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RADIAÇÕES

1. Composição da Matéria e Teoria atômica
   1. Visão macroscópica da matéria
   2. Substâncias simples e compostas
   3. Fases e estados da substância
   4. Visão microscópica da matéria
   5. A aceitação do átomo
   6. Lei das proporções definidas
   7. Lei das proporções múltiplas
2. Estrutura da Matéria
   1. Composição da matéria
   2. Estrutura do átomo
   3. Raio atômico
   4. Raio iônico
   5. Estrutura eletrônica
   6. Energia de ligação eletrônica
   7. Estrutura nuclear
   8. Notação química
   9. Organização nuclear
   10. Tabela de nuclídeos
   11. Isótopos, isóbaros e isótonos
   12. Tabela Periódica
   13. Preenchimentos das camadas eletrônicas
   14. Regra de Hund
3. Transições
   1. Estados excitados
   2. Transição eletrônica
   3. Transição nuclear
   4. Meia-vida do estado excitado
4. Origem da radiação
   1. Fótons
   2. Raios X
5. Radioatividade
   1. Constante de decaimento
   2. Atividade de uma amostra
   3. Atividade de uma amostra em um dado instante
   4. Decaimento da atividade com o tempo
   5. Unidades de atividade – o becquerel e o curie
   6. Múltiplos e submúltiplos das unidades de atividade
   7. Meia-vida do radioisótopo
   8. Vida-média do radioisótopo
6. Radiações Nucleares
7. Unidades de energia
8. Radiação beta
   1. Emissão beta menos
   2. O neutrino e o anti-neutrino
   3. Equação da transformação do nêutron na emissão beta menos
   4. Emissão beta mais
   5. Distribuição de energia na emissão beta
   6. Emissão de mais de uma radiação beta em um decaimento
   7. Emissão beta puros
   8. Captura eletrônica
9. Radiação alfa
   1. Equação da transformação no decaimento alfa
   2. Energia da radiação alfa
10. Emissão gama
    1. Energia da Radiação Gama
    2. Intensidade relativa de emissão gama (“branching ratio”)
    3. Valores de referência para as energias das radiações gama
11. Intensidade relativa das radiações e atividade total
12. Atividade e decaimento de uma mistura de radionuclídeos
13. Esquema de decaimento de um radionuclídeo
14. Interações em processos de decaimento
    
    1. Raios X característicos
    2. Elétrons Auger
    3. Conversão interna 
 
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• Quando um elétron orbital é removido de seu nível, deixa uma vacância que é rapidamente preenchida por um elétron livre ou um elétron de uma camada mais distante do núcleo, e neste caso o elétron que preenche a vacância perde energia e fica mais ligado ao núcleo. Frequentemente essa energia liberada pelo elétron é emitida na forma de radiação eletromagnética chamada raio X característico.
• O raio X característico é utilizável porque sua energia é unicamente definida como a diferença entre a energia de ligação da camada doadora e a camada de vacância, ou seja, a energia dos raios X é característica da respectiva transição.

• O efeito fotoelétrico ocorre quando a energia do raio X ou do raio gama é totalmente transferida para um elétron orbital.
• O fóton deve possuir uma energia maior que a energia de ligação do elétron.
• O elétron é deslocado de sua órbita para outra mais externa (excitação) ou é ejetado do átomo (ionização). Os elétrons ejetados são chamados de fotoelétrons.
• Como consequência da interação fotoelétrica, ocorre uma cascata de elétrons para preencher a vacância criada, com consequente emissão de raios X característicos.
• A absorção fotoelétrica ocorre com mais facilidade quando a energia do fóton é um pouco maior que a energia de ligação do elétron ao átomo.
• A energia cinética do fotoelétron é igual à diferença entre a energia do fóton incidente e a energia de ligação do elétron.
• Para um dado material absorvente, a energia do fóton aumenta, e a probabilidade de ocorrer o efeito fotoelétrico diminui. A interação fotoelétrica é importante nos tecidos moles, numa energia até aproximadamente 50 keV. Radionuclídeos com fótons de menos de 50 keV não são muito desejáveis para aplicações clínicas devido à alta absorção sofrida por eles nos tecidos devido à interação fotoelétrica.
• A absorção fotoelétrica, embora não seja desejável nos tecidos, é fundamental na detecção da radiação ionizante. Tanto em Medicina Nuclear quanto em Radiologia a criação das imagens depende da absorção da energia pelo meio detector através da interação fotoelétrica, por isso os sistemas de imagem são tipicamente materiais de alta densidade, alto número atômico, tais como cristais inorgânicos, onde a probabilidade de absorção fotoelétrica é grande.

