia cinética com a qual ele é ejetado do átomo. 

Matematicamente isto pode ser representado pela equação

Onde

          E_i = energia do fóton incidente;

          E_s = energia do fóton espalhado;

          E_b = energia transferida ao elétron;

          E_ke = energia cinética do elétron.

Durante a interação Compton, grande parte da energia é dividida entre o fóton espalhado (hv’) e o elétron secundário (e^-), também denominado de elétron Compton. Normalmente o fóton espalhado retém maior parte da energia. Ambos, o fóton espalhado e o elétron secundário devem ter energia suficiente para produzirem mais processos de ionização até a sua perda total de energia. Assim, o fóton espalhado será absorvido gerando o efeito fotoelétrico e o elétron secundário preencherá algum buraco em uma camada eletrônica de um átomo criado por um outro evento de ionização.

Fótons por efeito Compton podem ser espalhados em várias direções, até mesmo a 180° graus. Para uma deflexão de 0°, não há transferência de energia. Quando o ângulo de deflexão aumenta para 180°, mais energia é transferida para o elétron secundário. Porém, mesmo para um ângulo de 180°, o fóton espalhado retém uma energia próxima de dois terços da energia original.

Fótons espalhados na direção do feixe incidente são denominados de radiação retroespalhada. Este tipo de radiação é de considerável importância na radioterapia.

A probabilidade para que um dado fóton sofra uma interação Compton é uma função complexa da energia do fóton incidente. Geralmente esta probabilidade diminui com o aumento da energia do fóton. A probabilidade de interação Compton não depende do número atômico do alvo.

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História da Anatomia Seccional do Encéfalo (Parte II)

Continuando os nossos estudos, apresentamos mais algumas datas e fatos históricos associados aos estudos anatômicos do cérebro:

• Em 1543, Andre Vesalius, professor de anatomia e cirurgia na Universidade de Pádua (Itália) descreve pela primeira em detalhes um corte realizado transversalmente no encéfalo. Este trabalho foi publicado em seu livro texto de anatomia "De Humani Corporis Fabrica", o qual continha textos e 323 ilustrações. Jean Stéphane Caillé sob a supervisão de Vesalius realizou as imagens e Vesalius (i) organizou o texto de tal forma que, combinado com as iconografias dava uma maior riqueza de detalhes anatômicos, (ii) foi o primeiro a diferenciar substância cinza de substância branca, (iii) corrigiu erros de Galeno, como por exemplo, a importância de realizar a autópsia e (iv) suas imagens (principalmente nos cortes horizontais) foram utilizadas como referências para estudos médicos por mais de dois séculos (Figura 1);

Figura 1 - Representação com maior exatidão do cérebro e ventrículos em um plano horizontal (Andre Vesalius, 1543)

• . Contemporâneo a época de Vesalius, Sylvius Jacques Dubois (1478 - 1555) considerado como rival ao primeiro, contribuiu com o conhecimento anatômico evidenciando e nomeando as maiores estruturas cerebrais, tais como: fissura silviana, artéria de Sylvio e o arqueduto de Sylvio, por exemplo;

• Em 1572, Varole (Bolonha, Itália) inovou o processo de dissecação (aproximando ao que ele é praticado atualmente) quando publicou o seu trabalho associado ao nervo óptico. Assim, seu método consistia em remover o encéfalo da calota craniana e visualizar a sua região ventral (base). Entretanto, um maior detalhamento anatômico da região ventral do cérebro ainda se fazia necessário para a época (Figura 2);

Figura 2 - Visão da região ventral do encéfalo destacando os nervos e o quiasma óptico (Varoli, edição de 1591)

• Em 1647, Vesling (anatomista alemão) lança seu livro texto de anatomia descrevendo estruturas importantes tais como: corpo caloso, plexo coroide e hipocampo.

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História da Anatomia Seccional do Encéfalo (Parte I)

A anatomia morfológica associada a região do encéfalo levou quatro séculos para alcançar o patamar que apresenta hoje. Entretanto, a sua representação por imagens radiográficas se desenvolve também de forma lenta, mas apresentando um progressivo e grande refinamento nas imagens geradas.

Barreiras e restrições foram criadas na Idade Média, as quais impediam o crescimento científico em diversas áreas. Com a fase do Renascimento aconteceu um processo contrário, ou seja, a humanidade teve uma grande explosão de conhecimentos científicos, algo que até então não ocorrera.

Dissecações anatômicas eram proibidas tanto por religiosos quanto por autoridades. Isto, de certa forma, impedia o avanço e o conhecimento na área médica. Mas, mesmo assim, em 1363 Mundino dei Luzzi realiza a primeira dissecação manual e publica os seus resultados em "Anathomia".

Avicenna é referenciando como a primeira pessoa a representar através de imagens o cérebro humano (em torno de 1000 a.C.). Em seus estudos, Avicenna descrevia o cérebro dividido em três compartimentos ou ventrículos: senso comum, julgamento e memória. Isto também foi descrito por Magnus Hundt em 1501 no seu livro "Antologia do Conhecimento".

