(T18) Preguntas tipo test

Radiactividad

En la radiactividad:

a) la probabilidad de desintegración (λ) disminuye con el tiempo.
b) la probabilidad de desintegración (λ) aumenta con el tiempo.
c) la probabilidad de desintegración (λ) es constante para cada radioisótopo.
d) la probabilidad de desintegración (λ) es la misma para todos los radioisótopos.

Rayos X

Al disminuir la energía (kV) del generador de rayos X:

a) El haz es mas penetrante y mejora el contraste
b) El haz es menos penetrante y mejora el contraste.
c) El haz es menos penetrante y empeora el contraste
d) El haz es mas penetrante y empeora el contraste

TAC

El filtro presente en el Gantry:

a) Elimina los fotones de alta energía.
b) Aumenta la dosis del paciente.
c) Conforma el haz.
d) Todas las anteriores son incorrectas.


RMN

La ecuación de Larmor:

a) También se denomina ecuación fundamental del RMN.
b) Permite calcular la frecuencia de precesión.
c) Tiene como parámetros la constante giromagnética (específica para cada material) y la fuerza del campo magnético.
d) Todas las anteriores son correctas.


Medicina nuclear

La lógica de Anger:

a) Sirve para descartar pulsos demasiado intensos como para ser producidos por el radiofármaco, o para descartar los que son demasiado bajos y que contribuyen al ruido.
b) Hace que no sea necesario el uso de colimadores físicos.
c) Permite incrementar la resolución de la gammacámara.
d) La a y la b son correctas.

Ecografía

Los ultrasonidos:

a) Son ondas transversales que requieren un medio para transmitirse.
b) Son ondas longitudinales que requieren un medio para transmitirse.
c) Son ondas longitudinales que pueden transmitirse en el vacío.
d) Son ondas transversales que pueden transmitirse en el vacío.


Radioterapia

En el tubo de aceleración del acelerador lineal:

a) Se aceleran electrones mediante microondas.
b) Se aceleran fotones mediante microondas.
c) Se aceleran protones mediante microondas.
d) Se aceleran neutrones mediante microondas.

(T20) Repaso

4. ¿Que hace que sigan siendo útiles técnicas que dan calidades muy pobres de imágen? (por cierto, ¿cuales son las dos técnicas a que haría referencia esta pregunta?)

Las técnicas a las que se hace referencia son, la ecografía y las técnicas de medicina nuclear. Estas técnicas se utilizan pese a su pobre calidad de imagen debido a las ventajas que presentan respecto a técnicas mayor calidad.

Las ventajas principales de la ecografía es que es un método no invasivo y que además permite ver funcionalidad mediante su variante Doppler.

 

Las ventaja principal de las técnicas de medicina nuclear es que permite ver funcionalidad.

(T19) Comparación SPECT- PET

1.- La deconstrucción de la gammacámara. Se puede decir que el equipamiento para PET consiste en una gammacámara "deconstruida". ¿Qué significa esto? ¿Estén todos los elementos de un sitio en otro o falta alguno? ¿Y en cuanto a la electrónica de tratamiento de la señal de salida de los fotomultiplicadores?¿Se usan el mismo tipo de procesamiento?

Se dice que el PET constituye una gammacámara deconstruida puesto que utiliza prácticamente la misma tecnología para detectar la radiación pero en diferente configuración espacial.

Los elementos principales en una gammacámara utilizada en la técnica SPECT son (figura 1):

Colimador: Rejilla de plomo que previene la detección de radiación que no esté en el plano vertical del foto-detector.

Cristal centelleante: Normalmente de Sodio Yoduro NaI dopado Talio (T), en él se generan fotones visibles al chocar la radiación gamma proveniente del paciente con un electrón del cristal.

Acoplador óptico: Permite un cambio suave en el índice de refracción del cristal y el fotomultiplicador, para evitar reflexiones.

Fotomultiplicadores: Tubos de vacío encargados de registrar un evento (recibir un fotón visible) y generar cierta corriente eléctrica medible por generación en cascada de electrones entre dínodos a diferente potencial.

Preamplificadores: Aumentan la ganancia de la señal eléctrica a la salida de los fotomultiplicadores.

