PRESENTACIÓN 3:
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE
LOS EQUIPOS DE RAYOS X
MÓDULO II
Partes esenciales del tubo de rayos X
Filamento emisor de
electrones
Blanco de elevado
número atómico
Tubo con alto vacío para
facilitar el desplazamiento
de los electrones
Se aplicará una alta diferencia de
potencial entre el filamento y el
blanco, que actuarán como
cátodo y ánodo respectivamente.
-+
Por efecto termoiónico
aparece una nube de
electrones alrededor del
filamento
Al establecer una diferencia de potencial (V)
entre el cátodo y el ánodo, los electrones
son atraídos hacia el polo positivo,
adquiriendo una energía cinética e·V
Al interaccionar los
electrones en el
cátodo pierden su
energía produciendo
FACTORES QUE MODIFICAN EL HAZ DE
RADIACIÓN
• Diferencia de potencial
• Al aplicar una diferencia de potencial V, los electrones adquieren una
energía cinética: Ec = e · V
• Al interaccionar con el blanco los electrones pueden perder toda o parte
de su energía cinética
• La energía máxima del haz de radiación X producido valdrá e·V. Así,
con 70 kV la energía máxima del haz de rayos X será de 70 keV
• Al tener mayor energía pueden originarse mayor número de fotones
• Intensidad de corriente de tubo
• Cuanto mayor sea la intensidad de corriente, mayor es el número de
electrones que impactan en el blanco y mayor la intensidad de la
radiación producida.
En los equipos dentales intraorales las estructuras
a radiografiar presentan características similares y
se diferencian en los espesores.
Estos equipos funcionan con
tensión e intensidad fijas. Suele
ser 70 kV y 8 mA.
Para radiografiar los diferentes
dientes se debe variar la
cantidad de radiación emitida
por el equipo. Esto se hace,
seleccionando distintos tiempos
de exposición.
Amplificación
Rectificación
A
Consola de mandos
Permite controlar kV,
mA y tiempo
EQUIPO DE RAYOS X
FOCO
Zona donde
impactan los
electrones
Ánodo
Filamento: emisor
de electrones
El tamaño del foco depende del tamaño del
filamento y del área de impacto de los
En las exploraciones
radiográficas conviene
delimitar el haz de
radiación
COLIMADOR
En radiografía
dental intraoral,
para colimar, se
utilizan conos
Los conos pueden ser circulares o
rectangulares, de diferentes longitudes
En ortopantomografía, un colimador situado a la salida del
tubo delimita el haz de radiación, y otro situado delante de
la película hace que en cada instante se exponga una zona
de la película diferente
El tubo y la película giran simultáneamente
alrededor de la cabeza del paciente
TUBO RX
COLIMADOR
El sistema de imagen más usual es la película radiográfica
La imagen se obtiene por
la transformación de Ag
+
en Ag tras la exposición a
la radiación X y posterior
revelado de la película
Película
radiográfica
Sistemas digitales
Permiten capturar la imagen y visualizarla directamente
en la pantalla de un ordenador
Sensores digitales
para radiografía
TEMA 3
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS EQUIPOS DE
RADIODIAGNÓSTICO
ÍNDICE
1. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS EQUIPOS DE RAYOS X
1.1. El tubo de rayos X 1.2. El generador 1.3. Focos 1.4. El ánodo 1.5. Curvas de carga
2. DISPOSITIVOS ASOCIADOS AL TUBO DE RAYOS X
2.1. Filtración 2.2. Colimación
2.3. Exposímetro automático
3. CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DE IMAGEN
3.1. Película fotográfica 3.2. Sistemas digitales
1. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS EQUIPOS DE RAYOS X
1.1. El tubo de rayos X
En el tema anterior se vieron los modos de interacción de partículas cargadas, en particular electrones, con la materia. Se describieron la colisión inelástica y la colisión radiativa, mecanismos mediante los cuales un haz de electrones con suficiente energía es capaz de producir radiación X. Por tanto, para la producción de rayos X es necesario disponer de un haz de electrones con una elevada energía cinética que pueda impactar contra un blanco de tal modo que el haz de electrones pierda su energía dando lugar a radiación electromagnética en la gama de la radiación X.
Los fotones que se van a generar mediante este mecanismo pueden ser debidos a:
- el frenado de los electrones (radiación de frenado producida por colisión radiativa del los electrones acelerados con los átomos del blanco)
- la emisión de radiación característica por parte del blanco (rayos X característicos producidos una vez que los huecos que quedan vacantes en las capas electrónicas del blanco tras la colisión inelástica de los electrones acelerados son rellenados por electrones de capas más externas).
Para que ocurran estos fenómenos es necesario disponer, en el interior de un tubo de vacío, de un haz de electrones y acelerarlo a energías altas. Para ello, se dispondrá de un filamento (emisor de electrones) y de un blanco (un metal de elevado número atómico) contra el que impactarán los electrones, y se establecerá una diferencia de potencial suficientemente alta para dotar a los electrones de alta energía cinética (figura 1).
-
+
Intensidad de filamento BlancoFigura 1: Filamento y blanco. Nube de electrones acelerados
La corriente eléctrica que circula por el filamento hace que éste se ponga incandescente apareciendo en torno al filamento, por efecto termoiónico, una nube de electrones, de modo similar a lo que ocurre en una bombilla. Al establecer una diferencia de potencial entre el filamento y el blanco, cátodo y ánodo respectivamente, los electrones que se encuentran en la nube electrónica son atraídos hacia el polo positivo (blanco) y adquieren en el trayecto una energía cinética (Ec) cuyo valor máximo es:
Ec = e · V
En los equipos de radiografía dental intraoral la diferencia de potencial V suele estar en torno a los 70 kV, en cuyo caso la energía que pueden adquirir los electrones es de 70 keV y por tanto los fotones de radiación X producidos podrán tener una energía máxima de 70 keV. Para radiografía dental intraoral el valor de la diferencia de potencial aplicada es fijo, mientras que en radiografía dental panorámica (ortopantomografía) suele variarse entre 60 y 90 kV.
La intensidad de corriente de tubo va a determinar la cantidad de electrones por unidad de tiempo que pueden impactar con el blanco, de modo que determinará también la intensidad de la radiación producida. Los equipos de radiografía dental intraoral suelen utilizar una corriente de tubo fija, de pocos mA, mientras que la mayor o menor cantidad de radiación suele controlarse a través del tiempo de exposición.
Los elementos anteriores, filamento y blanco, se encuentran en el interior de una ampolla de vidrio en cuyo interior se ha hecho el vacío (figura 2). De este modo los electrones no perderán energía en su recorrido por interacción con las moléculas de aire o gas que en otro caso pudiera existir en el interior del tubo.
-
+
Radiación XFigura 2: Tubo de rayos X
Al impactar contra el ánodo, la mayor parte de la energía que llevan los electrones no se convierte en radiación X sino en calor, lo que da lugar al aumento de temperatura del ánodo. Por ello, el ánodo deberá reunir entre otras propiedades la de tener un punto de fusión alto, ser un buen conductor del calor de modo que éste se disipe rápidamente y tener una baja tensión de vapor. El wolframio es un material que reúne estas características además de aumentar el rendimiento del tubo, es decir, la proporción de radiación X frente a la producción de calor, debido a su elevado número atómico (Z=74).
