Generación de RX Características físicas de los equipos de radiodiagnóstico

1. Generación de RXCaracterísticas físicas de los equipos de radiodiagnóstico Teresa Monserrat Fuertes Sº Física Médica y P.R.

2. Índice • Producción de rayos X • Componentes de un tubo de RX • Efecto talón • Curvas de carga • Colimación • Rejillas antidifusoras • Control automático de exposición • Receptores de imagen

3. Índice • Producción de rayos X • Componentes de un tubo de RX • Efecto talón • Curvas de carga • Colimación • Rejillas antidifusoras • Control automático de exposición • Receptores de imagen

4. ¿Cómo se produce el haz de RX en un tubo de RX? • 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

5. ¿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

6. ¿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

7. Índice • Producción de rayos X • Componentes de un tubo de RX • Efecto talón • Curvas de carga • Colimación • Rejillas antidifusoras • Control automático de exposición • Receptores de imagen

8. Componentes del tubo de RX • Generador • Filamento/cátodo • Ánodo • Vacío • Blindaje • Filtros

9. Generador • 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.

10. 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.

11. Filamento/cátodo • 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.

12. 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

13. Copa focalizadora Filamento Filamento/cátodo • Copa focalizadora: evita que la nube de electrones se extienda demasiado. se mantiene al mismo potencial negativo que el filamento e- e-

14. Filamento/cátodo • Los tubos de RX tienen habitualmente un doble filamento Foco grueso Foco fino

15. Filamento/cátodo 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)

16. Ánodo • 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).

17. 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

18. Ánodo inclinado • 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

19. Ánodo rotatorio

20. Ampolla de vacío • 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

21. Blindaje • 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

22. Apertura de la ventana Colimador 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 Carcasa

23. 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.

24. 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).

25. 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

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27. Efecto talón • 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

28. 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 • El efecto talón es menor para distancias foco película grandes y para campos pequeños

29. Otras causas de la no uniformidad del haz de radiación • 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

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31. Curvas de carga • Son la representación gráfica de la intensidad (mA) en ordenadas, en escala lineal, frente al tiempo de exposición (s) en abscisas, en escala logarítmica

32. 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)

33. Curvas de carga: ejemplo • 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

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35. Colimación • 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

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37. Rejilla antidifusora • 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

38. tubo RX haz primario paciente haz disperso rejilla receptor de imagen 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)

39. Tubo de rayos X Radiación primaria Paciente Radiación dispersa Parrilla Película 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)

40. Rejilla antidifusora • 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

41. 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

42. Índice • Producción de rayos X • Componentes de un tubo de RX • Efecto talón • Curvas de carga • Colimación • Rejillas antidifusoras • Control automático de exposición • Receptores de imagen

43. Control automático de exposición • 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

44. 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.

45. Índice • Producción de rayos X • Componentes de un tubo de RX • Efecto talón • Curvas de carga • Colimación • Rejillas antidifusoras • Control automático de exposición • Receptores de imagen

46. Receptores de imagen: parámetros que definen la calidad de imagen • 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.

47. 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 CONTRASTE

48. Receptores de imagen: parámetros que definen la calidad de imagen • 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 BRILLO

49. Receptores de imagen • 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

50. Receptores de imagen • SISTEMA PELÍCULA-PANTALLA • 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”