Circuitería lógica de Anger: Realiza un promediado bidimensional de la señal detectada por todos los fotomultiplicadores en un evento para mejorar la localización espacial del mismo con una precisión aceptable.

Figura1. Elementos de una gammacámara

En un escáner PET todos estos elementos están presentes salvo el colimador, puesto que la naturaleza lineal y bidireccional de la radiación en ésta técnica permite discriminar entre eventos reales o aleatorios (figura 2). 

Figura 2. Colimación en SPECT y PET 

Sin embargo, como se ha comentado anteriormente, en este caso los detectores se colocan en forma de anillo alrededor del paciente (figura 3). Ello obliga a colocarlos por bloques, en los cuales se realiza la lógica de Anger (figura 4). Estos bloques suelen estar formados por cuatro fotomultiplicadores unidos a una matriz de pequeños cristales centelleantes. 

Figura 3. Disposición de los FMT en PET 

Figura 4. Lógica anger en bloques de 4 FTM 

Una diferencia entre los componentes de una gammacámara y los detectores de un PET es el material utilizado para el cristal centelleante. Puesto que en el PET estos deben trabajar a tasas altas de conteo de eventos, el tiempo de decaimiento debe ser muy corto. Un decaimiento rápido del centelleo permite también discriminar mejor entre eventos reales por coincidencia de señales en lugares opuestos, de los aleatorios. 

Mientras que en las gammacámaras de SPECT el material más utilizado es el NaI (sodio yoduro), en los detectores de PET se utiliza principalmente el germanato de bismuto o BGO.

La electrónica de tratamiento es muy similar a la de la gammacámara. El PET, utiliza los análisis de posición y de energía ya descritos en anteriores entradas pero añade un nuevo análisis de tiempo de interacción. Este nuevo análisis comprueba si se ha producido otra detección de un fotón en otro detector en un intervalo de tiempo determinado (<10 ns); si se detecta otro fotón, el suceso se clasifica como válido (figura 5).

Figura 5. Análisis de tiempo de interacción

Gracias a este análisis, no es necesario el uso de colimadores físicos.

(T16) Sobre la gammacámara

Para la realización de este ejercicio, nos dividimos las preguntas. El resto de preguntas se encuentran en los blogs de Jefferson, Esteban y Miguel.

5.- La lógica Anger. ¿Qué es? ¿Para qué sirve? ¿Que limitaría la resolución en caso de no utilizarla? ¿Cómo se implementa?

Es un procedimiento por el cual somos capaces de incrementar la resolución de la gammacámara ya que, si nos fijamos, la resolución está limitada por el número de tubos fotomultiplicadores (más o menos 10x10).

Aunque pueda parecer complicado, este procedimiento es muy sencillo; simplemente tenemos que darnos cuenta que es el mismo procedimiento que se realiza para calcular la media en distribuciones de probabilidad discretas o para el cálculo del centro de masas de un sistema discreto. 

En primer lugar se realiza el sumatorio de las energías captadas en cada tubo fotomultiplicador multiplicadas por la distancia respecto al origen en la que se encuentra ese fotomultiplicador. Una vez realizado este cálculo, es necesario dividirlo entre el sumatorio de las energías captadas en cada tubo fotomultiplicador, es decir, la energía total (en el caso del cálculo de la media probabilística este valor sería igual a 1).

Este cálculo se realiza tanto para el eje X como para el Y; obteniendo así una resolución mucho menos limitada que la proporcionada por el número de tubos fotomultiplicadores.

6.- Análisis de energía. ¿Qué elemento del sistema es sensible a la energía? Por cierto, ¿la energía de qué? ¿Qué utilidad tiene medir esa energía? ¿Contribuye a la imagen de alguna manera?

El elemento del sistema sensible a la energía es el ya conocido tubo fotomultiplicador. Esta energía hace referencia a la energía de los fotones, que si recordamos es:

Donde h es la constante de Plank y v la frecuencia de la onda.

Medir esta energía sirve para descartar pulsos demasiado intensos como para ser producidos por el radiofármaco, o para descartar los que son demasiado bajos y que contribuyen al ruido, no contando ese caso y procediendo a recibir el siguiente disponible.

