TEMA 3 Características físicas de los equipos de radiodiagnóstico

- + Producción de rayos X Para producir RX necesitamos: Una fuente de electrones: Filamento caliente Un material con el que choquen los electrones: Blanco (ánodo). Un sistema para acelerar los electrones: Voltaje. A > V > ve. - + IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Tubo de Rayos X Todo el proceso de generación de radiación tiene lugar en el tubo de rayos X IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Tubo de Rayos X Las partes básicas de un tubo de rayos X son: Ampolla de Vacío Cátodo Filamento Ánodo Blanco Generador de alta tensión Blindaje y filtros Ampolla: todo el proceso de producción de RX tiene lugar en una ampolla de vidrio a la que se ha hecho el VACÍO. Si existiera gas en la ampolla, los electrones interaccionarían con los átomos de este gas IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Generador Suministra energía eléctrica al tubo para la producción de RX La energía se emplea con dos fines: Arrancar electrones del filamento Corriente (mA) Acelerar los electrones del ánodo al cátodo Voltaje (kV) Estos parámetros se seleccionan desde la CONSOLA del generador, que se encuentra en general en el exterior de la sala de RX. IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Cátodo Filamento de un material metálico Al calentar ciertos materiales, éstos emiten electrones por efecto termoiónico Para calentarlo, se hace pasar una corriente eléctrica por él, con lo que los e- adquieren energía térmica para escapar del metal Mayor Corriente Mayor Temperatura Más ELECTRONES IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

¿Qué material utilizamos para el cátodo? Wolframio (W) ya que tiene: Alto punto de fusión: para soportar las altas temperaturas alcanzadas. Baja evaporación: para no perder el vacío. Tungsteno, palabra que deriva de vocablos suecos que significan “piedra pesada”. Es el nombre más utilizado en EEUU aunque debe llamarse Wolframio (nombre aceptado por acuerdo internacional), nombre que le dio el español Fausto Elhuyar al descubrirlo. Alta emisividad termoiónica. IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Tamaño de foco Foco emisor lo más pequeño posible. 2 filamentos de distinto tamaño Foco fino: Mejor calidad de imagen. Menor número de electrones llegan al blanco. Mayor tiempo de disparo mayor posibilidad de movimiento Foco grueso: Peor calidad de imagen mayor penumbra geométrica Menor tiempo de disparo. El calor generado se distribuye sobre una superficie mayor mayor disipación de potencia menor aumento de temperatura. El tamaño de foco es importante para la calidad de la imagen. Para obtener un buen haz de r-x no sólo tienen que llegar muchos e al blanco sino que además deben llegar muy concentrados en el espacio. Para obtener esa pequeña zona de impacto en el blanco lo 1º es enfocar el haz de e que sale del filamento. Se encapsula el filamento en un zócalo. IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