1.2. El generador
En la generación de rayos X interesa que los electrones se muevan en el interior del tubo hacia el blanco, y no en sentido contrario, es decir que el blanco tenga siempre polaridad positiva, y que la diferencia de potencial aplicada entre cátodo y ánodo se mantenga constante.
Los tubos de rayos X se alimentan con corriente de la red que es una corriente alterna de 50 Hz de frecuencia y 220 voltios de amplitud. Necesitamos por tanto rectificar la señal para obtener una tensión constante y amplificarla para que tome, en los equipos dentales, un valor del orden de los 70 kV.
En la actualidad existen generadores de alta frecuencia para los cuales la tensión cátodo- ánodo es prácticamente constante.
La figura 3 representa el esquema de un equipo de rayos X incluyendo las etapas de amplificación y rectificación. Consola de mandos
Amplificación A Rectificación
GENERADOR Alimentación del filamento
Figura 3: Esquema de un equipo de rayos X
1.3. Focos
La zona del ánodo en la que impactan los electrones constituye el foco de rayos X. Con objeto de focalizar los electrones hacia un área pequeña del ánodo (figura 4b), el filamento emisor de electrones (figura 4a)se encuentra en el interior de una copa de enfoque (elemento metálico cuyo potencial eléctrico es igual al del filamento).
a) b)
Figura 4: Elementos de un tubo de rayos X. a) Filamento. b) Ánodo
El tamaño del foco va a influir en la definición de la imagen (figura 5). La imagen se obtiene como proyección geométrica del objeto sobre un soporte (película, intensificador, …).
Foco puntual Foco extenso
objeto sombra (imagen)
sombra (imagen) penumbra
Figura 5: Tamaño del foco y definición de la imagen
Un foco puntual produciría una imagen nítida, bien definida, mientras que con la utilización de un foco extenso los límites del objeto estarán peor definidos existiendo una zona de penumbra en su contorno. Los equipos de radiografía dental suelen tener un foco fino del orden de décimas de mm, llegando algunos a disponer de un foco de 0,4 mm, lo que produce imágenes de muy alta calidad, caracterizadas por una zona mínima de penumbra alrededor de la estructura morfológica y un alto nivel de definición.
1.4. El ánodo
La pérdida de la energía cinética de los electrones que impactan contra el ánodo se traduce fundamentalmente en calor. Sólo algo menos del 1% de la energía puesta en juego se transforma en radiación X. Como consecuencia de esto se produce el calentamiento del ánodo.
El material que constituye el ánodo debe poseer una serie de características que, por una parte, aumenten el rendimiento del tubo (mayor producción de rayos X), y por otra, eviten la aparición de daños en el blanco como consecuencia del calor. Para lo primero, se utilizan como material del blanco, elementos con número atómico alto. Para evitar los daños en el blanco por efecto del calor, el material utilizado deberá tener:
Alto punto de fusión
Baja tensión de vapor (para evitar que el blanco se vaporice)
Gran conductividad térmica (de modo que se disipe rápidamente el calor generado)
El elemento más utilizado como blanco por sus características es el wolframio: Z = 74; punto de fusión > 3000 ºC
La distribución espacial de la radiación X emitida no es perfectamente uniforme, siendo mayor la intensidad de la radiación en el lado del haz de rayos X más cercano al cátodo que la del lado más cercano al ánodo (figura 6a). Como se muestra con más detalle en la figura 6b, no todos los rayos X emitidos desde una cierta profundidad en el blanco deben atravesar el
mismo espesor de material, por lo que ya en el propio blanco se produce una atenuación del haz producido. Así, antes de emerger, los fotones más próximos al ánodo han tenido que atravesar un espesor mayor del blanco (talón) que los fotones más próximos al cátodo. Debido a esta diferente absorción, la intensidad de los rayos X que atraviesan el «talón» del blanco es menor que la de los que lo hacen en la «puntera». Ése es el denominado efecto talón o efecto anódico. En general, cuanto mayor es el punto focal de un tubo de rayos X, mayor es el efecto anódico. b) Cátodo electrones
Ánodo Rayo central
Talón del ánodo
Rayos X
120 110 105 100 90 80 75
% de la intensidad del rayo central
a)
Figura 6: Efecto anódico. a) Distribución de intensidad; b) Ampliación
1.5 Curvas de carga
Dado que la producción de rayos X lleva asociada la producción simultánea de calor, y esto puede provocar un deterioro del tubo de rayos X, es necesario escoger adecuadamente los valores de kV, mA y tiempo de exposición de forma que se limite el depósito de energía en el ánodo. Una menor carga para el tubo conduce a un incremento en la duración del mismo. Las curvas de carga nos indican los límites establecido en estos parámetros para no sobrecargar el tubo.
Las curvas de carga (figura 7) son una representación semilogarítmica de la intensidad (mA) frente al tiempo de exposición (s), para cada kilovoltaje.
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
mA 70 kVp 80 kVp 90 kVp 100 kVp 110 kVp 125 kVp 150 kVp0,001
0,01
0,1
1
10
Tiempo máximo exposición (segundos)
Figura 7: Curvas de carga de un tubo de rayos X
La cantidad de calor que un tubo puede soportar sin llegar a dañarse excesivamente viene en parte determinada por el generador (forma de onda y tipo de rectificación), el área de wolframio bombardeada por los electrones (tamaño de la mancha focal, masa y diámetro del ánodo, ángulo del mismo y en equipos con ánodo giratorio velocidad de rotación,) y duración de la exposición.
2. DISPOSITIVOS ASOCIADOS AL TUBO DE RAYOS X
2.1. Filtración
El haz de la radiación emitida por un tubo de rayos X contiene fotones de diferentes energías. El valor de energía máxima viene caracterizado por la diferencia de potencial aplicada entre el cátodo y el ánodo, y el valor de la energía mínima viene determinado por las características de la ventana del tubo. Los fotones menos energéticos que aparecen en el haz emergente del tubo serán aquellos que tienen energía suficiente para atravesar dicha ventana; los fotones de menor energía son filtrados por las paredes del tubo, o eliminados del haz de radiación emergente. Se dice que el tubo tiene una filtración inherente, y se expresa en mm equivalentes de aluminio.
El valor de la filtración requerida depende de la diferencia de potencial aplicada entre cátodo y ánodo. El valor de filtración total para tubos que operan a tensiones iguales o superiores a 70kV ha de ser mayor o igual a 2,5 mm de Al, y en caso de tensiones inferiores a 70 kV la filtración total ha de ser mayor o igual a 1,5 mm de Al. Para conseguir esta filtración, el tubo de rayos X dispone de unos filtros adicionales que se suman a la filtración inherente.
2.2. Colimación
En las exploraciones radiográficas conviene delimitar la extensión del haz de radiación, es decir, el área de irradiación. Esto puede realizarse utilizando colimadores de apertura variable
o conos (figura 8). Los primeros permiten ajustar de forma manual o automática el área de irradiación al tamaño de la película utilizada. Los segundos son muy utilizados en odontología y suelen tener una apertura fija.