Esta discriminación de energías contribuye a la imagen en cuanto a que permite eliminar el ruido y, por lo tanto, aumentar la SNR.

(T15) Sobre los radiofármacos

En esta tarea la clase se dividió en 4 grupos; 2 para hablar sobre la producción de radiofármacos (sin generadores) y 2 para hablar de los sistemas generadores. En mi caso, me toco hablar sobre la produccion de los radiofármacos junto a Ana y Jefferson.

La presentación que realizamos está colgada en el Blog de Jefferson.

(T14) Ejercicio bibliográfico de detalles del RMN

La tarea 14 fue resuelta en grupo y está publicada en el Blog de Idoia

(T11 y T12) Ejercicios con el simulador sencillo de RMN

T11 .- Buscar (a ojo) las frecuencias de resonancia (Freq.) para distintos valores del campo externo (B0). ¿Influye la intensidad del campo B1? ¿Que relación hay entre Freq. y B0 (lineal, inversa, cuadrática, ...)? ¿Cuadra eso con lo que habíamos visto en "teoría"? Si ahora se quita el campo B1 y se sustituye por la bobina (coil) ¿qué ocurre en ella?

Hemos buscado probando diferentes frecuencias para distintos valores del campo externo y tenemos los siguientes datos:

La intensidad del campo B1 no influye (la hemos mantenido a 1mT para todos los casos).

La relación entre la frecuencia y B0 que hemos obtenido, la hemos representado en el siguiente gráfico:

Se puede decir que tiene una relación lineal. No se ve realmente debido a la precisión del simulador, la frecuencia la puedes aumentar o disminuir de 0.05 en 0.05 Hz, y la intensidad de B0 de 0.1 en 0.1 mT.

Por la teoría, ya sabíamos que la relación debía ser lineal debido a su fórmula (la ecuación de Larmor):

Si ahora le quitamos el campo B1 y lo sustituimos por una bobina podemos observar el fenómeno de la desexcitación en la señal sinusoide amortiguada de color azul que aparece en la imagen:

T12.- ¿Qué magnitudes de la señal de radiofrecuencia aplicada determinarán el ángulo de desplazamiento de la magnetización?

Antes de responder a esta pregunta hay que dejar claro que para poder tener un control sobre el ángulo de desplazamiento de la magnetización, el campo magnético variable que apliquemos, deberá estar en resonancia con la magnetización; si esto no es así, no existirá realimentación positiva en el sistema y obtendremos ángulos de desplazamiento variables para cada instante.

Si por el contrario, el campo magnético variable que apliquemos, está en resonancia con la magnetización, el ángulo de desplazamiento de la magnetización estará directamente relacionado con la amplitud del campo magnético variable aplicado (B1); a mayor B1, mayor ángulo de desplazamiento.

(T9) Riesgos de la TC, estrategias de reducción de dosis

Introducción 

En la radiología convencional suele usarse la dosis de entrada en piel como indicador dosimétrico directo o como dato base para un cálculo posterior de la dosis efectiva o en órganos. Sin embargo, en la TC este indicador no resulta práctico ni útil, ya que la divergencia del haz, la atenuación en el propio tejido y la dispersión de los rayos X provocan que la distribución de las dosis sobre el eje del paciente alcance sectores fuera de la zona seleccionada. Por ello, es preciso recurrir a modelos simplificados (basados en aproximaciones idealizadas de la anatomía) para, a partir de medidas externas o sobre fantomas, calcular las magnitudes relevantes desde el punto de vista dosimétrico.

En este enlace podéis encontrar un articulo que describe las principales unidades dosimétricas utilizadas en la tomografía computarizada.

Dosis recibidas

Las dosis recibidas por el paciente durante una exploración de TC se encuentran entre las más elevadas de todas las técnicas de radiodiagnóstico. En la siguiente figura podemos comparar las dosis recibidas en distintas exploraciones TC con las recibidas en radiografías simples.

Para poder tener una mejor idea de lo que estas dosis suponen, recordemos que la dosis absorbida por radiación natural en un año se halla en el rango de 1 a 10 mSv.