¿Qué material utilizamos para el ánodo? Wolframio (W) ya que tiene: Alto número atómico (Z): se produce mayor cantidad de radiación de frenado (RX) cuanto mayor es Z del material que forma el blanco 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). IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Ánodo rotatorio Disco de W (  10cm) que gira a gran velocidad (3000-9000 rpm). Electrones Disco anódico 1 mm. La corona exterior (blanco) está recortada en ángulo y presenta una inclinación respecto a la perpendicular a la trayectoria de los e. El aumento del tamaño del foco anódico haría que el calor se distribuyera sobre una superficie mayor y el aumento de T no sería tan espectacular. Sin embargo esto repercutiría negativamente en la calidad de imagen dando lugar a penumbras indeseables. La solución es el uso del ANODO ROTATORIO. Inclinación Posibilidad de disipar más calor sin aumentar el tamaño real del foco Foco aparente IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Ánodo rotatorio IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Foco térmico-Foco de rayos X efectivo Electrones Disco anódico 1 mm. a) b) IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Efecto anódico o efecto talón La intensidad de radiación que se emite por el lado del ánodo es menor que la que se emite por el del cátodo por distintos motivos: Inverso del cuadrado de la distancia Distinto espesor de absorbente atravesado (vidrio de la ampolla, aceite, etc.). Distinto espesor de blanco. ICD: Inverso al cuadarado de la distancia. Los ptos a y c están más alejados del foco que el punto b, por lo que en función del inverso al cuadrado de la distancia la intensidad en ellos será < que en el eje del haz. IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Causas del efecto anódico Los r-x no se generan en la superficie del blanco sino a cierta profundidad. La superficie del blanco no es estrictamente plana. Insertar imagen p-9. IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Curvas de carga Representan I en ordenadas (escala lineal) y t en abscisas (escala logarítmica). Las curvas indican para cada kV el límite máximo de selección simultánea de I y t. Para 100 kV, si se fija el tpo en 0.2 s la I puede tener un valor máximo de 800 mA. Si se deseara aumentar el valor de cualquiera de estos dos parámetros ha de hacerse a costa de disminuir el valor del otro. Si con todo esto el valor permitido de mAs no fuese suficiente, habría que disminuir el valor de kV. IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Producción de rayos X A mayor temperatura del filamento, mayor número de electrones producidos y por tanto de fotones de rayos X generados corriente (mA) A mayor tiempo de disparo, mayor número de electrones y de fotones de RX generados tiempo (s) Carga (mAs) A mayor voltaje, mayor E de electrones mayor E y número de RX producidos Voltaje: kV IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Filtración Sirve para absorber fotones de menor Energía Efectos Endurecimiento del haz Sube la E media del haz. Baja la intensidad global de radiación. Menor dosis en piel al paciente. Mejor contraste de la imagen. Si se filtra el haz en exceso puede producirse una pérdida global de intensidad que obligue a utilizar valores muy altos de mA.s para obtener imágenes con calidad apropiada. IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Filtración Filtración inherente: Filtración añadida: Debida al propio ánodo, envoltura de vidrio del tubo y 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 Al sólo o acompañado de espesores adicionales de Cu (> 150 kVp). IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Filtración inherente + Filtración añadida (mm equivalentes de Al). 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. IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Radiación de fuga Radiación dispersa que sale a través de la coraza. Según especificaciones de ICRP: La radiación de fuga < 1 mGy/h a 1 m del foco y fuera del haz directo trabajando a máxima potencia. Los tubos se construyen para cumplir con estas especificaciones IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Radiación dispersa Efectos de la radiación dispersa. Empeora el contraste Mayor ruido de fondo Mayor penumbra Peor resolución La radiación dispersa aumenta al: Aumentar el espesor del paciente Aumentar el tamaño de campo: Colimación Subir los kV: predominio Efecto Compton IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Reducción de la radiación dispersa Bajar en lo posible los kV: favorecemos el efecto fotoeléctrico frente al Compton Reducción del espesor: compresión de tejidos (mamografía) Colimación Rejillas antidifusoras IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Rejilla Antidifusora IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009 tubo RX haz primario paciente haz disperso rejilla receptor de imagen IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Rejillas antidifusoras Efectos de la rejilla: Menor radiación dispersa Menor radiación directa transmitida debe aumentarse la dosis al paciente IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Colimación Aumento dosis al paciente Órganos críticos Empeora la calidad de imagen Aumento de dosis al personal IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Sistemas de imagen Sistemas que permiten obtener una imagen visible a partir de la radiación primaria que emerge del tubo de RX y atraviesa el paciente. Conjunto cartulina-película. Sistemas digitales: CR DR Intensificador de imagen + sistema de TV. CR: Computed Radiography y DR: Digital Radiography. IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Conjunto cartulina-película 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 una serie de procesos químicos adecuados 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” IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Cartulinas de refuerzo Material centelleador: wolframato de Ca o compuestos de tierras raras (La, Gd) con alto rendimiento de fluorescencia. Los diferentes centelleadores emiten en distinta . La película debe presentar alta sensibilidad a dicha  buena combinación cartulina-película : longitud de onda. IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Intensificador de imagen Por cada fotón de rayos X absorbido, una pantalla fluorescente emite 3000 fotones de luz. Los fotones de luz llegan al fotocátodo y se forman en él electrones. Estos electrones son enfocados y acelerados hacia el ánodo del tubo intensificador e inciden sobre otra pantalla fluorescente La imagen formada está amplificada en intensidad IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

La imagen se visualiza en un monitor de TV IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Sistemas digitales: CR Los fósforos fotoestimulables se utilizan dentro de chasis y se procesan para obtener una imagen digital IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009

Sistemas digitales: DR Equipos digitales directos: se sustituyen los portachasis convencionales por paneles detectores La imagen no ha de ser procesada y aparece en pocos segundos en un monitor IRD-DR-GR-PW3 © CSN– 2009