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Uma avaliação comparativa da qualidade de imagens e dos valores de kerma no ar em radiografias torácicas de pequenos animais utilizando sistemas de imagem convencional e digital. O estudo foi realizado em 86 animais de raças, sexo e idade diferentes, submetidos a exames radiográficos em curitiba – paraná. Foram utilizados dois métodos para medição do kerma no ar: dosímetros termoluminescentes (tld) e método do rendimento do equipamento de raios x. Os resultados mostraram que o sistema digital apresentou valores de kerma no ar mais elevados, porém a qualidade das imagens obtidas com o sistema digital foi melhor.
Tipologia: Esquemas
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Título da Dissertação Nº.
por
Esta dissertação foi apresentada como requisito parcial à obtenção do grau de MESTRE EM CIÊNCIAS – Área de Concentração: Engenharia Biomédica, pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial – CPGEI – da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR – Câmpus Curitiba, às 09:30h do dia 10 de outubro de 2012. O trabalho foi aprovado pela Banca Examinadora, composta pelos professores:
Prof. Sergei Anatolyevich Paschuk, Dr. (Presidente – UTFPR)
Prof. Vinícius Saito Monteiro de Barros, Dr. (UFPE)
Prof. João Antonio Palma Setti, Dr. (UTFPR)
Visto da coordenação: ________________________________ Prof. Ricardo Lüders, Dr. (Coordenador do CPGEI)
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Câmpus Curitiba Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Dedico este trabalho a minha esposa.
DRUMOND, Luiz Fernando. Avaliação do kerma no ar na entrada da pele e da qualidade da imagem em radiografias de tórax de pequenos animais com sistemas de imagens convencional e digital. 2012. 72f. Dissertação (Mestrado em Egenharia Elétrica e Informática Industrial).- Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2012.
Os animais que são submetidos a radiação ionizante tem maior risco de indução ao câncer, catarata, fibrose e encurtamento do tempo de vida Poucos estudos foram realizados comparando os novos sistemas de detecção de raios X digital portátil com imagens radiográficas convencionais. O objetivo desse estudo é comparar os sistemas de detecção digital e convencional quanto ao valor do Kerma no ar na entrada da pele (ESAK) do animal e a imagem radiográfica de tórax. Foram realizados exames radiográficos rotineiros em 43 animais no sistema convencional e 43 no sistema digital. Inicialmente foi realizada uma avaliação do equipamento de raios X e posteriormente avaliou-se o ESAK dos animais através de dosimetros termoluminescentes e pelo método do rendimento do aparelho. Foi feita uma análise subjetiva da qualidade da imagem em radiografia de tórax. O aparelho foi considerado adequado após ser submetido aos testes de qualidade. Os exames radiográficos de diversas regiões apresentaram o ESAK 40% superior no sistema digital quando comparado ao analógico. Uma diferença significativa foi observada nos exames radiográficos de coluna e de Tórax. Nos exames torácicos a diferença do ESAK entre os sistemas fica estável com o aumento da tensão no aparelho, já quando se aumenta a miliamperagem a diferença entre eles também aumenta. As radiografias torácicas avaliadas, segundo análise subjetiva da qualidade da imagem obtiveram melhor qualidade utilizando o sistema digital, porém com um ESAK maior que o convencional.
Palavras-chave : Veterinária, radiologia digital, qualidade
DRUMOND, Luiz Fernando. Evaluation of the entrance surface air kerma rate in skin and quality image on the chest radiographic with conventional system and digital imaging system in small animals 2012. 72f. Dissertação (Mestrado em Egenharia Elétrica e Informática Industrial).- Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2012.