Protección radiológica 

Las normas legales de protección radiológica a día de hoy utilizan:

1. Un límite de dosis efectiva de 1 mSv/año para la población general y de 100 mSv de promedio en 5 años para las personas dedicadas a trabajos que implican una exposición radiactiva (industria nuclear, radiología médica), con un máximo de 50 mSv en un único año.
2. Un límite de dosis equivalente de 150 mSv para el cristalino (ojo) y 500 mSv para la piel y las manos.

Optimización

La justificación de la exposición, es fundamental pero no es suficiente. Para minimizar el riesgo también es necesario tomar medidas para optimizar las dosis impartidas de forma que sean lo más bajas posibles compatibles con la obtención de la información diagnóstica requerida. A este principio se le denomina ALARA (tan baja como sea razonablemente posible) por sus siglas en inglés (“As Low As Reasonably Achievable).

F.A.Q

A continuación ponemos una serie de preguntas frequentes tomadas de la web de Protección Radiológica de los Pacientes:

1. ¿Depende la exposición del paciente en un examen de CT del número de cortes?

A modo de ejemplo, supongamos que el primer examen fue de 10 cortes y el segundo de 20 cortes, sin modificar ningún otro parámetro. Si la dosis absorbida en el primer examen fue de 30 mGy, la dosis al mismo tejido no variará de manera significativa dado que la segunda exploración involucra a otra zona de tejido y la energía adicional de la segunda exploración se absorbe en un lugar diferente. En la exploración de 20 cortes la energía total que se imparte al paciente es el doble que en la de 10 cortes. Es decir que se mantiene aproximadamente igual la energía absorbida por unidad de masa y aumenta la cantidad de tejido que recibe radiación.

2. ¿Por qué hay magnitudes especiales para cuantificar la radiación en CT, tales como el kerma en aire en tomografía computada?

No es posible medir directamente las dosis absorbidas y las dosis a órganos de un paciente, porque se necesitaría poner el dosímetro en los puntos de interés dentro de su cuerpo. Sólo se las puede medir en un maniquí. También se puede medir el kerma en aire en el eje de rotación. Tabulando los valores del cociente entre las dosis a diversos órganos y el del kerma en aire en el eje de rotación de un exploración con 1 mAs, se obtiene un cuadro con los coeficientes de conversión. Una vez que se conoce el valor de Ca, es muy fácil multiplicarlo por el valor de mAs y por el del coeficiente de conversión para un órgano para obtener la dosis a dicho órgano en un examen concreto.

A la magnitud Ca, también denominada índice de kerma en aire en tomografía computada, se la puede medir en aire sin retrodispersión o en una cavidad de aire en el interior de maniquíes de polimetacrilato (PMMA) específicos para cabeza y cuello.

En la página Web de ImPact http://www.impactscan.org/ se hallan disponibles los valores de CTDI para una variedad de equipos de CT.

3. ¿Hay un parámetro predominante en limitar la reducción de la exposición a los pacientes en CT?

En la mayoría de los exámenes de CT, se puede variar la exposición de los pacientes en un amplio margen según el valor mAs. Sin embargo, cuando se reduce la cantidad de fotones aumenta el ruido visible en la imagen. Un protocolo optimizado es aquél en el que se ha ajustado el valor de mAs de manera que se logre un nivel de ruido en la imagen que sea el máximo aceptable para la interpretación clínica.

4. Si realizo el examen con cortes más finos, ¿se reduce la exposición de los pacientes?

¡No! La realidad es que la dosis aumenta al reducir el espesor de corte. El efecto es indirecto. Cuando se reduce el espesor del corte, se reduce el tamaño del elemento de volumen de tejido (denominado voxel). Cuanto más pequeño sea el voxel menor es la cantidad de fotones por elemento de imagen. El número de fotones es lo que afecta al ruido de la imagen. Al reducirse el número de fotones aumenta el ruido debido a la naturaleza estadística de las interacciones de los fotones.

5. ¿Cómo puedo cuantificar y determinar la exposición a la radiación de los pacientes sometidos a un examen de CT?

Muchos equipos de CT modernos calculan durante la exploración el índice de kerma en aire de la tomografía computada, Ca (*) y el producto del kerma por la longitud, PKL, y muestran los resultados en la consola de operación. Kerma=Gray.

