Generación de RX. Características físicas de los equipos de radiodiagnóstico
Los rayos X se producen cuando hacemos incidir un haz de electrones acelerados contra átomos de un material “blanco”
Al chocar contra los átomos del blanco, los electrones se frenan: pierden parte de su energía.
Parte de esa energía perdida por los electrones se transforma en calor, y otra parte se emite en forma de radiación electromagnética: los rayos X
¿Cómo se produce el haz de RX en un tubo de RX?
El 99% de la energía que pierden los electrones se transforma en calor (!!!)
Sólo el 1% se convierte en rayos X
Problemas:
Poca eficiencia de los tubos de RX
El calor es un efecto indeseable, que puede dañar el tubo
¿Cómo se produce el haz de RX en un tubo de RX?
Entonces, para generar un haz de RX necesitamos:
Una fuente de electrones (filamento/cátodo)
Un material contra el que choquen los electrones (ánodo)
Un mecanismo que nos permita acelerar los electrones
¿Cómo se produce el haz de RX en un tubo de RX?
Generador
Filamento/cátodo
Ánodo
Vacío
Blindaje
Filtros
Componentes del tubo de RX
El generador toma la energía eléctrica de la red y la modifica para adaptarla a las necesidades del tubo de RX:
1º: arrancar electrones del filamento (bajo voltaje). Para el circuito del filamento existe un transformador de bajo voltaje
2º: acelerar estos electrones del cátodo al ánodo (alto voltaje). Existe un transformador de alto voltaje y un conjunto de rectificadores (convierten la corriente alterna de la red en corriente continua) para este circuito de alto voltaje. Transformador y rectificadores están inmersos en aceite, que hace de aislante.
Generador
Resumiendo, el generador adapta la energía de la red, que se necesita para dos cosas:
Arrancar electrones del filamento (corriente mA)
Acelerar los electrones del cátodo al ánodo (voltaje kV)
Estos dos parámetros se pueden seleccionar desde la CONSOLA del generador, en el puesto de control.
Generador
El cátodo es un filamento que produce electrones por EFECTO TERMOIÓNICO:
Cuando un metal se
calienta algunos de los e-
de los átomos más externos
consiguen escapar.
Cuanto mayor es la corriente
que pasa por el filamento,
mayor será la temperatura y
el nº de e- que se emiten.
Filamento/cátodo
¿Con qué material se construye el cátodo?
Está hecho de WOLFRAMIO (W), porque:
Facilidad para formar hilos delgados y fuertes
Alto punto de fusión
Baja tendencia a evaporarse
esperanza de vida razonablemente alta
Una pequeña cantidad de wolframio sí que se evapora y se deposita en la superficie interna de la pared del tubo, dándole un color amarillento.
Tiende a filtrar el haz de RX que sale del tubo
Filamento/cátodo
Copa focalizadora: evita que la nube de electrones se extienda demasiado.
se mantiene al mismo potencial negativo que el filamento
e-
Filamento/cátodo
(Gp:) Copa focalizadora
(Gp:) Filamento
e-
Los tubos de RX tienen habitualmente un doble filamento
Filamento/cátodo
Foco grueso
Foco fino
Focos: el tamaño del foco afecta a la calidad de imagen
Foco fino
Mejor calidad de imagen (menos penumbra geométrica)
Pero llegan menos e- al blanco la exposición debe ser más larga mayor riesgo de movimiento del paciente
Foco grueso
Peor calidad de imagen
Menor tiempo de disparo
Mayor disipación de potencia (menor aumento de temperatura)
Filamento/cátodo
El ánodo es el material contra el que chocan los e- para producir rayos X
La mancha focal es el área del ánodo en la que impactan los electrones
El material del que está fabricado es también WOLFRAMIO, porque:
Alto número atómico (Z): se produce mayor cantidad de radiación de frenado (rayos X).
Alto punto de fusión: para soportar las altas temperaturas alcanzadas.
Baja evaporación: para no perder el vacío.
Alta conductividad térmica: para eliminar rápidamente el calor producido (99% de la energía).
Ánodo
Dos problemas en la construcción del ánodo:
1º: cuanto mayor es la mancha focal, mayor será la disipación del calor, sin embargo mayor será el área del foco y mayor por tanto la penumbra geométrica (peor calidad de imagen) SOLUCIÓN: ÁNODO INCLINADO
2º: a pesar de sus buenas propiedades térmicas, el wolframio no es capaz de soportar el calor producido por exposiciones repetidas SOLUCIÓN: ÁNODO ROTATORIO
Ánodo
Visto desde el paciente,
el tamaño de la mancha
focal (c-d) es menor que
su tamaño real (a-b)
Así aumentamos el área
sometida al impacto de los
electrones manteniendo un
tamaño de foco aparente
pequeño
Ánodo inclinado
Ánodo rotatorio
Todos los componentes del tubo están encerrados en una ampolla de vidrio en la que se ha hecho el vacío
Si no fuera así, los e- chocarían con los átomos del gas:
Se frenarían
Los iones resultantes acabarían destruyendo el filamento
El nº y la velocidad de los e-
que llegan ánodo variarían
de forma incontrolada
Ampolla de vacío
Los rayos X se emiten desde el blanco en todas las direcciones
Además, se dispersan también en todas direcciones al colisionar con las distintas estructuras dentro y alrededor del tubo
Si el tubo no estuviera rodeado de un blindaje de plomo, la intensidad de radiación a su alrededor daría lugar a
Una exposición innecesaria tanto de pacientes como de profesionales
Una peor calidad de imagen
Blindaje
Radiación de fuga: la que se escapa a través de la coraza.