Figura 8: Colimadores
Los conos más utilizados en radiografía intraoral son colimadores circulares con una longitud de 20 cm, aunque en algunos equipos es posible disponer de colimadores de 30 cm de longitud. También se utilizan, y son más recomendables, los colimadores rectangulares con las mismas longitudes. El área de irradiación en el extremo del colimador, cuando se utilizan los colimadores circulares, corresponde a un circulo con un diámetro del orden de 60 mm, y cuando se utilizan los rectangulares del orden de 35x45 mm2.
Tubo de rayos X Giro del tubo Haz colimado de radiación Película y colimador Movimiento del soporte de imagen
Figura 9: Doble colimación en ortopantomografía
En los equipos extraorales, el sistema de colimación es variable en función del tipo de exploración a realizar: cefalometrías u ortopantomografías. Tiene especial interés considerar el caso de las ortopantomografías, para las que se utiliza un sistema doble de colimación. Un primer colimador, situado delante del tubo selecciona un haz estrecho de radiación, y un segundo colimador situado delante de la película permite que en cada instante se exponga únicamente una zona de la película que no había sido expuesta anteriormente (figura 9). De esta forma, mediante el movimiento simultáneo del tubo y la película alrededor de la cabeza
del paciente se obtiene la proyección de un plano elíptico sobre una película plana, correspondiendo cada punto de la imagen en la película a la proyección de una zona diferente de la mandíbula. 2.3. Exposímetro automático
La obtención de una imagen radiológica ha de realizarse de forma tal que sobre la película (o sistema de imagen utilizado) se obtenga una densidad de oscurecimiento adecuada para poder evaluar diagnósticamente la imagen. Para ello, en modo manual se pueden elegir los parámetros del haz que permiten obtener esta imagen: kV, mA y ms (o kV y mAs). El sistema de exposimetría automática permite controlar los mAs para que la densidad óptica sea la adecuada, es decir cortará el disparo cuando se ha alcanzado la dosis de radiación necesaria.
Los equipos intraorales que operan a un valor fijo de mA no disponen de este tipo de sistemas, pero sí que se pueden encontrar en algunos ortopantomógrafos.
3. CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DE IMAGEN
El haz de radiación que emerge de un tubo de rayos X tiene una distribución espacial casi homogénea. Al interaccionar este haz con un material absorbente, la distribución del haz después de atravesarlo pierde su uniformidad en función de las estructuras atravesadas (figura
10). El objetivo de los sistemas de imagen es poder visualizar esa distinta distribución
espacial de la intensidad del haz. Para ello, se utilizan diversos soportes cuyo fundamento se basa en aprovechar los efectos de la radiación X sobre determinados materiales: efecto fotográfico sobre películas, efecto de fluorescencia en pantallas con tubo intensificador de imagen. Haz uniforme
Menor intensidad del haz Mayor intensidad del haz
Figura 10: Interacción del haz de radiación con un absorbente
3.1. Película fotográfica
La película fotográfica consiste en una emulsión formada por una mezcla uniforme de gelatina y cristales de halogenuro de plata. Tras la exposición a la radiación X los iones Ag+
se transforman en plata atómica, en mayor proporción cuanto mayor sea la intensidad de la radiación. Tras el revelado adecuado de la película se eliminan los halogenuros de plata restantes, que no se han transformado en plata metálica, apareciendo la plata depositada con diferentes tonos de gris en función de la intensidad que incidió en la película. La película fotográfica se encuentra en el interior de un chasis herméticamente cerrado que impide el que la película se vele por acción de la luz ambiental (figura 11).
película protector
Figura 11: Película dental
3.2. Sistemas digitales
En la actualidad se están utilizando sistemas digitales que permiten capturar la imagen y visualizarla directamente en la pantalla de un ordenador (figura 12).
a) b)
Figura 12: Sistemas digitales. a) Sensores digitales para radiografía intraoral1 b) Casete para radiografía digital panorámica2
Algunos sistemas digitales utilizan un fósforo, elemento que tiene la propiedad de almacenar información cuando se somete a un haz de radiación X y de emitir en forma de luz la información almacenada cuando se somete posteriormente a excitación mediante luz láser. En estos casos se utilizan chasis conteniendo el fósforo (de forma similar a las películas convencionales) y después de exponerlo a la radiación X “se revela” en una procesadora digital que realiza la lectura de la imagen almacenada. La luz emitida por cada punto del fósforo se enfoca mediante un sistema de lentes hacia un tubo fotomultiplicador, que capta la luz, la amplifica y la transforma en una señal eléctrica que se envía a un ordenador para su presentación en el monitor y almacenamiento de los datos.
1 http://www.gehealthcare.com/euen/dental/products/sigma-sensors/index.html 2
Otros sistemas utilizan una tecnología de captura directa de imágenes digitales convirtiendo la radiación X directamente en señales electrónicas. Constan de sensores electrónicos basados en tecnología CCD (Charge Couple Device) que son sensibles a la radiación X. Los sensores se colocan de forma similar a la película común, ya sea en radiografía intraoral o panorámica. El sensor electrónico se conecta mediante un cable al ordenador y proporciona una imagen radiológica que de forma inmediata se visualiza en el monitor. Puesto que no se utiliza luz en la conversión, el perfil y la resolución de la señal son altamente precisos, obteniéndose una excelente calidad de imagen. Por otra parte, la alta sensibilidad del sensor permite reducir considerablemente las dosis impartidas a pacientes: del orden de un 60% en radiografía panorámica y hasta un 90% en radiografías intraorales.
PRESENTACIÓN 4
EL HAZ DE RADIACIÓN.
ESPECTRO DE RAYOS X
MÓDULO II
1. CLASES DE HACES DE
RADIACIÓN
Haz útil o radiación primaria o haz
directo: RX emitidos a través de la ventana
del tubo
Radiación de fuga: radiación emitida a
través de la carcasa o en cualquier otra
dirección que no sea el haz útil.
Radiación dispersa: radiación producida al
Cada uno de estos tres tipos de haces tienen
diferentes intensidades. Ordenados de mayor a
menor:
– Haz primario
– Haz disperso: Intensidad disperso = 0.1% Intensidad
primario a 1 m
– Radiación de fuga
El paciente es el principal
productor de radiación
dispersa
2. DEFINICIÓN Y PARTES
DE UN ESPECTRO DE
RAYOS X
Espectro de rayos X: número relativo de
fotones de rayos X emitidos en función de
la energía de dichos fotones.
2.1 Parte discreta del espectro de RX
RX característicos: se producen cuando un
e
-
, procedente del cátodo, ioniza a un átomo
del ánodo, es decir, el e
-
arranca un e
-
(A) de
las capas atómicas más internas,
produciéndose una transición de otro e
-
(B)
más externo hasta el hueco de la capa
interna. Esta transición va acompañada por
la emisión de un fotón de RX.
2.2 Forma continua del espectro de
RX
Espectro continuo de frenado
(Bremsstrahlung) o de emisión: es debido
a la radiación de frenado producida por los
e
-
procedentes del cátodo.
