Atenuação dos raios X e coeficiente de atenuação linear

Toda imagem de TC é, em essência, um mapa de quanto cada ponto do corte atenua os raios X. Antes de estudar números de TC, detectores e algoritmos, é preciso entender com precisão o que significa atenuar, de que fatores a atenuação depende e qual medida o equipamento realmente faz. Esta aula revisa a física do feixe sob o ponto de vista específico da tomografia.

1.2.1O feixe de raios X em tomografia

Os raios X são produzidos no tubo quando elétrons acelerados pela diferença de potencial entre catodo e anodo (a tensão, em quilovolts, kV) colidem com o alvo de tungstênio. A maior parte dos fótons surge pelo freamento dos elétrons nas proximidades dos núcleos (bremsstrahlung), o que gera um espectro contínuo: há fótons de muitas energias, desde poucos keV até um máximo numericamente igual à tensão aplicada. Em 120 kV, por exemplo, a energia máxima é 120 keV, mas a energia média do feixe filtrado fica bem abaixo disso, tipicamente entre um terço e a metade da energia máxima.

Em TC, as tensões usuais variam de cerca de 70 a 140 kV, com 100 e 120 kV como valores frequentes em adultos. A corrente do tubo (mA) multiplicada pelo tempo de rotação (s) resulta no produto corrente-tempo (mAs), que determina a quantidade de fótons. A tensão determina a energia (qualidade) do feixe e, portanto, a sua capacidade de penetração.

O feixe que sai do tubo é filtrado para remover fótons de baixa energia, que seriam absorvidos na pele sem contribuir para a imagem. Isso torna o feixe mais "duro", isto é, com energia média maior. Esse conceito reaparecerá na aula 4.2, ao estudarmos o artefato de endurecimento do feixe.

1.2.2Atenuação: o que acontece com o feixe no paciente

Ao atravessar a matéria, parte dos fótons interage com os átomos e é retirada do feixe primário. Na faixa de energia do diagnóstico, duas interações predominam:

• Efeito fotoelétrico: o fóton transfere toda a sua energia a um elétron interno e desaparece. A probabilidade aumenta muito com o número atômico do material (aproximadamente com Z³) e diminui com o aumento da energia do fóton. É a interação que mais contribui para o contraste entre osso, contraste iodado e tecidos moles.
• Espalhamento Compton: o fóton cede parte da energia a um elétron externo e muda de direção. Depende principalmente da densidade eletrônica do material e predomina nos tecidos moles nas energias usadas em TC. É a principal fonte da radiação espalhada que atinge quem está na sala.