The animals that are subjected to ionizing radiation have a higher risk of effects such as induction of cancer, cataracts, fibrosis and shortening of life span. Few studies have been conducted comparing the new detection systems of portable digital x-rays and conventional radiographic images. The purpose of this study is to compare the detection systems regarding the entrance surface air Kerma rate in skin (ESAK). Routine radiographic examinations were performed on 43 animals in the conventional system and 43 in the digital system. Initially performed an evaluation of x-ray equipment and subsequently it was evaluated the ESAK through thermoluminescent dosimeters and the tube output. A subjective analysis of the image quality in chest radiography was made. The device was considered adequate after being subjected to quality tests. Radiography showed several types of incidences with ESAK values 40% higher than the digital system compared to conventional. Significant difference was observed in radiographs of the spine and thorax. In the thoracic examination ESAK difference between the systems is stable with increasing voltage in the device. With increasing milliamperage the difference between them increases. Thoracic radiographs evaluated according to subjective analysis of image quality obtained using the best quality digital system, but with a greater digital ESAK than for conventional systems.
Keywords: Veterinary, digital radiology, quality.
Tabela 1 Especificações do aparelho digital portátil Poskom PXM-40BT........................ 32 Tabela 2 Especificações do detector Naomi...................................................................... 33
Tabela 3
Valores mínimos da CSR em função da fase e tensão do tubo 37
Tabela 4
Valores das medidas obtidas no estudo de reprodutibilidade da tensão do tubo para um valor nominal de 60 kV ........................................................................ 45
Tabela 5
Valores das medidas obtidas no estudo da exatidão da tensão do tubo...................................................................................................................... 45
Tabela 6
Valores das medidas obtidas no estudo da reprodutibilidade do tempo de exposição para um valor nominal de tempo (ms)............................................... (^) 46 Tabela 7 Dados obtidos para calculo do rendimento........................................................ 47 Tabela 8 Parâmetros utilizados e valores de Ka,e obtidos utilizando TLD ...................... 49
Tabela 9
Valores de Ka,e obtidos com sistemas de radiologia digital e convencional em exames de pequeno animais utilizando TLD ..................................................... 50 Tabela 10 Parâmetros utilizados e valores de Ka,e obtidos através do rendimento............ (^) 53
ALARA As low as reasonably achievable (tão baixo quanto razoavelmente exeqüível)
ANVISA Agência Nacional de Vigilância Sanitária
CE Comissão Européia CNEN Comissão Nacional de Energia Nuclear CQ Controle de Qualidade
CRS Camada Semi-redutora DEN Departamento de energia Nuclear da Universidade Federal de Pernambuco DFF Distância foco-filme DT Dose órgão E Dose efetiva
ESD Dose de entrada na pele Gy Unidade gray
IAEA International Atomic Energy Agency ICRP International Commision on Radiological Protection IPEN Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares
Ka,e Kerma no ar na superfície de entrada kVp Quilovolt de pico LMRI Laboratório de Metrologia das Radiações Ionizantes mAs Miliampère-segundo
MS Ministério da Saúde NCRP National Council on Radiation Protection and Measurement
3.3.1 Teste de exatidão e reprodutibilidade da tensão e do tempo de exposição ..................................................................................................................... 34 3.3.2 Teste de avaliação da colimação e do alinhamento do feixe central ................... 35 3.3.3 Teste da camada Semi-redutora ........................................................................... 37 3.3.4 Cálculo do rendimento do tubo de raios X .......................................................... 38 3.4 37 3.5 Análise subjetiva da qualidade da imagem digital ................................................. 39
3.6 Técnicas utilizadas para medição do Kerma no ar na superfície de entrada da pele………………………………………….......................................................... (^) 40 3.6.1 Dosímetros Termoluminescentes (TLD)....................................................... (^) 40 3.6.2 Determinação do Kerma no ar na superfície de entrada (Ka,e) pelo método do rendimento.................................................................................................................... 42 3.7 Região e incidências radiográficas selecionadas.................................................... 43 3.8 Grupos de análises .................................................................................................. 