– La energía de los fotones espectro va desde
cero hasta la máxima energía de los e
-
proyectil
– La mayoría de los rayos X tienen
3. FACTORES QUE
MODIFICAN EL ESPECTRO
DE RX
La corriente del tubo
Tiempo de exposición
El potencial del tubo
La filtración del haz
Material del blanco
3.1 La corriente del tubo
La corriente (mA) controla el flujo de e
-
que va
del cátodo al ánodo
A mayor mA mayor nº de fotones de todo el rango
de energías presentes en el espectro
Un cambio en la corriente del tubo produce un
cambio proporcional en la amplitud del
espectro de emisión
3.2 Tiempo de exposición
Tiene el mismo efecto que el mA: el nº de
fotones de cualquier energía en el haz es
directamente proporcional al tiempo de
exposición
La corriente del tubo y el tiempo de
exposición se funden en un parámetro:
corriente instantánea (mAs)
3.3 El potencial del tubo
Afecta a:
– la intensidad del espectro de emisión: al
aumentar la tensión, el área bajo la curva
aumenta con el cuadrado del factor por el que
se elevó el kV
– la posición del espectro de emisión de rayos X:
un aumento de la tensión desplaza el espectro
hacia la derecha, es decir, hacia energías más
altas
3.4 La filtración del haz
Filtración Inherente: cápsula de vidrio del tubo
de RX. Equivale a 0.5 mm Al aunque con el
tiempo aumenta debido al depósito del W
vaporizado del filamento y del blanco
Filtración añadida: láminas de aluminio
colocadas entre el alojamiento protector del tubo y
el colimador. Espesor 1 o 2 mm Al
Filtración total: suma de la filtración inherente y
de la añadida. Se expresa mediante su
3.5 Material del blanco
El material del blanco influye más en la
parte discreta que en la continua
Al aumentar el Z del blanco, el espectro
discreto se desplaza hacia la derecha, ya
que la radiación característica es de energía
más alta (energía de ligadura aumenta con
Z)
3.6 Forma de rectificación de onda
de la tensión
Procedimientos de rectificación:
– transformación de la corriente alterna de la red
en corriente continua.
– Evita que el ánodo se convierta en polo (-) y el
cátodo en (+)
– Tipos de rectificación:
• Monofásica: de media onda o de onda completa
• Trifásica: de seis o de doce pulsos
4. CANTIDAD DE RAYOS X
Cantidad o intensidad (I) de RX: Es el nº
de RX en el haz útil
Es proporcional al área bajo la curva del
espectro
Factores que le afectan:
– Miliamperios segundo (mAs)
– Kilovoltios (kVp)
– Distancia
– Filtración
5. CALIDAD DE RAYOS X
Calidad de RX: capacidad de penetración de un haz de
RX. Según su penetración, los haces se califican como:
– Duros: de alta penetración o alta calidad
– Blandos: de baja penetración o baja calidad
Se caracteriza numéricamente mediante el valor de la capa
hemirreductora, HVL (Half Value Layer):
– grosor del material absorbente para reducir la
exposición producida por el haz a la mitad de su valor
original
– RX utilizados en radiodiagnóstico: HVL: 3-5 mm Al
– Diferentes combinaciones de filtración añadida y
6. INFLUENCIA DEL
ESPECTRO SOBRE LA
CALIDAD DE LA IMAGEN
Influye sobre:
– Densidad óptica (grado de ennegrecimiento de
la película convencional) o brillo (en monitores
de TV): se ven modificados tanto por la cantidad
(mAs) como por la calidad de la radiación
– Contraste (diferencia de densidad óptica entre
estructuras anatómicas adyacentes): se ve
7. INFLUENCIA DEL
ESPECTRO SOBRE LA DOSIS
AL PACIENTE
Tensión de pico (kVp):
– Aumento de kVp reduce la dosis al paciente ya que permite
disminuir los mAs, para mantener un nivel de densidad óptica
aceptable
Filtración:
– Debe ser la suficiente para evitar que el paciente se irradie con
fotones de bajas energías que no intervienen en la formación de
imagen al ser absorbidos en el paciente
mAs
– Cuanto mayores sean los mAs mayor es la dosis que recibe el
paciente
8. CARACTERÍSTICAS DE LOS
HACES DE UN EQUIPO DE RX
DENTAL
Equipos dentales intraorales:
– Tensión pico: 70 kVp (Fijo)
– Filtración mínima: 1.5 mm Al
– Cantidad de radiación: entre 6 - 8 mA (Fijo)
– El ennegrecimiento se controla modificando la
variable tiempo
Ortopantomógrafos:
– Tensión pico: 60 – 90 kVp
– Filtración mínima: 2.5 mm Al
– Cantidad de radiación: habitualmente entre 2 –
20 mAs
– Tiempo variable: entre décimas de segundo y
algunos segundos
TEMA 4
INDICE
1.- CLASES DE HACES DE RADIACIÓN
2.- DEFINICIÓN Y PARTES DE UN ESPECTRO DE RAYOS X
2.1. Parte discreta del espectro de rayos X 2.2. Parte continua del espectro de rayos X
3.- FACTORES QUE MODIFICAN EL ESPECTRO DE RAYOS X
3.1. La corriente del tubo 3.2. Tiempo de exposición 3.3. El potencial del tubo 3.4. La filtración del haz 3.5. Material del blanco
3.6. Forma de rectificación de onda de la tensión
4.- INTENSIDAD DEL HAZ DE RAYOS X
4.1. Miliamperios por segundo 4.2. Kilovoltios 4.3. Filtración
5.- CALIDAD DE RAYOS X 5.1. Tensión 5.2. Filtración
6.- INFLUENCIA DEL ESPECTRO SOBRE LA CALIDAD DE LA IMAGEN
1.- CLASES DE HACES DE RADIACIÓN
Cuando se producen los rayos X, estos son emitidos isotrópicamente, es decir, con la misma intensidad en todas direcciones. Pero solamente se utilizan los emitidos a través de la llamada ventana del tubo de rayos X. En la figura 1 se muestra un diagrama ilustrativo.
Figura 1: Esquema de un tubo de rayos X. El
blindaje de la carcasa protectora tiene el objetivo de reducir la intensidad de la radiación de fuga.
Los rayos X emitidos a través de la ventana constituyen el haz útil o radiación primaria o
haz directo. Otro pequeño porcentaje de los rayos X producidos en el ánodo se escapan a
través del blindaje de la carcasa protectora del tubo de rayos X y reciben el nombre de
radiación de fuga. Por tanto, se entiende por radiación de fuga la radiación emitida a través
de la carcasa y en cualquier otra dirección que no sea la del haz útil. Esta radiación de fuga no contribuye a la información diagnóstica y produce una exposición innecesaria del paciente y operador.
La radiación dispersa se produce cuando el haz primario choca con un objeto, de forma que parte de los fotones se dispersan. Durante la radiografía y la fluoroscopia el paciente es el principal productor de radiación dispersa, tal y como se ilustra en la figura 2.
