TEMA 2: CARACTERÍSTICAS

FÍSICAS DE LOS EQUIPOS DE

RADIODIAGNÓSTICO.

Curso de Protección Radiológica para dirigir instalaciones

de Rayos X con fines de diagnóstico médico.

Francisco Blázquez Molina

Servicio de Protección Radiológica

HUiP La Fé, Valencia

Índice:

1. Características físicas de los equipos de radiodiagnóstico: 1. 1. Introducción. 1. 2. Componentes del tubo. 1. 3. Espectro de rayos X. 1. 4. Factores que modifican la forma del espectro de rayos X. 1. 5. Efecto talón. 1. 6. Curvas de carga. 1. 7. Colimación. 1. 8. Control automático de exposición. 1. 9. Rejillas antidifusoras. 1. 10. Receptores de imagen. 1. 11. Influencia del haz de radiación en la calidad de la imagen y en la dosis al paciente.

1. Características físicas de los

equipos de radiodiagnóstico.

1.1. Introducción: ideas generales.

- Generación de rayos por radiación de frenado (Bremsstrahlung) o por ionización y desexcitación.

- Sólo un 1 % de la energía transferida en la colisión se transforma en rayos X.

- La energía máxima de los rayos X, es la energía con la que se aceleran los electrones.

- A mayor electrones, más

RX. Se debe aumentar la corriente.

- A mayor tensión ánodo-cátodo, mayor energía y mayor cantidad de RX.

1.2. Componentes del tubo: generador y filamento.

Generador

• Circuito de alto voltaje • Circuito del filamento • Cronómetro

Filamento • Es atravesado por una corriente que provoca un

calentamiento. Al hacerlo, genera un nube de electrones por efecto termoiónico.

• Se usan materiales de Z alto, buena conducción de calor, y resistentes a las altas temperaturas: wolframio.

• Habitualmente hay dos filamentos: foco fino y foco

grueso.

1.2. Componentes del tubo: ánodo y voltaje.

Ánodo • En él inciden los electrones, generando rayos X. • Suelen ser de Wolframio: más eficientes, alto punto de

fusión y disipa bien el calor.

• La superficie anódica se inclina: se reduce el tamaño del foco efectivo para conseguir más detalle en la imagen, con el inconveniente del efecto talón.

• El ánodo puede ser estacionario o rotatorio.

Voltaje • Separa los electrones del filamento y los

hace incidir en el ánodo. • Al aumentar el voltaje, aumenta el número

de electrones que se separan. Es posible alcanzar un voltaje de saturación.

1.2. Componentes del tubo: ánodo y voltaje.

Ánodo • En él inciden los electrones, generando rayos X. • Suelen ser de Wolframio: más eficientes, alto punto de

fusión y disipa bien el calor.

• La superficie anódica se inclina: se reduce el tamaño del foco efectivo para conseguir más detalle en la imagen, con el inconveniente del efecto talón.

• El ánodo puede ser estacionario o rotatorio.

Voltaje • Separa los electrones del filamento y los

hace incidir en el ánodo. • Al aumentar el voltaje, aumenta el número

de electrones que se separan. Es posible alcanzar un voltaje de saturación.

1.2. Componentes del tubo: vacío y blindaje.

Vacío • Indispensable para el correcto

funcionamiento.

• De no existir, podría dañar el filamento.

Blindaje • Los rayos X se emiten isótropamente.

• Hay que atenuar la radiación de fuga

(<1 mGy/h según la ICRP a máxima potencia). Se utiliza Plomo.

• Se debe aislar eléctricamente el blindaje (conectado a tierra) de los cables de alta tensión, para evitar cortocircuitos. Se utiliza aceite mineral.

1.2. Componentes del tubo: filtros.

Filtración inherente • Atenuación debida al paso de los

fotones por el envoltorio de vidrio, el aceite aislante…

• Se mide en mm de Al, y suele estar

entre 0,5 y 1 mm de Al.

Filtración añadida • Provocada por absorbentes colocados a la salida

del haz. • Se consigue aumentar la energía media del haz,

haciendo que haya más interacción fotoeléctrica. Repercute en la calidad de la imagen.

• Se suele emplear Aluminio o Cobre.

• Siempre se reduce el número total de fotones,

por lo que hay que aumentar el tiempo de exposición.