ICPR establece un límite máximo de 1 mGy/h a 1 m del foco y fuera del haz directo trabajando a máxima potencia
Blindaje
(Gp:) Colimador
(Gp:) Apertura de la ventana
Carcasa
Filtración
Sirve para absorber fotones de menor energía
Efectos Endurecimiento del haz
Baja la intensidad global de radiación.
Sube la energía media del haz.
Menor dosis en piel al paciente.
Mejor contraste de la imagen.
Filtración
Filtración inherente:
Debida al propio ánodo, a la envoltura de vidrio del tubo y a la ventana de salida.
Equivale a 0.5-1 mm Al.
Está siempre presente.
Filtración añadida:
Debida a materiales absorbentes colocados a la salida del haz.
Tipo y espesor de material que dependen del kV de operación.
Suele ser sólo aluminio o acompañado de espesores adicionales de cobre (> 150 kVp).
Filtración
Filtración total:
Filtración inherente + Filtración añadida
(mm equivalentes de Al)
Filtración total mínima:
> 1,5 mm de Al para tensiones entre 50 y 70 kV
> 2,5 mm de Al para tensiones superiores a 70 kV
El efecto anódico o efecto talón consiste en que la intensidad del haz de RX no es uniforme en toda su superficie, sino que es menor en la parte del haz más cercana al ánodo
Efecto talón
Causas del efecto anódico: los RX no se generan todos en la superficie del blanco, sino a una cierta profundidad. Algunos fotones son absorbidos por el mismo ánodo
Envejecimiento del tubo: el efecto talón aumenta con las rugosidades del ánodo, y éstas van aumentando con el uso del tubo
Efecto talón
El efecto talón es menor para distancias foco película grandes y para campos pequeños
1. Los rayos que llegan al detector en los extremos del haz han recorrido una distancia mayor que los que llegan en el eje. Por la ley del inverso al cuadrado de la distancia, la intensidad de la imagen en los bordes será menor que en el centro
2. La radiación que sale en direcciones oblicuas atraviesa mayor espesor de absorbente que la que sale en la dirección del eje: la intensidad en los bordes será menor que en el centro
Otras causas de la no uniformidad del haz de radiación
Son la representación gráfica de la intensidad (mA) en ordenadas, en escala lineal, frente al tiempo de exposición (s) en abscisas, en escala logarítmica
Curvas de carga
Las proporciona el fabricante y establecen el límite de seguridad dentro del cual puede operar un tubo de rayos X
Este límite es función de la energía calorífica producida durante la exposición
La tasa de generación de calor producida por una corriente eléctrica es proporcional al producto del voltaje (kV) y la corriente (mA)
Curvas de carga
Si para un estudio necesitamos 120 mAs (1200 mA y 0.1 s), ¿cuál es el máximo kV utilizable en este caso y con este equipo?
70 kV
Curvas de carga: ejemplo
El colimador es un dispositivo de plomo que se sitúa a la salida del tubo y sirve para limitar el área irradiada
Con esto se consigue disminuir la radiación dispersa y, gracias a ello:
Disminuir la dosis a paciente
(y a personal)
Mejorar el contraste de la imagen
Colimación
Objetivo: reducir la radiación
dispersa que llega a la placa, que
empeora la calidad de imagen
La rejilla se sitúa entre el paciente
y el receptor de imagen, y consiste
en una serie de láminas de plomo
(radioopaco) separadas por
láminas de material
radiotransparente
Rejilla antidifusora
Así se consigue evitar que lleguen al receptor de imagen los fotones dispersos (los que no vienen directamente del foco del tubo de RX)
(Gp:) tubo RX
(Gp:) haz primario
(Gp:) paciente
(Gp:) haz
(Gp:) disperso
(Gp:) rejilla
(Gp:) receptor de imagen
Rejilla antidifusora
Las rejillas suelen estar focalizadas: sus láminas no son paralelas sino que están orientadas hacia el foco
Las rejillas focalizadas proporcionan una intensidad de imagen más uniforme (siempre que estén colocadas a la distancia correcta del tubo)
Rejilla antidifusora
(Gp:) Tubo de rayos X
(Gp:) Radiación primaria
(Gp:) Paciente
(Gp:) Radiación dispersa
(Gp:) Parrilla
(Gp:) Película
Rejillas móviles: Para evitar ver la rejilla en la imagen, ésta se mantiene en movimiento durante la exposición, de modo que su visión se difumina
Rejilla antidifusora
Efectos de la rejilla:
Menor radiación dispersa mejor calidad de imagen
Menor radiación directa obliga a aumentar el tiempo de exposición y, por tanto, también la dosis a paciente
En algunos casos interesa más no utilizarla
Extremidades
Niños
Mamas
Rejilla antidifusora
Qué es: es un dispositivo, formado por cámaras de ionización, que mide la cantidad de radiación que llega al receptor de imagen y corta la exposición cuando al receptor ha llegado la cantidad suficiente de radiación
Para qué sirve: se reducen las dosis a pacientes al evitar exposiciones demasiado cortas (repetición de placa) o demasiado largas (dosis innecesaria)
De especial importancia en radiología digital
Las cámaras de ionización de un exposímetro automático deben ser calibradas con un maniquí para que corten la exposición cuando se ha alcanzado el intervalo de ennegrecimiento requerido por el radiólogo
Control automático de exposición
En escopia: CAB (Control Automático de Brillo)
El CAB cambia la tasa de exposición a medida que cambia la atenuación del paciente. Se puede cambiar el mA, el kV o ambos.
