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The digital radiology systems, among them the system based on photostimulable phosphors (CR systems as they are known in radiology) are increasingly common in radiological practice in São Paulo, following a worldwide trend. Using this technology, which is replacing the screen-film as detection system for production of the image, can be detrimental or beneficial in terms of the absorbed dose to the patient, because the dynamic range of these detectors is much wider than the radiographic films, and it is possible to obtain an image with overexposure or underexposure. To evaluate the contrast obtained in the image, and at the same time, obtain an estimate of the absorbed dose to the patient, all manufacturers of CR systems include the evaluation of an exposure index in the image analysis software. This index should be related to the absorbed dose to the phosphor plate (Image PlateIP). Studies that relate the signal to noise ratio (SNR) and Entrance Skin Dose (ESD), measured with ionization chamber and TL dosimetry for chest X-rays were conducted using clinical techniques, and typical values of dose (ESD and exit dose) were compared with values of gray levels and exposure index obtained with the CR. For this we used two simulators: a homogeneous one made with PMMA walls and filled with water, and an anthropomorphic phantom without the upper and lower limbs (RANDO Phantom), in which it was also possible to measure internal doses with TL dosimetry. The results showed a logarithmic relationship between the Agfa index IgM (log of median of histogram) and the simulator exit dose, and a log relationship between the ESD and the mean gray level of a region of the image (SAL Scan Average Level ). It was also possible to relate the IgM with ESD, but the relation is dependent on the beam quality. With the use of different filtrations, we verified the possibility of decrease the ESD keeping the same image quality. In this work we obtained ESD values in the range 0.0995(50) – 1.657(51) mGy, and internal doses from 0.0074(18) to 0.90(13) mGy. 8 Thiago Rodrigues da Silva Thus we conclude that it is possible to relate the exposure index to the absorbed dose (ESD and exit dose), and use CR as an evaluator of absorbed dose in the patient, if the beam quality is known. 1. Introdução à Dissertação 9 1. Introdução à Dissertação 1.1. Primeiras considerações No Brasil, anualmente são realizados mais de três milhões de exames de tórax em estabelecimentos de saúde (públicos e privados) conveniados ao SUS. Isto corresponde a aproximadamente 31% de todos os exames radiológicos [Freitas, 2005]. Um estudo realizado em 2007 mostrou que para pacientes pediátricos, os exames de tórax podem chegar a 80% do total de exames em alguns hospitais [Ribeiro, 2007]. Os primeiros registros sobre danos biológicos causados pela radiação ionizante foram feitos logo após a descoberta dos raios X por Wilhelm Conrad Röntgen no final do século 19[Okuno & Yoshimura, 2010], e atualmente os exames radiológicos são justificados com a ponderação entre o benefício para a saúde do paciente, proveniente do diagnóstico médico obtido pela imagem, e o prejuízo à saúde causado pela exposição à radiação. Para isso as exposições médicas de pacientes devem ser otimizadas ao valor mínimo necessário para a obtenção do objetivo radiológico (diagnóstico e terapêutico), compatível com os padrões aceitáveis de qualidade de imagem [ANVISA, 1998]. Partindo desses princípios, são estabelecidos níveis de referência, que são valores de dose para exames radiológicos típicos, realizados em grupos de pacientes com características físicas típicas ou em simulador padrão. Os níveis de referência não são limites de doses para exames radiológicos, pois exceder esses níveis não significa necessariamente que um exame está sendo realizado de forma inadequada, da mesma forma que valores abaixo dos níveis de referência podem não estar utilizando técnicas adequadas. O que se deve enfatizar é que, se o nível de referência é continuamente excedido, uma revisão dos procedimentos e/ou equipamentos empregados na 10 Thiago Rodrigues da Silva realização do exame deve ser realizada e ações corretivas devem ser implementadas [Freitas, 2005]. 1.2. Objetivos deste trabalho • Obter os valores de indicadores de exposição utilizados pelos sistemas digitais Agfa e Fuji para conjuntos de parâmetros (valores de tensão aplicada, filtração adicional e corrente de tubo) usualmente empregados para radiografias convencionais, e correlacioná-los com valores de dose absorvida (DEP e dose de saída) e SNR, para avaliar a qualidade da imagem. • Obter uma relação entre a dose absorvida (DEP e dose de saída) e o índice de exposição do CR da Agfa (chamado de lgM), e verificar a viabilidade do uso do CR como um avaliador de dose absorvida no paciente. 