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Aplicações médicas das radiações ionizantes

Mário Antônio Bernal Rodríguez 1

1Professor Associado. Instituto de Física Gleb Wataghin. UNICAMP

Seminário FM00318 de Abril, 2017

Resumo

1 Fontes de radiações ionizantes

2 Breve história

3 Produção de raios-X

4 Aplicações no diagnóstico

5 Aplicações na terapia

Origem das radiações ionizantes

Processos físicos envolvidos

• Desexcitação de um núcleo atômico (radiação γ)• Desexcitação de um átomo (raios-X característicos)• Radiação de freamento (Bremsstrahlung)

Descubrimento dos Raios-X

Em 28 de Dezembro de 1895,Wilhelm Conrad Röntgenpublicou o artigo "Sobre umanova espécie de Raios", 50 diasdepois de ter descoberto osRaios-X. Ele usou um tubo deraios catódicos (elétrons).Prêmio Nobel de Física em1901.

Wilhelm C. Roentgen


Primeira radiografia. Feita sobrea mão da esposa de Roentgen.Este descobrimento produziuuma revolução nos métodosdiagnósticos médicos.

Primeira radiografia

Descubrimento da radioatividadenatural

• Em Fevereiro de 1896Henry Becquerel descobriua radioatividade naturalenquanto estudava afluorescência do Urânio.

• Em 1898, Marie Curieanunciou a descobrimentode novos elementosradioativos, que foramcaracterizados anos maistarde como Polônio eRádio.

Marie Curie


Só trouxe benefícios?Muitos efeitos biológicosdevidos á irradiação comraios-X foram pouco a pouco seconhecendo.Efeitos como eritema, queda docabelo, necrosis, câncer emorte. Porém, os efeitosbiológicos desta radiação aindasão usados com finsterapêuticos (Radioterapia).

Amputação devido a irradiaçãocom raios-X

Rev. Imagem 2005: 27(4):281-286

Como são produzidos os raios-X?

Geração de raios-XUm feixe de elétrons éacelerado contra um alvo dematerial pesado. Geralmente éusado Tungstênio, Molibdênioou Ródio.

Diagrama de um tubo deraios-X

J. T. Bushberg et al. The essential physics of medical imaging

Como são produzidos os raios-X?

Tubo de vidro

Siemens home page.

Tubos de aparelho médico

Siemens home page.

Um pouco de física...

Radiação de freagem(Bremsstrahlung)O elétron é atraído pelo núcleode um átomo e é desviado dasua trajetória. A energia perdidadurante esta freada é emitidacomo um fóton (Raio-X).Este efeito produz um espectrocontínuo de energia dosraios-X.

Diagrama simplificado doprocesso

www4.nau.edu


Raios-X característicosUm elétron externo podearrancar um elétron do átomo,criando uma vacância. Estavacância é preenchida por umelétron de uma camadaexterna, se emitindo um fótonde raio-X.A energia deste raio e igual ádeferência entre as energiasdas camadas eletrônicasenvolvidas. Por isso se chamaraio-X característico.

Diagrama simplificado doprocesso


Espectro de raios-XO espectro resultante dos doisprocessos anteriores é umasuperposição entre um espectrocontínuo (Bremsstrahlung) eoutro discreto (Raios-Xcaracterísticos)

Espectro produzido por alvo deTungstênio

J. T. Bushberg et al. The essential physics of medical imaging.

Radiografia convencional

Princípio de funcionamentoOs raios-X atravessam o corpoe formão uma imagem em umapelícula sensível (placaradiográfica). O contraste édevido à atenuação diferencialdos raios-X pelos diferentestecidos.É o método de diagnóstico porimagem mais usado namedicina.

Radiografia de tórax


Mamografia

Princípio de funcionamentoIgual que na radiografiaconvencional mas usa feixescom menores energias paraobter maios contraste. Aliás, osécrans e películas sãodiferentes às convencionais.

Mamografia


Fluoroscopia

Princípio de funcionamentoIgual que na radiografiaconvencional mas não usaplaca radiográfica e pode se verimagens em tempo real, comaté 30 quadros/s. Usa umintensificador de imagem parareduzir a dose no paciente. Ointensificador é acoplado a umacâmara e monitor de vídeo.

Fluoroscôpio

utherus.com.br

Tomografia computadorizada (TAC)

Princípio defuncionamentoUm feixe de raios-X tipoleque gira ao redor dopaciente. Os dados detransmissão da radiação sãousados para reconstruir umcorte anatômico do paciente.

Aparelho

Siemens web site


Imagens de TAC

Wikipedia


AngioTAC

Siemens web site

Reconstruição de cabeza e colo

Siemens web site

Medicina Nuclear

Gammagrafia (SPECT)Método diagnóstico baseado nadeteção externa de fótons emitidosdesde o interior de um paciente,prévia incorporação de isótoporadioativo por via oral ou injetada.

Princípio de Funcionamento

cyberphysics.co.uk

Medicina Nuclear

Tomografia por emissão depósitrons (PET)Método diagnóstico baseado nadeteção externa de fótons emitidosdesde o interior de um paciente,logo da aniquilação de pósitronsemitido por radioisótopoincorporado ao pacientepreviamente.

Aparelho

poraldaradiologia.com

Medicina Nuclear

Tomografia por emissão depósitrons (PET)Método diagnóstico baseado nadeteção externa de fótons emitidosdesde o interior de um paciente,logo da aniquilação de pósitronsproduzidos por radioisótopoincorporado ao pacientepreviamente.

Princípio de funcionamento

science.howstuffworks.com

Radioterapia

Por que a radioterapia?A radiação ionizante produz dano no DNA. As células tumorais têmdificuldade para reparar o este dano, então elas são mais sensíveis àradiação do que as sadias.Feixes raios-X de baixa energia (100-300 kV) são usados na terapiasuperficial (tumores na pele ou pouco profundos) e de alta energia(6-18 MV), na radioterapia profunda (tumores em qualquerprofundidade no paciente).

Radioterapia

FuncionamentoUm feixe de raios-X de altaenergia, ∼6-18 MV, é geradoacelerando elétrons e fazendo elesatingir um alvo de material pesado,geralmente Tungstênio.O cabeçote do aparelho pode girarao redor do paciente.

Acelerador linear

its.uvm.edu

Radioterapia

TratamentosO paciente é deitado em umamaca e é tratado com um o várioscampos de irradiação.

Paciente em CLINAC

einstein.edu

Resumo

Áreas de trabalho do FísicoMédico

• Radioterapia• Medicina Nuclear• Diagnóstico por imagens

(raios-X)• Proteção Radiológica• Área acadêmica (professor

e/ou pesquisador).

Muito obrigado!

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