Os raios-x são usados no diagnóstico médico por imagem, devido à sua capacidade de penetrar no corpo e produzir informação morfológica quantitativa. A radiologia convencional e tomografia computorizada utilizam raios-x e por isso é possível aplicar a técnica de difracção.
A radiologia convencional, os raios atravessam e interagem com a matéria, posteriormente são interceptados e registados num detector. A intercepção de raios-x com a matéria é complexa, envolvendo absorção, refracção e dispersão. A dispersão inclui pequenos ângulos de dispersão. Apesar de ocorrem vários processos, o contraste da imagem depende apenas da absorção.
O principal problema da radiografia convencional é não identificar as pequenas variações de densidade, por exemplo, a densidade dos tecidos moles varia apenas entre 1 a 5%.
A técnica de difracção visa resolver estas dificuldades, porque o contraste da imagem desta técnica depende da absorção mas também dos efeitos da retractação e de extinção. Por causa das múltiplas fontes de contraste, esta é uma técnica promissora nos métodos de raios-x com relevância clínica.
Princípios físicos:
Na técnica de difracção, existem dois cristais em localizações diferentes, um entre fonte de raios-x e o paciente (cristal monoenergético) e outro entre paciente e o detector (cristal analisador).
A fonte de raios-x produz raios polienergéticos que são difractados pelo cristal monoenergético para criar raios monoenergéticos, necessários para esta técnica. Estes atravessam o paciente, onde serão difractados pelo cristal analisador. Este cristal, tipicamente de silicone, apresenta um pico de Bragg (descreve a ionização das partículas durante a travessia da matéria, o que origina perda de energia).
Esta condição limita a quantidade de raios-x que podem ser difractados, ou seja, só existe ionização das particulas se o raio incidente efectuar um ângulo específico no cristal. Este cristal está a rodar em torno de um eixo paralelo aos planos do meio e perpendicular à direcção do raio incidente. A variação de intensidade observada é definida como a curva de “ rocking”. A forma desta curva é ligeiramente triangular com um pico de reflectividade aproximadamente perto dos 100%.
Devido ao ângulo específico, o cristal rejeita automaticamente um elevado grau de radiação – radiação dispersa, resultando um melhor contraste de imagem. Normalmente este tipo de dispersão surge das estruturas com dimensões de tamanho micro e geralmente adicionam ruído, o que diminui o contraste nas radiografias convencionais.
Os ângulos específicos são de apenas de microradianos. Por isso, esta técnica rejeita radiação dispersa o nível microradiano, o que ultrapassa as técnicas anti-radiação dispersa como as grelhas e colimação.
De qualquer modo, o cristal não elimina toda a radiação dispersa. O contraste resultante da radiação dispersa é designado por contraste de extinção. A imagem que representa a absorção dos raios-x pelo objecto é defenido como a imagem da absorção aparente desde que o contraste seja derivado de ambas, absorção e extinção.
A forma da curva de “rocking”, triangular, descreve que cada lado da curva da reflectividade converterá estas subtis variações de ângulo em variações de intensidade, tornando os efeitos de refracção visíveis na imagem. Ao refractar os dois lados do cristal analisador, será possível separar os efeitos de refracção combinando os efeitos de absorção e extinção.
Mecanismos de contraste:
O mecanismo do contraste da refracção é entendido desde o ponto de vista óptico até à variação do comprimento de onda do raios-x. A energia dos raios-x tipicamente usada no diagnóstico médico é de cerca de 17 a 100KeV, o mecanismo de absorção surge principalmente a partir do efeito fotoeléctrico. A refracção ocorre primariamente a partir de variações da densidade do electrão projectado no meio. Em ambos os casos, o contraste surgirá das diferenças de contraste e de refracção. O contraste de extinção surge dos pequenos ângulos (microradianos) provocados pelo impacto da radiação dispersa dos raios-x no objecto.
Contraste de absorção: Surge dos factores: espessura dos objectos, diferenças de densidade e coeficiente de atenuação do objecto.
A imagem de difracção visualiza o contraste de absorção como se fosse uma radiografia normal. No entanto, a imagem resultante é sempre livre de radiação dispersa devido à rejeição dos raios dispersos pelo cristal analisador. A combinação de factores como a energia dos raios incidentes, restrições do ângulo e comprimento de onda previnem que muitos fotões que são amplamente dispersados sejam transmitidos para o detector.
Contraste de refracção: Como as outras ondas electromagnéticas, os raios-x são refractados em diferentes meios. Para a maior parte dos materiais, os raios-x exibem um índice de retractação ligeiramente mais pequeno que a unidade, tipicamente apresenta uma variação entre 1-10-6 e 1-10-4. Por isso, não existe uma refractarão com elevados ângulos, mas existem pequenos desvios na direcção original da propagação.
O desvio da direcção inicial não pode ser directamente medida, mas pode ser traduzida em variações de intensidade de acordo com a curva de difracção de bragg. Esta variação de intensidade está na origem do contraste de refracção.
Contraste de extinção: Um termo usado tanto na óptica e como na difracção dos raios-x para descrever a perda de intensidade devido a difracção e a dispersão.
A extinção na técnica de imagem de difracção significa a perda de intensidade devido aos raios dispersos. Os raios dispersos são tipicamente achados não visíveis, que ocorrem quando o raio atravessa o objecto. A perda de intensidade do raio pode ser caracterizada por um coeficiente linear de extinção (Ҳ2t). Assim os factores que afectam o contraste de extinção são a espessura do alvo e o coeficiente de atenuação.
A técnica de difracção produz imagens semelhantes às produzidas pela ressonância magnética de alta resolução, com o potencial de igualar ou exceder a resolução da ressonância, mas a radiação utilizada é muito elevada para humanos pelo menos actualmente.
Este método é aplicado na detecção de neoplasias como cancro da mama, pulmão, doença de Alzheimer no estado precoce.
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