A principal função de um aparelho de fluoroscopia é produzir um feixe de raios X colimado, com adequada intensidade e qualidade e projectá-lo num paciente, num ângulo desejado. Após atravessar o paciente, o feixe encontrar-se-á modulado e será convertido numa imagem visível num monitor [21]. O esquema geral de funcionamento é apresentado na ilustração 3.1-A e os seus constituintes gerais na ilustração 3.1-B.
A B
Ilustração 3.1 – [A] Esquema geral de funcionamento (Adaptado de [21]) e [B] Constituição geral de um sistema de fluoroscopia básico (Adaptado de [10]).
Um sistema de fluoroscopia possui uma tecnologia semelhante à usada em radiografia, no que se refere ao tubo de raios X, ao gerador, ao colimador e aos filtros. O principal constituinte que diferencia as duas técnicas é o intensificador de imagem que, gradualmente, vem sendo substituído pelos detectores digitais planos [10] [22].
Em prática clínica, o gerador permite a variação da alta tensão entre 40 e 150 kVp e da corrente entre 1 e 1000 mA, disponibilizando e controlando, deste modo, a energia fornecida ao tubo de raios X. O operador activa o gerador, dando origem à produção de radiação, por exemplo, quando prime um pedal. [20] [21]
A B
Ilustração 3.2 - [A] Distribuição de energia de um tubo de Raios X (dl/dE - intensidade do feixe por unidade de energia dos fotões; Em – energia máxima dos fotões do feixe): espectro característico sobreposto a espectro contínuo de radiação de Bremsstrahlung sem filtração (2), após um filtro de 2,5mm de Al (3) e após atravessar o paciente (4). Situação teórica do efeito na total ausência de filtração (1). Adaptado de [11]. [B] Ampola de Raios X e os seus principais constituintes. Adaptado de [21].
O tubo de raios X é o dispositivo que converte a energia disponibilizada pelo gerador em radiação X. Tem como constituintes um filamento (cátodo) e um disco (ânodo), encapsulados em
3. A fluoroscopia
vidro numa atmosfera de vácuo, conforme se observa na ilustração 3.2-B. O filamento é atravessado pela corrente fornecida pelo gerador, aquece e irradia electrões por emissão termiónica. Os electrões são acelerados contra o ânodo por uma diferença de potencial fornecida, também, pelo gerador. A rápida desaceleração dos electrões, causada pela sua interacção com os átomos do ânodo, produz a emissão de radiação de travagem (radiação de Bremsstrahlung), que irá constituir a região contínua do espectro de radiação. Por outro lado, os electrões que colidem com os electrões das camadas mais internas dos núcleos do ânodo podem produzir ionização ou excitação. Em ambos os casos, os átomos ficam instáveis e ocorrerá a emissão de um electrão. Consequentemente, haverá o preenchimento da lacuna resultante, por um electrão de uma camada mais externa, acompanhada pela emissão de um fotão de radiação característica. A radiação, assim formada, irá constituir o espectro descontínuo que se sobrepõe ao espectro contínuo, conforme apresentado na ilustração 3.2 - A. A maior parte da energia é libertada sob a forma de calor, sendo uma pequena fracção emitida sob a forma de radiação X. [11] [21]
Actualmente, a recepção de imagem num equipamento de fluoroscopia pode ser feita através de um tubo intensificador de imagem acoplado a um sistemas de vídeo ou através de um detector digital plano (do inglês, flat-panel detector) [10]. São estes sistemas que permitem a adquisição de imagens em tempo real. O tubo intensificador de imagem converte o feixe de raios X que emerge do paciente numa imagem luminosa e, neste processo, aumenta o brilho da imagem 10.000 vezes para permitir uma melhor visualização [11]. É constituído por uma janela de entrada que transfere a energia dos raios X para os electrões, lentes electroestáticas para focar os electrões, um ânodo para os acelerar e uma janela de saída [23]. Os detectores digitais planos, por sua vez, são sistemas integrados de imagem digital baseados em tecnologia de estado sólido, que permitem obter directamente um sinal digital de vídeo. [11] Estes dispositivos podem dividir-se em dois tipos: Num deles (receptores indirectos) há transferência da energia dos raios X para electrões, através de passos intermédios que envolvem o uso de fotodíodos e dispositivos de acoplamento de carga (do inglês, charged-coupled devices – CCD); No outro tipo (receptores directos), usam-se fotocondutores que transferem a energia dos raios X para electrões. A opção entre estes dois tipos deverá ser tida em conta no momento da adquisição do equipamento, pois está intimamente relacionada com o desempenho temporal do sistema. [8] [20]
