Pedro Luiz Affonso Bisson Avaliação do uso de fantomas antropomórficos na análise experimental dos fatores que afetam o contraste de imagens radiográficas Botucatu 2009 Pedro Luiz Affonso Bisson Avaliação do uso de fantomas antropomórficos na análise experimental dos fatores que afetam o contraste de imagens radiográficas Orientador: Renato Dimenstein Co-orientadora: Fernanda Rojas Pelegrini Supervisor: Profª. Dra. Diana Rodrigues de Pina Miranda Botucatu 2009 Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Instituto de Biociências da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Campus de Botucatu, para a obtenção do título de Bacharel em Física Médica. FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA SEÇÃO TÉCNICA DE AQUISIÇÃO E TRATAMENTO DA INFORMAÇÃO DIVISÃO DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAÇÃO - CAMPUS DE BOTUCATU - UNESP BIBLIOTECÁRIA RESPONSÁVEL: SELMA MARIA DE JESUS Bisson, Pedro Luiz Affonso. Avaliação do uso de fantomas antropomórficos na análise experimental dos fatores que afetam o contraste de imagens radiográficas / Pedro Luiz Affonso Bisson. - Botucatu [s.n], 2009. Trabalho de conclusão (bacharelado – Física médica) – Universidade Estadual Paulista, Instituto de Biociências de Botucatu, 2009 Orientador: Renato Dimenstein Co-Orientadora: Fernanda Rojas Pelegrini 1. Diagnóstico por imagem - Qualidade - Estudos experimentais 2. Raios X 3. Física médica Palavras-chave: Contraste; Fantomas Antropomórficos; Raios X "O passado nos une e o futuro deve ser o resgate da esperança custe o que custar.” J.B. Agradecimentos Desde que essa jornada começou foram tantos os acontecimentos, tantos aqueles que passaram por esta história. Existe quem passou bem rápido e deixou marcas fortes que com certeza estão estampadas em cada passo da trajetória e existe quem permaneceu desde o começo e até hoje está comigo, dando apoio e suporte. Não foram todos que concordaram e apoiaram a idéia, pelo menos não no momento em que ela foi concebida, mas a luta e a perseverança mostraram o quanto grandes sonhos podem encher de orgulho o peito de quem ama e os olhos de lágrimas por uma conquista. E com idéias diferentes e revoltas, outros olhos se encheram de lágrimas com a partida de quem brigou e apoiou. Os amigos formaram a massa desse processo. São eles que fizeram dar liga a tudo aquilo que aconteceu dia após dia, com a distância de todos os outros núcleos eles se tornaram muito mais do que uma simples família. Neles se via e se vivia o próprio mundo, onde não se dizia não para um ombro, uma dose ou um sorriso. Existiram amores que nasceram no primeiro olhar e que caminharão pela eternidade. Falsas primeiras impressões que mostraram o quanto é importante rever os conceitos e olhar muito mais para o que as pessoas trazem no peito. Decepções sim. Embriagues de todos os tipos e sentimentos. Ressaca. Mas como o universo é organizado caoticamente, e isso me ensinaram magistralmente, a ordem na desordem retorna as atitudes às suas origens. Os caminhos se abrem e nele encontram-se sempre pessoas dispostas a ajudar, a dar oportunidades, a estender o braço desde que você faça a força. Como o intuito aqui é agradecer, acredito que seria preciso um trabalho inteiro para isso fosse realizado de forma digna a todos aqueles que passaram pelo meu caminho, mas os pedaços dessa história, escrita graças a essas pessoas representam parte de tudo que significou para mim. À presença tão especial de vocês, minha família, meus queridos amigos, meus amores e meus mestres de ontem e hoje, o meu Muito Obrigado. Esta pesquisa foi desenvolvida no Serviço Nacional de Aprendizagem Comercial – SENAC São Paulo, sob orientação de Renato Dimenstein, co- orientação de Fernanda Rojas Pelegrini e supervisão de Diana Rodrigues de Pina Miranda. Resumo O presente estudo de caráter experimental teve como objetivo a avaliação do uso de fantomas antropomórficos na análise da influência da variação dos parâmetros de aquisição no contraste de imagens radiográficas. Os fatores analisados foram a variação da quilovoltagem de pico (kVp) e do produto da corrente de filamento pelo tempo de exposição (mAs). A influência destes fatores foi verificada para diferentes fantomas antropomórficos: pé, joelho e tórax. O comportamento do contraste das imagens com os simuladores foi comparado a valores obtidos com a utilização de uma escada de alumínio, sendo o comportamento desta a referência para análise e discussão. Para assegurar a reprodutibilidade das imagens foram realizados testes de controle de qualidade e avaliação das condições de processamento antes dos experimentos. Os resultados obtidos apresentam-se em escala de imagens onde foi possível avaliar o impacto no enegrecimento das imagens. Foram analisadas regiões com diferentes composições as quais se diferenciam na imagem, assim os valores de densidade óptica e contraste estão apresentados em forma de tabelas e gráficos, respectivamente. Conclui-se que a utilização de fantomas antropomórficos na avaliação da influência da tensão do tubo e do tempo de exposição no contraste das imagens radiográficas não é indicada para uma análise quantitativa através de densidades ópticas, uma vez que apresenta resultados incompatíveis com os dados de referência da escada de alumínio, ainda assim estes simuladores apresentam grande propriedade em análises qualitativas quanto à diferenciação de estruturas e avaliações subjetivas. Palavras-chave: Raios X – Contraste – Fantomas Antropomórficos Abstract This experimental study aimed the evaluation of the use of anthropomorphic phantoms in the analysis of the influence of the acquisition parameters in the contrast of radiographic images. The analyzed factors were the variation of the peak kilovoltage (kVp) and the product of the filament circuit by the time of exposition (mAs). The influence of these factors was verified for different anthropomorphic phantoms: foot, knee and chest. The image contrast behavior with the simulators was compared to values obtained with the use of an aluminum ladder being the behavior of this reference for analysis and discussion. To assure the reproducibility of images, quality control tests were made and evaluation of procedure conditions before the experiments. The results obtained are shown in a scale of images where it was possible to evaluate the impact in the darkness of images. Regions with different compositions were analyzed which were different in image, this way the values of optical density and contrast are represented as charts and graphics. We conclude that the use of anthropomorphic phantoms in the evaluation of the influence of tension of the tube and time of exposition in the contrast of the radiographic images is not indicated for a quantitative analysis through optical density, once they present incompatible results with the data as reference as the aluminum ladder even so these simulators present a great property in qualitative analysis regarding the differentiation of structures and subjective evaluations. Key words: X-Rays – Contrast – Anthropomorphic Phantoms SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO.....................................................................................................9 1.1 Aspectos Físicos na produção de Raios-X ........................................................... 10 1.2 Atenuação da radiação......................................................................................... 12 1.3 Mecanismos de Interação da radiação com a matéria.......................................... 13 1.3.1 Efeito Fotoelétrico......................................................................................... 13 1.3.2 Efeito Compton ............................................................................................. 