Cada uno de estos tres tipos de haces tiene diferente intensidad. Como norma general, se puede considerar que la intensidad de la radiación dispersa a 1 m del paciente es el 0,1% de
la intensidad del haz primario que recibe el mismo. Si el blindaje de la carcasa del tubo de
rayos X está bien diseñada, la radiación de fuga nunca sobrepasará el límite máximo permitido de 1 mGy/hora a 1 m. Normalmente las medidas de radiación de fuga suelen ser mucho menores que este límite. Por orden de intensidad, de mayor a menor, se pueden ordenar de la siguiente manera: haz primario, haz disperso y radiación de fuga. El primero está localizado y colimado; los otros dos ocupan toda la sala de exploración.
Figura 2: Clasificación de los haces de
radiación: haz primario, radiación de fuga y radiación dispersa.
2.- DEFINICIÓN Y PARTES DE UN ESPECTRO DE RAYOS X
Se conoce como espectro de emisión de rayos X al número relativo de fotones de rayos X emitidos en función de la energía de dichos fotones. Suele representarse gráficamente como se muestra en la figura 3.
Figura 3: Forma general de un espectro de rayos X
En verdad, no es posible coger individualmente cada uno de los fotones de un haz de rayos X y medir su energía, para así ir contando el número relativo de éstos en función de la misma. No obstante, existen distintos instrumentos de detección y medida de radiaciones que permiten medir con bastante precisión estos espectros de emisión de rayos X.
2.1. Parte discreta del espectro de rayos X
En el tubo de rayos X, cuando un electrón proyectil, procedente del cátodo, interacciona con un átomo del ánodo ionizándolo, esto es, arrancándole un electrón (A) de las capas atómicas más internas, se produce una transición de otro electrón (B) orbital desde una capa más externa hasta el hueco en esa capa interna. Esta transición va acompañada por la emisión de un fotón de rayos X que tiene una energía precisamente igual a la diferencia de las energías de ligadura de los correspondientes electrones orbitales (Energía ligadura A – Energía ligadura B ).
Dado que la energía de ligadura de los electrones en cada capa es distinta y característica para cada elemento, los rayos X característicos producidos en diversos elementos también lo serán. Así, este tipo de radiación X recibe el nombre de característica por ser precisamente característica del elemento del blanco.
Figura 4: Los rayos X característicos de
producen tras la ionización de un electrón. El electrón proyectil transfiere su energía a un electrón de una capa interna (1), de forma que
dicho electrón abandona la capa atómica y es dispersado (2). A continuación un electrón de la capa externa ocupa el hueco producido, y
La energía de un rayo X característico del Wolframio puede adoptar sólo algún valor de entre un total de 15, pero no ningún otro. Estos 15 valores son las diferencias entre las energías de ligadura de las capas externas y las energías de ligadura de las capas internas del Wolframio.
2.2. Parte continua del espectro de rayos X
Los fotones de rayos X producidos por radiación de frenado de los electrones procedentes del cátodo (también llamada bremsstrahlung), en el blanco del ánodo, tienen una energía que puede variar entre cero y la energía de dichos electrones. La energía de los electrones que impactan en el ánodo procedentes del cátodo, expresada en keV, es numéricamente igual al valor del kilovoltaje, kV, con el que se efectúa la exposición. Por ejemplo, en un tubo de rayos X que opere a 70 kV, los electrones procedentes del cátodo impactarán en el ánodo con una energía de 70 keV. Ese ánodo emitirá fotones de frenado con energías que van de 0 a 70 keV. En la figura 5 aparece un ejemplo típico de un espectro de emisión de rayos X continuo
de frenado o espectro continuo de emisión.
Figura 5: El espectro de emisión de
rayos X de los fotones de frenado se extiende desde cero hasta la máxima energía de los electrones del proyectil;
la mayoría de los rayos X tienen aproximadamente la tercera parte de la
energía máxima.
A diferencia del espectro discreto, las energías de los fotones del espectro continuo tienen energías que pueden oscilar desde cero hasta el valor máximo. Además, la forma general del espectro de rayos X continuo es muy parecida para todos los aparatos de rayos X. Como se observa en la figura 5, la mayoría de los fotones de rayos X se emiten con una energía en torno a 1/3 de la energía máxima (keV). También se ve cómo el número de fotones de rayos X disminuye a energías muy bajas y llega casi a cero por debajo de 5-10 keV.
3.- FACTORES QUE MODIFICAN EL ESPECTRO DE RAYOS X
3.1. La corriente del tubo
Si se cambia en la consola el valor de mA de 50 a 100 mA, manteniendo constantes otras condiciones, fluirán dos veces más electrones desde el cátodo hacia el ánodo. Esta modificación producirá dos veces más fotones de rayos X para todo el rango de energías presentes en el espectro. En otras palabras, el espectro de emisión de fotones cambiará de intensidad, pero no de forma, como se muestra en la figura 6. Cada punto de la curva de 100 mA es exactamente dos veces más alto que el punto correspondiente en la curva de 50 mA.
3.2. Tiempo de exposición Figura 6: Un cambio en la
corriente del tubo de rayos X da lugar a un cambio proporcional en la intensidad del espectro de emisión de
rayos X a todas las energías.
Es un factor que se selecciona junto al miliamperaje y al kilovoltaje, previamente a la adquisición. Su efecto sobre el espectro es exactamente el mismo que el del miliamperaje, es decir, el número de fotones de cualquier energía presentes en el haz es directamente proporcional al tiempo de exposición. Por tal motivo, cuando se adquieren imágenes, se suele fundir en un sólo parámetro la corriente del tubo (mA) y el tiempo de exposición (segundos). Este parámetro se denomina corriente instantánea y es el producto del mA por el tiempo. Su unidad habitual es el mAs.
3.3. El potencial del tubo
El cambio de la tensión afecta a la amplitud y a la posición del espectro de emisión de rayos X. Cuando aumenta la tensión, el área bajo la curva aumenta aproximadamente con el cuadrado del factor por el que se elevó el kV. También cuando se aumenta la tensión, la distribución relativa de los fotones de rayos X emitidos se desvía hacia la derecha, hacia energías más altas de los rayos X. La energía máxima de la emisión, en keV, es siempre numéricamente igual a la tensión en kV.
Figura 7: Obsérvese, por ejemplo,
que se emiten más fotones a todas las energías durante la operación a 140 kV que durante la operación a 100 kV. El aumento, sin embargo, es relativamente mayor para los fotones de rayos X de alta energía que para los fotones de baja energía.
En la figura 7 se muestra el efecto del aumento de la tensión, mientras se mantienen constantes los demás factores. El espectro inferior representa la operación de un equipo de
espectros intermedios de 100 kV y 120 kV. Se observa como el área bajo las curvas aumenta considerablemente, mientras que la posición relativa de las curvas se ha desviado hacia el lado de energía más alta. Al igual que sucede con un cambio de la corriente (mA) o de la corriente instantánea (mAs), una variación de la tensión no desplaza la posición del espectro de emisión discreto (radiación característica), cambiando únicamente su intensidad.