43 3.9 Coleta de dados ....................................................................................................... (^44) 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES…….…………………………………............. 45 4.1 Resultados dos testes de qualidade do aparelho de raios X.................................... 45 4.1.1 Teste de reprodutibilidade e da exatidão da tensão do tubo................................ 42 4.1.2 Teste da reprodutibilidade do tempo de exposição............................................. 46 4.1.3 Colimação e alinhamento da mesa...................................................................... 46 4.1.4 Camada semi-redutora (CSR).............................................................................. 46 4.1.5 Rendimento do tubo de raios X........................................................................... 47 4.2 Resultado e discussão dos exames para diversas posições e regiões utilizando TLD............................................................................................................................... 48 4.3 Resultados e discussão referente aos exames de Tórax utilizando o método do rendimento.................................................................................................................... 52 5 CONCLUSÃO E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS………… 57 5.1 CONCLUSÃO …………………………………………………………............... (^57) 5.2 TRABALHOS FUTUROS …………………………............................................ 57 REFERÊNCIAS ………………………………………........................................... 58 APÊNDICE I - MODELO DE QUESTIONÁRIO COM RADIOGRAFIA REALIZADA NO SISTEMA DIGITAL. …………………….................................. 62 APÊNDICE II - MODELO DE QUESTIONÁRIO COM RADIOGRAFIA REALIZADA NO SISTEMA CONVENCIONAL...................................................... 63 APENDICE III - AVALIAÇÃO DO EQUIPAMENTO DE RAIOS- X..................... 64
Os raios X começaram a ser utilizados em animais (peixe, sapo e cobra) a partir de
No final dos anos 50, as escolas de Medicina Veterinária da Inglaterra e da Irlanda já utilizavam aparelhos de raios X para o diagnóstico de animais (ZALLINGER; TEMPEL, 1998). Desde então, a radiografia é um dos exames complementares mais importantes na rotina clínica veterinária, devido à praticidade e baixo custo (PINTO ET AL., 2010). Por volta dos anos 80, o avanço tecnológico nos sistemas computacionais e sensores de imagem fez com que a produção de equipamentos de radiologia sofresse grandes alterações. O sistema convencional de aquisição de imagem por filmes radiográficos foi sendo substituído pela radiografia computadorizada, que utiliza placas de fósforo e recentemente por sistemas digitais que transformam a energia dos raios X diretamente em sinal digital (ou indiretamente, através de um material cintilador). Estes métodos de aquisição de imagem oferecem várias vantagens em relação aos filmes, tais como: melhorias na gravação, transferência, processamento e manipulação digital da imagem (CHOTAS; DOBBINS; RAVIN, 1999).
Há poucos estudos sobre as doses em animais que são submetidos a exames radiográficos. Sabe-se que a interação da radiação ionizante com os tecidos biológicos pode provocar efeitos tardios: como indução ao câncer, catarata, fibrose e danos aos vasos sanguíneos, redução do tempo de vida e prejuízo na fertilidade. Quando animais jovens ou neonatos são submetidos a exames radiográficos, podem ainda apresentar malformação em alguns órgãos (ZALLINGER; TEMPEL, 1998).
2.1.1 Revisão sobre radiações ionizantes A energia emitida e transferida por intermédio do espaço é chamada de radiação. Os raios X são considerados radiação eletromagnética, que é uma combinação de campos elétricos e magnéticos que trafegam juntos, outros exemplos de radiação eletromagnéticas compreendem as ondas de rádio, radar, microondas e a luz visível (SEIBERT, 2004). Uma radiação é considerada ionizante, quando tem a capacidade de remover um elétron de um átomo ou molécula que está ligado por uma força elétrica. O elétron que foi ejetado do átomo e o átomo resultante que é o íon positivo formam um par elétron-íon (YOSHIMURA, 2009).
2.1.2 Geração dos raios X e interação com a matéria Os raios X são gerados dentro de uma estrutura de vidro ou metal sob vácuo chamada de tubos ou ampolas de raios X (Figura 1), aonde se encontram as condições adequadas para a geração de raios X. O catodo é um filamento presente no tubo de raios X que ao ser aquecido gera uma nuvem de elétrons, sendo que o número de elétrons presente na nuvem está relacionado à quantidade de corrente elétrica que passa pelo filamento. Esses elétrons gerados no catodo serão acelerados em direção a um pequeno ponto focal metálico no chamado anodo, através de uma diferença de potencial entre o catodo e o anodo. Ao variar a tensão do tubo no aparelho, estará aumentando ou diminuindo a diferença de potencial entre o catodo e o anodo, com isso alterando a velocidade dos elétrons e ajustando a energia que os elétrons atingirão o alvo (OLIVEIRA, 2011).