El valor de Cvol es el de Ca dividido por el factor de paso (pitch); el valor de PKL se obtiene multiplicando el Ca por la longitud de la parte del cuerpo abarcada por la exploración.

Si el equipo no dispone de esta función, se puede hacer una estimación a partir de los datos técnicos reales empleados (es decir kV, mAs) y los datos obtenidos en la calibración del equipo (Ca y Cvol). Esta calibración y estos cálculos los realiza normalmente un físico.

6. El obtener las imágenes en volumen (3D), ¿ofrece posibilidades de reducir la dosis respecto a la de los cortes en 2D?

No directamente, pero es cierto que el 3D ofrece algunas posibilidades en determinados tipos de examen. Después de obtener la información volumétrica, o en 3D, se pueden volver a utilizar los datos para efectuar reconstrucciones adicionales de imagen sin tener que exponer de nuevo al paciente. Por ejemplo se pueden efectuar reconstrucciones de imágenes solapando adicionalmente los cortes, u obteniendo cortes de diferente espesor o con distintas orientaciones de los cortes.

7. ¿Puedo reducir la dosis de radiación en CT espiral aumentando el factor de paso (pitch)?

Técnicamente sí, puede reducir la dosis, pero hay que tomar en cuenta otros factores. Mientras que el aumento del factor de paso (pitch) reduce la dosis si se mantienen iguales todos los demás parámetros, esto también afecta a la calidad de imagen. En primer lugar, el factor de paso (pitch) puede limitar el máximo grado de detalle o la resolución espacial obtenible en la dirección del eje del corte. En segundo lugar, aumentar el factor de paso (pitch) hace aumentar el nivel de ruido en la imagen. Sin embargo, la mayoría de los equipos de CT tienen una función que modifica automáticamente el valor de mAs y la dosis para mantener un nivel de ruido especificado, cuando se cambian otros parámetros tales como el espesor de corte, el tamaño de la matriz, el campo de visión y el factor de paso (pitch). La ventaja de aumentar el factor de paso (pitch) es la de reducir el tiempo de exploración, no la de reducir la dosis.

Lo adecuado es seleccionar el factor de paso (pitch) con el que se logre un equilibrio entre la calidad de imagen, el tiempo de exploración requerido y la atención por la exposición de los pacientes. Este equilibrio procede de la experiencia y del uso de guías nacionales o internacionales y referencias adecuadas.

Bibliografía

Andiscoa, D., Blanco, S., & Buzzi, A. (2014). Dosimetría en tomografía computada. Revista Argentina de Radiología, 78(3), 156-160. Disponible en:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048761914000362

Articulo Web: "¿Es peligrosa la Tomografía Computarizada?" Disponible en:

http://naukas.com/2013/12/09/es-peligrosa-la-tomografia-computadorizada/

(T8) Simulador de RX

1.- Elegid alguno de ellos y generad una situación adecuada para una técnica radiográfica concreta que escojáis (y particularicéis) a partir de la documentación del tema (a partir de la transparencia de la figura). Aunque la tarea se realice en grupo, estaría bien que al acabar la clase en el blog de cada uno quedara recogido un caso distinto con su explicación (que era lo que se buscaba y con qué parámetros se ha conseguido).

En nuestro caso, elegiremos una rafiografía de abdomen. En la entrada anterior, se vió una imagen donde se mostraban las energías necesarias para penetrar en diferentes partes del cuerpo.

 

Como se puede observar, la zona abdominal necesita una energía de ~80keV por lo que elegiremos la siguiente configuración inicial:

Como se puede observar, hemos seleccionado un voltaje de 85 kV y hemos asumido que existe un rizado de 0.15. El espectro obtenido para esta configuración:

Ahora será necesario aplicar un filtro para eliminar la energía que no nos interesa. Probando diferentes filtros hemos visto que la plata conmsigue muy buenos resultados para nuestro caso particular. Así pues, hemos aplicado un filtro de plata de 5mm; el espectro obtenido tras aplicar el filtro es el siguiente:

 

Como se puede observar, se ha conseguido una gran selectividad con un pico máximo en 80-81 keV.