• No espalhamento Compton o fóton interage com um elétron fracamente ligado à camada mais externa ao átomo, e em lugar de ser completamente absorvido tal como na interação fotoelétrica, o fóton é desviado de sua direção original e continua a existir, porém com energia menor.
• A diferença de energia é transferida para o elétron ricocheteado na forma de energia cinética. O espalhamento Compton é o modo dominante de interação com os tecidos moles para energias variando entre 30 keV e 30 MeV.
• O significado do espalhamento Compton nas imagens clínicas é que os fótons difundidos ao chegarem ao detector devem ser discriminados e não devem fazer parte da imagem. Como eles perderam parte de sua energia, uma forma de excluí-los é colocar discriminadores na janela de aceitação de energia, contudo alguns fótons podem sofrer desvio mínimo e com isso não serem devidamente excluídos pela análise de altura de pulso ou pela janela de seleção de nível de energia.
• Assim sendo, esses fótons difundidos contribuem para a perda de resolução das imagens em Medicina Nuclear. O problema é progressivamente pior para baixas energias, porque quanto mais baixa for a energia original, menor é o ângulo de desvio.

90° RF pulse

Denis Hoa

15/02/2009 6:57 pm

After a 90° RF pulse, net magnetization tips down so that longitudinal magnetization has disappeared and transverse magnetization has appeared.
Once the RF transmitter is turned off, relaxation happens :

• transverse magnetization decays
• longitudinal magnetization recovers
• protons re-radiate the absorbed energy

Coils can receive the signal in the transverse plane due to variations of transverse magnetization vector. This signal is oscillating at resonance frequency and signal enveloppe is a decay curve described as an exponential curve.

In absence of any magnetic gradient, this signal is called Free Induction Decay (FID). FID signal decays faster than T2 would predict and decreases exponentially at characteristic time constant T2*.
T2* takes into account :

• tissue specific spin-spin relaxation (random interactions between spins) responsible for pure T2decay
• static inhomogeneities in magnetic fields which accelerate spins dephasing

Signal recording

Denis Hoa

15/02/2009 6:57 pm

A magnet is a magnetic dipole and it can be represented by a magnetic vector. A moving magnetic field induces a current in a loop of wire. For example, the rotating magnet below induces a sinusoidal current that can be recorded.
MRI coils can be used for transmitting and/or receiving. As it is not possible to receive RF signal in the same axis as B0, coils are only sensitive to variations of transverse magnetization vector. Quadrature RF coils (circularly polarized coils) consist of at least two coils that are oriented orthogonal to each over (and both are othogonal to B0 axis). They have a better signal to noise ratio than linear RF coils.

• Coils are only sensitive to variations of transverse magnetization vector. After a 90° RF pulse, the Free Induction Decay (FID) signal is oscillating at resonance frequency and signal enveloppe is a decay curve described as an exponential curve, depending on tissue-specific spin-spin relaxation and static field inhomogeneities. This decay is characterized by time constant T2*. T2* is always shorter than T2.
• The 180° RF pulse reverses dephasing due to static field inhomogeneities (T2* effects) but not random spin-spin relaxation (T2 effects, tissue-specific). Spin Echo sequence requires an excitation pulse (90° RF pulse) and a 180° rephasing pulse. Time between 90° pulse and 180° pulse is TE/2. MR Signal is acquired at echo time TE, when signal of the echo is the strongest. The signal enveloppe joining maximums of echos after 180° RF pulses is corresponding to the pure T2 decay curve.
• The 90° – 180° RF pulses sequence must be repeated as many times as the number of lines in the data matrix. The time between each 90° RF pulse (excitation pulse) is called Repetition Time (TR).
• You must keep in mind that tranverse relaxation (transverse magnetization decay, producing MR signal) and longitudinal relaxation (longitudinal magnetization recovery) are simultaneous. The longer the TR is, the more longitudinal magnetization will recover.
• With a spin echo sequence :
  • TR modifies T1-weighting : the longer is the TR, the more T1-weigthed the image is
  • TE modifies T2-weighting : the shorter is the TE, the less T2-weigthed the image is
  • A short TR court and a short TE court give a T1-weighted image.
  • A long TR long and a long TE long give a T2-weighted image.
  • A long TR and a short TE give a PD-weighted image.

References

1. McRobbie. MRI from picture to proton. 2003:xi, 359 p..
2. NessAiver. All you really need to know about MRI physics. 1997.
3. Gibby. Basic principles of magnetic resonance imaging. Neurosurgery clinics of North America. 2005 Jan;16(1):1-64.
4. Pooley. AAPM/RSNA physics tutorial for residents: fundamental physics of MR imaging. Radiographics. 2005 Jul-Aug;25(4):1087-99.

Material de estudo – 1 Prova – 17/03/10

• apostila 1: download-  Apostila Princípios de Medicina Nuclear
• apostila 2: download- Apostila Aula-Revisao-1 MN – Livro do Thrall
• Aula para Computador: download-  Aula Controle de Qualidade e Gerador de Medicina Nuclear – Apostila não adequada para impressão

Material de estudo para 1ª Prova – Atualizado em 29/03/2010

1. Notas de aula – download – Transporte e Osmose
2. Notas de aula – download – Membrana Plasmática e Transporte
3. Apostila – download – Apostila sobre a Membrana Plasmática

Primeira Prova (12/03/2010) de Processamento de Imagem Digital

• download - Módulo 1 – Processamento de Imagens Digitais.pdf

Segunda Prova de Processamento de Imagem Digital

• download - Aula-Filtros-Processamento Digital de Imagens.pdf