Figura 1- Tubo de raios X (THRALL,2007)
A rápida desaceleração destes elétrons ao colidir com o anodo metálico, produz um amplo espectro contínuo de raios X. Essa radiação é chamada “ Bremsstrahlung”, que significa freamento em alemão (Figura 2).
Figura 2- Radiação Bremsstrahlung (THRALL, 2007)
Outro fenômeno capaz de gerar raios X é através da ionização dos átomos presentes no anodo. Nesse caso o elétron gerado no catodo, ao incidir sob o anodo ejeta um elétron de uma camada mais interna de maior energia e o elétron de uma camada mais externa de menor energia preenche o espaço deixado no orbital. É emitido um fóton de raios X cuja energia
Figura 4- Efeito Compton (THRALL, 2007)
O fóton de raios X absorvido ejeta um elétron, chamado de fotoelétron. O fotoelétron é capaz de produzir múltiplas ionizações teciduais e por fim é absorvido pelo paciente. Esse fenômeno é chamado de efeito fotoelétrico (Figura 5). Quando o local vago deixado pela ejeção do fotoelétron é preenchido por um elétron de um orbital periférico ou por um elétron livre, uma radiação característica é emitida. A probabilidade de ocorrer uma interação fotoelétrica é diretamente proporcional ao quarto do número atômico do material absorvedor e inversamente proporcional ao cubo da energia do fóton de raios X. A relação entre o efeito fotoelétrico e o número atômico de quem absorve, no caso o paciente, é muito importante, pois esta relação aumenta a diferença de absorção dos fótons de raios X entre os diferentes tecidos gerando o contraste na imagem.
Figura 5 – Efeito fotoelétrico (THRALL, 2007)
2.1.3 Efeitos biológicos tardios da radiação ionizante em pequenos animais Os animais quando expostos a uma radiação ionizante podem apresentar algumas alterações no organismo como: o aparecimento de neoplasias (câncer), o surgimento da catarata, fibrose em vasos sanguíneos, diminuição do tempo de vida e infertilidade. A alteração mais estudada é a indução ao câncer, onde , no caso de animais, estudos realizados com cachorros demonstram que a taxa de manifestação de câncer maligno em cães entre 0 e 2 anos de idade que foram irradiados com uma dose de 0,87 cGy foi de três vezes maior que o restante da população que não foi irradiada, assim como a taxa de câncer fatal em animais que foram expostos a radiação durante o período perinatal com a mesma dose de 0, cGy, foi 10 vezes maior que o restante da população canina que não foi irradiada (BENJAMIN, 1986; ZALLINGER; TEMPEL, 1998).
2.1.4 Histórico da radiologia na medicina veterinária
Aproximadamente um ano após a descoberta dos raios X, começaram pesquisas com os raios X na Medicina Veterinária. Em 1896 J.N.Eder e E.Valenta de Viena publicaram imagens radiográficas de animais como sapo, cobras e coelhos. No mesmo ano foi publicado um artigo na Inglaterra com a radiografia da porção distal do membro de um cavalo e o professor Erbelein da Alemanha publicou a radiografia do membro de um cavalo que havia morrido para demonstrar a fratura presente no membro, utilizando como técnica um tempo de exposição de 65 minutos (KEALY, 2002). O professor Erbelein foi presidente de mesa durante os dois primeiros congressos mundiais de Radiologia, sendo o único veterinário a ter essa honra, por isso é considerado o pai da radiologia veterinária. O primeiro passo para tornar a radiologia um método diagnóstico, começou em Berlim, no ano de 1926, com a primeira divulgação de um livro de radiologia veterinária pelo Dr. Paul Henkes. A radiologia na medicina veterinária sempre esteve vinculada ao setor de cirurgia, utilizada somente para diagnosticar fraturas. A partir de 1950 a radiologia veterinária passa a ser utilizada em outras áreas e a ter seu primeiro especialista em radiologia veterinária.