2.- También con el simulador intentad responder: ¿Se puede conseguir un haz estrecho en energías (bastante monocromático)? Probad a combinar filtros.

Ya se ha visto en el apartado anterior que con un único filtro se puede estrechar mucho el espectro, por lo que podemos imaginar que mediante la combinación de filtros se conseguirá una mayor selectividad. Para comrpbarlo, hemos añadido al filtro de plata, un filtro de oro de 2.5mm obteniendo el siguiente resultado:

Se observa que, mediante la combinación de filtros, podemos conseguir un haz muy estrecho.

3.- ¿Habéis podido comparar simuladores?  

En mi caso, he comenzado a trabajar con el simulador descargable. Me ha parecido muy sencillo de manejar y muy util para ver los cambios en el espectro al variar los parametros de entrada (ya que realiza los cambios al momento). Sin embargo, al intentar aplicar filtros para conseguir estrechar el espectro, me ha resultado mucho mas cómodo trabajar con el simulador de Siemens. Además el hecho de que permita combinar filtros lo hace mucho más interesante.

(T7) ¿Qué tiene que ver M. Curie con Piedrabuena?

Rebuscando por la red datos sobre Piedrabuena he conseguido encontrar un punto de unión entre esta ciudad y Marie Curie. Se trata de un pequeño párrafo sacado de Wikipedia y dice asi: "En 1913 el inventor y empresario Mónico Sánchez instaló una industria de productos eléctricos dedicados a la medicina y enseñanza, donde se fabricarán entre otras cosas, los primeros aparatos de Rayos X portátiles que eran realmente eficaces".

Investigando un poco mas he descubierto que Marie Curie y el cuerpo de voluntarios que formó recorrieron los campos de batalla de la primera guerra mundial con las unidades de rayos X portátiles inventadas por Mónico Sánchez montadas en camiones. Estos camiones con unidades de Rayos X se denominaron "Petit Curie" y, sin duda, miles de vidas se salvaron gracias a ellos.

Una vez resuelta la relación entre Piedrabuena y Marie Curie, me ha entrado el gusanillo de investigar un poco sobre ese tal Mónico Sanchez que se nombra al hablar de los aparatos de Rayos X portátiles. En este enlace podemos encontrar una entrada muy completa e interesante de la vida de Mónico Sánchez. El resumen es que fue un inventor e ingeniero eléctrico español, pionero de la radiología, telecomunicaciones sin cables y electroterapia, pero os animo a que leáis la entrada al completo.

Como comentario final, he de decir que es sorprendente que un personaje tan importante como Mónico Sánchez sea tan desconocido en nuestro país.

(T6) Tubo de Rayos X

Antes de responder a las cuestiones que se proponen, se explicará primeramente el funcionamiento del tubo de rayos X y sus partes. Además, se explicará el espectro de emisión que genera.

Tubo de rayos X

Un tubo de rayos X es una válvula de vacío utilizada para la producción de rayos X, emitidos mediante la colisión de los electrones producidos en el cátodo, o polo negativo, contra los átomos del ánodo, o polo positivo.

En el tubo de rayos X se va a producir una corriente de electrones (mA) que durante un tiempo determinado (s) van a circular desde el cátodo hacia el ánodo gracias a que se establece una diferencia de potencial (kV) entre ambos polos.

El cátodo tiene dos partes principales: 

• El filamento: Un filamento de rayos X emite electrones cuando se calienta. Si la corriente que atraviesa el filamento posee intensidad suficiente, de aproximadamente 4 A o más, los electrones de la capa externa de los átomos del filamento entra en ebullición y son expulsados del filamento (emisión termoiónica). Es muy importante no confundir la corriente del filamento con la corriente del tubo. El circuito eléctrico del filamento es diferente del circuito del tubo. 
• La copa de enfoque: La copa de enfoque tiene una potente carga negativa que supera a la repulsión que se establece entre los electrones, de forma que condensa el haz de electrones en un área pequeña de ánodo. Casi todos los tubos de rayos X de diagnóstico tienen dos puntos de focales, uno grande y otro pequeño.