14 1.4 Formação da imagem de raios-X.......................................................................... 15 1.4.1 Velocidade do filme ...................................................................................... 16 1.4.2 Telas Intensificadoras ................................................................................... 16 1.5 Fatores que afetam a qualidade da imagem......................................................... 16 1.5.1 Fatores que afetam o espectro de raios X .................................................... 17 1.5.2 Variação de kVp ........................................................................................... 18 1.5.3 Variação de mAs .......................................................................................... 19 1.5.4 Forma de onda da tensão aplicada ao tubo de raios X ................................. 19 1.6 Resposta Sensitométrica do Sistema Tela-Filme ................................................. 20 1.6.1 Densidade Radiográfica................................................................................ 20 1.6.2 Avaliação sensitométrica .............................................................................. 21 1.6.3 Latitude e contraste ...................................................................................... 22 1.7 Parâmetros radiográficos...................................................................................... 23 1.7.1 Aquisição de imagens de Pé – Lateral.......................................................... 23 1.7.2 Aquisição de imagens de Joelho – Ântero-Posterior (AP)............................. 23 1.7.3 Aquisição de imagens de Tórax – Pôstero-Anterior (PA) .............................. 24 2. OBJETIVO .........................................................................................................26 3. MATERIAIS .......................................................................................................28 4. METODOLOGIA ................................................................................................30 4.1 Avaliação das condições de processamento. ....................................................... 31 4.2 Avaliação dos fatores que afetam o contraste com escada de alumínio ............... 31 4.3 Avaliação dos fatores que afetam o contraste com o simulador de pé.................. 32 4.4 Avaliação de fatores que afetam contraste com simulador de joelho.................... 33 4.5 Avaliação de fatores que afetam contraste com simulador de tórax ..................... 34 5. RESULTADOS...................................................................................................35 5.1 Resultados da avaliação das condições de processamento ................................. 36 5.2 Resultados da avaliação dos fatores que afetam o contraste com escada de alumínio ........................................................................................................................... 37 5.3 Resultados da avaliação com o simulador de pé.................................................. 39 5.4 Resultados da avaliação com o simulador de joelho ............................................ 41 5.5 Resultados da avaliação com o simulador de tórax.............................................. 43 6. DISCUSSÃO......................................................................................................46 7. CONCLUSÃO ....................................................................................................51 8. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................53 1. INTRODUÇÃO 10 O processo de visualização de estruturas anatômicas, para fins de diagnóstico depende de diversos fatores. Quando se utiliza fótons de raios-X estes fatores estão relacionados com as características físicas e composição dos tecidos. O fator primário para que um objeto seja visível em uma imagem radiográfica é que este possua características físicas diferentes de suas regiões adjacentes, ou seja, que haja contraste entre as diferentes estruturas. [2;11] Uma vez que o contraste radiográfico é obtido pelo conjunto de fatores que geram os raios X e pelo processo de atenuação nos tecidos do paciente, a correta combinação destes fatores técnicos e operacionais resulta na obtenção de imagens com qualidade diagnóstica. Os principais fatores são a alta tensão de pico expressa em termo de kilovoltagem (kVp), filtração, produto da corrente de filamento pelo tempo de exposição expressas em miliampére-segundo (mAs), tipo de gerador, fatores geométricos, grades anti-difusoras, colimação, combinação entre filme e écran e condições de processamento. [12] Existem diversas metodologias aplicadas ao estudo dos parâmetros que afetam o contraste nas imagens radiográficas. O presente estudo, de caráter experimental, tem como justificativa a avaliação do uso de fantomas antropomórficos na análise dos fatores que afetam o contraste das imagens para diferentes estruturas de maneira a verificar se o comportamento do contraste das imagens se dá de acordo com o obtido com um padrão de referência. [12] 1.1 Aspectos Físicos na produção de Raios-X Os raios X são um tipo de radiação eletromagnética e pertencem a um grupo denominado de radiação ionizante. Estes são produzidos quando elétrons acelerados colidem com um alvo dentro de um tubo de raios X. [7] O tubo de raios X, representado na figura 1, é constituído por uma ampola, na qual se faz vácuo. Em seu interior encontram-se o anodo e o catodo. O catodo, pólo negativo do tubo, divide-se em duas partes, um filamento e uma capa focalizadora. Ao aplicar neste filamento, constituído de tungstênio, uma corrente elétrica (mA) o mesmo emite elétrons que quando submetidos a uma diferença de potencial (kV) são acelerados em direção a um alvo. [4] 11 Figura 1: desenho esquemático de um tubo de raios X. O alvo ou ânodo, pólo positivo do tubo, é constituído de tungstênio, molibdênio ou ródio e pode ser fixo ou rotativo. A região do alvo em que incide o feixe de elétrons é denominada de ponto focal, quanto menor for esta região melhor será a resolução da imagem e pior será a dissipação do calor. O tamanho do foco é determinado pelo filamento e pelo ângulo de inclinação do ânodo, para o foco fino essa inclinação é menor em relação ao foco grosso. [4] A desaceleração dos elétrons ao atingirem o ânodo, faz com que fótons Bremsstrahlung (“radiação de freamento”) sejam emitidos. O processo de Bremsstrahlung ocorre porque partículas carregadas livres sempre emitem radiação quando tem sua trajetória alterada. No caso, os elétrons ao atingirem o ânodo são defletidos, emitindo assim fótons em todas as direções, o modelo de espectro de raios X está representado na Figura 2. [5;8] Figura 2: modelo de espectro de raios X (Bremsstrahlung e radiação característica). [10] O espectro de energia dos fótons liberados varre uma grande faixa energética, possuindo assim fótons com baixo poder de penetração os quais não 12 contribuem para a formação da imagem, sendo apenas absorvidos, aumentando a dose de radiação no paciente. [1] Para limitar o espectro à faixa de maior energia, são empregados filtros de alumínio ou cobre na janela de saída da ampola do tubo. A filtração torna o feixe de radiação mais monoenergético (endurecido), resultando na diminuição do número de fótons e conseqüentemente em uma menor dose de entrada na pele (DEP) do paciente. [3] 1.2 Atenuação da radiação O feixe de radiação ao penetrar no paciente sofre atenuação nos tecidos, graças a essa atenuação é possível distinguir diferentes estruturas na imagem radiológica, uma vez que cada estrutura possui um coeficiente de atenuação característico. O coeficiente de atenuação linear é a fração de fótons incidentes perdidos por unidade de distância. A atenuação linear depende da densidade do tecido do material absorvedor e da energia do feixe, sendo o feixe menos atenuado quanto mais energético. [1;4] A espessura de um material que atenua o feixe em 50% é denominada