Entretanto, quase uma década antes a publicação de Hundt, Leonardo da Vinci já havia realizado diversas dissecações (e documentadas as mesmas através de imagens) em relação ao encéfalo humano. A ele é creditado a primeira imagem em corte sagital demonstrando os ventrículos laterias e o quiasma óptico (Figura 1). Infelizmente, as suas imagens foram mantidas em segredo, sendo descobertas somente ao final do século catorze.

Figura 1 - Ventrículos cerebrais (Leonardo da Vinci, 1490)

Outras datas importantes em relação as imagens e estudos anatômicos do cérebro:

• Em 1523, Giacomo Berengario di Carpi, professor de cirurgia em Bolonha publica o primeiro livro texto de anatomia intitulado "Isagoge Breves". O cérebro era representado de forma análoga as alças do intestino delgado ("ventre superior"). Entretanto, ventrículos laterais e plexo coroide eram perfeitamente representados nas imagens anatômicas;

• Em 1536, Johannes Eichmann (anatomista alemão) demonstra o encéfalo através da primeira imagem em corte transversal da área anatômica (Figura 2). Porém, a imagem é  pobre em detalhes e falta o conceito de perspectiva associada a ela. A imagem apresentava os ventrículos cerebrais e as "alças cerebrais" (sulcos e giros cerebrais). Com isso, Eichmann tenta representar áreas anatômicas mais profundas do encéfalo, iniciando o conceito de anatomia seccional.

Figura 2 - Corte transversal demonstrando uma região mais profunda do encéfalo (isso é evidenciado através do ventrículos cerebrais). A imagem representa também os sulcos e giros cerebrais (alças cerebrais). Ela não detalha tão bem a região anatômica e falta a ideia de perspectiva (aqui ela é vista em um ângulo superior esquerdo, sem perspectiva).

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Principais Pontos de Reparos Radiológicos na Região de Tronco

Para posicionamento radiológico e localização de RC (raio central), as incidências radiográficas se baseiam em pontos de reparos radiológicos nas diversas áreas anatômicas. Na maioria dos casos, os pontos de reparos radiológicos são estruturas ósseas, pois (i) estas são de fácil localização e (ii) são confiáveis para localização de RC, permitindo assim a visualização de determinada estrutura ou região anatômica na incidência realizada.

No intuito de auxiliar no dia-a-dia o profissional das técnicas radiológicas, a Figura 1 apresenta alguns pontos de reparos associados a região de tronco e sua correlação com a coluna vertebral.

Figura 1 - Principais pontos de reparo radiológico na região de tronco e sua correlação com a coluna vertebral.

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Radioproteção Associada ao Paciente

Em um departamento de radiologia, é obrigação do técnico ou tecnólogo em radiologia realizar a radioproteção do paciente durante a realização do exame radiológico.

Neste intuito, no sentido de maximizar a proteção radiológica e, consequentemente, reduzir dose para paciente, alguns pontos devem ser observados por parte do profissional das técnicas radiológicas:

•  Preparação do paciente: realizando, por exemplo, a remoção de objetos da área anatômica de interesse (onde estes não gerem artefatos na imagem radiográfica) ou observando se paciente ingeriu de forma correta a quantidade necessária de contraste para determinado exame contrastado do sistema gastrointestinal;
• Identificação do paciente: sempre que possível identificar o paciente pelo nome completo e também realizar uma rápida anamnese. Com estes procedimentos simples, evitasse de expor outro paciente ou uma região anatômica sem interesse para o estudo radiológico;
• Condições do paciente: pacientes apresentando certas patologias, fraturas ou até mesmo a sua idade (geriátrico ou pediátrico) irão requerer por parte do técnico/tecnólogo uma atenção redobrada para a realização das incidências radiográficas. Estar atento as condições do paciente reduzem as chances de repetir projeções, reduzindo assim a dose para o paciente;
• Tipo de equipamento para a realização das imagens: a seleção correta e o conhecimento técnico em relação ao equipamento que será empregado para a realização das imagens influenciam na dose para o paciente. Desta forma, é importante conhecer as especificações técnicas (tipo de retificação, tensão de alimentação, especificações técnicas do tudo de raios X, por exemplo) irão otimizar os valores de técnica de exposição;
• Tipo do receptor de imagens: trabalhar com sistemas tela/filme (sistema convencional) ou placas de fósforos (sistema CR) mais velozes fazem com que a exposição do paciente seja menor. Entretanto, quanto mais veloz é o RI (receptor de imagens) menor é a resolução do sistema;
• Posicionamento do paciente: o correto posicionamento do paciente também contribui para a redução de dose. Através do correto posicionamento do paciente para determinada incidência se evita a repetição de exames;
• Técnica de exposição: correto valor de kV e mAs irão influenciar diretamente na dose absorvida pelo paciente. Desta forma, é interessante (i) trabalhar com uma carta técnica do equipamento e (ii) utilizar espessômetro para determinação da espessura da área anatômica;
• Colimação do feixe de raios X: expor somente a área anatômica de interesse radiológico contribui para uma limitação das radiações primárias e secundárias, o que irá (i) reduzir dose e (ii) aumentar a qualidade da imagem radiográfica, pois menor radiação espalhada chegará ao RI;
• Parâmetros de exposição: estações de correntes mais elevadas exigem um menor tempo de exposição. Desta forma, evitasse o borramento por movimento e consequentemente a repetição do exame e aumento de dose para pacientes;
• Proteção do paciente: a utilização de protetor de gônadas ou utilização de avental de chumbo para a realização de projeções associadas as extremidades (MMII ou MMSS) ou região de cabeça é uma forma de realizar a proteção radiológica do paciente;
• Projeção realizada: é interessante saber o que realmente o médico deseja visualizar em uma determinada área anatômica através de uma imagem radiográfica. Assim, podemos realizar diferentes projeções, mas que permitem, de uma forma geral, visualizar a mesma estrutura anatômica. Como exemplo, podemos ter a situação em que médico deseje visualizar articulação coxofemoral unilateral. Tanto uma incidência AP de pelve ou AP de quadril permitirão visualizar a estrutura de interesse primário. Dentro do conceito de radioproteção, devemos ter um cuidado em especial com cristalinos, glândula tireoide e gônadas dos pacientes. 