El ánodo es el lado positivo del tubo de rayos X. Existen dos tipos: 

• Estacionarios, que se utilizan en aparatos que no requieren intensidad ni potencia altas en el tubo.
• Rotatorios, que son capaces de producir haces de rayos X de alta intensidad en un tiempo breve. Ambos tipos poseen una estructura de soporte y un blanco.

El blanco es el área del ánodo con la que colisionan los electrones procedentes del cátodo. En los tubos de ánodo estacionario, el blanco consta de un metal de aleación de wolframio integrado en el ánodo de cobre. En los ánodos de tubo rotatorio, el blanco es todo el disco giratorio. El área de impacto de los electrones en los ánodos rotatorios es una pista circular que, gracias a la rotación, presenta un área de blanco que no es siempre la misma en cada instante, con lo que el calor se disipa en un área mucho más grande que en uno estacionario. Gracias a estas características, es posible obtener mayores corrientes del tubo y tiempos de exposición más cortos con el ánodo rotatorio.

La energía con que se aceleran los electrones desde el cátodo al ánodo dará lugar a radiaciones de diferentes frecuencias, más elevadas cuanto mayor sea la velocidad alcanzada por estos electrones. 

Espectro de emisión de rayos X

El espectro de emisión de rayos X es el número de fotones de rayos X emitidos en función de la energía de dichos fotones.

Como se puede ver en la imagen, el espectro está formado por la radiación de frenado o bremsstrahlung y la radiación característica.

• Radiación de frenado: toda partícula cargada, que experimenta un cambio de velocidad, irradia parte de su energía en forma de ondas electromagnéticas, emitidas en forma de espectro continuo. Esta radiación se conoce con el nombre de radiación de frenado o bremsstrahlung. La radiación de frenado constituye el fundamento de la obtención de rayos X para su utilización en radiodiagnóstico o en radioterapia (colisión radiativa: e- con núcleo).

• Radiación característica: cuando la energía de los electrones es suficiente para expulsar electrones de capas profundas de átomos del blanco, se disponen de huecos en las capas internas de la corteza electrónica, que se rellenan con electrones procedentes de capas más superficiales, emitiéndose fotones característicos de ese material y constituyendo así el espectro de rayos X característico. La energía será discreta ya que depende de los niveles energéticos de los electrones en el átomo y solo hay una serie de transiciones permitidas. Dependen exclusivamente de los núcleos blanco (colisión inelástica: e- con átomo).

1.- Qué características constructivas del tubo de rayos X se correlacionan con qué características del espectro de emisión de los rayos X

Las características constructivas que influyen en el espectro de emisión de rayos X son:

El material del que está formado el blanco

El material del blanco influye más en la parte discreta del espectro de emisión que en la continua. Al aumentar el número atómico (Z) del blanco, el espectro discreto se desplaza hacia la derecha, ya que la radiación característica es de energía más alta (la energía de ligadura aumenta con Z).

En la imagen se muestran cuatro espectros, el del molibdeno (Z=42), el del Rodio (Z=45), el del tungsteno o wolframio (Z=74) y el del oro (Z=79). Se puede observar que el espectro característico del molibdeno está en torno a 18 keV, el del Rodio a 23 keV, el del tungsteno por debajo de 70 keV y el del oro en torno a 75 keV.

La radiación característica de mayor interés en radiología es la que proviene de la expulsión de un electrón de la capa K (bien sea de Wolframio o de Molibdeno) y para que se dé este tipo de radiación característica, la energía del electrón incidente deberá ser superior a la energía de enlace de la capa K. Por ejemplo, en un átomo de wolframio, los electrones de la capa K tienen una energía de 69,4 keV.

La radiación característica tiene aplicación en técnicas radiográficas especiales, como en la mamografía, que precisa rayos X de baja energía para diferenciar mejor, por su distinta absorción, los componentes de al glándula mamaria. Se utiliza un ánodo de molibdeno con un kilovoltaje de 25 a 35 kV, emitiendo radiación de frenado y característico para mejorar el contraste de las estructuras mamarias.

Distancia cátodo ánodo.