3.4. La filtración del haz
La filtración de los haces de rayos X utilizados con fines diagnósticos tiene dos componentes: filtración inherente y filtración añadida.
Se denomina filtración inherente a la cápsula de vidrio del tubo de rayos X que filtra el haz útil que sale a través de la ventana. La inspección de un tubo de rayos X revelará que la ventana es de cristal fino; se utiliza un cristal fino para que la filtración inherente sea pequeña. La filtración inherente de un tubo normal de rayos X equivale a 0,5 milímetros de aluminio (de aquí en adelante mm Al), aunque con el tiempo tiende a aumentar conforme se deposita en las paredes de cristal una parte del volframio vaporizado procedente del filamento y del blanco.
Se denomina filtración añadida a las finas láminas de aluminio colocadas entre el alojamiento protector del tubo y el colimador, que suelen tener 1 o 2 mm de espesor. Además si el colimador es de tipo convencional, con abertura variable y luz focalizadora, aporta una filtración añadida equivalente a 1 mm Al; esta filtración se debe a la superficie plateada del espejo de colimador.
Se llama filtración total a la suma de la filtración inherente y la filtración añadida. Las tres filtraciones se expresan mediante su equivalencia en milímetros de Aluminio.
El principal efecto de cualquier tipo de filtración es la atenuación de los fotones de rayos X de cualquier energía, pero en mayor proporción los de energías bajas. Esto provoca un desplazamiento del espectro de emisión de rayos X hacia la banda de alta energía, como se muestra en la figura 8.
Figura 8: Gráfica
esquemática donde se muestran los cambios en el espectro de una haz de rayos-X de 100 kV con varios filtros. La adición de
filtración a un tubo de rayos X da lugar a una
disminución de la intensidad de rayos X, pero aumentando la energía efectiva
Este desplazamiento tiene como consecuencia un haz de mayor energía promedio y por tanto de mayor penetración, con una reducción asociada de la intensidad del haz. La filtración añadida no afecta a la energía del espectro discreto ni a la energía máxima de la emisión de rayos X.
3.5. Material del blanco
Los espectros de los haces de rayos X generados con blancos de distintos materiales se diferencian más en su parte discreta que en su parte continua. Cuando aumenta el número atómico del material del blanco, el espectro discreto se desplaza hacia la derecha, debido a la radiación característica de energía más alta. Éste fenómeno es el resultado directo de la mayor energía de ligadura de los electrones de los elementos con número atómico más alto. En la
figura 9 se representa un ejemplo de estos cambios.
Molibdeno; Z=42 Oro; Z=79 Tungsteno; Z=74
Figura 9: : Espectros de emisión de un tubo de
rayos X, con blanco de Molibdeno (Mo), Wolframio o Tungsteno (W) y Oro (Au). El número atómico del Mo es Z=42, es del W es Z=74 y el del Au es Z=79”.
.
El volframio (Z = 74), también llamado tungsteno, es el componente fundamental de la mayoría de los actuales blancos de rayos X, aunque algunos tubos especiales empleen oro (Z = 79).
3.6. Forma de rectificación de onda de la tensión
En la siguiente figura 10 se compara el espectro de emisión de una unidad rectificada monofásica en onda completa con el de un generador trifásico de doce pulsos y con el de un generador de alta frecuencia, todos ellos trabajando a 110 kVp y con la misma corriente instantánea. El espectro de emisión de rayos X como consecuencia de trabajar con un generador de alta frecuencia es mucho más eficaz que el obtenido con el equipo monofásico o con el trifásico. Trifásica Monofásica Alta frecuencia Figura 10: Espectro ilustrativo de rectificación monofásica, trifásica y de alta frecuencia para un tubo de rayos- X operando a 110 kVp. Obsérvese cómo crece el área bajo la curva a la vez que el máximo de la misma se desplaza hacia
4.- INTENSIDAD DEL HAZ DE RAYOS X
La intensidad del haz de RX se define como el número de fotones de rayos X en el haz útil multiplicado por la energía de cada fotón. En el espectro de rayos X esa intensidad de rayos X es proporcional al área bajo la curva del espectro. Existen diversos factores que afectan a la intensidad del haz de RX, que el operador puede variar en cada exposición:
4.1. Miliamperios por segundo (mAs)
La cantidad de rayos X es directamente proporcional a la corriente medida en mAs. Cuando se dobla la corriente, se duplica el número de electrones que alcanzan el blanco del tubo, y se emiten por tanto dos veces más rayos X.
I1 mAs1 I2 mAs2 4.2. Kilovoltios (kVp)
El cambio en la cantidad de rayos X es proporcional al cuadrado de la tensión, es decir, si se dobla la tensión, la cantidad de rayos X se multiplica por cuatro:
2
I ⎛ kVp ⎞ 1
⎜ 1 ⎟
I2 ⎝ kVp2 ⎠
Esta relación no tiene aplicación clínica porque, a medida que aumenta la tensión, no sólo aumenta la intensidad del haz, sino que también lo hace la penetración de los rayos X, de manera que son más los rayos que atraviesan al paciente y llegan a la película. Es decir, si se dobla la tensión, la cantidad de rayos X que llega al paciente se multiplica por cuatro. Pero la cantidad de fotones que llega al receptor de imagen (una vez atravesado al paciente) aumenta en un factor bastante mayor que cuatro (pero indeterminado).
4.3. Filtración
Como ya hemos visto, los equipos de rayos X tienen filtros metálicos, por lo general de Aluminio (Al), de 1 a 3 mm de espesor colocados en el haz útil. La finalidad de estos filtros consiste sobre todo en reducir el número de rayos X de baja energía que llegan al paciente, y por tanto reducir la dosis que recibe. Los rayos X de baja energía no contribuyen a la calidad diagnóstica, ya que son absorbidos por el tejido superficial y no alcanzan la película.
En la actualidad existe la posibilidad de seleccionar ánodos y filtros de diferentes materiales, aunque esta posibilidad no está disponible en equipos de radiodiagnóstico dental.
5.- CALIDAD DE RAYOS X
La capacidad de penetración de un haz de rayos X se denomina calidad de rayos X. Los haces de rayos X de alta energía son capaces de penetrar mucho más que los de baja energía. Un haz de rayos X de gran penetración se denomina haz de alta calidad o duro; los de baja penetración se conocen como haces de baja calidad o blandos.
La calidad de un haz de rayos X se caracteriza numéricamente mediante el valor de su capa
hemirreductora, HVL (del término inglés Half Value Layer). La HVL de un haz de rayos X
es el grosor del material absorbente necesario para reducir la exposición producida por el haz a la mitad de su valor original. Por tanto, la HVL es una característica del haz de rayos X. Cuanto mayor sea la capa hemirreductora de un haz de rayos X, más duro será ese haz y viceversa. El Protocolo Español de Control de Calidad en Radiodiagnóstico (PECCR) establece un valor mínimo de 2,5 mm Al para equipos que funcionen con tensiones pico superiores a 70 kVp.