de camada semi-redutora (CSR). Adotando-se valores médios de energia de feixes em diagnósticos, e tomando como referência o coeficiente de atenuação de tecidos moles, o valor de CSR está entre 2,5 e 3,0cm. A relação entre a energia do feixe e a CSR é diretamente proporcional. [8] O processo de atenuação, além de produzir radiação espalhada, faz com que a quantidade de fótons necessária para sensibilizar o receptor seja maior. Porém a atenuação é diminuída à medida que a energia do energia do feixe é aumentada, sendo assim um aumento de kVp e a adição de filtros, com os quais a radiação de baixa energia é removida, faz com que o feixe se torne mais penetrante e endurecido. Desta maneira é possível diminuir a dose de radiação no paciente, no entanto, isto geralmente reduz o contraste entre as estruturas anatômicas. Portanto, um espectro otimizado para cada tipo de exame radiográfico proporciona um balanço adequado entre dose e contraste. [8;12] Para seleção e otimização deste espectro deve-se levar em consideração a área do corpo a ser radiografada bem como as estruturas que a compõem uma 13 vez que a densidade da região e a energia do feixe serão os fatores determinísticos no tipo de interação da radiação com a matéria. [12] 1.3 Mecanismos de Interação da radiação com a matéria A interação da radiação X com a matéria está relacionada à energia do feixe e a densidade do tecido exposto. Os fótons podem ser absorvidos e removidos do feixe ou ser apenas defletidos aleatoriamente. No caso da radiação eletromagnética existem três tipos possíveis de interação. São eles o efeito fotoelétrico (EFE), efeito Compton (EFC) e a produção de pares, em decorrência da faixa de energia utilizada neste estudo apenas o EFE e o EFC são relevantes. [3] 1.3.1 Efeito Fotoelétrico A interação por efeito fotoelétrico (EFE) acontece quando o fóton incidente possui energia suficiente para ejetar um elétron da camada mais interna do átomo com o qual interage, ou seja, quando sua energia é maior que a energia de ligação do elétron. Nesse caso, a energia é totalmente absorvida pelo elétron, o fóton deixa de existir e um elétron de uma camada mais externa ao que foi ejetado passa a ocupar seu lugar (Figura 3), essa transferência de camada gera a emissão de radiação X característica. [12] Figura 3: representação do evento de efeito fotoelétrico. A probabilidade de ocorrer interação por efeito fotoelétrico diminui à medida que a energia do feixe incidente aumenta, pois o EFE é mais provável quando a energia do feixe é apenas um pouco maior do que a energia de ligação do elétron da camada K. No entanto, à medida que aumenta o número atômico (Z) a 14 chance de ocorrer o EFE também aumenta, pois em materiais com maior Z a energia de ligação dos elétrons é mais forte. [12] A produção de imagens radiográficas de qualidade depende do contraste entre as estruturas. À medida que o feixe de raios X penetra nas estruturas onde existe tecidos com diferentes números atômicos o contraste é aumentado, uma vez que o EFE é mais efetivo em regiões com os ossos (Z~13.8) do que em tecidos moles (Z~7.4). [12] Interações do tipo EFE não produzem radiação espalhada, que contribuem apenas para aumentar o fog do filme, ou seja, o valor de densidade óptica do filme sem exposição à radiação. No entanto, a completa absorção da energia do fóton de raios X incidente implica em um aumento de dose no paciente. Portanto para que sejam adquiridas imagens com qualidade diagnóstica, deve-se ajustar a energia do feixe (kVp) de modo a visualizar as estruturas de interesse e manter a dose de radiação a menor possível. [12] 1.3.2 Efeito Compton O Efeito Compton (EFC) é o mecanismo de interação com a matéria predominante para tecido moles e feixes de energia entre 30keV e 10MeV. Este tipo de interação ocorre quando um fóton interage com um elétron fracamente ligado ao núcleo do átomo, ou seja, com suas camadas externas. O fóton incidente perde apenas uma fração da sua energia e é espalhado. Este tipo de interação é conhecido como espalhamento Compton (Figura 4), principal responsável pela radiação espalhada no feixe de raios X. [12] Figura 4: representação do evento de efeito fotoelétrico. 15 Diferente do EFE, onde toda a energia do fóton é transferida para ejetar o elétron da camada K, no efeito Compton apenas parte desta energia é utilizada uma vez que a energia de ligação dos elétrons nas camadas mais externas é muito menor do que as próximas ao núcleo, assim a probabilidade de ocorrer interação por efeito Compton não depende do número atômico (Z) do meio irradiado. [12] O número de elétrons disponíveis para interagir com o fóton incidente aumenta as chances de o espalhamento Compton ocorrer, no entanto, estudos comprovam que quase todos os elementos contêm o mesmo número de elétrons por grama, independente do seu Z, com a exceção do Hidrogênio que contém aproximadamente o dobro de densidade eletrônica do que os outros elementos, portanto substâncias compostas por hidrogênio, como a água e os tecidos moles aumentam a probabilidade do EFC. [12] Com o aumento da energia do feixe de raios X a probabilidade de interação por efeito fotoelétrico é diminuída, passando a prevalecer interações do tipo Compton ou a transmissão direta dos fótons. Para altas energias, o número de fótons transmitidos diretamente pelo tecido irradiado é maior, a relação entre a energia do feixe e o tipo de interação está representada do Gráfico 1. [13] Gráfico 1: Gráfico que apresenta os valores de número atômico e de energia e as faixas de probabilidade de ocorrência dos mecanismos de interação com a matéria. [13] 1.4 Formação da imagem de raios-X A imagem radiológica convencional é formada em uma película ou filme radiográfico constituído por material sensível a radiação eletromagnética (haletos de 16 prata). A quantidade de exposição necessária para produção de imagens depende da sensibilidade ou velocidade do filme. Para a obtenção da imagem é utilizado o sistema tela-filme. [2] Sendo o filme mais sensível a luz do que aos raios X, a luz emitida pela tela intensificadora é a responsável por cerca de 95% da imagem formada. Com a combinação de filme e écran torna-se possível a diminuição do tempo de exposição do paciente e conseqüente diminuição de dose. [2] 1.4.1 Velocidade do filme A exposição necessária para produzir uma determinada densidade é medida pela velocidade ou sensibilidade do filme. O tipo de emulsão, como dupla ou simples, a espessura da mesma e o tamanho dos cristais de prata afetam a habilidade do filme de responder à radiação. Esta habilidade de resposta, descrita como rápida ou lenta é denominada velocidade. [12] 1.4.2 Telas Intensificadoras O receptor de imagens tem como função absorver o feixe de radiação e então convertê-lo em outra forma de contraste de modo a se obter uma imagem visível. [6] No caso de equipamento de raios X com processamento convencional esse receptor é denominado de écran. O écran é uma placa constituída por uma camada fluorescente, que consiste de oxissulfitos de terras raras, esta camada fluorescente tem a propriedade de emitir luz quando irradiada sensibilizando assim os haletos de prata constituintes da emulsão da película radiográfica. [6] 1.5 Fatores que afetam a qualidade da imagem A energia do feixe, ou seja, o seu poder de penetração é determinado pela tensão aplicada no tubo de raios X, denominada de kilovoltagem de pico (kVp). Este é o fator primário que afeta a qualidade das imagens radiológicas, uma vez que o incremento de tensão gera um feixe com maior poder de penetração e conseqüentemente menos atenuado. [4] A determinação de valores de kVp é feita com base em dois fatores, as características físicas do paciente e o tipo de gerador utilizado (Equação 1). Sendo 17 assim o valor é dado pelo dobro da espessura do paciente acrescido de uma constante (equipamentos monofásicos: 25; trifásicos: 30). [4] Equação 1: cteespessurakVpmín  2. O produto da corrente de filamento pelo tempo resulta em outro fator relevante que afeta a qualidade de imagens diagnósticas, denominado mAs. O mAs é responsável pelo número de fótons produzidos e assim seu incremento proporcional ao enegrecimento do filme. É preciso uma combinação adequada entre kVp e mAs para que se obtenha uma imagem com contraste satisfatório, qualidade diagnóstica e baixas doses de radiação. Para isso é necessário um feixe de energia suficiente para penetrar e interagir com os tecidos e uma quantidade de fótons adequada para que a densidade óptica da imagem seja satisfatória.