2.1.1 Classificação da radiação
A radiação, dependendo da sua capacidade para ionizar a matéria, pode ser classificada distintamente de radiação não ionizante ou de radiação ionizante. No primeiro caso, trata-se, tal como o nome indica, de radiação que não possui energia suficiente para provocar a ionização da matéria com a qual interage. Contrariamente, a radiação dita ionizante, tem capacidade para ionizar a matéria. Este segundo tipo de radiação pode, ainda, ser classificada de directamente ionizante, quando se tratam de partículas carregadas como, por exemplo, electrões, protões ou partículas alfa, ou de indirectamente ionizante quando se tratam de partículas neutras como, por exemplo, fotões ou neutrões. [6] [7]
Em medicina são utilizadas tanto as radiações ionizantes como as não ionizantes. Neste trabalho, iremos abordar a técnica radiológica de fluoroscopia, que recorre à radiação X, classificada como radiação ionizante, para a obtenção de imagens do interior do corpo humano.
2.1.2 Processos de interacção relevantes em radiodiagnóstico
O fenómeno que tem por base a imagem de raios X está relacionado com a capacidade dos fotões penetrarem no tecido. Quando um fotão atinge um material existem três possibilidades: 1) é absorvido, isto é, transfere a sua energia para os átomos do material atenuador; 2) é disperso ou 3) atravessa o material sem interagir. Se o fotão for absorvido ou disperso, considera-se que o fotão sofreu atenuação. A atenuação é o grau com o qual a intensidade do feixe de raio X diminui à medida que este atravessa a matéria. Para um feixe colimado de fotões monoenergéticos que incide num material atenuador de espessura a sua intensidade é descrita pela equação 2.1. [8]
(Equação 2.1)
onde é o coeficiente de atenuação linear (que depende da energia do fotão e do número atómico do atenuador) e representa a intensidade inicial do feixe. O poder de penetração de um fotão X é maior, quanto maior for a sua energia. Fotões com pouca energia não têm capacidade para penetrar nos tecidos, logo não irão contribuir para a formação de imagem. [9]
Vários processos de atenuação de Raios X ocorrem para diferentes energias dos fotões. Em Radiodiagnóstico, os mecanismos predominantes de interacção da radiação com a matéria são o efeito de Compton e o efeito Fotoeléctrico. Sendo que o primeiro predomina para energias superiores a 30 keV e o segundo a energias inferiores a este valor. A dispersão de Rayleigh ocorre para fotões de baixa energia e para materiais com elevado número atómico, no entanto não é significativo em termos de radiodiagnóstico, pois não contribui para a dose no paciente. O efeito de produção de pares não ocorre para a gama de energias usada em radiodiagnóstico médico. [10] [11]
O efeito de Compton e o efeito fotoeléctrico diferem entre si em vários aspectos que são vitais na aplicação dos Raios X em diagnóstico. O coeficiente de atenuação mássico para o efeito de Compton é independente do número atómico do material absorvente, enquanto que no efeito fotoeléctrico a probabilidade de ocorrência do efeito é função da energia dos fotões e do número atómico do material [6]. Em radiodiagnóstico, uma imagem resulta das diferenças entre regiões onde os fotões foram absorvidos, por efeito fotoeléctrico, em maior ou menor número. Os fotões de Compton não contribuem para a formação de imagem radiológica, sendo indesejáveis, visto não fornecerem informação de posição e, assim, contribuírem para o acréscimo de ruído. Portanto, a imagem radiológica resulta de um compromisso entre a atenuação útil para a produção de imagem e a transmissão. [11]
2.1.2.1 Efeito fotoeléctrico
Um fotão de Raios X, que interage com um electrão ligado, por exemplo, das camadas K ou L, de um átomo do material absorvente, cede-lhe toda a sua energia. Parte desta é utilizada para vencer o potencial de ligação do electrão-átomo ( çã ) e a restante é convertida em energia cinética do electrão ejectado ( ) que é dada pela equação 2.2. O processo encontra-se esquematizado na ilustração 2.1.
çã (Equação 2.2)
A lacuna deixada pelo electrão é preenchida por um electrão de uma camada mais externa ou, mais raramente, por um electrão de fora da estrutura atómica. Este movimento de electrões em cascada resulta numa variação da energia dos estados envolvidos. Esta variação da energia é equilibrada pela emissão de um fotão de radiação electromagnética característica ou transferida para outro electrão que pode ser ejectado do átomo. Estes electrões são conhecidos por electrões de Auger e, dado que podem interagir com o meio, provocando novas ionizações e excitações, têm um contributo no aumento da dose no paciente. [6] [7] [8] [12] A absorção fotoeléctrica é um dos principais mecanismos que permite a visualização do agente de contraste iodado e dos stents metálicos em fluoroscopia de Raios X. [9]
Ilustração 2.1 – Esquema ilustrativo do Efeito Fotoeléctrico. Adaptado de [7].
2.1.2.2 Efeito de Compton
O efeito de Compton é o processo no qual um fotão interage com um electrão, cuja energia de ligação é inferior à do fotão. Uma parte da energia do fotão é, então, cedida ao electrão sob a forma de energia cinética, e o fotão é disperso com a energia remanescente, sendo que a sua direcção
2. Conceitos fundamentais
sofre alteração. No lugar do fotão fica um electrão rápido e o fotão de energia reduzida que poderá tomar parte em outras interacções (ver ilustração 2.2). A energia do fotão incidente é dada pela soma da energia do fotão disperso com a energia cinética do electrão ejectado. [6] [7] [8] [12] A maior parte da radiação dispersa que se encontra num laboratório de fluoroscopia é proveniente deste processo. [9]
Ilustração 2.2 – Esquema ilustrativo do Efeito de Compton. Adaptado de [7].