Existen diversos factores que afectan a la calidad del haz de rayos X:
5.1. Tensión (kVp)
Al aumentar la tensión, también lo hace la penetración del haz y por tanto la capa hemirreductora. Un aumento de la tensión desplaza el espectro de emisión del haz de rayos X hacia la banda de alta energía, lo que incrementa la energía efectiva del haz. En la tabla 1 se muestran los cambios que se miden en la HVL conforme la la tensión varía entre 75 y 150 kVp para un equipo de rayos X típico.
Tensión (kVp) HVL (mm Al) 75 2,8 100 3,7 125 4,6 150 5,4
Tabla 1: Relación entre tensión de pico y HVL
5.2. Filtración
El principal objetivo de la filtración de un haz de rayos X consiste en eliminar de forma selectiva los rayos de baja energía sin posibilidades de alcanzar la película. En la figura 11 se muestra el espectro de emisión de un haz sin filtrar y el del mismo haz con filtración normal Se observa cómo la filtración, aumenta la calidad del haz, pero disminuye la cantidad. Es decir, la filtración da lugar a un haz de mayor energía efectiva y por tanto de mayor penetración y calidad pero de menor intensidad. Con lo cual, se puede concluir que la filtración, añadida o inherente, produce un aumento de la capa hemirreductora.
Figura 11: El objetivo de la filtración es eliminar los rayos X de más baja energía del haz de
radiación. Recuérdese que los rayos X de baja energía no contribuyen a la calidad diagnóstica, ya que son absorbidos por el tejido superficial y no alcanzan la película.
Para filtrar los rayos X sirve casi cualquier material. Se ha elegido el aluminio por su eficacia para eliminar los rayos X de baja energía por efecto fotoeléctrico y porque es barato y se le puede dar la forma necesaria con facilidad.
6.- INFLUENCIA DEL ESPECTRO SOBRE LA CALIDAD DE LA IMAGEN
Se requiere una adecuada exposición del paciente a los rayos X para obtener una imagen que permita emitir un diagnóstico.
La calidad de la imagen puede caracterizarse a través de diversos factores como por ejemplo el contraste, la densidad óptica (en imágenes sobre placa) o el brillo (en imágenes de TV), el detalle de la imagen y la distorsión. De todos estos factores, los que se ven principalmente afectados por el espectro de rayos X generado por el equipo son la densidad óptica o brillo y el contraste. A continuación veremos cómo la cantidad de radiación (intensidad) está relacionada con la densidad óptica o brillo de la imagen, mientras que la calidad está ligada tanto a los anteriores como al contraste de la imagen radiológica.
En imágenes obtenidas en soporte radiográfico convencional (placa), la densidad óptica se define como el grado de ennegrecimiento de la película. El control primario de la densidad óptica depende de la corriente instantánea (mAs). Al aumentar ésta, aumenta la cantidad de radiación y por tanto el número de rayos X que llegan a la película, lo que produce mayor densidad óptica. En la figura 12 se muestran dos radiografías que ilustran el efecto de los mAs sobre la densidad óptica de la imagen. En el caso de equipos dentales la variación de mAs de realiza únicamente mediante la variación del tiempo.
Figura 12: Radiografías osteoarticulares. La imagen (A) ha sido realizada con muy pocos
mAs, obteniéndose una radiografía subexpuesta. En el otro extremo, la imagen (B) ha sido efectuada con demasiados mAs y dando como resultado una radiografía sobreexpuesta.
Cuando se emplea la tensión de pico para ajustar la densidad óptica o el brillo, cambian otros factores cualitativos, por lo cual resulta mucho más difícil optimizar la densidad óptica o brillo variando la tensión de pico.
El contraste se define como la diferencia de densidad óptica entre estructuras anatómicas adyacentes. Si las estructuras densas se ven muy blancas y las estructuras menos densas se ven muy negras, estamos ante una imagen muy contrastada. Si esa diferencia de tonos se reduce y obtenemos una imagen sin blancos y negros, en la que las estructuras densas aparecen como gris claro y las estructuras menos densas se muestran en tono gris algo más oscuro, la imagen es una imagen poco contrastada. El contraste es el resultado de las diferencias de atenuación del haz de rayos X cuando atraviesa los tejidos corporales. Es importante el papel de la capacidad de penetración del haz, ya que la penetración relativa en los distintos tejidos determina el contraste de la imagen.
La capacidad de penetración del haz de rayos X primario se controla mediante la tensión de pico, con lo cual, la tensión de pico constituye el principal factor para controlar el
contraste, aunque esto sea posible en los equipos intraorales.
7.- INFLUENCIA DEL ESPECTRO SOBRE LA DOSIS AL PACIENTE
Como se ha explicado en el apartado anterior, la tensión de pico controla el contraste de la imagen, de forma que cuanto mayor sea dicha tensión de pico menor será el contraste. Sin embargo, desde el punto de vista de la protección radiológica del paciente, una tensión de pico elevada supone una reducción importante de la dosis que recibe el paciente. Estrictamente hablando, un aumento del kVp supone un ligero aumento de la dosis al paciente puesto que, la energía promedio de los fotones en el haz es mayor y por lo tanto, éstos depositarán más energía en los tejidos del paciente. No obstante, tal y como se veía en la
figura 13, para mantener el nivel de exposición (densidad óptica) aceptable en el receptor de
imagen, si se aumenta el kVp se debe reducir el mAs de manera considerable. La dosis al paciente disminuirá proporcionalmente con los mAs. Al final, esta disminución es considerablemente más importante que el incremento generado por el aumento del kVp.
Por otra parte, es necesario que el equipo disponga de una filtración suficiente, para que de este modo el haz de rayos X no sea demasiado blando, esto es, se hayan eliminado la mayor parte de fotones de rayos X de bajas energías. Estos fotones, como se ha comentado anteriormente, no tienen apenas probabilidad de llegar al receptor de imagen y, por tanto, de contribuir al diagnóstico; sin embargo, sí que van a contribuir a aumentar la dosis al paciente.
Finalmente, sabemos que el miliamperaje-segundo (mAs) controla el ennegrecimiento de la placa, de forma que cuanto mayor sean los mAs mayor será la densidad óptica. Hay que tener en cuenta que los mAs no deben ser demasiado elevados, ya que éstos determinan la cantidad de radiación generada y ésta es proporcional a la dosis recibida por el paciente. En el caso de equipos dentales intraorales la única modificación posible es la relativa a los mAs mediante la variación del tiempo de exposición
En los sistemas digitales actuales el nivel de ennegrecimiento y el contraste de la imagen puede modificarse digitalmente en un amplio rango. El rango de dosis para conseguir una imagen aceptable es mucho mayor que con los sistemas con película tradicionales. Literalmente se pueden conseguir imágenes aceptables con mucha menor dosis y con mucha mayor dosis que con los sistemas convencionales, lo que exige sistemas de control de dosis en los equipos.
