Absorciometria bifotónica de raio X

Scanner DXA

Absorciometria bifotónica de raio X ^{(português europeu)} ou Absorciometria por raios-X com dupla energia ^{(português brasileiro)}, (em inglês: Dual-energy X-ray absorptiometry, abreviado DXA ou DEXA) é um método de medição da densidade mineral óssea, na qual feixes de raio X com diferentes níveis de energia são emitidos para o corpo do paciente. Quando é subtraída a absorção pelo tecido mole, é possível determinar a densidade óssea a partir da absorção de cada raio pelo osso. É o método mais usado e mais estudado para a medição de densidade óssea, geralmente no diagnóstico e acompanhamento de osteoporose.

Princípio físico

Quando um feixe de raios X atravessa um determinado material, ele sofre uma atenuação na sua intensidade. Essa atenuação é exponencial e depende do tipo de material atravessado e da energia do raio X.

A equação que descreve essa atenuação é:

${\displaystyle I(x)=I_{0}e^{-\mu x}}$ (equação 1)

onde:

• ${\displaystyle I(x)}$ = intensidade do raio X numa determinada distância x;
• ${\displaystyle I_{0}}$ = intensidade inicial do raio X;
• ${\displaystyle \mu }$ = coeficiente de atenuação linear (depende do material e energia do raio X);
• ${\displaystyle x}$ = distância percorrida (espessura do material).

Quando um feixe de raios X monoenergético passa por uma parte do corpo que contenha ossos e tecidos moles (músculos, gordura, pele, etc), sua intensidade será:

${\displaystyle I=I_{0}e^{(-\mu _{S}x_{S}-\mu _{B}x_{B})}}$ (equação 2)

onde os subscritos S e B referem-se aos tecidos moles e ossos, respectivamente. Neste contexto é usual substituir a espessura por sua densidade superficial (dada em g/cm²), uma vez que essas quantidades são proporcionais:

${\displaystyle x={\frac {1}{\rho }}.{\frac {m}{A}}}$ ou ainda ${\displaystyle x={\frac {1}{\rho }}.M}$

onde:

• ${\displaystyle x}$ = distância (espessura);
• ${\displaystyle m}$ = massa;
• ${\displaystyle A}$ = área;
• ${\displaystyle \rho }$ = densidade;
• ${\displaystyle M}$ = densidade superficial.

Assim a equação (2) pode ser escrita como:

${\displaystyle I=I_{0}e^{(-\mu _{S}M_{S}-\mu _{B}M_{B})}}$

Neste caso, porém, temos uma equação e duas incógnitas (x_B e x_S) e a equação não pode ser resolvida.

O princípio físico subjacente à DEXA é a medida da intensidade de feixes de raios X com duas energias diferentes (alta e baixa) após a passagem pelo corpo. Como o coeficiente de atenuação depende do número atômico (tipo do material) e da energia pode-se escrever as equações de atenuação como se segue:

• para baixa energia:

${\displaystyle I'=I'_{0}e^{-(\mu '_{S}M_{S}+\mu '_{B}M_{B})}}$

• para alta energia:

${\displaystyle I=I_{0}e^{-(\mu _{S}M_{S}+\mu _{B}M_{B})}}$

onde: ${\displaystyle \mu }$ é o coeficiente de atenuação, ${\displaystyle M}$ é a densidade superficial e os subscritos ${\displaystyle B}$ e ${\displaystyle S}$ referem-se aos ossos e tecidos moles respectivamente.

Agora temos duas equações com duas incógnitas, resolvendo-se esse sistema de equações para encontrarmos ${\displaystyle M_{B}}$ (densidade superficial do osso), temos:

${\displaystyle M_{B}={\frac {J'-kJ}{\mu '_{B}-k\mu _{B}}}}$

onde:

• ${\displaystyle M_{B}}$ = densidade superficial do osso,
• ${\displaystyle J=\ln {\bigl (}I/I_{0}{\bigr )}}$
• ${\displaystyle J'=\ln {\bigl (}I'/I_{0}'{\bigr )}}$
• ${\displaystyle k=\mu '_{S}/\mu _{S}}$

Tecnologia

No início da tecnologia, radioisótopos eram utilizados como fontes de radiação, mais especificamente o gadolíneo-153, que emitia raios gama nas energias de 44 e 103 keV. A técnica era então conhecida por DPA (sigla em inglês para Dual photon absorptiometry).

Atualmente utilizam-se tubos de raios X de baixa corrente, capazes de produzir um maior fluxo de fótons que os radioisótopos, reduzindo o tempo do exame e aumentando a resolução da imagem.

No caso dos tubos de raios X, duas técnicas podem ser utilizadas para a produção de raios X com duas energias:

• na primeira, uma fina folha de metal conhecida como filtro de borda K, é colocada na saída do tubo. O metal escolhido absorve os raios X que possuem a energia da camada eletrônica K do material. Os materiais usados podem ser o cério (que quando usados como tubos de 80 kV, vão produzir energias de 40 e 70 keV) ou o samário (que com tubos de 100 kV produzem energias de 47 e 80 keV).
• na segunda, a alimentação do tubo de raios X é feita com uma fonte de alta tensão que alterna as tensões entre baixa (70 kV) e alta (140 kV) em sincronismo com a rede elétrica (durante os meio ciclos alternados).