[4] Assim como o mAs é responsável pelo número de fótons produzidos pelo tubo de raios X a distância entre o tubo e objeto (DFO) a ser radiografado é quem determina a quantidade de raios X que irão interagir com o paciente. O número de fótons que chega ao objeto radiografado obedece à lei do inverso do quadrado da distância (IQD), na qual à medida que se aumenta a DFO o número de fótons é diminuído a segunda potência. [4] As grades anti-difusoras são equipamentos de restrição do feixe de radiação, constam de lâminas de chumbo separadas por um material de baixo poder de penetração (fibra ou alumínio). Podendo ser móveis ou fixas, elas são empregadas entre o paciente e o filme com o objetivo de evitar a perda de contraste radiográfico por radiação secundária. [12] As grades possuem uma característica importante para a sua utilização adequada: a relação entre a espessura da tira de chumbo e a distância entre as barras, denominada razão de grade. Outro fator que afeta a eficiência da remoção de radiação espalhada por parte das grades é o número de linhas de chumbo por centímetro, se esta relação for alta, tendo-se então uma grade de alta resolução a mesma pode ser fixa, uma vez que as tiras não aparecerão na imagem. [13] 1.5.1 Fatores que afetam o espectro de raios X O requisito fundamental para que um objeto seja visível em uma imagem radiográfica é que este tenha características físicas diferentes ou que contrastem 18 com o material de suas regiões adjacentes. Para que haja contraste, especificamente, deve haver uma diferente atenuação entre os tecidos. Como já citado anteriormente (b), as duas características física que afetam a atenuação são a densidade do material é o número atômico (Z). [11] O espectro de energia dos raios X é o fator mais importante que afeta o contraste da imagem. Portanto, faz-se necessário compreender como determinados fatores o afetam a formação deste espectro. [11] Os termos quantidade e qualidade são utilizados para descrever características do feixe de raios X. Qualidade é o termo utilizado para descrever a energia do feixe, sendo este polienergético, qualquer fator que aumente ou diminua a energia média dos fótons irá afetar a qualidade do feixe. Quantidade é o termo utilizado para descrever o número de fótons do feixe, qualquer fator que afete este número afeta a quantidade do feixe. [12] 1.5.2 Variação de kVp A escolha da quilovoltagem de pico determina a energia máxima dos fótons (qualidade) de raios X, portanto uma vez que o kVp é aumentado o número de fótons de alta energia passa a ser maior (quantidade). Esse aumento de kVp eleva o poder de penetração do feixe uma vez que os elétrons passam a atingir o alvo com maior velocidade. A energia cinética faz com que um maior número de elétrons interaja com o alvo, resultando em um aumento no número total de fótons no feixe de raios X. No Gráfico 2 estão representados os efeitos no espectro de raios X com a mudança de kVp. [12] Gráfico 2: efeitos da variação de kVp no espectro de raios X. [12] 19 1.5.3 Variação de mAs A corrente de filamento (mA) indica o número de elétrons que se movem ao longo do catodo, quando o valor de mA é aumentado o número de elétrons circulante passa a ser maior. Sendo assim, quando aplicada uma diferença de potencial no tubo de Raios X, mais elétrons serão acelerados em direção ao alvo. [12] A relação entre o número de elétrons e o de fótons produzidos, seja por Bremsstrahlung ou radiação característica, é direta e linear, portanto a alteração do valor de mA implica direta e proporcionalmente na amplitude do espectro de raios X (Gráfico 3). [12] O mesmo ocorre quando se varia o produto da corrente de filamento pelo tempo de exposição (mAs). Tomando como partida a definição de ampére (Coulomb/seg), e analisando a grandeza do produto mAs, nota-se que este representa a carga total da corrente, portanto, fixando o valor de mA e alterando apenas o tempo de exposição a variação de carga será direta e linear. [12] Gráfico 3: efeitos da variação de mA e mAs no espectro de raios X. [12] 1.5.4 Forma de onda da tensão aplicada ao tubo de raios X A forma de onda é uma característica que descreve a maneira pela qual a tensão varia com o tempo durante a produção de raios X. São comumente utilizadas 20 diversas formas de onda de tensão, como a monofásica, a trifásica e a de potencial constante. [12] No transformador de alta tensão monofásico, a tensão aplicada ao tubo de raios X varia constantemente durante o ciclo, assim como a quantidade e o espectro de energia dos raios X produzidos. Os circuitos retificadores de meia onda e de onda completa são utilizados nestes transformadores. [12] A flutuação periódica da tensão ao longo do tempo de exposição, proveniente do circuito elétrico do equipamento de raios X, é denominada ripple. O ripple é um fenômeno indesejado na produção de raios X devido à redução da tensão média. Para geradores monofásicos, o ripple percentual é de aproximadamente 100%. [11] Para uma mesma tensão aplicada, um tubo ligado a um gerador trifásico produzirá uma quantidade maior de raios X do que um tubo ligado a um gerador monofásico, devido ao ripple menor da tensão. Além disso, a energia efetiva do feixe produzido em um gerador trifásico é maior, pois a tensão permanece com valores maiores durante toda a exposição. Portanto a qualidade e a intensidade do feixe são proporcionais à forma de onda da tensão. [11] 1.6 Resposta Sensitométrica do Sistema Tela-Filme 1.6.1 Densidade Radiográfica No processo de revelação os cristais sensibilizados são reduzidos à prata metálica. Por essa razão os componentes químicos são geralmente referidos como agentes redutores. A quantidade de prata metálica varia de acordo com a energia com a qual o feixe incide sobre o objeto em estudo. A prata é opaca à luz e quando distribuída pelo filme gera o enegrecimento da imagem. [6] Por essa razão o enegrecimento de imagens radiográficas é denominado de densidade óptica. Densidade pode ser definida como o logaritmo, na base 10, da opacidade, sendo esta a relação entre a quantidade de luz incidente e a quantidade de luz transmitida através do filme. [12] Densitômetros, instrumentos utilizados para medir a densidade, são calibrados para medir o logaritmo da opacidade, ou seja, a densidade diretamente. 