A colimação do feixe de raios X restringe a área na qual o feixe é projectado no paciente, permitindo ao operador o controlo da dimensão e da forma do campo a irradiar, conforme se visualiza na ilustração 3.3-A. [23] Além disso, melhora a qualidade da imagem, na medida em que restringe a dispersão de Compton. O colimador é um dispositivo montado à saída do tubo de raios X e possui lâminas que podem ser ajustadas de modo a apenas ser irradiada uma área específica do corpo do paciente. [20]
Os filtros permitem eliminar os fotões de baixa energia, que são facilmente absorvidos pelo tecido, e que não vão contribuir para a formação de imagem. O feixe que resulta da filtração é mais energético, tendo maior poder de penetração. Em fluoroscopia é comum serem usados filtros de alumínio e de cobre. Na ilustração 3.2-A pode-se observar o efeito da filtração no espectro de raios X. Alguns sistemas modernos, automaticamente, introduzem os filtros de acordo com a dimensão do paciente e a angulação do equipamento. Deste modo, é possível manter a dose o mais baixo possível, sem degradar a imagem. [23]
Existe, ainda, a grelha anti-dispersão que reduz a radiação dispersa de Compton e aumenta o contraste da imagem, melhorando a sua qualidade. É, habitualmente, colocada entre o paciente e o receptor de imagem como se observa na ilustração 3.3-B. Nalguns sistemas de fluoroscopia, em condições específicas, é possível remover este componente, pois apesar de melhorar a imagem tem como inconveniente o aumento da taxa de dose. [11] [20]
A B
Ilustração 3.3 – [A] Esquema da actuação de um colimador de Raios X. [B] Esquema de uma grelha anti-dispersão utilizada para interceptar fotões dispersos antes de entrarem no intensificador de imagem. Adaptados de [20].
A mesa onde é deitado o paciente em segurança é um dispositivo que, quando adquirido para um equipamento de fluoroscopia, deve ter em consideração dois aspectos essenciais para a segurança do paciente: a carga que irá suportar e deve ser construída recorrendo a um material que atenue o mínimo possível a radiação. Idealmente, deverá ter um baixo número atómico para atenuar o mínimo de raios X possível. As unidades de fluoroscopia mais modernas são equipadas com mesas feitas de fibras de carbono com elevada resistência mecânica e baixa absorção de radiação. [20]
Recorre-se a um circuito fechado de televisão para visualizar a imagem oriunda do intensificador de imagem num monitor. Em sistemas mais antigos, recorria-se a câmaras de vídeo analógicas. Mais recentemente, surgiram as camaras com dispositivos de acoplamento de carga (do inglês, charged-coupled devices - CCD), que substituíram as anteriores. Estes aparelhos produzem um sinal eléctrico, em resposta à quantidade de luz visível, que pode ser armazenado digitalmente ou convertido num sinal de televisão. [20] [21]
Os equipamentos de fluoroscopia possuem, também, uma série de detectores com o intuito de optimizar a qualidade da imagem e reforçar a protecção do paciente. Neste sentido, surgem os dispositivos de controlo automático, nomeadamente, de brilho e de dose. O dispositivo de controlo automático do brilho (do inglês, Automatic Brightness Control-ABC) permite a optimização permanente da qualidade da imagem, actuando directamente sobre o tubo intensificador de imagem e sobre o tubo de raios X. Garante, assim, que a intensidade do feixe de raios X varia de modo dinâmico com a dimensão do paciente. [11] Sem este dispositivo, o operador tenderia a estar sempre a ajustar a energia do feixe e/ou corrente do tubo para obter boas imagens. Na ilustração 3.4 pode-
3. A fluoroscopia
se observar as curvas típicas que descrevem o comportamento do sistema ABC. Nalguns casos, em que é necessário elevado contraste, e nos quais normalmente se recorre a agentes de contraste de bário ou iodo, pode ser desejável fixar os kVp de modo a garantir a vantagem do uso da absorção fotoeléctrica no meio de contraste. O sistema irá detectar a luminosidade no receptor de imagem e irá compará-lo com um sinal de referência. Com base nesse feedback será dada informação ao gerador para aumentar ou diminuir a corrente. Deste modo, garante-se que o brilho é mantido sem afectar o contraste da imagem. Noutros casos, ajustam-se simultaneamente os dois parâmetros (tensão e corrente) de modo a manter a estabilidade do brilho, conforme as curvas da ilustração 3.4. É com base neste balanço entre tensão e corrente que alguns equipamentos possuem os modos de baixo débito e alto débito. Algumas unidades mais sofisticadas equipadas com fluoroscopia pulsada recorrem, ainda, à modulação dos pulsos, alterando a sua largura (tempo) e altura (mA), para estabilizar o brilho. Como a tensão e a corrente variam com a espessura do paciente, estes parâmetros irão também afectar a dose recebida por este. [10] [20]
Ilustração 3.4 – Representação de três curvas de resposta do ABC. A curva híbrida apresenta o melhor compromisso possível entre a qualidade de imagem e a dose para o paciente. Adaptado de [10].