El chorro de electrones se genera en el filamento del cátodo y se lanza contra el blanco del ánodo. La distancia que tienen que recorrer estos electrones hasta llegar al ánodo supone una resistencia a su desplazamiento y, por tanto, una reducción de la energía cinética que tienen originalmente los electrones al escapar del cátodo. Cuando la distancia entre el cátodo y el ánodo (dC-A) disminuye, la energía con la que chocarán los electrones contra el blanco del ánodo será mayor, generando un espectro de emisión de rayos X que tendrá un área bajo la curva mayor, es decir, generando mayor intensidad de los rayos X.

2.- ¿Qué características de la operación del tubo de rayos X se correlacionan con qué características del espectro de la radiación producida? (o lo que es lo mismo, que controles tiene y que es lo que controlan)

La forma general de un espectro de emisión es siempre la misma, pero su posición relativa sobre el eje de energías puede variar. Cuanto más hacia la derecha se encuentre el espectro, mayor es la energía efectiva del haz de rayos X mientras que cuanto mayor sea el área bajo la curva mayor es la intensidad de rayos X. Los principales factores que afectan al espectro de emisión de rayos X son:

• Corriente del tubo (mA): Un cambio en mA produce un cambio proporcional en la amplitud del espectro de emisión de rayos X a cualquier energía.

• Voltaje del tubo (kVp): Un aumento en kVp produce un aumento en la amplitud del espectro de emisión a cualquier energía, pero un aumento aún mayor a altas energías que a bajas energías. Por consiguiente el espectro se desplaza hacia la derecha.

• Filtración añadida: Al añadir filtración a un tubo de rayos X se produce una reducción de la intensidad de pero un incremento de la energía efectiva; absorbe más efectivamente los rayos X de baja energía que los de alta energía (el espectro de emisión de rayos X bremsstrahlung se reduce más por la izquierda que por la derecha).

• Forma de la onda de voltaje: Las operaciones en trifásico y a alta frecuencia son más eficientes que en fase única. Operar en trifásico y a alta frecuencia aumentan tanto la intensidad como la energía efectiva de los rayos X.

 

3.- ¿Por qué han de estar los tubos a vacío?

La necesidad de que los tubos de rayos X estén al vacío reside en que los electrones proyectil necesitan adquirir energía en su viaje desde el cátodo hasta el ánodo. Si esa energía adquirida es lo suficientemente grande, los electrones proyectil tendrán la capacidad de interaccionar con los átomos del blanco de varias formas:

• Interacción con los electrones de las capas internas de los átomos del blanco: arrancando totalmente el electrón, ionizando el átomo y produciendo los rayos X característicos.
• Interacción con el campo nuclear de los átomos del blanco: Dado que los electrones proyectil están cargados negativamente y el núcleo de los átomos del blanco positivamente, existirá una fuerza electrostática de atracción entre ambos que, si la distancia es pequeña, frenara al electrón proyectil y le hará cambiar de trayectoria, quedando con una energía cinética menor y una dirección distinta. Esta pérdida de energía reaparece en forma de rayos X bremsstrahlung (radiación de frenado).

Si el medio por el que los electrones proyectil viajan del cátodo al ánodo no se encontrase al vacío, la energía que fuesen ganado por el campo eléctrico la perderían en choques con moléculas de aire; lo que eliminaría su capacidad de interactuar con las capas internas de los átomos del blanco y reduciría en mucho la energía de los rayos bremsstrahlung (es fácil de comprender que la cantidad de energía que puede perder un electrón está críticamente limitada por la energía que tiene; no se puede perder más energía de la que se tiene). 

4.- Por qué es importante el espectro de emisión para la radiología ¿no son iguales todos los rayos X?

El cuerpo humano está formado por distintos tejidos de distintas densidades. En función de la parte del cuerpo que se desee radiografiar, será necesaria una mayor o menor intensidad de rayos X. Como podemos ver en la siguiente gráfica, la penetración de los rayos X aumenta conforme aumenta la energía de los fotones. Por tanto, al variar el espectro de emisión de los rayos X, varía la penetración de éstos al tejido humano, pudiéndose obtener imágenes radiográficas con más detalle cuanto mayor es la penetración.

En la siguiente imagen se muestran las energías necesarias para penetrar en diferentes partes del cuerpo.

Referencias:

Bushong, S. C. (2005). Manual de radiología para técnicos. Barcelona: Elsevier España.