21 Imagens radiográficas com baixa densidade permitem uma maior passagem de luz e sendo então as porções mais claras, o contrário acontece com alta densidade, sendo estas as porções mais enegrecidas do filme. [12] 1.6.2 Avaliação sensitométrica Após a descoberta dos raios X, Dr. Ferdinand Hurter and V.C. Driffield tentaram quantificar a sensibilidade à luz dos haletos de prata. Quando uma emulsão é sensibilizada a densidade óptica do filme radiográfico dependerá da intensidade luminosa recebida. [6] A densidade da emulsão varia de forma direta com a exposição à luz, ou seja, à medida que a luz aumenta a densidade tende a assumir também valores mais elevados. A relação entre essas duas grandezas poder ser expressa através do diagrama de Hurter e Driffield (H&D) e representa o que chamamos de curva característica da emulsão (figura 5). [6] Figura 5: esquema exemplificando curva de densidade óptica. [6] A partir ponto A, conhecido como limiar de sensibilidade a emulsão do filme começa a responder a luz, a região entre os pontos B e C é denominada de porção linear e compreende a região útil do filme, onde a distinção de tons de cinza é a melhor para a acuidade visual humana. [6] O grau de inclinação da porção considerada linear da curva característica é chamado de gradiente médio ou latitude, este valor expressa o contraste do filme 22 radiográfico, o qual depende da sensibilidade à exposição à luz (velocidade) e das condições de processamento. [6] 1.6.3 Latitude e contraste Latitude e contraste são conceitos inter-relacionados, a latitude do filme é definida como a habilidade do filme em distinguir tons de cinza, enquanto o contraste define-se como a variação de densidades. O contraste radiográfico e descrito como escala longa (baixo contraste) ou escala curta (alto contraste). O conceito de escala de contraste é o impacto deste na latitude do filme, ou seja, em uma escala longa a variação nos tons de cinza é maior. Um exemplo de como a escala de contraste e a latitude do filme estão relacionadas está apresentado na figura 6, onde nota-se que a relação é inversamente proporcional. [12] Figura 6: (A) curva característica de um filme com vários tons de cinza, baixo contraste e grande latitude. (B) curva com poucos tons de cinza, alto contraste e baixa latitude. [Eastman Kodak Company]. [12] 23 1.7 Parâmetros radiográficos Fantoma é um objeto físico ou matemático, utilizado para reproduzir as características de absorção e espalhamento do corpo ou de parte do corpo humano em um campo de radiação. [15] No presente estudo foram analisados fantomas antropomórficos, ou seja, simuladores de estruturas anatômicas humanas. Para aquisição de imagens é necessária a seleção de parâmetros e técnicas radiográficas, as regiões selecionadas para estudo estão descritas nos item a seguir. 1.7.1 Aquisição de imagens de Pé – Lateral Os ossos do pé são divididos em três grupos: falanges, metatarsos e tarsais. As radiografias de membros inferiores corretamente expostas em geral devem visualizar tanto as margens de tecidos moles quanto às finas tramas trabeculares dos ossos. [2] Em radiografias de pé (figura 7) são selecionados fatores de exposição tais como distância foco filme (DFF) de 100 cm, baixa energia e tempo de exposição curto, sendo a região de interesse uma extremidade, geralmente é selecionado o foco fino e o exame é realizado sem o uso de grades anti-difusoras. [2] Figura 7: radiografia lateral de pé. A.Tíbia; B.Calcâneo; C.Tuberosidade do calcâneo; C.Tuberosidade do calcâneo; D.Cubóide; E.Tuberosidade do quinto Metatarsiano; F.Cuneiformes sobrepostos; G. Navicular; H. Articulação subtalar; I.Tálus. [2] 1.7.2 Aquisição de imagens de Joelho – Ântero-Posterior (AP) Em radiografias de joelho em AP (figura 8), as porções distais do fêmur, e a porção proximal da tíbia e da fíbula são mostradas. Os parâmetros de aquisição, quando ideais, permitem a visualização do contorno da patela através da porção 24 distal do fêmur, sendo que a cabeça e o colo da fíbula não aparecem super expostos. Assim como nas imagens de Pé, para o joelho as tramas trabeculares de todos os ossos e os detalhes dos tecidos moles devem estar visíveis e aparecer nítidos. [2] O exame de joelho em AP pode ser realizado com ou sem o uso do bucky, para esta região a energia utilizada é média, estando geralmente em torno de 60 à 75kVp é e um curto tempo de exposição, sendo a DFF mínima de 100cm. [2] Figura 8: radiografia de joelho em AP; A. Tubérculos intercondilianos medial e lateral; B. Epicôndilo lateral do fêmur; C. Côndilo lateral do fêmur; D. Côndilo lateral da tíbia; E. Facetas articulares da tíbia (platô tibial); F. Côndilo medial da tíbia; G. Côndilo medial do fêmur; H. Epicôndilo medial do fêmur; I. Patela (vista através do fêmur). [2] 1.7.3 Aquisição de imagens de Tórax – Pôstero-Anterior (PA) Entre todas as modalidades de exames radiológicos, as radiografias de tórax são os procedimentos mais comuns. Uma enorme quantidade de informações clínicas pode ser obtida a partir de uma radiografia de tórax apropriadamente exposta e posicionada. [2] Em imagens de tórax em PA (figura 9) os fatores técnicos são projetados para visualizar otimamente os pulmões e outros tecidos moles, porém a caixa torácica também pode ser visualizada. As clavículas, as escápulas e as costelas podem ser identificadas, e também o esterno, mas este aparece sobreposto as vértebras torácicas juntamente com as estruturas mediastinas, como o coração e os grandes vasos. [2] 25 O kVp deve ser suficientemente alto para proporcionar um contraste satisfatório, de modo a demonstrar os muitos tons de cinza necessários à visualização das tramas pulmonares. Uma vez que a energia utilizada neste tipo de exame é alta, torna-se necessário o uso das grades para minimizar que a radiação secundária afete a qualidade da imagem, o mA selecionado deve ser alto e o tempo de exposição curto, para evitar movimentação do paciente e possíveis distorções na imagem. [2] Figura 9: radiografia de tórax em PA. A.Traquéia; B.Ápice do pulmão; C.Carina; D.Base do Pulmão; E.Diafragma; F.Canto inferior mais externo de cada pulmão. [2] 2. OBJETIVO 27 O presente estudo tem como objetivo a avaliação do uso de fantomas antropomórficos na verificação experimental dos fatores que afetam o contraste das imagens radiográficas, em relação à energia e a quantidade dos fótons de raios-X, através da comparação com padrões de referência. 3. MATERIAIS 29 Para a avaliação da utilização de fantomas antropomórficos na verificação dos fatores que afetam a qualidade das imagens foram utilizados os seguintes simuladores de estruturas para diferentes faixas de energia: phantom de Pé, phantom de Joelho e Phantom de Tórax. Foi utilizado também um step de alumínio do fabricante Gammex RMI, S/N 117-255, com 11 degraus sendo o primeiro com uma espessura de 3mm e um passo também de 3mm. As simulações foram executadas com o equipamento de Raios X Siemens modelo Heliophos 4B, S/N 11872. Para garantir a reprodutibilidade das simulações, foram realizados testes de constância, com o Multímetro Unfors Mult-O-Meter – Modelo 303 – S/N 4657 (Data de Calibração: 15/08/2008 – Unfors – Certificado Nº 4657-0815 Wednesday). As imagens foram adquiridas em filmes Kodak, com chassis Kodak X-Omatic Regular (18x24cm e 35x43cm) e reveladas em processadora automática Macrotec MX-2. Para avaliação das condições de processamento foi utilizado o Sensitômetro X-Rite – Modelo 334 S/N 19860 e o Termômetro Digital – Victoreen – Modelo 07-402 S/N 339951. A análise de densidade óptica das curvas sensitométricas e das imagens adquiridas foi realizada com o Densitômetro Victoreen – Modelo 07-443 S/N 108088. 4. METODOLOGIA 31 Previamente ao estudo de simulação de imagens foram avaliadas as condições de processamento, as características dos filmes e integridade de chassis. O equipamento foi avaliado com relação à reprodutibilidade e constância da alta tensão de pico, tempo de exposição, linearidade de dose, camada semi-redutora, focos e alinhamento de grades baseando-se nos testes de controle de qualidade descritos no manual “Radiodiagnóstico Médico – Segurança e Desempenho de Equipamentos” da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA). Após serem verificados que os equipamentos e insumos apresentavam coeficientes variacionais adequados, foram realizadas as etapas de estudos experimentais. 