Filtro de raios X - X-ray filter

Um filtro de raios-X é um material colocado na frente de uma fonte de raios-X para reduzir a intensidade de comprimentos de onda específicos de seu espectro e alterar seletivamente a distribuição dos comprimentos de onda de raios-X em um determinado feixe.

Quando os raios X atingem a matéria, parte do feixe de entrada é transmitida através do material e parte é absorvida pelo material. A quantidade absorvida depende do coeficiente de absorção de massa do material e tende a diminuir para fótons incidentes de maior energia. A verdadeira absorção ocorre quando os raios X de energia suficiente causam transições no nível de energia do elétron nos átomos do material absorvente. A energia desses raios X é usada para excitar os átomos e não continua além do material (sendo assim "filtrada"). Por causa disso, apesar da tendência geral de diminuição da absorção em comprimentos de onda de energia mais alta, há picos periódicos nas características de absorção de qualquer material correspondente a cada uma das transições do nível de energia atômica. Esses picos são chamados de bordas de absorção. O resultado é que cada material filtra preferencialmente os raios X correspondentes e ligeiramente acima de seus níveis de energia de elétrons, enquanto geralmente permite que os raios X com energias ligeiramente menores que esses níveis sejam transmitidos relativamente ilesos.

Portanto, é possível ajustar seletivamente quais comprimentos de onda de raios-X estão presentes em um feixe, combinando materiais com características de absorção particulares a diferentes espectros de fontes de raios-X.

Formulários

Por exemplo, uma fonte de raios-X de cobre pode produzir preferencialmente um feixe de raios-X com comprimentos de onda de 154 e 139 picômetros. O níquel tem uma borda de absorção em 149 pm, entre as duas linhas de cobre. Assim, o uso do níquel como filtro para o cobre resultaria na absorção dos raios X de 139 pm de energia um pouco mais alta, enquanto deixava os raios de 154 pm passar sem uma diminuição significativa na intensidade. Assim, uma fonte de raios-X de cobre com um filtro de níquel pode produzir um feixe de raios-X quase monocromático com fótons de aproximadamente 154 pm.

Para fins médicos, os filtros de raios-X são usados ​​para atenuar seletivamente ou bloquear os raios de baixa energia durante a geração de imagens de raios-X ( radiografia ). Os raios X de baixa energia (menos de 30 keV) contribuem pouco para a imagem resultante, pois são fortemente absorvidos pelos tecidos moles do paciente (principalmente a pele). Além disso, essa absorção aumenta o risco de efeitos de radiação estocásticos (por exemplo, câncer) ou não estocásticos (por exemplo, reações de tecidos) no paciente. Assim, é favorável remover esses raios X de baixa energia do feixe de luz incidente. A filtragem de raios-X pode ser inerente ao tubo de raios-X e ao próprio material do invólucro ou pode ser adicionada de folhas adicionais de material de filtro. A filtração mínima usada é geralmente equivalente a 2,5 mm de alumínio (Al), embora haja uma tendência crescente de usar uma filtração maior. Os fabricantes de equipamentos modernos de fluoroscopia utilizam um sistema que adiciona uma espessura variável de filtração de cobre (Cu) de acordo com a espessura do paciente. Isso normalmente varia de 0,1 a 0,9 mm de Cu.

Filtros de raios-X também são usados ​​para cristalografia de raios-X , em determinações dos espaços interatômicos de sólidos cristalinos. Esses espaçamentos de rede podem ser determinados usando difração de Bragg , mas esta técnica requer que as varreduras sejam feitas com feixes de raios-X aproximadamente monocromáticos. Assim, configurações de filtro como o sistema de cobre e níquel descrito acima são usadas para permitir que apenas um único comprimento de onda de raios-X penetre até um cristal alvo, permitindo que o espalhamento resultante determine a distância de difração.

Vários efeitos elementares

Adequado para cristalografia de raios-X :

  • Zircônio - Absorve Bremsstrahlung e K-Beta .
  • Ferro - Absorve todo o espectro.
  • Molibdênio - Absorve Bremsstrahlung - Saindo de K-Beta e K-Alpha .
  • Alumínio - 'Pinches' Bremsstrahlung * & Remove picos de 3ª geração.
  • Silver - o mesmo que o alumínio, mas em maior extensão.
  • Índio - igual ao ferro, mas em menor grau.
  • Cobre - Igual ao Alumínio, deixando apenas picos de 1ª geração.

Adequado para radiografia :

  • Molibdênio - usado em mamografia
  • Ródio - usado em mamografia com ânodos de ródio
  • Alumínio - Usado em tubos de raios-x de radiografia geral
  • Cobre - Usado em radiografia geral - especialmente em aplicações pediátricas .
  • Prata - usado em mamografia com ânodo de tungstênio
  • Tântalo - Usado em aplicações de fluoroscopia com ânodos de tungstênio
  • Nióbio - Usado em radiografia e radiografia dentária com ânodos de tungstênio
  • Érbio - Usado em radiografia com ânodos de tungstênio

Notas:

  • - O beliscão de Bremsstrahlung é devido à massa atômica. Quanto mais denso for o átomo, maior será a absorção de raios-X. Apenas os Raios-X de alta energia passam pelo filtro, parecendo como se o continuum de Bremsstrahlung tivesse sido comprimido.
  • - Neste caso, Mo parece deixar K-Alpha e K-Beta sozinhos enquanto absorve o Bremsstrahlung. Isso se deve ao fato de Mo absorver toda a energia do espectro, mas, ao fazer isso, produz os mesmos picos característicos gerados pelo alvo.

Leitura adicional

  • BD Cullity & SR Stock, Elements of X-Ray Diffraction , 3rd Ed., Prentice-Hall Inc., 2001, p 167-171, ISBN  0-201-61091-4 .
  • Diagnóstico de imagem CFL

Veja também