Curva de arriba: aumenta el mA más rápidamente que el kV; mantiene el contraste a expensas de una mayor dosis.
Curva de abajo: aumenta el kV más rápidamente que el mA; incrementa menos la dosis, pero empeora el contraste.
RESOLUCIÓN ESPACIAL: es la capacidad de un sistema para representar por separado las imágenes de dos objetos muy cercanos. Se mide en pl/mm (pares de líneas por mm)
RESOLUCIÓN DE CONTRASTE: es la capacidad de un sistema para representar la imagen de un objeto que difiere muy poco en densidad de su entorno. Cuanto menor es el ruido, mejor se ven los objetos de bajo contraste.
Receptores de imagen: parámetros que definen la calidad de imagen
CONTRASTE: es la variación de valores de ennegrecimiento presente en un sistema receptor de imagen.
La escala de contraste es el intervalo de valores de grises que hay entre la parte más blanca y la más negra de un sistema de imagen
Receptores de imagen: parámetros que definen la calidad de imagen
CONTRASTE
BRILLO (intensificador de imagen)
La ganancia de brillo es el cociente entre el brillo de la pantalla del I.I. y el de una pantalla de referencia (Patterson B-2) cuando ambos reciben la misma exposición
Receptores de imagen: parámetros que definen la calidad de imagen
BRILLO
Son sistemas que hacen visible la radiación primaria, que es la radiación transmitida después de haber atravesado un determinado espesor de tejido
Conjunto placa-pantalla (radiología convencional)
Sistemas digitales
CR
DR
Intensificador de imagen + sistema de TV
Receptores de imagen
SISTEMA PELÍCULA-PANTALLA
Receptores de imagen
Películas radiográficas: emulsión sensible a la radiación compuesta cristales de haluro de plata
La energía cedida por la radiación se traduce en la formación de una imagen latente, no visible inmediatamente después de su exposición
Mediante el proceso de revelado la imagen latente se convierte en una imagen en la película radiográfica.
Las películas van dentro de chasis que incorporan pantallas intensificadoras o “cartulinas de refuerzo”
Receptores de imagen
Cartulinas de refuerzo
Están hechas de material fosforescente
Transforman los RX en luz visible de una longitud de onda a la cual la película presenta alta sensibilidad
Ventaja: disminución de
dosis a paciente
Inconveniente: empeoran la
resolución espacial
RECEPTORES DIGITALES: CR
Se adquiere la imagen en una lámina de fósforo fotoestimulable
Se digitaliza mediante la lectura con láser
Receptores de imagen
CR: lectura
Receptores de imagen
RECEPTORES DIGITALES: DR
La adquisición de la imagen es directamente digital. Se realiza con los paneles planos (flat panels)
Exposición y lectura se realizan en un único paso. Se puede ver la imagen inmediatamente tras la exposición en un monitor
Detectores muy eficientes: bajo nivel de ruido
Disminución de dosis a pacientes
Receptores de imagen
Receptores de imagen
INTENSIFICADOR DE IMAGEN
PASO 1: Los RX inciden sobre una pantalla fluorescente que hay a la entrada y se transforman en luz (3000 fotones de luz por cada fotón de RX)
PASO 2: Los fotones de luz inciden en el fotocátodo y ceden su energía a electrones
PASO 3: Estos electrones son enfocados y acelerados hacia el ánodo del tubo intensificador e inciden sobre otra pantalla fluorescente
PASO 4: Los electrones vuelven a producir fotones visibles que, a través de un canal de TV, llegan a la retina del observador
La imagen formada está amplificada en intensidad
Menor resolución espacial que los otros sistemas
Elementos de un sistema de fluoroscopia
Receptores de imagen