4.1 Avaliação das condições de processamento. As características sensitométricas do sistema de processamento Macrotec MX-2 foram avaliadas realizando sensitometrias e medindo a temperatura dos químicos da processadora durante a aquisição das imagens. Um filme de tamanho 18x24cm foi sensibilizado pelo Sensitômetro X-Rite e posteriormente foram realizadas as leituras de densidade óptica com o Densitômetro Victoreen. Foram determinados parâmetros de base+véu, velocidade do filme, índice de contraste, gradiente médio, baixa e alta densidade, através da curva sensitométrica expressa pelo diagrama de H&D. 4.2 Avaliação dos fatores que afetam o contraste com escada de alumínio Previamente a avaliação dos fatores que afetam o contraste em imagens com simuladores foram realizadas aquisições com uma escada de alumínio de modo a se obter o impacto no contraste para uma ferramenta com densidade conhecida e homogênea. Desta maneira, selecionou-se a técnica radiográfica de 50kVp e 10mAs e partir desta foi variado o valor de mAs em 8, 12, 16 e 20 e posteriormente a tensão no tubo em 46, 48, 52 e 55kV, para obtenção dos resultados foram realizadas medidas de densidade óptica nos steps 6 e 8. 32 4.3 Avaliação dos fatores que afetam o contraste com o simulador de pé Para o estudo dos fatores que afetam o contraste da imagem radiográfica com o simulador de pé foi selecionada como base a técnica radiográfica de 46kVp com 80mA e 0,05s resultando em 4mAs, a partir da qual foram variados os valores de tensão e produto da corrente de filamento pelo tempo de exposição para posterior avaliação de contraste e densidade óptica. Técnica Radiográfica: Incidência lateral DFF 100cm Foco 80mA Sem Bucky Chassi 18x24 cm Técnica Inicial – 46kV x 4mAs I. Foram realizadas aquisições de imagem com a valor de corrente pelo tempo fixado em 4mAs variando-se o kV em 38, 42, 46, 50 e 55. II. Em seguida fixado o parâmetro de tensão do tubo em 46kVp variando-se a seleção de mAs em 2, 3.2, 6,4 e 10. III. Para obtenção dos resultados foram realizadas medidas de densidade óptica nas regiões de interesse, apresentadas na figura 10. Figura 10: phantom de pé, respectiva imagem radiográfica (46kV x 4mAs) e regiões para análise de densidade óptica. 1) porção óssea homogênea; 2) tecido mole homogêneo. 1 2 1 2 3 33 4.4 Avaliação de fatores que afetam contraste com simulador de joelho Para avaliação dos fatores que afetam o contraste da imagem com simulador de joelho foi selecionada como base uma técnica radiográfica de 63kV com 12mAs, a partir da qual foram variados os valores de tensão e produto da corrente de filamento pelo tempo de exposição para posterior avaliação de contraste e densidade óptica. Técnica Radiográfica: Incidência AP DFF 100cm Com Bucky Foco 160mA Chassi 18x24 cm Técnica Inicial – 63kV x 12mAs I. Foram realizadas aquisições de imagem com a valor de corrente pelo tempo fixado em 12mAs variando-se o kV em 57, 60, 63, 66 e 70. II. Em seguida fixado o parâmetro de tensão do tubo em 63kVp variando-se a seleção de mAs em 10, 16, 20 e 25. III. Para obtenção dos resultados foram realizadas medidas de densidade óptica nas regiões de interesse, apresentadas na figura 11. Figura 11: phantom de joelho, respectiva imagem radiográfica (63kV x 12mAs) e regiões para análise de densidade óptica. 1) porção óssea anterior homogênea (faceta articular da tíbia); 2) espaço interarticular. 1 2 1 2 34 4.5 Avaliação de fatores que afetam contraste com simulador de tórax Para avaliação dos fatores que afetam o contraste com o simulador de tórax foi selecionada como base uma técnica radiográfica de 81kVp com 10mAs, a partir da qual foram variados os valores de tensão e produto da corrente de filamento pelo tempo de exposição para posterior avaliação de contraste e densidade óptica. Técnica Radiográfica: Incidência PA DFF 180cm Com Bucky Foco 320 Chassi 35x43 cm Técnica Inicial 81kVp x 10mAs I. Foram realizadas aquisições de imagem com a valor de corrente pelo tempo fixado em 10mAs variando-se o kV em 66, 73, 81, 90 e 102. II. Em seguida fixado o parâmetro de tensão do tubo em 81kVp variando-se a seleção de mAs em 6,4, 8, 12 e 16. III. Para obtenção dos resultados foram realizadas medidas de densidade óptica nas regiões de interesse, apresentadas na figura 12. Figura 12: phantom de tórax, respectiva imagem radiográfica (81kV x 10mAs) e regiões para análise de densidade óptica. 1) espaço intercostal (base do pulmão); 2) ápice do pulmão. 1 2 1 2 5. RESULTADOS 36 5.1 Resultados da avaliação das condições de processamento A processadora Macrotec MX-2 foi avaliada durante a aquisição das imagens através de sensitometrias, a curva sensitométrica média obtida está apresentadas no Gráfico 4, com base nessa curva obteve-se a velocidade média do filme sendo esta 1,40. Na Tabela 1 estão apresentados os valores médios de base + véu, baixa, média e alta densidade, o índice de contraste bem com a temperatura média dos químicos durante a realização da aquisição das imagens. Gráfico 4: Curva de avaliação sensitométrica média. Tabela 1: valores para análise dos filmes e condições de processamento. Referências [6] Base + Fog 0,21 0,20 +0,03 Baixa densidade 0,43 0,45 + 0,15 Media densidade 1,24 1,2 + 0,15 Alta densidade 2,23 2,2 + 0,15 Média de densidade 1,30 Índice de contraste 1,80 1,75 + 0,15 Temperatura água 29,0 Temperatura Fixador 33,0 Temperatura Revelador 36,0 33º a 39º C 37 5.2 Resultados da avaliação dos fatores que afetam o contraste com escada de alumínio A partir da técnica radiográfica de 50 kVp e 10 mAs, primeiramente variou- se o tempo de exposição de modo a se obter o comportamento da variação de densidade ópticas para os diferentes degraus da escada. Foram selecionados dois steps dentro da porção útil da curva sensitométrica na técnica inicial para a avaliação de contraste. Os dados de densidade óptica ao longo da os steps da escada de alumínio estão apresentados no gráfico 5. Gráfico 5: comportamento das densidade ópticas ao longa dos steps da escada de alumínio em função da variação do tempo de exposição. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Step De ns id ad e Ó pt ic a 8 mAs 10 mAs 12 mAs 16 mAs 20 mAs Para verificar o comportamento com contraste foram selecionados os steps 6 e 8, sendo analisada a diferença de densidade óptica entre estes dois pontos para posterior comparação com a mesma análise nos fantomas. Os dados obtidos estão apresentados no gráfico 6. 38 Gráfico 6: comportamento do contraste entre os steps 8 e 6 da escada de alumínio para diferentes tempos de exposição. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 48 50 52 55 60 kVp C on tr as te Em seguida fixando-se o valor de corrente por tempo em 10mAs foi variado o valor de tensão do tubo. Foram então escolhidos os mesmos steps para avaliar o comportamento de contraste pela variação do kVp. Os dados obtidos estão apresentados no gráfico 7 e 8. Gráfico 7: comportamento das densidade ópticas ao longa dos steps da escada de alumínio em função da variação da tensão do tubo. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Step De ns id ad e Ó pt ic a 48 kVp 50 kVp 52kVp 55kVp 60kVp 39 Gráfico 8: comportamento do contraste entre os steps 8 e 6 da escada de alumínio para diferentes valores de tensão do tubo. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 48 50 52 55 60 mAs C on tr as te Posteriormente a essa avaliação, tendo sido coletados os dados de referência, passou-se para o mesmo procedimento de análise para os simuladores antropomórficos. 5.3 Resultados da avaliação com o simulador de pé A partir da técnica radiográfica de 46kVp e 4,0mAs, primeiramente variou- se tempo de exposição de modo a se obter o comportamento da variação da densidade óptica em estruturas com características físicas diferentes, sendo estas: osso e tecido mole, para posterior análise. Na figura 13 está apresentada uma escala progressiva de imagens com a variação do tempo de exposição, os valores de densidade óptica e a variação do contraste obtida nas imagens apresentam-se respectivamente na tabela 2 e gráfico 9. Figura 13: imagens obtidas com a variação do tempo de exposição (da esquerda para a direita: 2, 3.2, 4,6.4, 10mAs). 