RESUMEN LECTURA OBLIGATORIA II
PRODUCCIÓN DE RAYOS X
- Tubo de rayos X.- Es un tubo de vacío en cuyo interior existen dos electrodos, cátodo y anticátodo (o ánodo), entre los que se establece una diferencia de potencial elevada (positiva en el ánodo), del orden de decenas de miles de voltios, por lo que se le llama kilovoltaje (kV). El cátodo consiste básicamente en un filamento como el de una bombilla de alumbrado, que se pone
incandescente merced a una baja tensión aplicada en sus bornes, llamada tensión de calentamiento por este motivo. En ausencia de kV aplicado, el caldeo provoca el efecto termoeléctrico en el material del filamento, que produce el desprendimiento de electrones. El kV hace que los electrones sean acelerados hacia el ánodo, impactando contra éste y generando dos efectos importantes: calentamiento (por colisiones inelásticas) y radiación de frenado (por colisiones radiativas). El conjunto se sitúa en el interior de un blindaje biológico que incluye un sistema de refrigeración y que termina en un “cabezal” por el que se extrae el haz útil de rayos X. En el cabezal existen diafragmas de plomo que coliman la sección transversal del haz de rayos X a un valor
seleccionable, compatible con el volumen a radiografiar y unos “filtros”
(típicamente de Al, o de Al y Cu) que eliminan preferentemente rayos X de baja energía. Debido al calentamiento producido por colisión inelástica, el ánodo puede llegar a fundirse, pese a estar fabricado con sustancias como el
wolframio de alto punto de fusión. Para evitar este percance y, a la vez, permitir elevados miliamperajes (esto es, producción de rayos X elevada) los electrones inciden sobre una superficie anódica que (en equipos convencionales) es una corona circular. En el momento del disparo, el ánodo comienza a girar, de manera que los electrones no impactan en un punto, como sucedería en un tubo de ánodo estacionario, sino sobre la superficie circular que constituye la pista anódica. El calor se reparte así, impidiéndose o haciéndose más difícil la fusión. A la vez, el ánodo va unido mecánicamente a materiales conductores del calor, que lo drenan al exterior del tubo, mediante un sistema de
- El espectro de rayos X tiene muchos fotones en bajas energías y gradualmente menor número en altas, hasta una energía límite que coincide con la de los electrones. La absorción de los rayos X de muy baja energía en el ánodo (llamada autoabsorción) y la producida en el vidrio que constituye la ampolla del tubo, como efectos dominantes, hacen que en el exterior se mida un espectro recortado en la zona de bajas energías. En suma, los rayos X
producidos son en promedio tanto más energéticos cuanta más energía lleven los electrones al chocar, así que al subir el kilovoltaje se obtienen rayos X con más energía, es decir, más penetrantes. Sucede, además, que basta aumentar el kilovoltaje para que la cantidad de rayos X generados aumente. De todos modos, los rayos X producidos con cualquier kilovoltaje tienen todas las energías posibles desde una, prácticamente cero, hasta un valor máximo, que es justamente el del kilovoltaje, pero expresado en keV. Por ejemplo, si el kV aplicado es de 80 kV, los rayos X de más energía serán de 80 keV, pero también se encontrarán de 70, 60 y cualquier energía hasta 0 keV. Si la
energía con que impactan los electrones es suficiente, en el ánodo se produce la ionización de la capa K, efecto que va seguido de transiciones desde las capas L, M, etc, con la emisión de rayos X característicos. En la mayoría de tubos para diagnóstico, el material del ánodo es wolframio (Z= 74) cuyas energías de enlace para las capas K, L y M son unos 70, 11 y 1 keV
respectivamente. Por tanto, si los electrones son acelerados con kV superiores a unos 70 kV se ioniza la capa K y se producen rayos X de 59 y 69 keV, aproximadamente. Estos fotones dan lugar a dos picos que se superponen al espectro continuo. Por consiguiente, en el caso más general el espectro de rayos X consta de una componente continua (rayos X de frenado) más una discreta (rayos X característicos) del material del ánodo.
- La intensidad es la energía por unidad de tiempo y unidad de área. Se llama energía media al promedio de las energías ponderadas con el nº de fotones. Un haz monoenergético de fotones cuyo nº total fuera el de rayos X del haz y cuya energía fuera la energía media de ese haz, tendría la misma intensidad. La energía máxima coincide numéricamente con el kilovoltaje aplicado al tubo y la poseen los fotones resultantes del frenado total de electrones en el ánodo. - Atenuación de un haz de rayos X con la materia. Un haz de rayos X
experimenta una atenuación al atravesar un material que depende de la energía de los fotones que lo componen, así que la atenuación total depende de las distintas intensidades a cada intervalo de energía.
- CHR (capa hemirrectora) para la radiación producida por un tubo de rayos X es el espesor de material a interponer en el camino del haz para que la intensidad tras ese espesor se reduzca a la mitad del valor inicial. Como un material dado exhibe distintas características de atenuación en función de las energías de los fotones, la interposición de un espesor hemirreductor modifica el espectro del haz incidente, dando lugar a otro cuya energía transportada por unidad de tiempo es la mitad, pero compuesto por números de fotones a cada energía en proporción distinta a la de aquél.
- Modificación del espectro de un haz de rayos X con el potencial del tubo, la intensidad de corriente y la filtración. Según se ha dicho, los rayos X son en promedio tanto más energéticos cuanta más energía lleven los electrones al chocar, así que al subir el kV se obtienen rayos X con más energía. También, al aumentar el kilovoltaje la cantidad de rayos X generados aumenta. El miliamperaje (llamado así en razón de los valores usuales) es la corriente de electrones entre el cátodo y el anticátodo, que resultan acelerados por el
kilovoltaje aplicado. A mayor mA, más rayos X se producen, pues más electrones chocan contra el ánodo. Cuanto más se eleva la temperatura del filamento, más electrones se desprenden y más elevada es la corriente, luego: 1) a mayor miliamperaje, más cantidad de rayos X emitidos por el tubo en cada instante (sin cambiar su energía); 2) a mayor kilovoltaje, más energía en los rayos X producidos (se habla de rayos X más duros o más penetrantes) y también más cantidad de rayos X. Mientras dura la corriente de electrones entre el cátodo y el anticátodo, dura la producción y la emisión de rayos X, por lo cuál debe regularse cuidadosamente el tiempo de exposición. En todos los tubos de rayos X existe un reloj o indicador para ajustar el tiempo de
funcionamiento del tubo (o tiempo que dura el disparo) y solo durante este tiempo está aplicado el kilovoltaje y están generándose los rayos X.
- Los rayos X emitidos por el tubo poseen todas las energías, pero solo interesan los más “duros”, es decir, los de mayor poder de penetración (los “blandos son absorbidos en los tejidos y no emergen al exterior en proporción apreciable, por lo que no contribuyen sustancialmente a producir la imagen y, en cambio, dan lugar a dosis en el paciente. La filtración del haz de rayos X a la salida del tubo evita que la radiación blanda llegue a la piel del paciente. La dosis a la entrada disminuye al absorberse en el material de filtro fundamentalmente los fotones de baja energía, sin que se produzca deterioro en la calidad de la radiografía. Así pues, la filtración es una absorción selectiva, que modifica poco el espectro en altas energías y que provoca un aumento de la energía media del haz, haciéndolo más penetrante. La filtración se suele subdividir en inherente, que es la producida en el ánodo por autoabsorción, y la añadida, resultante del aluminio y cobre interpuestos en el cabezal.