1.3. Espectro de rayos X.

Componentes del espectro: • Espectro continuo: Los electrones se aceleran hasta una energía correspondiente al kV aplicado. Al incidir con el ánodo, los fotones generados pueden llevar cualquier energía desde 0 keV hasta el valor máximo establecido. Dichos fotones contribuyen a formar el espectro continuo • Espectro característico: Los electrones excitan átomos, que pierden este excedo de energía dando lugar a un espectro continuo, con picos de emisión en energías propias de cada elemento. Dicha energía depende del número atómico del material.

1.4. Factores que modifican la forma del

espectro de rayos. • Tensión: La tensión seleccionada será la que posean los fotones más energéticos del espectro continuo. Se usan técnicas de bajo voltaje en técnicas que requieran mucho contraste (mamografía), y voltajes más altos en aquellos que necesiten mucha absorción (abdómenes).

• Intensidad de corriente y tiempo de exposición: Aumentar tanto la intensidad de corriente como el tiempo de exposición sólo tiene incidencia en el número de fotones que contiene el haz de rayos X. Se usan intensidades altas con el fin de reducir el movimiento del paciente, lo cual emborrona la imagen.

• Material del ánodo: Al variar el material del ánodo, variará la componente del espectro característico del haz. En caso de mamografía, se suele utilizar molibdeno ya que la energía de su pico característico se sitúa entre 17-22 keV, con lo que se consigue una calidad adecuada en la imagen. También se suele utilizar Rh o W.

1.5. Efecto talón.

• Perdida de homogeneidad en la intensidad del haz provocada por la auto absorción en el ánodo.

• También llamado efecto anódico.

• Los rayos paralelos a la superficie del ánodo, recorren más distancia dentro de este. Sufren una atenuación mayor.

• Los extremos del haz recorren más distancia hasta el paciente, reduciéndose su intensidad.

• El efecto talón varía dependiendo de las características del tubo. Es mayor conforme el ánodo se deteriora y aparecen rugosidades.

• Para una distancia foco-película mayor, el efecto es menos importante.

• Se puede compensar poniendo por el lado del ánodo la zona del paciente de menor espesor o densidad.

1.6. Curvas de carga. • La tasa de calor generado en el tubo es proporcional al voltaje (kV) y a la corriente (mA).

• Debemos estar seguros que el tubo no se daña.

• Los fabricantes proporcionan las curvas de carga: representación gráfica de la intensidad en

ordenadas y escala lineal y el tiempo de exposición en el eje de abscisas en escala logarítmica.

• Estas curvas nos dan los valores límites de tiempo e intensidad para un voltaje determinado.

• La curva es característica de cada equipo. Dependen del área de ánodo irradiada, de su tamaño, ángulo con el que inciden los electrones, forma de onda…

Ejemplo: Si queremos un estudio que emplee 120 mAs: -1200 mA y 0,1 s, el máximo kV que podremos usar será 70 kV. -800 mA y 0,15 s, el máximo kV podrá ser 100 kV.

1.7. Colimación. • La radiación dispersa depende del

voltaje, del tamaño de campo y del grosor.

• Reduciendo el área irradiada, reducimos la radiación dispersa, mejorando la calidad de la imagen.

• Pueden ser rectangulares, cónicos, de láminas…

• La mayor parte de los equipos cuentan con un sistema que ilumina la zona que se va a irradiar directamente.

1.8. Control automático de exposición.

• Se colocan cámaras de ionización sobre el receptor de imagen. Se mide la radiación que llega hasta un cierto valor, momento en el que se detiene la generación de rayos X.

• Evita la subexposición (que provocaría una repetición de la imagen) y la sobreexposoción.

1.9. Rejillas antidifusoras: reducción de la

radiación dispersa.

• Consiste en una serie de láminas radiopacas separas por espacios que dejan pasar la radiación proveniente del foco de rayos X.

• Produce un aumento de la dosis al paciente, pero mejora la calidad de la imagen.

• Para evitar sombras indeseadas, se usan rejillas móviles.

• Las rejillas se describen por el factor de rejilla, el número de láminas por cm y el contenido en plomo.

𝑟 =ℎ

𝑑

Donde: h=altura de la rejilla d=separación entre láminas

1.10. Receptores de imagen.

• Parámetros que definen la calidad de imagen - Brillo. - Resolución espacial. - Contraste.

• Sistema película-pantalla: emulsión sensible a la radiación. • Intensificadores de imagen: material fotoemisivo o fotocátodo. • Sistemas digitales: CR (Computed Radiography) o DR (Digital Radiography).

- CR: lámina de fósforo fotoestimulable, que es necesaria revelar y borrar antes de una nueva adquisición.

- DR: se utilizan paneles planos (flat panel) y tienen la principal ventaja de que es posible ver la imagen directamente, sin revelado.