40 Tabela 2: parâmetros de aquisição utilizados e respectivas densidades ópticas nas imagens Parâmetros Pé Densidade Óptica ID kV mA t (ms) mAs Osso Tecido Mole Contraste 1 46 80 25 2,0 0,27 0,79 0,52 2 46 80 40 3,2 0,38 1,42 1,04 C 46 80 50 4,0 0,40 1,46 1,06 4 46 80 80 6,4 0,58 1,90 1,32 5 46 80 125 10,0 0,92 2,49 1,57 Gráfico 9: relação entre a densidade óptica da porção óssea e do tecido mole para a variação do tempo de exposição 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2 3,2 4 6,4 10 mAs C on tr as te Seguindo a mesma linha de variação de parâmetros, desta vez a tensão do tubo foi variada. Na tabela 3 estão apresentadas as técnicas utilizadas para cada imagem e as respectivas densidades ópticas medidas para diferentes estruturas. Figura 14: imagens obtidas com a variação da tensão no tubo de raios X (da esquerda para a direita: 38, 42, 46, 50 e 55kV). Tabela 3: parâmetros de aquisição utilizados e respectivas densidades ópticas nas imagens Parâmetros Pé Densidade Óptica ID kV mA mAs Osso Tecido Mole Contraste A 38 80 4,0 0,27 0,70 0,43 B 42 80 4,0 O,28 0,98 0,70 C 46 80 4,0 0,40 1,42 1,02 D 50 80 4,0 0,73 1,99 1,26 E 55 80 4,0 1,05 2,24 1,19 41 Gráfico 10: relação entre a densidade óptica da porção óssea e do tecido mole para a variação da tensão do tubo 0,30 0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50 38 42 46 50 55 kV C on tr as te 5.4 Resultados da avaliação com o simulador de joelho A partir da técnica radiográfica de 63kV e 12mAs, primeiramente variou-se tempo de exposição de modo a se obter o comportamento da variação da densidade óptica em estruturas com características físicas diferentes, sendo estas: o espaço interarticular e a porção óssea da faceta de tíbia, para posterior análise. Na figura 15 está apresentada uma escala progressiva de imagens com a variação do tempo de exposição, os valores de densidade óptica e a variação do contraste obtida nas imagens apresentam-se respectivamente na tabela 4 e gráfico 11. Figura 15: imagens obtidas com a variação do tempo de exposição (da esquerda para a direita: 10, 12, 16, 20 e 25mAs). 42 Tabela 4: parâmetros de aquisição utilizados e respectivas densidades ópticas nas imagens Parâmetros Joelho Densidade Óptica ID kV mA t (ms) mAs faceta da tíbia Interarticular Contraste 4 63 160 62,5 10 0,53 1,40 0,87 3 63 160 75 12 0,58 1,50 0,92 2 63 160 100 16 0,73 1,65 0,92 1 63 160 125 20 0,90 2,04 1,14 5 63 160 156,25 25 1,22 2,39 1,17 Gráfico 11: relação entre a densidade óptica do espaço interarticular e a porção óssea para a variação do tempo de exposição 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10 1,15 1,20 10 12 16 20 25 mAs C on tr as te Seguindo a mesma linha de variação de parâmetros, desta vez a tensão do tubo foi variada. Na tabela 5 estão apresentadas as técnicas utilizadas para cada imagem e as respectivas densidades ópticas medidas para diferentes estruturas. Figura 16: imagens obtidas com a variação da tensão no tubo de raios X (da esquerda para a direita: 57, 60, 63, 66 e 70kVp). 43 Tabela 5: parâmetros de aquisição utilizados e respectivas densidades ópticas nas imagens Parâmetros Joelho Densidade Óptica ID kV mA mAs faceta da tíbia Interarticular Contraste B 57 160 12 0,38 0,99 0,61 A 60 160 12 0,51 1,36 0,85 C 63 160 12 0,58 1,50 0,92 D 66 160 12 0,81 1,73 0,92 E 70 160 12 1,06 1,98 0,92 Gráfico 12: relação entre a densidade óptica do espaço interarticular e a porção óssea para a variação da tensão do tubo 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 57 60 63 66 77 kV C on tr as te 5.5 Resultados da avaliação com o simulador de tórax A partir da técnica radiográfica de 81kVp e 10mA, primeiramente variou-se tempo de exposição de modo a se obter o comportamento da variação da densidade óptica em estruturas com características físicas diferentes, sendo estas: o ápice e a base do pulmão. Na figura 17 está apresentada uma escala progressiva de imagens com a variação do tempo de exposição, os valores de densidade óptica e a variação do contraste obtida nas imagens apresentam-se respectivamente na tabela 6 e gráfico 13. Figura 17: imagens obtidas com a variação do tempo de exposição (da esquerda para a direita: 6,4, 8, 10, 12 e 16mAs). 44 Tabela 6: parâmetros de aquisição utilizados e respectivas densidades ópticas nas imagens Parâmetros Tórax Densidade Óptica ID kV mA t (ms) mAs base do pulmão Ápice do pulmão Contraste 1 81 320 20 6,4 0,65 1,19 0,54 4 81 320 25 8 0,81 1,63 0,82 C 81 320 31,25 10 1,08 1,82 0,74 5 81 320 37,5 12 1,15 2,07 0,92 2 81 320 50 16 1,64 2,44 0,80 Gráfico 13: relação entre a densidade óptica do espaço interarticular e a porção óssea para a variação do tempo de exposição. 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 6,4 8 10 12 16 mAs C on tr as te Seguindo a mesma linha de variação de parâmetros, desta vez o tempo de exposição foi variado. Na tabela 7 estão apresentadas as técnicas utilizadas para cada imagem e as respectivas densidades ópticas medidas para diferentes estruturas. Figura 18: imagens obtidas com a variação da tensão no tubo de raios X (da esquerda para a direita: 66, 73, 81, 90 e 102kVp). Tabela 7: parâmetros de aquisição utilizados e respectivas densidades ópticas nas imagens Parâmetros Tórax Densidade Óptica ID kV mA mAs base do pulmão Ápice do pulmão Contraste A 66 320 10 0,53 0,88 0,35 B 73 320 10 0,66 1,25 0,59 C 81 320 10 1,08 1,82 0,74 D 90 320 10 1,43 2,19 0,76 E 102 320 10 1,96 2,65 0,69 45 Gráfico 14: relação entre a densidade óptica do espaço interarticular e a porção óssea para a variação da tensão do tubo. 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 66 73 81 90 102 kV C on tr as te 6. DISCUSSÃO 47 Com base nos dados de avaliação das condições de processamento, estas se mantiveram inalteradas durante a aquisição das imagens, a constância de tais condições é importante para que os dados de densidade óptica analisados não sejam afetados por fatores como variação de temperatura e concentração de químicos. Com base nos dados obtidos na avaliação dos parâmetros de processamento (tabela 1), nota-se que o valor de base+véu está dentro do valor de referência de 0,20 ± 0,03. A avaliação do contraste utilizando a escada de alumínio (5.2) apresenta os valores e o comportamento de referência para a mesma análise com os simuladores antropomórficos. De acordo com o gráfico 5 nota-se que para a variação de mAs apresentada o comportamento das curvas de densidade ópticas é apenas deslocado, sendo assim as curvas apresentam grau de inclinação muito próximos variando apenas o step em que inicia-se a porção útil com acuidade visual para distinção de diferentes tons de cinza, isso ocorre pois o aumento do tempo de exposição eleva o número de fótons de maneira linear, de modo que a resposta do filme dentro da avaliação sensitométrica não afeta o contraste, assim sua inclinação e consequentemente seu gradiente médio permanecem inalterados. Este impacto no contraste pode ser analisado no gráfico 6 através da subtração do valor de densidade óptica dos steps 6 e 8, apresentando-se com pequena variação em torno de 1,00. Essas pequenas variações podem ser justificadas pelo tipo de gerador, sendo um equipamento monofásico a influência do ripple pode afetar a variação dos valores em até 10%. Para um tempo de exposição mais longo, resultando em 20 mAs nota-se uma queda neste valor de contraste, uma vez que a densidade óptica do filme começa em steps mais curtos a atingir a região de limitação de sensibilidade do filme. Já a avaliação com a variação de kVp demonstra que a medida em que se eleva o valor de tensão do tubo o nível de contraste é diminuído (gráfico 8), isto ocorre pois o poder de penetração do feixe é aumentado, assim o número de fótons que chega ao filme é elevado também, porém de maneira não proporcional. O primeiro fantoma antropomórfico utilizado simula uma extremidade, onde ocorre o predomínio de interações do tipo efeito fotoelétrico uma vez que a faixa de energia utilizada é baixa. Para tais regiões a melhor visualização das estruturas se dá com um alto contraste, uma vez que a composição dos tecidos é bastante diferente, sendo ossos, tecidos moles