2. Fundamentação teórica 11 2. Fundamentação teórica 2.1. Produção de Raios-X Desde sua descoberta em 1895 por Röntgen, os raios X são os agentes mais utilizados em obtenção de imagens para fins diagnósticos, portanto, sua aplicação abrange desde a radiografia convencional até a tomografia computadorizada. Em um tubo emissor de raios X, um filamento, ao ser aquecido, emite elétrons que são acelerados por uma diferença de potencial entre eletrodos (cátodo e ânodo). Quando os elétrons atingem o alvo (que geralmente é feito de molibdênio ou tungstênio), produzem raios X. Em um tubo de raios X, a maioria dos elétrons incidentes sobre o alvo perde energia cinética gradualmente durante diversas colisões, aquecendo o material. Por isso o alvo deve ser feito de material de alto ponto de fusão (como tungstênio com ponto de fusão de 3.695 K). O tubo ainda contém um sistema de refrigeração interno. São dois os processos fundamentais envolvidos na produção de raios X nesses tubos: freamento de elétrons, que produzem a radiação de freamento (ou Bremsstrahlung); e desexcitação atômica, que produz os raios X característicos. No primeiro processo, os raios X produzidos apresentam um espectro contínuo de energias e são formados pela desaceleração brusca dos elétrons devido à atração causada pelo campo coulombiano do núcleo do alvo. Os raios X característicos apresentam um espectro de energia discreto, e são emitidos quando um elétron incidente no alvo remove um elétron de uma camada interna do átomo (geralmente camada K ou L) e cria um buraco em seu lugar, que é imediatamente preenchido pela transição de um elétron da camada mais externa, e essa energia de transição é liberada na forma de um fóton de raio X, cuja energia depende do material com o qual o alvo é constituído. 12 Thiago Rodrigues da Silva 2.3. Interação de fótons com a matéria Pode-se dizer que radiação é a energia em trânsito, emitida por uma fonte e transmitida através do vácuo ou de meios materiais. Uma radiação é considerada ionizante se for capaz de arrancar elétrons ligados a um átomo ou a uma molécula, assim, a passagem de radiação ionizante por qualquer meio produz ionizações nesse meio. As radiações constituídas por partículas sem carga, como fótons e nêutrons, são denominadas indiretamente ionizantes, as interações dos fótons devem-se a ação de campos eletromagnéticos que atuam sobre partículas carregadas do meio, e estas são responsáveis por ionizações em série no material, cada partícula indiretamente ionizante produz pouca ou nenhuma interação durante a passagem pelo meio. Dentre os fenômenos envolvendo interações de fótons destacam-se dois processos principais de deposição de energia e de ionização para a faixa de energia dos raios X usada em radiologia: efeito fotoelétrico e efeito Compton. 2.3.1. Efeito fotoelétrico Efeito fotoelétrico é o fenômeno no qual um fóton incidente ioniza um átomo e é absorvido por ele. Foi Albert Einstein que, no começo do século XX, explicou o efeito fotoelétrico. Em sua teoria, fótons de luz visível ou ultravioleta retiram elétrons fracamente ligados na superfície de um material (geralmente metais por conterem elétrons livres em sua superfície). Os elétrons recebem energia cinética dependente da energia do fóton e das propriedades do metal, esses fótons são absorvidos pelo átomo durante o processo. Para fótons ionizantes, como raios X e gama, temos algumas diferenças em relação ao efeito fotoelétrico dos quanta de luz, pois devido à alta energia da radiação ionizante, a penetração nos materiais é grande e o efeito pode ocorrer no interior de qualquer material, envolvendo elétrons ligados ao átomo, geralmente das camadas K e L. No processo, o fóton retira um elétron interno do 2. Fundamentação teórica 13 átomo, tem toda sua energia transferida para o meio e desaparece, há a produção de um íon excitado que normalmente se desexcita por emissão de fótons de raios X característicos que podem ser absorvidos localmente. 2.3.2. Efeito Compton Arthur Holly Compton descreveu esse espalhamento em 1923 e por isso ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1927. Quando um feixe de fótons de raios X atinge qualquer meio, observam-se fótons de menor energia emergindo do material em diversas direções. Também conhecido como espalhamento Compton, esse fenômeno ocorre quando um fóton incidente interage colidindo com um elétron do átomo considerado livre e é espalhado. A energia total do espalhamento é dividida entre o elétron (energia cinética) e o fóton espalhado, e ambos são considerados radiação ionizante e continuam a interagir com o material. Compton verificou que a mudança do comprimento de onda do fóton espalhado dependia somente do ângulo de espalhamento [Okuno & Yoshimura, 2010]. A Figura 1 mostra as faixas de número atômico e energia em que esses efeitos predominam, mostrando que altos números atômicos e baixas energias favorecem o efeito fotoelétrico, mas à medida que a energia aumenta o efeito Compton acaba se tornando predominante. Para altas energias predomina um terceiro efeito de pouco interesse para a radiologia, que é a formação de pares. 14 Thiago Rodrigues da Silva Figura 1: Faixa de predominância d

Dosimetria em radiologia diagnóstica digital: Uso dos indicadores de exposição de sistemas digitais como estimadores de dose absorvida