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Princípios Fundamentais da Radioproteção

Três são os princípios básicos da radioproteção que qualquer profissional das técnicas radiológicas pode aplicar no seu dia-a-dia quando estiver trabalhando com equipamentos emissores de radiação ionizante (como tomografia computadorizada, radiologia convencional ou sistemas digitais, por exemplo). Estes três princípios são:

• Tempo: o tempo de exposição junto a fonte emissora de radiação deve ser o menor possível. Lembrando que o valor de dose está diretamente relacionado com o tempo de exposição. Assim, ao dobrarmos o tempo de exposição, a dose recebida dobrará;

• Distância: entre profissional das técnicas radiológicas e fonte emissora de radiação deve, sempre que oportuno, haver a  maior distância entre ambos. Lembrando que aqui temos a aplicação da lei do inverso do quadrado da distância, ou seja, ao aumentarmos a distância entre fonte e profissional, a intensidade do feixe diminui. Esta diminuição é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre fonte e técnico/tecnológo;

• Blindagem: entre a fonte emissora de radiação e o profissional das técnicas radiológicas sempre que possível deve haver uma barreira (blindagem) atenuadora do feixe de radiação. Assim, durante a realização de uma projeção radiográfica, por exemplo, técnico (ou tecnólogo) deve permanecer atrás de um biombo, ou então, utilizar um avental plumbífero (caso necessite contenção do paciente). Aventais de proteção, em sua maioria, contêm 0,5 mm de chumbo (o que equivale a aproximadamente 2 camadas semirredutoras - CSR), o que reduz a exposição em 25%.

Algumas considerações importantes:

• Dosímetro não é considerado como um EPI (equipamento de proteção individual). Deve ser utilizado junto ao tórax e acima do avental plumbífero (conforme Portaria 453/98 do Ministério da Saúde, item 3.47);

• Equipamentos de fluoroscopia possuem um temporizador automático de exposição contínua. Este tempo de segurança é algo em torno de 5 minutos, ou seja, após 5 minutos de exposição contínua, o equipamento literalmente desliga o feixe de radiação;

• Em exames fluoroscópicos é interessante que o profissional das técnicas radiológicas fique o máximo possível afastado do paciente. Devemos lembrar que devido a radiação espalhada pelo corpo do paciente e o maior tempo de exposição contribuem para uma maior dose ao técnico/tecnólogo.

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Fatores Geométricos (Parte I)

Em radiologia, os fatores geométricos estão associados ao conceito de detalhe e distorção, os quais afetam de uma forma direta a qualidade da imagem radiográfica para o diagnóstico. Assim, fatores geométricos levarão em conta a relação tubo de RX, área anatômica (paciente) e receptor de imagens (RI). Também teremos as características do tubo de RX, ou seja, o seu ponto focal.

Desta forma, estes conceitos são aplicados tanto na radiologia convencional (revelação a úmido) bem como em sistemas radiológicos digitais (CR ou DR).

Associado a relação entre tubo de RX, paciente e RI, teremos as distâncias (Figura 1) presentes:

Figura 1: Distâncias presentes entre tubo de RX, área anatômica (paciente) e RI. Observe que, como referencial para as distâncias, teremos o tubo de RX.

• Distância fonte - receptor de imagens (Dfri) (Source to Image Receptor Distance) e

• Distância fonte - objeto (Dfonte-objeto) (Source to Object Distance).

A relação entre estas distâncias irá promover uma maior ou menor magnificação na imagem radiográfica, a qual irá afetar a qualidade radiológica para diagnóstico. Neste sentido, poderemos ter uma menor resolução ou nitidez em relação a área anatômica visualizada.

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