e espaços interarticulares. A partir 48 das imagens da avaliação com o simulador de pé apresentadas nas figuras 13 e 14, nota-se a o impacto visual na variação dos parâmetros de tensão do tubo e tempo de exposição, esta avaliação qualitativa pode ser realizada de maneira satisfatória por especialistas, uma vez que de acordo com o enegrecimento do filme a acuidade visual permite ou não a distinção entre as estruturas. O aumento do tempo de exposição, variando o valor de mAs entre 6,4 e 10, a quantidade do feixe foi aumentada, resultando em imagens mais enegrecidas com o nível de contraste também elevado para até 1,57. Essa maior diferença entre d.o. faz com que seja diminuído o gradiente médio da imagem uma vez que passamos a ter um menor número de tons de cinza. Porém ao avaliarmos os dados apresentados no gráfico 5, onde está apresentada a evolução da diferença de densidade entre a porção óssea e os tecidos moles, admitida para avaliação do contraste para a variação do tempo de exposição nota-se que seu desenvolvimento não se faz linear como o apresentado pela escada de alumínio. Para o comportamento do contraste da imagem do simulador de pé para a variação da tensão do tubo de raios X nota-se que para até 50kVp o valor de contraste se eleva, e somente quando a tensão é elevada a 55kV é que este valor passa a decrescer, isto ocorre pois os valores de d.o. para tecido mole começam a atingir a região onde a limitação de sensibilidade do filme e de acuidade visual são fatores determinantes para a diminuição da distinção entre estruturas. Desta forma é contrariada a avaliação realizada com os degraus de alumínio. Esse comportamento se dá, pois a constituição do fantoma, ainda que simule uma região do corpo humano com apresentação óssea idêntica não apresenta densidades proporcionais em suas outras estruturas acrílicas. Também a medição mecânica com a utilização de densitômetros aumenta as chances de erros tanto para o local das medidas quanto para a sua incerteza intrínseca de medição. Contudo, para técnica adotada como base os valores de d.o. nas regiões de interesse variam de 0,40 para a porção óssea a 1,42 para os tecidos moles, ou seja, encontram-se dentro da porção útil da curva sensitométrica, onde a acuidade visual permite visualizar os tons de cinza presentes na imagem, possibilitando que sejam distinguidas com nível satisfatório de resolução tanto a porção óssea e trabecular, quanto os espaços interarticulares e bordas do tecido mole. 49 Um dado importante a ser analisado nesta parte da avaliação é o valor de d.o. para 3,2 e 4mAs apresentado na tabela 3, uma vez que estes permaneceram praticamente inalterados. Como analisado anteriormente o comportamento em geral do contraste não se adéqua ao previsto pelos valores admitidos como referência e neste ponto a dependência de gerador monofásico influencia em pequenas variações tempo, neste caso de apenas 10ms, tornando essa variação numericamente equivalente. As figuras 15 e 16 mostram como a variação da tensão do tubo e do tempo de exposição impacta na qualidade das imagens com o simulador de joelho. A técnica radiológica inicial utilizada com este phantom (63kVp x 12mAs), forneceu uma imagem com valores de d.o. variando entre 0,58 e 1,50 nas estruturas de interesse, ou seja, dentro da porção útil da curva sensitométrica sendo o valor de contraste de 0,92, este mesmo valor foi o encontrado na variação de tempo (16mAs) imediatamente superior ao primeiro, já para uma combinação menor de 10mAs tivemos uma diminuição de aproximadamente 5,5% deste valor. Levando em consideração o tipo de gerador utilizado estes valores têm comportamento similar ao do contraste na escada de alumínio, permanecendo praticamente constantes. Porém ao avaliarmos a variação maior de combinação de tempo e corrente (20 e 25 mAs) notamos um aumento de até 25% no valor de contraste, enquanto este deveria permanecer constante ou dentro de um limite de até 10% de variação para que não perdesse propriedade. Esse aumento se deve a combinação da constituição física do simulador com a limitação do filme radiográfico. Na análise do contraste com a variação da tensão do tubo nota-se uma inversão de comportamento em relação ao padrão de referência, uma vez que à medida que a energia do feixe é aumenta o valor de contraste também se eleva e chega a um patamar constante. De acordo com as medidas realizadas com os degraus de alumínio o contraste da imagem diminui à medida que a energia do feixe é aumentada. O tórax em particular é uma região que necessita de um baixo contraste para que suas imagens apresentem as estruturas anatômicas diferenciadas. Devido à proximidade de composição das ramificações brônquicas muitos tons de cinza devem ser diferenciados para que estes possam ser visualizados, esta influencia qualitativa se apresenta de forma clara nas figuras 17 e 18.. 50 O comportamento do contraste para a variação do tempo de exposição com o fantoma de tórax apresentou variações de até 10% para 8, 10, 12 e 16mAs, assim em um análise comparativa com os valores de do step de alumínio levando em conta o equipamento estes valores se mostram adequados para uma avaliação do contraste, excetuando-se a imagem realizada com 6,4mAs a qual apresentou valor de contraste muito inferior as demais conforme apresentado no gráfico X. Da mesma maneira que no simulador de joelho, o tórax apresentou um nível de contraste progressivo à medida que a energia foi elevada, sendo que apenas para a última seleção de energia notou-se uma queda no valor de contraste, sendo esta por limitações do filme e de medida do densitômetro. Ainda assim a diferenciação de estruturas se mostra evidente e pode ser analisada por especialistas uma vez que o enegrecimento das imagens foi alterado de forma nítida e com impacto direto na visualização. 7. CONCLUSÃO 52 De acordo com a proposta trabalho foi realizada de forma satisfatória uma avaliação do uso dos fantomas antropomórficos em análises quantitativas do contraste de imagens radiográficas com a utilização de densitômetros. Pôde-se concluir que para os simuladores de pé e de joelho o comportamento do contraste na variação da tensão do tubo e do tempo de exposição não segue o mesmo padrão da ferramenta adotada como referência. Para o simulador de tórax o desenvolvimento do contraste para diferentes tempos de exposição apresentou-se próximo ao da ferramenta de alumínio, dando margem para conclusões tanto de validação no uso para análise quantitativa de contraste, quanto para a não validação. Sendo assim seria necessária uma análise em um equipamento de alta freqüência, onde a possibilidade de influencia do tipo de gerador fosse minimizada. Ainda que para a análise quantitativa do contraste com uso de densitômetros os resultados tenham mostrado que os simuladores antropomórficos não apresentam desempenho satisfatório, outros testes quantitativos, como os de resolução de pares por linha e avaliação da camada semi-redutora para as diferentes energias, poderiam ser realizados de maneira a validar a utilização deste tipo de fantoma não só em análises subjetivas. Apresentou-se então que a utilização dos simuladores se dá de maneira adequada para uma análise qualitativa, se avaliada por radiologistas, levando em consideração a acuidade visual e assim a diferenciação de estruturas e o enegrecimento, mas não para uma avaliação quantitativa com densidades ópticas, uma vez que o comportamento do contraste não foi equivalente com o verificado com os steps de alumínio. 8. 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[15] Brasil, Ministério da Saúde. Agência Nacional de Vigilância Sanitária Portaria 453, de 01 de Junho de 1998. CAPA FOLHA DE ROSTO FICHA CATALOGRÁFICA EPÍGRAFE AGRADECIMENTOS RESUMO ABSTRACT SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 2. OBJETIVO 3. MATERIAIS 4. METODOLOGIA 5. RESULTADOS 6. DISCUSSÃO 7. CONCLUSÃO 8. BIBLIOGRAFIA